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有问有答:电流真的是电子像水一样从发电厂流到家里吗?

2018-6-21 15:35  |  作者:thesea   |  关键字:有问有答,电流

本文约957字,需2分钟阅读

电子的确是会定向移动的,但这个速度大约在零点几米每秒到几米每秒(与电流和材料有关),这个速度是相当慢的,而家里用的电能其实是通过电磁波从负载侧面输入的,这个速度是光速。

不过要澄清一下有的解释,电流并不适合用水波类比,水波在传播时倒的确是相互碰撞传递能量的,而没有定向移动。

电子定向运动的速度如此之慢,为什么我们一按下开关灯马上就能亮呢?从电流角度来说,整个电路中都充满了电子,开关一闭合,所有电子都发生定向移动,灯附近的电子立马就会流过使之发光,而并不是要等开关处的电子甚至是发电厂的电子流到你的灯里去。

接着我们讨论一下电能传播的问题,也就是从电场的角度来看。发电厂的作用是在你的开关两端提供一个电压,当你闭合开关时,主角是你的开关,发电厂在哪个位置并不会影响灯亮的速度。开关闭合时,电路导通,开关周围的电场发生变化,产生电磁波,电磁波向空间传播,所到之处电场也随之建立,电子就开始定向移动。并且能量在电阻小的地方几乎沿着导线表面传播,电阻越大则越垂直,因而在负载的地方,电能是由外部空间从侧面输入的——而不是通过导线内部的电子运动。

也就是说,电能是光速传播的,并且是从开关处开始传播,开关如果离得远,电能传到用电器的时间就长——假如你的开关离灯有一光年远(假设电压足够大),那你的灯要在开关闭合1年后才会亮,关于这个可以看我们之前的一个回答(一根1光年的电线通电,停电时1光年外会马上停电?)。

最后和自来水厂对比一下,如果考虑水的循环,直流电路里电子定向周而复始地运动倒的确和水流相似。

不过事实上,我们家用的交流电,电流方向每秒钟都会改变100次(这是精确数值,我们国家电网交流电频率是50Hz,也就是1秒钟变化50个周期,每个周期方向变2次),电子一会从这边流过电器,一会从另一边流过,总体来看电子是不断振荡的。而且这个振荡的幅度非常之小,根据我一开始说的电子定向运动速度,不妨取大的10m/s(事实上家用电器是达不到这个速度的),电子每0.01s都要变化一次方向,即使不考虑加速减速过程,电子的振荡幅度最多也是10厘米。

不用说发电厂,你家门口电线杆的电子都不会跑到你家去,这和自来水是完全不一样的。


  • 游客  07-10 09:55

    游客:

    为啥停电后来点时,灯是像潮水一样亮,而不是同步亮的。
    06-22 09:38
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  • 文章中只是解释在导线中电能传播的方式,然而在整个电路中,各种元器件里面电容电感的充放电效应等等,使得传输的时间被大大延长了。

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    26#

  • 游客  06-23 00:43

    游客:

    哥,给解释一下同一个路由器出去的两条网线,一条3米,一条80米,为啥同时接通,3米的比80米的先亮灯?
    06-22 23:32 已有1次举报
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  • 这点距离传输速度都可以忽略不计了,不然以前铜缆时代延迟得按秒甚至分钟算。倒是80米的铜缆需要考虑信号衰减的问题

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    25#

  • 游客  06-22 23:32

    哥,给解释一下同一个路由器出去的两条网线,一条3米,一条80米,为啥同时接通,3米的比80米的先亮灯?

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    24#

  • 游客  06-22 11:47

    游客:

    为啥停电后来点时,灯是像潮水一样亮,而不是同步亮的。
    06-22 09:38
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  • 因为要经过大大小小的变电站 变压器 (包括你自己家的各种变电器)这个转换需要一丢丢时间

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    23#

  • 游客  06-22 11:23

    游客:

    烧友对电的归类早有定论:水电柔,火电暖,风电空气感强,核电富有激情和能量。但在老烧的眼中,用电的学问可不那么简单。葛洲坝就是水电中音色最好的,因为它是长江上第一座大型水电站,是世界上最大的低水头大流量、径流式水电站。火电以北仑电厂的电音质最好,因为烧的是无烟煤。高手甚至可以从用同一款器材在不同的时间点听出区别:晚上8点到10点音色会偏冷,11点后声音明显变暖,因为高峰用电时是外省的水电,低谷电以本地火电为主。 ...
    06-22 11:08
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  • 哇,真心黑科技

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    22#

  • 游客  06-22 11:21

    游客:

