为什么发电机里面的电子用不完,一直发电一直可以有电子发出来?
为什么发电机里面的电子用不完,一直发电一直可以有电子发出来?
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网友解答:
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1⃣️因为电的特性是电能生磁,所以磁又能生电、线圈在SN两性磁铁间运动切割了磁力线,线圈中便感生了电,这个原理就制造出了手摇电话,发电机,电动机,比如你骑电动车,旋转把手电机得电就前行,下桥时你关去电源,电机在惯性中前行还能发电,这就是相互转换的过程。
2⃣️发电厂将线圈为定子不动,将SN极磁铁带动旋转起来,这就是转换作用,并不是因为不断发出了电后怎么还总是流之不尽,原来磁场是永恒的,利用旋转切割磁力线而得到的感生电荷,只要不产生闭合循环,产生大量的电子会在原位不定向运动,一旦有了回路,电子便会根据阻值大小开始循环做出不同的功。电流的大小,根据发电机线圈粗细,磁铁的磁性大小。我国电力为50HZ,这是磁铁一秒钟固定的周数,如果提高Hz会使电压升高,不适配我国用电设备。
3⃣️只要磁铁的磁性不退化,只要磁铁旋转切割磁力线不停,磁生电就不断,电子就用不完,这就是让人不可思议的物理学!
谢谢!
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网友解答:
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在人类文明的发展史上,电的发现和应用绝对是一个里程碑,时至今日,电早就已经与我们的生活密不可分,可以说如果没有了电,我们人类将会在一夜之间回到古代。
通常情况下,当有合适的电流通过了某个电器,这个电器就可以正常工作了。那么什么是电流呢?物理老师告诉我们,电流是指自由电子在导体中的有规则的定向运动。
由于我们所用的电都是由发电机产生的,因此我们似乎可以得出一个结论,即发电机源源不断将电子发送出来,并将它们送到千家万户。
于是一个问题就显现出来了:为什么发电机里面的电子用不完,一直发电一直可以有电子发出来?
先简单说明一下,电流的方向是人为定义的,而事实上,人们定义的电流方向与电子运动实际方向是相反的,为什么会这样呢?这是因为在人们最初发现电的时代,科学家还对微观世界一无所知,根本就不知道电子的存在。
他们只能根据已知的现象,来定义电流的方向,直到电子被发现以后,人们才意识到这是个错误,但是由于人们对电流的概念已经根深蒂固,而且这个错误也无关紧要,所以电流这个概念就一直沿用至今了。
当发电机工作时,它的金属线圈会做切割磁力线的运动,这时线圈内的自由电子,就会在电磁感应的作用下固定地向线圈一端移动,于是这一端就带负电,相应的另外一端就带正电,这样在线圈的两端就产生了感应电动势。
在这种情况下,如果在线圈两端之间形成了闭合的通路,那么自由电子就会在这个通路中做定向运动,从而形成电流。我们可以看到,电流形成的必要条件就是形成一个闭合的通路,可以简单地理解为,电子从发电机的负极出发,然后从正极回来。
这就意味着,电子的流动是一个循环,在这个过程中,电子根本就没有消耗。
那么我们平时用的电消耗的是什么呢?其实我们对电的应用,主要是利用了电流通过相关用电器具时,所产生的各种效应,例如热效应、电磁效应以及化学效应等。从能量转换的角度来看,发电机就是一种将机械能转化为电能的设备,电子只是能量的携带者,而不是消耗品。
我们平常使用的大多数都是交流电,所谓的交流电,是指电流的方向会随着时间做周期性的变化。同样的,交流电的电流必须在一个闭合的通路中才可以形成,只不过这个通路里的电子一会儿向前,一会儿向后。总体上来讲,道理还是前面讲的一样,电子并没有在这个过程中消耗。
值得一提的是,发电厂的发电机所发出的电,是要经过几级变压器的变压才最终到达千家万户,在这些变压器之间都相互绝缘,它们之间的能量是通过特定的电磁感应来完成转换的。每一级变压器都是一个闭合的通路,在这些通路里所有的电子都是在做循环运动,因为没有消耗,所以它们是永远都不会用完。
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这是个很好的问题,电路在很多情况下可以类比到水路上,假设在一个闭合的水路中,水在水泵的作用下一直在循环流动,可以知道,水分子并不会减少。而且这些水分子并不是来自水泵内部,而是本来就存在于水路中。
回到本题,发电机的作用就相当于水泵,发电机自己并不产生电子,自由电子固有的存在于导线中,发电机只是给了电路中电荷的一个驱动力,请注意:发动机只是电动势的提供者,电子不会凭空产生和消失,电子在电动势的作用下,在闭合回路中流动,所以并不会减少。
电子的流动方向是这样的:在直流电路中,电子从负极出发回到了正极,在电源内部,电子从正极又回到了负极,因此电子是用不完的。
在如上图所示的交流电路中,零线接地,电位被大地始终钳制为0电位,另一端电压以工频50Hz周期性的变化,时正时负,电子在电路中的方向也是周期性变化,电子也不会消耗,而且零线电位与流过的电流大小无关。
深究发电机内部的发电原理是这样的:
到目前为止,不管是火力发电、核能发电、还是水力发电、风力发电,发电应用的基本原理都是法拉第电磁感应定律。
发电机的基本构造很简单,就是磁场加导体,导体在磁场中做切割磁感线的运动,就会产生感应电动势,电磁感应定律的实质是带电粒子受到洛伦兹力的作用,导体中有带正点的电荷和带负电的电子,当导体在做切割磁力线时的运动时,带电粒子就会受到洛伦兹力而产生定向移动,由于电子和原子核所带的电荷电性恰好相反,因此它们其受到的洛伦兹力方向相反,在导体中就会产生感应电动势。
电子移动的快吗?
