題:
為什麼在電源的影響下，開路時電子不從導體中推出？
user3131972
2014-09-24 15:38:52 UTC
view on stackexchange narkive permalink

經常將電流與水流進行比較。例如，如果我在水箱上打洞，水將流到水箱壓力和大氣壓不相等或水箱變空為止。為什麼用電不會發生這種情況？

如果電壓高到足以破壞露天的絕緣效果，它就會起作用。那就是閃電；）
因為那是開路的定義。
考慮這一點的一種方法是考慮能量。當水流從開放的管道中推出時，它“朝著”一個較低的能量前進。另一方面，與自由電子相比，電路中的電子處於較低的能量狀態。因此，當從管道上滴下的水失去能量（重力勢能）時，電子將需要*獲得*能量才能被釋放-想像一下水流向山頂推。問題是，在“斷路”情況下，山丘是巨大的：)
九 答案:
Owen
2014-09-25 03:20:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

您正在想像一個開路看起來像這樣：

Leaky tank

一個更好的類比是：

Sealed tank

迴路中的管道沒有被水流過的自由空間所圍繞-它們是通過岩石挖洞的。沒有管道的地方只有石頭，水就不流。

良好的可視化。更加羅word：電子“洩漏”的能壘極高，僅在“壓力”（電壓）極端或當它們（現在拉伸隱喻）被入射光子通過[光電]蒸發掉時才會發生。效果]（http://en.wikipedia.org/wiki/Photoelectric_effect）。
如果您使用水可視化電的工作原理，則記住“電路”（管道）要么是平坦的，要么是沒有重力的空間，這一點也很重要。
JIm Dearden
2014-09-24 16:15:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

與水的類比非常有限，不能模擬電子在導線中的移動方式。應始終謹慎使用它。

電子會從一個原子跳到另一個原子而非常緩慢地漂移（約1m /小時）。電流似乎在整個電路中瞬間流動 ，但不會在不完整電路中流動（沒有電場移動電子）。

導線的電導率很高（許多“自由”電子隨機嗡嗡作響），而小的電場（導線兩端的電壓差）會產生電流。導線外部的電導率非常低，如果電子離開導線表面，則沒有電場可以克服導線中帶正電的金屬離子的吸引力。

另一方面，水（分子）只會從管的末端流出，因為在開口端（由於氣壓）將水推入的力小於水的推力。

水可以逸出，因為管子的內部和外部與介質基本相同>，並且分子受到壓力（空氣和泵），重力（在管道內）和重力（在管道外）的作用。

電子有可能逸出導線嗎？

是的。

要使電子逃逸到其“金屬容器”中，必須提供足夠的能量來破壞將其與金屬離子結合的鍵。這可以通過高能光子（請參見光電效應和功函數）或加熱金屬（熱電子發射）來完成。當然，如果這是在空氣中完成的，那麼電子在被吸收之前不會走得很遠，因此需要在真空中完成。

如果電場很高（如在帶電的雲中），那麼產生的火花是閃電。

嗨，吉姆，您需要清楚一點，由於外部電場，電子在金屬中的漂移可能很慢。但是熱運動非常快。（類似於1 / 2mv ^ 2 = 3/2 kT表示v ^ 2 = kT / m，假設有效質量為1，我得到〜2x10 ^ 5 m / s。）
@GeorgeHerold絕對正確，感謝您澄清（+1）。我試圖避免在熱運動（在所有方向上快速，隨機運動，但總體上基本上為零運動）與漂移速度（在所應用領域的總體方向上，躍點中的緩慢遷移）的數學細節上避免陷入數學細節。
我有一個問題-如果電子移動得這麼慢，那麼有多少電子（每秒每安培6241,509,324,000,000,000？）移動以產生電流？
@asawyer您需要考慮波浪，而不僅僅是單個粒子。當您推動棒時，（幾乎）您推動的全部能量將轉移到另一側，即使一側的原子沒有一直移動到另一側-能量以波的形式傳播*在*電子和原子上方，而不必移動太多。一個糟糕但恰當的類比將是牛頓的搖籃。
@Luaan好的，這很合理。
Andy aka
2014-09-24 15:45:33 UTC
view on stackexchange narkive permalink

在水箱上開孔以便水可以逸出與電子設備中的短路相同。阻塞水管與斷開連接相同。

請記住，水箱是“水流絕緣體”，並且與阻塞的管相同。

Majenko
2014-09-24 16:08:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

所有這些都是壓力均衡的問題。

對於水來說，均衡的不是水的壓力，而是大氣壓力對水的作用。空氣向下推動水並將其推出孔中，直到內部和外部壓力均等。

在電池兩極之間連接一根導線，兩極之間的壓力即可均衡。 / p>

在桶的孔中塞上一個塞子，水將不再流動-現在，內部和外部之間的壓力差已固定。在電池的兩極之間增加一個非常高的電阻，電流將不再流動（或流動非常緩慢-塞子有滴漏）。阻力越高，氣流越慢。

