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在人類文明的發展史上,電的發現和應用絕對是一個裡程碑,時至今日,電早就已經與我們的生活密不可分,可以說如果沒有了電,我們人類將會在一夜之間回到古代。
通常情況下,當有合適的電流通過了某個電器,這個電器就可以正常工作了。那麼什麼是電流呢?物理老師告訴我們,電流是指自由電子在導體中的有規則的定向運動。由於我們所用的電都是由發電機產生的,因此我們似乎可以得出一個結論,即發電機源源不斷將電子發送出來,並將它們送到千家萬戶。
於是一個問題就顯現出來了:電流是由電子運動產生的,那為什麼發電機的電子永遠也用不完?
先簡單說明一下,電流的方向是人為定義的,而事實上,人們定義的電流方向與電子運動實際方向是相反的,為什麼會這樣呢?這是因為在人們最初發現電的時代,科學家還對微觀世界一無所知,根本就不知道電子的存在。
他們只能根據已知的現象,來定義電流的方向,直到電子被發現以後,人們才意識到這是個錯誤,但是由於人們對電流的概念已經根深蒂固,而且這個錯誤也無關緊要,所以電流這個概念就一直沿用至今了。
當發電機工作時,它的金屬線圈會做切割磁力線的運動,這時線圈內的自由電子,就會在電磁感應的作用下固定地向線圈一端移動,於是這一端就帶負電,相應的另外一端就帶正電,這樣在線圈的兩端就產生了感應電動勢。
在這種情況下,如果在線圈兩端之間形成了閉合的通路,那麼自由電子就會在這個通路中做定向運動,從而形成電流。我們可以看到,電流形成的必要條件就是形成一個閉合的通路,可以簡單地理解為,電子從發電機的負極出發,然後從正極回來。
這就意味著,電子的流動是一個循環,在這個過程中,電子根本就沒有消耗。
那麼我們平時用的電消耗的是什麼呢?其實我們對電的應用,主要是利用了電流通過相關用電器具時,所產生的各種效應,例如熱效應、電磁效應以及化學效應等。從能量轉換的角度來看,發電機就是一種將機械能轉化為電能的設備,電子只是能量的攜帶者,而不是消耗品。
我們平常使用的大多數都是交流電,所謂的交流電,是指電流的方向會隨著時間做周期性的變化。同樣的,交流電的電流必須在一個閉合的通路中才可以形成,只不過這個通路裡的電子一會兒向前,一會兒向後。總體上來講,道理還是前面講的一樣,電子並沒有在這個過程中消耗。
值得一提的是,發電廠的發電機所發出的電,是要經過幾級變壓器的變壓才最終到達千家萬戶,在這些變壓器之間都相互絕緣,它們之間的能量是通過特定的電磁感應來完成轉換的。每一級變壓器都是一個閉合的通路,在這些通路裡所有的電子都是在做循環運動,因為沒有消耗,所以它們是永遠都不會用完。
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