什么是电?电是怎样传播的?

发布网友发布时间：2022-04-22 03:04

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热心网友时间：2023-07-19 05:26

电是一种粒子,电压起着推动(自由)电子定向移动的作用,而只有导体里才有可以自由移动的电子,这也是为什么导体能导电的原因.电子在移动的过程中就会产生各种形式的能,电器就是使用这些能的机器了
电是一种自然现象.电是像电子和质子这样的亚原子粒子之间的产生排斥和吸引力的一种属性.它是自然界四种基本相互作用之一.电或电荷有两种：我们把一种叫做正电、另一种叫负电.通过实验我们发现带电物体同性相斥、异性相吸,吸引或排斥力遵从库仑定律.
金属导电的原因,是其中存在着可以自由移动的电子.在电场的作用下,导体中的自由电子在热运动的基础上,逆着电场方向产生一个附加的定向速度,这个速度的平均值,称为漂移速度.
通常情况下,其他金属导体中电子的漂移速度也约为10－4米／秒这个数量级.而金属中自由电子的平均热运动速度的大小为105米／秒数量级,可见自由电子在电场作用下的定向漂移速度远小于平均热运动速度.
既然金属导体中电子的漂移速度如此之小,为什么平常还说“电”的传播速度非常快?谁都知道,在很远的地方把开关接通,它所控制的电灯就会立刻亮了起来,若按估计出的电子漂移速度的大小,似乎接通开关后要等很久电灯才会亮.
其实这并不奇怪,平常说的“电”的传播速度,不是导体中电子的漂移速度,而是电场的传播速度.电场的传播速度非常快,在真空中,这个速度的大小约为3×108米／秒.“电”的传播过程大致是这样的：电路接通以前,金属导线中虽然各处都有自由电子,但导线内并无电场,整个导线处于静电平衡状态,自由电子只做无规则的热运动而没有定向运动,当然导线中也没有电流.当电路一接通,电场就会把场源变化的信息,以大约3×108米／秒的速度传播出去,使电路各处的导线中迅速建立起电场,电场推动当地的自由电子做漂移运动,形成电流.那种认为开关接通后,自由电子从电源出发,以漂移速度定向运动,到达电灯之后,灯才能亮,完全是一种误解.
我们可以用一个形象的比喻来说明以上的道理.一队将要进入展览馆参观的学生,排成直线队形,队首在展览馆门口,队尾还在学校内；指挥队伍的老师在校内,队伍静止不动,等候参观.当老师发布命令：“参观开始!”命令以声速V（约为332米／秒）沿队伍传播出去.而听到命令的学生,则以某一慢得多的速度V′（约1米／秒）前进.当声音传达到展览馆门口时,站在门口的学生就可以走进馆内参观.假设学校到展览馆的距离为S米,命令传达到馆门口所用的时间t≈S／332秒,一个人从学校走到馆门口要用的时间是T＝S秒.这里,从发出命令到开始有人进入展览馆的时间是t,而不是T.如果把学校比作电源,展览馆比作用电器,教师发布命令相当于开关接通电路,声音传播的速度相当于电场的传播速度,则人行进的速度相当于电子沿导线定向移动的速度.这个过程和接通电源后,电场以光速沿导线传播,电场传到哪里,哪里的自由电子就开始定向移动的情况相似.接通电源后,电场传到用电器的时间极短,所以接通电源后,可以认为电流立即传到用电器,使其开始工作.我们所用的这个力学模型,可以形象、直观地加深学生对这个问题的理解.