为什么在电源的影响下,电子在开路时不会从导体中推出?

电器工程 基本的 物理
2022-01-25 00:19:53

经常将电流与水流进行比较。例如,如果我在水箱上打了一个洞,水会一直流到水箱压力和大气不相等或水箱变空。为什么用电不会发生这种情况?

4个回答

你想象一个开路看起来像这样:

漏水罐

一个更好的类比是这样的:

密封罐

回路中的管道并没有被水流的自由空间所包围——它们是穿过岩石的隧道。没有管子的地方,只有石头,没有水流。

水的类比非常有限,不能模拟电子在导线中移动的方式。应始终非常小心地使用它。

通过从一个原子跳到另一个原子,电子漂移非常缓慢(大约 1m/小时)。电流似乎会在完整的电路中瞬间流动,但不会在不完整的电路中流动(没有电场来移动电子)。

电线内部的电导率很高(大量“自由”电子随机嗡嗡作响),一个小的电场(电线两端的电压差)可以产生电流。导线外部的电导率非常低,如果电子离开导线表面,则没有电场来克服导线中带正电的金属离子的吸引力。

另一方面,水(分子)只会从管道末端流出,因为将水推入开口端的力(由于气压)小于将水推出系统的力(气压) +重力+泵?)。

水可以逸出,因为管道的内部和外部基本上是相同的介质,分子受到压力(空气和泵)和重力(管道内)和重力(管道外)的作用。

电子有可能逃离电线吗?

是的。

为了使电子逃离它们的“金属容器”,必须提供足够的能量来破坏将它们与金属离子结合的键。这可以通过高能光子(参见光电效应和功函数)或加热金属(热离子发射)来完成。当然,如果这是在空气中完成的,电子在被吸收之前不能走很远,所以它需要在真空中完成。

如果电场非常高(如带电云中),则产生的火花就是闪电。

在水箱上打一个洞让水可以逸出,这与电子设备中的短路相同。阻塞水管与开路连接相同。

请记住,水箱是“水流绝缘体”,与堵塞的管道相同。

这都是压力均衡的问题。

对于水,平衡的不是水的压力,而是作用在水上的大气压力。空气向下推动水并将其推出孔,直到内部和外部压力相等。

在电池的两极之间连接一根导线,两极之间的压力可以均衡。

在水箱的孔中插入一个塞子,水不再流动 - 内部和外部之间的压力差现在固定了。在电池的两极之间添加一个非常高的电阻,电流将不再流动(或流动非常缓慢 - 塞子有滴水)。阻力越大,流动越慢。

空气的典型电阻(根据维基百科)约为 \$1.30×10^{16}\Omega/m\$ 至 \$3.30×10^{16}\Omega/m\$,击穿电压约为 300kV/ m(这是将塞子从水箱中的孔中挤出的压力)。