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一根长电线通了电,当关闭电源后问:电线中的电哪去了?

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qbwww|  楼主 | 2021-5-1 20:37 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

要想知道电去了哪里?先得了解基本原理。我个人认为:电其实就是一种能量,单纯的导线中是不存在带电粒子堆积的情况的。


1、相关原理


从原理上说,电流就是电荷的定向运动。而电荷是物质的一种物理属性。一般原子核带正电荷,电子带负电荷。电荷之间会产生库仑力相互作用,作用的方向是:同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。在自然条件下,最终都会趋向于电荷平衡。




在未通电状态下,电线中所有原子核和电子虽然都带电荷,也在做无规则热运动,但整体已经处于电荷平衡状态,对外表现出零电势状态。而电源则不同,正极堆积了大量的正电荷,负极堆积了大量的负电荷。他们之间存在电势能。




在电源接通的瞬间,整个闭合电路会立即产生一个电场。电场会对整个闭合电路中所有带电粒子产生电场力。带电粒子在电场力作用下会发生定向移动,这就产生了电流。由于,电场的传播速度和光速相同,是3X10^8m/s。所以,接通电源的瞬间,无论多长的导线,基本都是瞬间就有电子在移动。但值得注意的是,电场传播速度不等于电子移动速度。




当关闭电源的瞬间,作用于电路中的电场瞬间消失。电路中所有带电粒子因为失去了电场力,在附近的原子核作用力下,重新做着无规则的热运动。同时,根据基尔霍夫电流定律:电路中任一个节点上,在任一时刻,流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。所以,长电线的两端流入和流出的电荷是相同的。自然电线中也就不存在堆积的电荷。停下的电子恰好维持了原子核的电荷平衡。




值得注意的是:这里的电路是不能包含电容类的元器件。因为电容会堆积带电粒子,不适用基尔霍夫电流定律。


2、比喻说明


前面说的理论听起来比较不好理解。下面举一个“击鼓传花”的例子来说,或许更好理解一点。


电源:正极就好比空花瓶仓库,负极好比鲜花仓库;导线:就好比一群人站成一个队列。自然状态下,每个人手里都抱着1个花瓶,手上拿着一支鲜花。电场:就是击鼓传出的鼓声,它可以快速传遍整个游戏场地。开关:就是击鼓人。当击鼓人敲响鼓声,队伍中的每一个人都会在鼓声的作用下,不约而同将手中的鲜花传递给下一个人。同时从上一个人手中接过鲜花。鼓声一响,整个队伍同时行动。整体看起来,好像鼓声1响,鲜花就走了1圈。其实,只是鼓声迅速到达,鲜花的流动作用力迅速到达。对于整个队伍来说,在任意时刻流入和流出的鲜花是相同的(基尔霍夫电流定律)。


当击鼓人停止击鼓,队伍听不到鼓声,迅速停止了传花。每个人手里又回到了只有1个花瓶和1支鲜花的状态,并不会堆积鲜花在手上。




总结


通过理论和比喻说明,应该比较好理解电线中的电去哪里了。正确的答案应该是,电本身是一种能量传播。根据基尔霍夫电流定律,导线中是不可能堆积带电粒子的。除非你中间串联一个电容进去。



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