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暗放电

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用电、放电会不会消耗电子?或耗尽电子?

  这个问题的答案视情况而定。我们大致可以把所有的电力系统分为两类:静电系统和电路电力系统。这个分类对于我们理解电流的目的已经足够了,完全可以解决这个问题。

  静电系统是指由于某处电荷积聚而产生的电流。这种系统不涉及闭合电路。这类系统的例子包括闪电和我们平时摩擦时产生的火花。当大量的电子堆积在一个地方时,电子自然地互相排斥,导致强烈地相互推动,这时电子就有一种逃逸的冲动,一些电子会被直接从物体上推走,最终被推到空气中,水里,或其他任何周围的物体上。我们把一组移动的电子称为电流,因此电荷的积累可以驱动电流。也称为放电过程。

  经典力系统的电子只是简单地从电子堆中流出,最终附着在环境中的原子上。这样,即使我们没有一个完整的电路,我们也可以有电流。在空气中,电流以暗放电、电晕放电或火花(取决于电流是弱、中等还是强)的形式存在。所以“静电”这个名字不太合适,因为在这种类型的系统中电荷并不总是固定的。更准确的名称应该是“非电路电”或“电荷积聚电”。

  由于电荷积聚是造成静电系统中电流的原因,一旦积聚的电荷消失,电流就会停止流动。当电子从积聚堆中流出时,积聚堆就会变小。最终,多余的电子堆就消失了(保持分子中性所需的电子仍然存在)。也就是说,电流停止流动是因为电源耗尽了多余的电子。这就是为什么闪电和静电之间的火花会很快的消失。并不是电子被破坏了(也不会被破坏),只是泄露到了其他地方。因此静电系统中,电子是会消耗殆尽的。

  相比之下,电路电力系统涉及的电流通过了一个闭合回路。这个电流是循环系统中“电荷泵”工作的结果。电荷泵就是我们常说的电压源,它可以是化学电池、太阳能电池、发电机组或电网电源。电荷泵沿电路产生一个电压差,就可以驱动电子在电路中流动。泵可以不断地向一个方向泵入电子,从而产生直流电(DC),也可以周期性地改变泵入电子的方向,从而产生交流电(AC)。为了简单起见,我们只说直流电!

  电子在电路中沿着由电压产生的势能向下流动。当电子回到电路末端的电压泵时,低能量的电子就会被激发到一个高势能的位置,这样它们就可以再次通过电路。这种情况有点像人工瀑布一样。水从瀑布流到水池里是由于自然的引力,就像电子在电路中流动是因为电压施加的压力一样。水泵将水池中的水推回到瀑布顶部的高势能状态,就像电池将电子推回到高能量状态一样。然后循环往复。

  由于电荷的流动是电路电力系统中产生电流的原因,所以只要“泵”还开着,电路不中断,电流就不会停止流动。电路不会创造、破坏、消耗或失去电子。它们只是把电子带着绕圈。由于这个原因,电路电子系统就不会耗尽电子。通过电路传递的能量不是电路中消耗电子的结果。电子总是作为构成电路的原子和分子的一部分存在于电路中。传递的电能是电子在电路中运动的结果。关掉“泵”(即断开电源),电子在电路中就会停止移动。但是电子不会离开、不会消失。它们仍然是电路中材料的自然组成部分。

  其实真正的电力系统是这两种效应的结合。例如,一个电路通常包含一个电容器。虽然电路整体上像一个电路电力系统,但电容器更像一个静电系统。结果,电容器确实会耗尽电子。一旦电容器的一边的电子耗尽,电流就停止流过电容器。这是,包含电容的电路部分就会从电路电力系统切换到静态电力系统。这是因为电流现在是由于缺少电子而停止流动的,而不是由于缺少电压或缺少完整的电路停止流动的。

  当然在整个宇宙中,能量也是守恒的,电子也不会无缘无故的消失或者被毁灭,只能从一种形式转化为另外一种形式的能量。而且电力系统的做功,并不是在消耗电子,只是在通过电子的运动传递能量。

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点击次数:  更新时间:2020-09-26 23:15   【打印此页】  【关闭
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