• 網站首頁
  • 學校概況
  • 新聞動態
  • 校務管理
  • 教學科研
  • 德育之窗
  • 黨團工會
  • 班級園地
  • 師生園地
  • 幼兒頻道
  • 家長學校
  • 在線辦公
  • 師生園地
    當前位置:首頁 » 課外知識 » 電的奧秘
    電的奧秘
    • 作者:管理員 更新時間:2013/11/18 18:26:49 【字號: 】 本條信息瀏覽人次共有

        我們的周圍處處是電——對于我們大多數人來說,沒有電的生活簡直難以想像。下面只是其中的幾個例子:

    • 在整個屋子里,您或許都能夠找到電源插座,可以在插座上插接各種電氣設備。
    • 大多數便攜式設備均帶有電池,電池所能提供的電力取決于它的容量。
    • 下雷雨時,會有大量的電一閃一閃地從天空釋放,人們稱之為閃電。
    • 您可能在干燥的冬天里會被靜電電到,這屬于超小規模放電。
    • 利用太陽能電池,能很容易通過陽光來發電;也可以利用燃料電池通過氫和氧中的化學能來發電。

        那么,我們稱之為“電”的這種神秘物質究竟是什么?電究竟來自何處,為什么它能做那么多的事情?

        我們從電源插座和電池中獲取的電可以為各種設備供電。這是因為電的使用方式有上千種。例如:

        很難想像在沒有電的世界中生活的現代人是如何一番景象。如果沒有電,我們將不得不倒退到依靠壁爐取暖,用燒木柴的爐子做飯,點蠟燭照明,靠尺子來計算。如果要遠距離溝通,我們就得使用煙火信號或明信片。

        電始于電子。如果您讀過原子理論這篇文章,那么就會知道每個原子都包含一個或多個電子。您還知道,電子帶有負電荷。

    最簡單的原子模型
    最簡單的原子模型

        在很多材料中,電子都被原子緊密地束縛著,如木頭、玻璃、塑料、陶瓷、空氣、棉花……在這些材料中,電子都被緊密束縛在原子之中,而且由于這些電子不運動,因此即使它們有電,導電性能也極差。這些材料屬于電絕緣體。

        但大多數金屬的電子都可從其原子中分離出來并四處運動。這些電子被稱為自由電子。金、銀、銅、鋁、鐵等金屬都帶有自由電子。自由電子使得電流很容易在這些材料中流動,因此這些材料稱為電導體。它們可以傳導電流。運動的電子將電能從一點傳送到另一點。

    導體

        電需要導體才能運動。此外,還需要某種能讓電從導體的一點流向另一點的力量。一種讓電子流動的方法是使用發電機。發電機是利用磁體來使電子產生運動的。

        電和磁之間存在著一定的聯系。如果讓電子在導線中運動,則電子會在導線周圍產生磁場。(有關詳細信息,請參見電動機工作原理電磁體工作原理。)同樣,如果您在導線附近移動一塊磁體,則磁場會導致導線中的電子發生運動。

    電和磁之間存在著一定的聯系
        發電機是一種相當簡單的裝置,它在導線附近移動磁體,以產生穩定的電子流。
    若要了解發電機工作原理,一種簡單的方法是將發電機想像成一個抽水的泵。只不過發電機抽的不是水,而是利用磁體來推動電子運動。這樣說未免有點太過簡單,但這個比喻的效果卻很好。

    水泵利用水可以做兩件事:

    1. 水泵使一定數量的水分子發生運動。
    2. 水泵將一定的壓力施加到水分子上。

    同樣地,發電機中的磁體也可以:

    1. 推動一定數量的電子。
    2. 將一定的“壓力”施加到電子上。

        在電路中,移動的電子數量被稱為安培數或電流,以安培為單位。推動電子運動的“壓力”被稱為電壓,以伏特為單位。因此,您可能會聽到有人說:“如果你讓這臺發電機的轉速達到1,000轉/分鐘(rpm),那么它在電壓為6伏特時能產生1安培的電流!1安培是指運動的電子數量(1安培的物理意義是每秒通過導線的電子數為6.24x1018),而電壓則是這些電子所承受的壓力。

    電路

        不管您是使用普通電池、燃料電池還是太陽能電池來發電,有三點始終是相同的:

      電子從電源開始移動,經過負載,然后再返回到電源
    • 電源將有兩個端子:正極端子和負極端子。
    • 電源(不管是發電機、電池還是其他可以提供電力的裝置)會在一定的電壓下將電子從負極端子推出。例如,一塊AA電池通常需要1.5伏特的電壓才能推動電子。
    • 電子將需要通過一根銅導線或其他導體從負極端子流向正極端子。如果正負端子之間存在一條通路,則會形成一條電路,電子可以通過導線流動。

    • 您可以在電路中連接任何類型的負載(如燈泡、電機、電視等)。電源將為其供電,這樣負載就可以工作了(如發光、轉動軸、生成運動畫面)。

        電路可能會很復雜。但即使最簡單的電路中也始終會有:電源(如電池)、負載(如燈泡、電機)和在電池和負載間輸送電流的兩根電線。電子從電源開始移動,經過負載,然后再返回到電源。

        運動的電子能產生能量。當電子從一點移到另一點時,它們會做功。例如,在白熾燈泡中,電子的能量用于產生熱能,而熱能又轉換為光能。在電動機中,電子的能量產生磁場,磁場與其他磁體交互(通過磁的引力和斥力)而產生運動。每個電氣設備都以某種方式利用電子的能量來產生有用的副效應。

    閃電是什么?

