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    电_力_原子_静电放电_电流

    发布时间:2020-11-14 14:24:37 作者:冬青好 

      在我们周围,到处都可以发现电的踪迹。在现今世界里,电是不可或缺的。

    20201114134044.png

      电为我们的房子提供能量及光明,也是电脑背后的动力。电是什么?

      力电是一种力,电是宇宙四种基本力之一。
      电背后的原理是:

    20201114134158.png

      基本粒子可以有 +1  −1 的电

    • + 排斥 +
    •  排斥 
    • +   互相吸引

      简单地说:

      同性相拒、异性相吸。

    20201114134314.png

      电荷在很远距离就可以感觉得到(叫电场),这距离没有极限,但距离越远,电场就越弱。

      我们现在来具体了解这些基本粒子,

    20201114134444.png

      量子显微镜下的原子

      用这个简化图来解释会比较容易(但原子不是这么整齐的):

    20201114134545.png

      在中间的原子核是由质子和中子合成,而电子则环绕着原子核运动:

      质子的电荷是 +1
      中子没有电荷
      电子的电荷是 −1

    20201114134639.png

      用+ 作为质子的电荷只不过是历史的常规,源自本杰明·富兰克林当年用玻璃瓶做电的实验的时候。我们可以把 + 和 − 对调而不会对实际的物理有任何影响!就是说,+与−只不过是两个相反物理属性的名称。

      在正常的环境里,原子有同样数目的质子和电子,所以总电荷是零,但是,电子可以被撞掉!

    20201114134749.png

    原子缺了一个电子,就会有正电荷(尝试把剩下的 + 和 − 加起来)

      电子离开原子后,就有一个带正电荷的原子及一个带负电荷的电子。

      我们可以这样做:

      例子:把气球和头发摩擦
      •摩擦使气球收集到很多电子,因此变成带负电荷,头发失去电子,因此变成带正电荷,气球有很多负电荷,头发有很多正电荷,异性相吸,所以 + 被吸引到 − 的方向,你的头发便竖起了!

    20201114134945.png

      我在狗狗小黄身上尝试做这个实验,电荷的"无形之力"真的把它的毛吸引到气球的表面,但是,小黄没觉得有什么大不了!你也可能有类似的经验,例如在干旱的天气,毛衣会粘在衬衫上。

      这叫"静电",因为大部分时间这种电都是静止(不动)的。

      静电放电

    20201114135145.png
    手指火花


      但要小心!如果电荷差异很大,就很可能以火花的形式来恢复平衡。这个突如其来的现象叫静电放电。

      闪电就是个好例子。

    20201114135254.png

      在雨云里,强风(上升气流,下降气流等)猛烈吹动水滴和冰晶,导致正与负电荷分离。负电荷通常聚集在雨云的底部:

    20201114135347.png

      很多小电荷的小电场结合成巨大的电场,这也导致电荷集中在地上一点,你是不是觉得雷暴时空气有点不同?最后,巨大的电荷差异导致"哢嚓"一声的闪电轰到地上!

      闪电可以是从云到地上,或在云里面和云与云之间发生:

    20201114135436.png

      闪电非常光亮,因为空气被加热到摄氏 50,000 °(空气变成等离子体),形成的激波也导致打雷。如果你和闪电只有几米的距离,你就会听到好像"噼啪噼啪"的雷声(我听过两次),因为音障被打破了。远一点的就是一般"隆隆"的雷声。

      电流
      静电放电(例如闪电)是猛烈的,也不容易应用,我们需要的是连续的电流。

    20201114135539.png

      电流叫流,因为它与水流相似:

      但怎样产生电流?

      用磁铁!

      电力与磁力是互相关联的,合起来就叫电磁:

    20201114135654.png

    变动的磁场产生电场(变动的电场也产生磁场)

      在电线旁边移动磁铁导致电子沿电线走动(按 "Move"):

      附注:

      其实有非常多原子:一小段电线有超过 1022(10,000,000,000,000,000,000,000)个原子
      在电线里,电流的速度大约殊速的一半,
      但每个电子移动的距离其实很短,因为它很快和一个原子结合,然后这个原子就可能释放出另一个电子……
      所以每个电子大部分时间都是在一个或不同的原子里,可能要数小时才能在电线里走一米的距离
      并且,电子时常随机地跳来跳去,如图所示

      把磁铁在电线旁边移过就会产生电流!

      但如果磁铁停下来,电流也停了

      那么我们怎样使得电流持续不停呢?将电线在磁铁之间旋转是个好方法:磁铁电线旋转

      要产生更大的电流我们可以用很多圈电线(叫线圈),并且用很大的磁铁和线圈:

    20201114135902.png

    大型发电机的一部分

      我们家里和工厂所用的电这就是这样来的。

     

     

     

    更新:20210423 104218     


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