电流的传播速度是光速,通常认为电流传播不需要时间,但实际上导体中电子的移动速度非常慢,一秒钟大概只有几厘米,与光速相差很远。
那么电流如何做到光速传播的?
这是因为,电场的传播速度是光速,在电源接通瞬间,在电动势的作用下,整个导体就建立了电场,导体中的所有电子接收到电场的“指令”就开始定向运动,所以电子移动得并不快,快的是电场。
形象的比喻就是:一条5000m自来水管线,当你打开水龙头的时候,自来水的就出来了,并不是自来水厂的水瞬间移动了5000m,而是打开瞬间,水管中所有的水再水压作用下都要移动,水压的传递速度就是电流的速度。
今天的科普就到这里了,更多科普欢迎留言!
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首先一点,问题本身就有一种认知上的误区,电子不会凭空消失也不会凭空消失,发电机本身并不产生电子,也无所谓“用不完”,发电机的工作原理其实很简单,就是法拉第电磁感应定律,利用磁场和导体,导体在磁场中做切割磁感线运动就会产生感应电动势,发电机本身只提供电动势,而非电子。
电能是在闭合的回路中流动,电子本身并不会减少。发电机就相当于一个水泵,它自己不产生电子,只提供电动势,自由电子只存在固有的导体中,而电动势相当于提供给了自由电子一个驱动力。
还拿水泵举例子。我们家里都有自来水,每次当你打开自来水的瞬间,水就会流出来,流出来的水当然不是自来水公司刚刚过滤出来的水,而是这些水早就存在于水管中,当你打开水龙头的瞬间,自来水在水压的作用下都会移动,水压传递的水都就相当于电流的速度。
电流的性质也是类地的。实际上导体中自由电子移动的速度是非常慢的,每秒钟只能移动几厘米,但我们知道电流的速度其实是光速,为何是这样?电子移动虽然很慢,但电场的速度很快,就是光速。电动势作用下可以产生电场,而电场可以让导体中所有电子同时移动,这就相当于水压让自来水中的水流同时移动一样,所以我们感觉到电流很快,达到光速!
平时我们用的电池只能就是提供了电动势,电池没电了就是没有了电动势,就与普通的导体没有本质区别。而发电机也是一样,只要发电机一直转动,就会一直产生电流。
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为了便于研究电流,通常将电流比做水流。
对于一个闭合的水路,抽水机将水从低处抽到高处,保持一定的水压,水路中的水在水压作用下形成水流,对水轮机做功,消耗了水能,但并不消耗水分子,接着又被水泵抽到高处,所以,是一定数量的水分子循环流动。同样道理,电源不断地将电子从一端押运到另一端,使电路两端保持一定的电压,在电压的作用下,闭合电路中的自由电荷(金属导体中是自由电子)发生定向移动,形成电流,对用电器做功,消耗电能,也不消耗电子,接着电源将电子又被押运到另一端,所以,电路中有电流是电子循环流动,对电源而言有出有进,当然没有穷尽。
事实上,电流很快,就是建立电场的速度,而自由电子实际运动速度很慢。而发电机线圈中产生的是交流电,线圈中的电流不断改变方向,线圈中的电子也不断改变运动方向,所以,也可理解为线圈中的电子在线圈中往复运动。见过织布的没有,就如同织布机的梭子那样来来回回。发电机的电子根本就没走远,接着就回去了,怎么会用完呢?
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