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为什么一打开开关电灯立刻就亮了

电子 你是第2161个围观者 0条评论 供稿者:

为什么一打开开关电灯立刻就亮了

大家一定都有这样的经验,打开开关,白炽灯立刻就亮了。当电流通过白炽灯的钨丝时,通过电流的热效应,钨丝被加热到白炽状态,继而发出明亮的光芒。从能量角度来考虑,白炽灯可以将电流中携带的电能转换成热能和光能。

为什么一打开开关电灯立刻就亮了

电流是怎么流动的?举一个简单的例子,由一节电池、一个开关、一枚小灯泡和几根导线组成了直流电路。在电池中,一系列复杂的电化学反应将电子由阳极“搬运”到阴极。一旦闭合开关形成了通路,携带着负电荷的电子由电池的阴极出发,在导线中流动,流经开关和灯泡回到电池的阳极。在电化学反应的驱动下,这种循环周而复始,电子就在这个电路中不断“转圈”。

如此看来,一打开开关,白炽灯就亮了,说明电子的运动速度应该是非常快的,是这样吗?其实对导线中电子移动速度的计算表明,一团电子群体运动的速度其实只有不到1毫米/秒,比蜗牛还慢得多!电子运动如此之慢,为什么一打开开关,电灯就亮了呢?

这里,我们要区分电场传播速度和电子漂移速度两个概念。电场的传播速度和光速一样快,在真空中能达到3×108米/秒。形象地说,电场每秒可以围绕地球赤道“跑”七圈半!“电”的传播过程是这样的:导线中各处都有可以自由移动的电子,但开关断开时,导线内并无电场,自由电子只是做无规则的热运动(热运动速度很大,但是运动方向是随机的,所以对定向移动的电流没有贡献);闭合开关时,电场就会把场源(电池)变化的信息,以光速传播出去,在电路的各个位置迅速建立起电场,电场“推动”各处的自由电子做宏观的定向漂移运动,形成电流。电场建立后,灯丝附近的电子在电场力作用下“缓慢”地通过灯丝发光,若是由电源出发的电子在电路中转一圈就要经过非常漫长的过程了!

这就像一根充满水却没有水流的管子,突然打开水龙头向管子一端注入水,在水注入的瞬间,管子的另一头就有了水流,但是这个水流并不是刚才从水龙头里流出来的。水龙头注入的水对管中的水产生了压力,迫使它们定向运动,瞬间建立的是这种相互作用,它和导线中的电场类似,只不过电子的移动速度要比水流还慢得多。

这家伙很懒,什么都没写!

—— 10why

10why
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