|
这个问题颇有深度，确实，电路行为在众多情境下与液流有着显著的可比性。设想一个封闭的水路系统，其中的水分子在水泵的作用下持续流动，我们能明确的是，水分子的总量保持不变。同样，这些水分子并非来自水泵内部，它们是水路系统中原有的成分。
如此看来，发电机好比这个水泵，它并不会创造电子，导线中原本就存在自由电子。发电机的主要作用是给电路中的带电粒子提供了一种驱动力。要点是：发电机仅仅是电动势的来源，电子不会无缘无故地生成或消失，它们在电动势的推动下沿着闭合的电路移动，因而电子的数量是恒定的。 电子流动的路径是这样的：在直流电系统中，电子从电池的负极出发，并在正极结束旅程，而在电源内部，电子又会从正极回到负极，所以电子是无限循环的。
如上图所示的交流电系统中，零线连接到地面，电位被稳定地保持为0电位，而另一端的电压则以50赫兹的工业频率周期性波动，正负交替，电子在电路中的移动方向也随之变化。电子不会被消耗，并且零线的电位与流经的电流大小无关。 深入研究发电机的发电机理：
到目前为止，无论是火力、核能、水力还是风力发电，其背后的基本原理都是法拉第的电磁感应定律。 发电机的基本结构非常简单，主要由磁场和导体组成。当导体在磁场中移动，切割磁力线时，就会产生感应电动势。电磁感应的根本是带电粒子受到洛伦兹力的影响。导体中的正电荷和负电子在与磁力线相切割的运动中会受到洛伦兹力作用，从而产生定向移动。由于电子与原子核所带电荷极性相反，它们所受的洛伦兹力方向也相反，进而在导体中形成感应电动势。 电子移动速度快吗？ 电流的传播速度与光速相当，通常认为电流没有传播时间。但实际上，导体中的电子移动非常缓慢，大约每秒几厘米，远低于光速。 电流是如何实现光速传播的呢？
这是因为电场的传播速度可以达到光速。在电源接通的一刹那，在电动势的推动下，整个导体迅速形成电场，电子在电场的作用下开始有序移动。所以，尽管电子移动的速度并不快，但电场的传播速度却是极快的。 我们可以这样比喻：想象一条长达5000米的水管，当你打开水龙头，水立即流出。这并不是因为水厂的水瞬间传输了5000米，而是因为打开水龙头的瞬间，水管内的水在水压的作用下开始移动。水压的传递速度与电流的速度相当，这就是我们能立即获得水的原因，而不是等待水从水厂传输到水龙头。 |
|
|