空氣的典型阻力（根據Wikipedia）約為\ $ 1.30×10 ^ {16} \ Omega / m \ $到\ $ 3.30×10 ^ {16 } \ Omega / m \ $，擊穿電壓約為300kV / m（這是將塞子從罐中的孔中擠出的壓力）。

Olin Lathrop
2014-09-24 23:50:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

水和電的工作方式不同。有時將管道中的水用作電線電流的類比，但是在您要問的情況下，這種類比會失效。

實際上，如果您記得空​​氣不導電，這種類比仍然有效。 ，但是空氣很容易導水。為了使水流模擬更加準確，您必須設想除管道內部之外的所有其他部件，這些部件均由某種固體材料製成。想像一下，空氣中的所有東西實際上都是某種硬橡膠。水不會從開放式管道中流出，因為它不可能流到任何地方。

Martin Petrei
2014-09-24 16:11:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

能量水平

此效果通常由能量水平的概念來解釋。這些材料分為三類：絕緣體，導體和半導體。

對於導體...

從能級（原子）的角度來看，對於導體，在 價帶之間沒有能隙 和 導帶 。然後，只需很少的能量，電子就可以運動。

對於絕緣子...。

對於絕緣子，價帶和導帶之間的能隙要大得多，這意味著需要大量能量才能將電子定位在導帶中。

然後，在開路中...

在開路中，絕緣周圍導體比這些導體具有更高的能量。在正常情況下，來自絕緣導體的電子沒有足夠的能量到達絕緣子的導帶。

但是...

但是，如果將能量施加到絕緣子上導體明顯增加，可以達到絕緣材料的跳躍；這種影響是放電或電介質破裂。

謝謝。好答案。但是，它沒有幫助我。 我了解為什麼電介質中沒有電流。根據我對電流的想法，必須將電子推到導體的外部世界。但是它們像障礙一樣緊靠電線的末端。當電動勢作用在導體上時，電子如何保持材料內部？
-1
@user3131972:本質上沒有“外部世界”，只有“其他”。在這種情況下，“其他”是稱為“空氣”的絕緣子。
George Herold
2014-09-24 16:50:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

電子因其功函數而被困在一種金屬中。功函數是金屬中電子的能量相對於自由空間中電子的能量的量度。 （或在真空中。空氣的存在只是增加的複雜性。）金屬中的電子始終處於比真空狀態低的能量狀態。如果在金屬上施加足夠強的電場，則電子可以克服功函並離開金屬。 （想想一個真空管陰極。）比喻水很容易。水放在高邊的水桶或水槽中。 （但是最好考慮一下真正的電子。）

supercat
2014-09-25 01:08:01 UTC
view on stackexchange narkive permalink

特定區域中的電子數量與該區域中的質子數量之間的任何差異都會導致附近的電子根據需要被吸引或排斥，以使這些數量相等。電子要離開一個區域的唯一原因可能是該區域中的電子數量相對於電子數量而言過多，或者附近區域的電子短缺（相對於質子）。一個“完美”的1安培電源每秒將一個庫侖電子（一個相當大的桶負載）從一個端子移動到另一個端子。如果沒有電子離開接收來自電源的所有電子的終端，不久之後電子就會變得過於擁擠以至於它們將開始離開，即使那將意味著他們要去的地方會有些擁擠。 （因為它不會比他們要離開的地方擁擠）。同樣，如果沒有端子進入電源從其接收電子的端子，則其電子短缺將迅速變得嚴重到足以使其開始從附近的任何物體抓取電子，即使那會導致附近的電子短缺（因為

隨著電子離開一個端子進入另一個端子，這將減少這些端子排出或獲取電子的緊迫性。請注意，相對而言，要產生基本不可抗拒的力，需要令人驚訝的少量電子過剩或電子短缺。不能完全將導體中的電子質量視為不可壓縮的，但是非常接近。用非常粗糙的相對術語來說，如果一種典型的材料具有游泳池中的電子價值，那麼嚴重短缺和過度擁擠之間的差異將小於下降。

AaronD
2014-09-24 23:40:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

想像一下：

對於電力，管道會自行恢復。壁厚是到最近導體的距離。想像通過空氣中的電線穿過固體管道壁那樣移動物體似乎有點怪異，但是如果您忽略物理學的那一部分，這個類比就可以了。

如果“壁”太薄而不能保持壓力，它會通過，我們稱之為電弧。這也適用於很小的規模，例如當使用12V供電時內部會產生5V芯片電弧。



ⓘ
該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到，我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
Loading...