    運動的電子能產生能量
    美國國家航空和航天局供圖
    如果說空氣是絕緣體,那么閃電又是如何從云層穿過非導體物質傳到大地上的呢?在發生閃電時,云層和大地之間累積的電能非常大,最終達到可以從空氣的原子中剝離電子的程度。一旦這種剝離過程開始,空氣就會變成一個等離子體(物質的一種分離狀態,在熱或者高壓的作用下,物質會產生大量自由電子——請參見等離子切割機工作原理,了解關于這種狀態的信息)。一旦進入等離子狀態,空氣就很容易利用自由電子導電,閃電則可通過等離子導體擊中大地。

    這個原理還可以用來解釋火花塞眩暈槍的導體之間出現瞬間放電的現象,以及電流從熒光燈管的一端傳到另一端的情況。


        [---分頁---]如果您在美國生活,那么您的房子或公寓墻壁上的電源插座提供的電壓為120伏。

        設想一下將空間加熱器插到壁裝電源插座中的情景。您測得從插座流入加熱器的電流為10安培。這表明加熱器的功率為1,200瓦。

      伏特*安培=瓦特

        因此,120伏特*10安培=1,200瓦特。

        這適用于任何電氣設備。如果您接上的是烤箱,而流經烤箱的電流為5安培,那么烤箱的功率為600瓦。如果您接上的是一盞燈,而流入的電流為0.5安培,那么燈泡的功率為60瓦。

        讓我們假設您打開了空間加熱器,走到外面去觀察電度表的變化。電度表的用途是測量流入房間的電量,電力公司據此進行收費。我們假定屋子里沒有打開任何其他電器,因此電度表測量的只是空間加熱器所用的電量。

        空間加熱器正以1,200瓦的功率運行,也就是1.2千瓦——1千瓦等于1,000瓦。如果讓空間加熱器連續開1個小時,那么使用的電量將為1.2千瓦小時。如果電力公司對每千瓦小時的收費是10美分,則您的空間加熱器每開1小時,電力公司就會向您收取12美分的費用。

      1.2千瓦*1小時=1.2千瓦小時

      1.2千瓦小時*10美分/千瓦小時=12美分

        同樣,如果燈泡的功率為100瓦,那么開燈10個小時所消耗的電量將為1千瓦小時(100 瓦*10小時=1千瓦小時)。

        如果有一個功率為20,000瓦的熱泵,每天開5個小時,則熱泵每天消耗的電量為100千瓦小時(20千瓦*5小時=100千瓦小時),或者說每天要交10美元的電費(如果1千瓦小時的電費為10美分的話)。如果這樣開一個月,則每月熱泵的電費為300 美元(30*10美元)。在溫度很低時,電費會很高的原因就在于此——熱泵需要長時間運行來供暖。

        電學中的三個最基本的單位是電壓(V)、電流(I)和電阻(r)。如前所述,電壓的單位為伏特,電流的單位為安培,而電阻則是用歐姆來衡量的。

        我們可以稍稍拓展一下關于水的類比法,以便更好地理解電阻的含義。電壓相當于水壓,電流相當于水流速度,而電阻相當于管道尺寸。

        下面是電氣工程的一個基本方程式,它闡明了這三者之間的關系。電流等于電壓除以電阻。

      I=V/r

        比如您用軟管從蓄水池引水為花園澆水。如果增加蓄水池中的水壓會怎樣?您知道軟管中的水流會更急。這同樣適用于電氣系統:電流會隨著電壓的增加而增大。

        如果增加軟管以及蓄水池接口的直徑呢?您會猜到軟管中會流出更多的水。這正如電氣系統中電流會隨著電阻的減小而增大一樣。

        當觀察普通白熾燈泡時,您可以從物理學角度看出這個有關水的類比在其中的作用。燈泡的燈絲是一根極細的導線。這根細導線會妨礙電子的流動。您可以通過電阻方程式來計算導線電阻。

        假設有一個功率為120瓦的燈泡插在壁上插座中。電壓為120伏,則120瓦燈泡流過的電流為1安培。您可以通過將方程式變換為如下形式來計算燈絲電阻:r=V/I。因此,電阻為120歐姆。如果燈泡的功率為60瓦,則燈絲電阻為240歐姆。

