有關(guān)電的幾點(diǎn)思索

公麗麗+俊杰

摘要：本文主要對(duì)有關(guān)電的三點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了分析解釋，一、為什么要使用電能作為能源轉(zhuǎn)換的中介而不是其他形式的能源？二、大家都知道在開(kāi)關(guān)閉合的一瞬間所有的用電器就立即開(kāi)始工作，而電流的大小和自由電子的移動(dòng)速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳播速度？

關(guān)鍵詞：自由電子；電流；速度

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2014）11-007-01

從小學(xué)自然課中一些有關(guān)電的常識(shí)開(kāi)始，到初中物理電路的初步學(xué)習(xí)和高中大學(xué)有關(guān)電學(xué)知識(shí)的逐步深入，雖然學(xué)過(guò)了這么多關(guān)于電的理論知識(shí)，但是當(dāng)談?wù)撈鹨恍╆P(guān)于“電”的一些最基本的認(rèn)識(shí)時(shí)卻會(huì)各執(zhí)己見(jiàn)，為什么對(duì)于有些基本的問(wèn)題大家仍有迷惑不解之處？

其實(shí)我們從小學(xué)到大學(xué)畢業(yè)學(xué)過(guò)的有關(guān)電的理論知識(shí)確實(shí)不少，但是當(dāng)談及這個(gè)比較抽象看不見(jiàn)也摸不著有關(guān)電的最基礎(chǔ)問(wèn)題時(shí)，大家往往會(huì)陷入深深地思考之中：對(duì)啊，為什么要發(fā)明并使用電呢使用其他的能源不行嗎？電到底是什么？是怎么流動(dòng)的？電的傳播速度那么快為什么電荷的移動(dòng)速度卻不是光速？

首先，電的發(fā)明確實(shí)是人類科學(xué)史上一次偉大的創(chuàng)舉，發(fā)電廠發(fā)電就是把分散在各處不好利用的一次能源如風(fēng)能，熱能，水力，核能，潮汐能，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為能成本低廉的進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送并且更為有效，清潔，用途更廣的電能。然后經(jīng)過(guò)高壓輸電，輸送到目的地后再根據(jù)具體的用途將電能轉(zhuǎn)化為各種形式的能量：如轉(zhuǎn)換為熱能冬日里來(lái)取暖，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能來(lái)運(yùn)輸物品，轉(zhuǎn)換為風(fēng)能夏日里來(lái)納涼等等。簡(jiǎn)言之電能在中間起到了一個(gè)中介的作用。

其次，關(guān)于電壓及電流的流動(dòng)。大家都知道電的傳播速度是很快的，在一個(gè)電路中只要在開(kāi)關(guān)閉合的一霎那，所有的電器設(shè)備就會(huì)即刻開(kāi)始工作，即電以光的傳播速度c= 3.0×10^8m/s來(lái)傳播的。但是自由電子的運(yùn)動(dòng)速度卻是很慢的。（根據(jù)電流的大小為I=nqsv。在人教版選修3-1的課本例題中算出電子的運(yùn)動(dòng)速度v=7.5 ×10^-5m/S，如果自由電子同多一條長(zhǎng)1m的導(dǎo)線需要3個(gè)多小時(shí)）。電是以光的速度傳播的，而為什么電子的傳播速度又是如此的緩慢呢？那兩者具體怎么解釋呢？大家都知道只要是導(dǎo)體就有可以自由移動(dòng)的電子，只是這些自由電子的運(yùn)動(dòng)是不規(guī)則，不定向的。在這里因?yàn)殡姳容^抽象我就用一個(gè)形象的例子來(lái)說(shuō)明一下。

早上學(xué)校操場(chǎng)上站滿了等待跑操的學(xué)生（類比如導(dǎo)體）。在體育老師沒(méi)有下達(dá)命名開(kāi)始跑操之前學(xué)生們都是可以在自己的班級(jí)附近自由活動(dòng)，找同學(xué)聊聊天，嬉笑打鬧一下（類比如導(dǎo)體中自由電子）。但是只要早操時(shí)間一到老師一聲令下（電路中的開(kāi)關(guān)）大家立即全都列隊(duì)整齊的同步圍繞操場(chǎng)運(yùn)動(dòng)起來(lái)（通路中自由電子定向移動(dòng)）。這里操場(chǎng)必須是閉合的，學(xué)生才可以一圈一圈的跑步運(yùn)動(dòng)（只有閉合的通路才有電流）。學(xué)生能在操場(chǎng)上跑步運(yùn)動(dòng)時(shí)學(xué)生們體內(nèi)必須有能量和有運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力（通路中電子能定向移動(dòng)必須有電源提供電壓和能量）。通過(guò)這個(gè)例子大家也就能很好的理解為什么電的傳播速度是很快的但電子的運(yùn)動(dòng)速度卻不快。就如老師一聲命下以聲音的速度傳到學(xué)生的耳朵里大家即刻開(kāi)始全部向前運(yùn)動(dòng)起來(lái)，整個(gè)操場(chǎng)頓時(shí)流動(dòng)有了流動(dòng)性，但是同學(xué)們跑步前進(jìn)的速度卻是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于命令傳播的速度的(電在命令的一刻瞬間產(chǎn)生，而電子卻在緩慢的移動(dòng))。

再次，關(guān)于電路中的電壓。這一點(diǎn)可以用水壓來(lái)做類比：雖然水流和電流有許多不同之處，但是這里用水壓來(lái)比電壓還是能幫大家形象的理解電壓的。大家都知道只有有水壓差水才會(huì)在渠道里流動(dòng)否則會(huì)是死水一潭，同理只有有電壓的情況下才會(huì)有電流經(jīng)過(guò)。如在以下的電路中：

如果R1=R2，R3=R4的情況下，在開(kāi)關(guān)閉合后，因?yàn)镽1 R3與R2 R4中間的這根導(dǎo)線兩端沒(méi)有電壓差，所以此時(shí)導(dǎo)線中是沒(méi)有電流流過(guò)的相當(dāng)于斷路。

隨著對(duì)一些簡(jiǎn)單問(wèn)題謎團(tuán)的打開(kāi)，漸漸地發(fā)現(xiàn)雖然這些年學(xué)過(guò)的理論知識(shí)很多，拿來(lái)一些題目也會(huì)做，但是以前僅僅是為了學(xué)習(xí)為了考試而學(xué)習(xí)的。有時(shí)拿出你所學(xué)過(guò)的一些問(wèn)題思考一下，在通過(guò)查閱有關(guān)的資料文獻(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)搜索，對(duì)于一些問(wèn)題會(huì)有一種恍然大悟茅塞頓開(kāi)的感覺(jué)。

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