载流子|电能是什么?它是靠电流输送的吗?也许你全错了!( 五 )



载流子|电能是什么?它是靠电流输送的吗?也许你全错了!
第三类是存储为机械能 。
例如水电站在用电低谷时 , 用水泵将水抽到高处 , 这就将电能转化为水的重力势能 。 等到用电高峰时 , 就放水发电 。

载流子|电能是什么?它是靠电流输送的吗?也许你全错了!
还有一种常见的机械储能是飞轮储能 , 即用电机驱动飞轮高速旋转 , 将电能存储为动能 。 这种方式常用于那种在短时间内需要大量能量的场合 , 例如核聚变的点火过程 。
讲完电能的存储问题 , 重新回到我们的主线问题上来 。
04
能量的转化
有了以上对于电能本质及存储方式的了解 , 对于本文开篇中提到的电路中的能量转换的过程 , 就可以理解得稍微清晰些了 。
之所以说“稍微” , 因为这一节我们暂不讨论能量的流动 , 只讨论转化 。
在电源被接入电路之前 , 它有一个储能的过程 , 例如化学电池就存储了化学能 。 我们来讨论这之后的电路工作过程 。
电路中的电源是能量的提供者 , 负载是能量的消耗者 。 因此 , 一个电路在工作过程中 , 涉及两个主要的能量转换 。
第一个转换是指能量从电源中被转换成电能 。
这个转换是通过一种与电场反抗的力——非静电力的做功实现的 。 非静电力泛指一切能反抗电场力的力 。 它像法海那样 , 专门拆散恩爱的配偶 , 所以它擅长分离电荷到两极 。

载流子|电能是什么?它是靠电流输送的吗?也许你全错了!
即使在电源未被接入到电路中时 , 这个转换也发生过 , 只是很快就停止了 。 因为电荷的分离导致两极之间产生电场 , 载流子受到增长的电场力 , 直到与非静电力平衡 。
因此 , 一个开路电源 , 内部是有电场的!也就是说 , 电源两端电势差 , 并不是接通时瞬间产生的 , 而是本来就有的 。
接通电路以后 , 这种平衡立刻被打破 , 因为外电路上的电子受到电场的驱动力 , 两极处的电荷开始移动 , 于是电源内部的平衡也被打破 。 作为法海的非静电力又占上风了 , 于是他开始一波又一波的拆分动作 , 将化学能不断转化为电场能 , 以维持电源两端的电势差 。
第二个转换是指电能被负载消耗 。
这些被消耗的电能被变成其他的能量 , 如热能 , 光能 , 机械能等 。 也包括给电池充电 , 那样的话 , 电能又重新变成了化学能了 。
以金属电阻为例 。 这个过程中 , 电子与晶格不断碰撞 , 电子的定向运动的动能被传递给金属原子 。 金属原子的振动速度加剧 , 使电阻的温度升高 , 产生焦耳热 。

推荐阅读