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什么是电荷和电流

时间:2020-02-24 10:05来源:海猎人

 

电荷和电流

电学包括两个基本现象:电荷和电流。电荷 是物质的基本特性,是物质与电中性时相比,所带电子数多余(带负电荷)或电子数不足(带正电荷)而显现出的特性。带负电荷或正电荷的原子有时称作离子。

电荷的基本特性之一是同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。这就是电子和质子能够被约束在一个原子里的原因,尽管在大多数情况下,由于原子粒子的其他基本特性,电子和质子并不能直接结合在一起(特殊情况包括某种特定的放射性衰变和超新星爆发)。最重要的是,我们要记住,负电荷会排斥电子,而正电荷会吸引电子。

电荷的内部和它自身都是很有趣的,但从电子学的角度来看,并不是特别有用。对于我们来说,只有当电荷运动时,有趣的事情才真正开始。电子在回路中的运动称为电流 。在寒冷干燥的天气里,当你行走在地毯上时,身上积累了静电荷,在你碰到门把手时发生了电荷的传递,这也是电流现象。实际上,电流从高电势(你)流向低电势(门把手),很像瀑布的水一泻千里,也像石头滚落山坡。这样,索然无趣的静电荷突然就变得非常有意思了(或者至少应当引起你的注意)。当电荷静止时,它被称作电势 ,我们可以在电势和机械势能之间做个类比,你会在下文看到。

当组成导体和电路元件的原子之间互相传递电子时,电流就产生了。电子向带正电的物质移动,所以如果你用导线将一个小灯泡与电池连接起来(有时称作闪光灯 ),电子从电池的负极流出,穿过灯泡,回到电池正极。它们使灯丝白热发光。

1-2是导线中铜原子的一幅简化图表,它显示了将电流形象化的一种方式。当一个电子进入导线的一端,它就使得第一个原子带负电荷,于是这个原子带有多余的电子。假设有一个连续的电子源,新的电子不能由原路返回,所以它向下一个电中性原子移动。该原子现在带负电,有一个多余的电子。为了再次变回电中性(原子的首选稳定状态),这个原子又将一个多余的电子传递给下一个(电中性)原子,以此类推,直到一个电子在导线的另一端出现。只要导线连接着一个受压的电子源和让电子返回电子源的路径,电流就会一直流动。这种压力叫作电压 ,在1.3节会有详细介绍。


1-2 电子在导线中运动

1-3显示了对电流的另一种理解方式。此处我们有一根装满了弹球(电子)的导管(导体)。

 

1-3 电子模型——导管中的弹球

当把一个弹球推入导管的一端,就会有一个弹球从另一端掉落。管中的弹球数量保持不变。需要注意的是,进入导体一端的电子和从另一端出来的电子并不一定是同一批,如图1-2和图1-3所示。事实上,如果导体足够长,从一端引入的电子可能就不是从导体另一端离开的电子了,但是电子一定会出现,你也仍然能测量导体中电子的运动。

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