    直流電與交流電

        電池、燃料電池和太陽能電池都可以產生直流電(DC)。電池的正極端子和負極端子始終分別為正極和負極。電流始終以同一個方向在這兩個端子之間流動。

        而電廠提供的電稱為交流電(AC)。電流方向每秒鐘轉換或者交替60次(在美國)或50次(在歐洲)。壁上插座提供的電力為120 伏、周波為60的交流電。

        交流電的一大優勢在于,它讓電網可以使用一種名為變壓器的設備,讓改變供電電壓的工作變得相對簡單。通過在長距離輸電過程中使用非常高的電壓,電力公司可以節省大量資金。下面講述其工作原理。

        假設某個電廠的發電量為100萬瓦。一種傳輸電力的方式是在電壓為1伏時輸送 100萬安培的電流,另一種方式為在電壓為100萬伏時輸送1安培的電流。輸送1安培的電流只需要一根細導線,并且在傳輸過程中不會損耗多少功率,而輸送100萬安培的電流將需要一根巨大的導線。

        因此,電力公司在輸電時將交流電轉換為很高的電壓(例如100萬伏),然后在配電時再將其降為很低的電壓(例如1,000伏),最終降至120伏入戶,從而保證用戶的人身安全。120伏電壓導致人員死亡的幾率要比100萬伏低得多,并且現在通過使用接地故障斷流器(GFCI)插座可防止大多數觸電死亡事故的發生。

    有關詳細信息,請參見電網工作原理。

    地線

        在談到有關電的話題時,您經常會聽到“電氣接地”,或直接就說“地線”。例如,發電機上會標明“使用前請確保連接好地線”,一臺電氣設備上也可能會有警告提示“在正確接地前請勿使用”。

        其實,電力公司是將大地作為電力系統中的一根導線。大地是一個性能良好的導體,并且它極其巨大,因而成為電子的良好回路。在配電網中,“地”實際上就是指它的字面意思,即您在外面行走時周圍的所有“土地”。它包括大地的泥土、巖石、地下水等物質。

        很多時候,配電網系統都需要接地。例如,在這張照片中您可以看到有一根電線上標著地線:

    很多時候,配電網系統都需要接地
        在下面這張照片中,從電線桿側部下來的裸線將架空地線并直接連到大地:

    從電線桿側部下來的裸線將架空地線并直接連到大地
        地球上的每根電線桿都有一根類似的裸線。如果您看到過電力公司安裝新電線桿,就會發現裸線的末端固定在一個線圈中,并連到電線桿的基座。一旦電線桿安裝完畢,線圈會與大地直接接觸,并埋在地下1.8到3米深的地方。這是一種良好而堅固的接地連接。如果仔細研究電線桿,您會發現兩根電線桿之間的地線(通常張索也是如此)通過這種方式來接地。

        類似地,在房間或者公寓中的電度表附近有一個2米長的銅棒接到地中。房間中的接地插頭和每個插座的中性插頭與此銅棒相連。

    您是本站第位訪問者
    校址:四川德陽市龍泉山南路一段113 電話:0838-2507538
    Copyright 2013 德陽市岷江東路逸夫學校 All Rights Reserve 后臺管理
    如何利用网络平台赚钱 呼图壁县| 临湘市| 吴堡县| 子长县| 瓦房店市| 陆良县| 阿荣旗| 宝坻区| 揭东县| 福安市| 镇江市| 乐至县| 凌海市| 阜南县| 汾西县| 蕲春县| 博白县| 阿拉善左旗| 历史| 南宁市| 苏尼特左旗| 新津县| 郁南县| 仁化县| 潍坊市| 台安县| 广河县| 新乡市| 安徽省| 台江县| 京山县| 武川县| 桂林市| 大埔县| 乐安县| 定州市| 轮台县| 天柱县| 威宁| 佛冈县| 宾川县| 深水埗区| 雷山县| 廊坊市| 彭阳县| 土默特左旗| 富阳市| 东乡县| 伊通| 固原市| 吉安县| 叙永县| 夏河县| 廉江市| 海兴县| 本溪| 峨山| 澎湖县| 梁河县| 时尚| 尖扎县| 南汇区| 蕉岭县| 昔阳县| 康保县| 三穗县| 新乡市| 延津县| 保定市| 会理县| 龙口市| 河间市| 嵊州市| 济南市| 凤翔县| 沙田区| 南溪县| 沽源县| 当涂县| 获嘉县| 元阳县| 武宣县| 安西县| 贺兰县| 伊吾县| 海口市| 宣恩县| 乐山市| 精河县| 红原县| 故城县| 乌鲁木齐市| 津南区| 民权县| 双鸭山市| 东安县| 宁城县| 正定县| 县级市| 雷波县| 大宁县| 福贡县| 尉氏县| 华坪县| 浪卡子县| 浠水县| 措勤县| 巴南区| 达州市| 辽宁省| 九龙县| 武冈市| 二连浩特市| 根河市| 云浮市| 房产| 延寿县| 郎溪县| 金溪县| 万源市| 凤冈县| 西峡县| 宁河县| 五峰| 且末县| 中江县| 海门市| 永仁县| 高青县| 宜川县| 泰顺县| 五家渠市| 拜泉县| 保山市| 合水县| 林甸县| 财经|