
则位于面的左侧长为的导体内的电荷为, 这些电荷将在的时间内穿过该面 , 故 这是电流强度的微观表达式 。 顺便说一下电流密度这个东东 , 因为后面要用到 。 它是指单位面积上的电流 , 也就是 由于导体内部各个点的载流子的速度可能不同 , 为了更细致的描述这种一般情况 , 就将电流密度定义为矢量 , 用表示 , 即 设铜导线的半径为=0.8mm , 电流强度为15安 ,=, 计算得电子的漂移速度为
这速度怎么样?天啦!不说比乌龟慢 , 根据百科数据 , 这个速度比蜗牛还慢得多!凭这个速度 , 电网什么时候才能把电能送达到用户手中?
其实 , 之所以有人把载流子比作携带能量的车子 , 因为他们凭直觉认为 , 电能是被带电粒子所携带的 。
然而 , 作为载流子——例如电子 , 是没有大小的 。 至少目前看来 , 电子只是一个点而已 , 没有内部结构 。 它若要携带能量 , 这能量装在哪里?
实际上 , 除了自身的质量所度量的静能之外 , 电子只有一种可以携带的能量 , 那就是动能 。
但动能显然不是电能的本质 。 既然电子的漂移速度慢若蜗牛 , 而电子的质量又是如此之小 , 根据上面的载流子的浓度 , 你大概可以算一下 , 在电流一次完整的流过电路的过程中 , 比起负载消耗的电能来说 , 全部载流子的动能加起来的值是微不足道的 。
那么 , 电能到底是什么呢?
02
电能的本质
要回答这个问题 , 先要了解电能是怎么得到的 。 本文开篇第一段就说了 , 电能是电场力之外的某种力反抗电场力做功获得的 。
电荷同性相斥 , 异性相吸 。 因此 , 世间万物的最佳的和谐结构内部的正负电荷之和必为零 。 如果要将这些原本均匀相间的正负电荷残忍分离 , 那必然就引起它们的强烈反抗 , 因此你得付出代价 。
例如 , 用某种方法让一块物体带电的过程中 , 在获得第一个电荷微元时 , 几乎不费什么力 , 但随之后面的其他所有电荷都是新来的了——将受到越来越大的排斥力——因为同性相斥 。
类似的 , 下面这个惊心动魄的挖坑(fen)过程中 , 随着他越挖越深 , 为了将沙子放到逐渐变高的沙堆顶上 , 他需要对沙子作更多的功 。
设某次搬运的沙的重量为, 此时沙堆与坑的落差为, 则此次做功为 待挖坑完毕时 , 他克服重力做的总功为 这个总功即为沙土的重力势能的增加量 。
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