為何發電機裡的電子一直用不完,一直會有電子發出來?

這是個很好的問題,電路在很多情況下可以類比到水路上,假設在一個閉合的水路中,水在水泵的作用下一直在循環流動,可以知道,水分子並不會減少。而且這些水分子並不是來自水泵內部,而是本來就存在於水路中。

回到本題,發電機的作用就相當於水泵,發電機自己並不產生電子,自由電子固有的存在於導線中,發電機只是給了電路中電荷的一個驅動力,請注意:發動機只是電動勢的提供者,電子不會憑空產生和消失,電子在電動勢的作用下,在閉合迴路中流動,所以並不會減少。


為何發電機裡的電子一直用不完,一直會有電子發出來?

電子的流動方向是這樣的:在直流電路中,電子從負極出發回到了正極,在電源內部,電子從正極又回到了負極,因此電子是用不完的。


為何發電機裡的電子一直用不完,一直會有電子發出來?

在如上圖所示的交流電路中,零線接地,電位被大地始終鉗制為0電位,另一端電壓以工頻50Hz週期性的變化,時正時負,電子在電路中的方向也是週期性變化,電子也不會消耗,而且零線電位與流過的電流大小無關。


為何發電機裡的電子一直用不完,一直會有電子發出來?

深究發電機內部的發電原理是這樣的:

到目前為止,不管是火力發電、核能發電、還是水力發電、風力發電,發電應用的基本原理都是法拉第電磁感應定律。

發電機的基本構造很簡單,就是磁場加導體,導體在磁場中做切割磁感線的運動,就會產生感應電動勢,電磁感應定律的實質是帶電粒子受到洛倫茲力的作用,導體中有帶正點的電荷和帶負電的電子,當導體在做切割磁力線時的運動時,帶電粒子就會受到洛倫茲力而產生定向移動,由於電子和原子核所帶的電荷電性恰好相反,因此它們其受到的洛倫茲力方向相反,在導體中就會產生感應電動勢。

電子移動的快嗎?

電流的傳播速度是光速,通常認為電流傳播不需要時間,但實際上導體中電子的移動速度非常慢,一秒鐘大概只有幾釐米,與光速相差很遠。

那麼電流如何做到光速傳播的?

這是因為,電場的傳播速度是光速,在電源接通瞬間,在電動勢的作用下,整個導體就建立了電場,導體中的所有電子接收到電場的“指令”就開始定向運動,所以電子移動得並不快,快的是電場。


為何發電機裡的電子一直用不完,一直會有電子發出來?

形象的比喻就是:一條5000m自來水管線,當你打開水龍頭的時候,自來水的就出來了,並不是自來水廠的水瞬間移動了5000m,而是打開瞬間,水管中所有的水再水壓作用下都要移動,水壓的傳遞速度就是電流的速度。


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