    为啥停电后来点时,灯是像潮水一样亮,而不是同步亮的。
    06-22 09:38
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  • 这个原因很多吧,比如像有些路灯用的是高压钠灯,气体放电,通电后温度慢慢上升后才发光,各个灯有细微差别,启动时间不一样,可能会造成这样的视觉。

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    21#

  • 游客  06-22 11:08

    烧友对电的归类早有定论:水电柔,火电暖,风电空气感强,核电富有激情和能量。但在老烧的眼中,用电的学问可不那么简单。葛洲坝就是水电中音色最好的,因为它是长江上第一座大型水电站,是世界上最大的低水头大流量、径流式水电站。火电以北仑电厂的电音质最好,因为烧的是无烟煤。高手甚至可以从用同一款器材在不同的时间点听出区别:晚上8点到10点音色会偏冷,11点后声音明显变暖,因为高峰用电时是外省的水电,低谷电以本地火电为主。 ...

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    20#

  • 游客  06-22 11:04

    音响最关键的不是音源,也不是音箱,而是电!
    水电偏冷,火电偏暖,核电偏硬,水电以葛洲坝的电音色最好;
    雅鲁藏布江、高山雪原的天水音色最纯;
    火电要看电机机组,西门子的不会错。
    但最佳效果还是推荐新疆阿克苏的风电,宽松醇厚,层次细腻,那才是大自然呼吸的声音!

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    19#

  • 63047838研究生 06-22 10:19

    两个疑问

    1,电磁波学说怎么解释直流电流?

    2,导线的趋肤效应要在高频率才会产生,低频电流并不会集中在导线表面

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    18#

  • 游客  06-22 09:48

    本文约957字,需2分钟阅读

    善意的谎言。

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    17#

  • 游客  06-22 09:38

    为啥停电后来点时,灯是像潮水一样亮,而不是同步亮的。

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    16#

  • 游客  06-22 07:41

    再提一个问题,你知道从微观角度上电子和电子之间是如何相互作用的吗?

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    15#

  • 游客  06-22 02:59

    小编 问你个问题 电线里的电子跑去其他地方,没有电子填充电子轨道。电线去哪里获得电子而填充轨道?

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    14#

  • 游客  06-21 21:14

    游客:

    感觉这样的科普意义不大,最直观的,电工只是需要把到家的总线整理好,弄配电器开关,再拉线到大厅和房,检查有无漏电就OK了,你和他说电学原理估计还真不懂,但让你来拉线呗,恐怕你已经直接投降了,还是科普下核聚变吧(和现在用核能来发电的核裂变是两码事),这才是未来,搞定了就是猩猩直接进化为人那种飞跃。
    06-21 17:36 已有3次举报
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  • 如果这种科普意义都不大,那你这种杠精活着又有什么意义呢?

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    13#

  • 游客  06-21 21:13

    fascinating!点赞Sea大

    p.s.楼上那位physics101都搞不明白,还天天想着核聚变,好比三胖手握H bomb,太可怕了!

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    12#

  • 游客  06-21 19:53

    请问小编,直流电、低频交流电、射频都是一样的原理吗?

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    11#

  • 游客  06-21 18:45

    游客:

    感觉这样的科普意义不大,最直观的,电工只是需要把到家的总线整理好,弄配电器开关,再拉线到大厅和房,检查有无漏电就OK了,你和他说电学原理估计还真不懂,但让你来拉线呗,恐怕你已经直接投降了,还是科普下核聚变吧(和现在用核能来发电的核裂变是两码事),这才是未来,搞定了就是猩猩直接进化为人那种飞跃。
    06-21 17:36 已有3次举报
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  • 限定在这个范围没法解释无线电,上1期的文章已经谈到无线信号的发射

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    10#

  • 游客  06-21 18:30

    游客:

    这是为了研究水电比火电更好吗,会带来水的清澈
    06-21 16:00
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  • 火电发的电比核电发的电更纯净,一位烧友跟我说的,他说核电的话音响他能听出细微的音质变化

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    9#

  • 游客  06-21 17:52

    其实电子可以比作一条排队的人,整条队伍本身就存在,而电场就是喊话的命令,命令一下,排队的人就自发立即向前移动,并不需要最末尾的一个人走到最前面才会移动。

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    8#

  • 游客  06-21 17:42

    游客:

    感觉这样的科普意义不大,最直观的,电工只是需要把到家的总线整理好,弄配电器开关,再拉线到大厅和房,检查有无漏电就OK了,你和他说电学原理估计还真不懂,但让你来拉线呗,恐怕你已经直接投降了,还是科普下核聚变吧(和现在用核能来发电的核裂变是两码事),这才是未来,搞定了就是猩猩直接进化为人那种飞跃。
    06-21 17:36 已有3次举报
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  • 毕竟不都是去当电工的

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    7#

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