什么是电

从广义上讲,电是一整套电磁现象,是电磁场及其与物质相互作用的各种表现形式;狭义上用在“电量”的表述中,在后者的量化中与“电荷”同义。

当您听到“电”或“电”这个词时会想到什么?一个人会想到电源插座,另一个人会想到电源线、变压器或电焊机,渔夫会想到闪电,家庭主妇会想到手指上的电池或手机充电器,车工会想到电动机,有人甚至会想象 尼古拉·特斯拉坐在他的实验室里,靠近一个正在爆发闪电的共振感应线圈。

以某种方式,现代世界中有许多电的表现形式。如果没有电,今天的整个文明是不可想象的。但我们对他了解多少?让我们澄清一下这些信息。

从发电厂到电器

当我们在家里插上插座,打开水壶或按下开关,基本上是想点亮灯泡,然后在那个时刻我们关闭了之间的电路 来源电力接收器为电荷提供路径,例如通过水壶的螺旋。

我们家里的电源通常是插座。通过电线(在我们的示例中是水壶上的镍铬合金线圈)移动的电荷是 …电线通过两根电线将插座连接到用户:沿着一根电线,电荷从插座移动到用户,同时沿着第二根电线——从用户——移动到插座。如果电流是交变的,那么电线每秒会改变其角色 50 次。

发电厂

城市网络中电荷移动的能源(或更简单地说,电力的来源)主要是发电厂。在发电厂中,电力是由一个强大的 发电机,其转子由核装置或其他类型的发电厂(例如,水轮机)驱动旋转。

在发电机内部,磁化转子穿过定子线,导致 电动势 (EMF)在发电机的端子之间产生电压。它总是 频率为 50 Hz 的交流电压,因为发电机的转子有2个磁极,以3000rpm的频率旋转,或者有4个磁极,转速为1500rpm。

110、220 或 500 千伏的超高交流电压由发电厂变压器提供给电线 高压电力线 (LEP),然后从那里进入降压变电站,在那里,在变压器的帮助下,它最终降低到家庭网络的水平——220 伏。

这是我们每天都在不假思索地使用的接触中的紧张。 关于电力传输的长途 以光速(每秒 299,792,458 米——电场沿着电线传播的速度,推动电线内部的电子,产生电流)从发电站到我们的插座。

输出交流电压 220 伏

输出产生的电压是可变的,因为:首先,它可以很容易地转换(减少或增加),其次,它更容易产生,并且与恒定电压相比,它在电线中的损耗更小。

通过为其连接的电线供电 变压器, 交流电压, 我们得到 交流电,每秒谐波改变方向 50 次,能够在变压器的磁路中产生交变磁场,这反过来又能够在次级绕组的导线中激发电流,从而缠绕变压器磁路...

如果磁场在线圈覆盖的空间中是恒定的,那么线圈中的电流就不会被定向(参见 电磁感应定律).

要获得电流,必须改变空间中的磁通量,之后它会在周围结束 电场,它将作用于电荷,例如,电荷可以位于铜线(自由电子)内,该铜线位于该空间周围,磁通量不断变化。

发电机和变压器的运行都是基于这个原理,唯一的区别是变压器没有移动的工作部件:变压器中的交变磁通量源是初级绕组的交流电,而在发电机中有一个带有永久磁场的旋转转子。

随处变化的磁场,根据电磁感应定律,产生涡旋电场,作用于导线内部的自由电子,使这些电子运动起来。如果电路对消费者关闭,电流将流过消费者。

储能和直流电

日常生活中最方便的就是以化学能的形式积累电能,即 在电池中......当外部电路对用户关闭时,与电极的化学反应能够产生电流,电池电极的面积越大,从中获得的电流就越大,这取决于材料电极和电池中串联的电池数量不同,电池产生的电压也会不同。

因此,对于锂离子电池,单节电池的标准电压为 3.7 伏,最高可达 4.2 伏。放电时,带正电的锂离子在电解液中从以铜和石墨为主体的负极(-)移动到以铝为主体的正极(+),充电时从正极向负极移动,在电动势的作用下充电器形成石墨-锂化合物,结果能量以化合物的形式积累。

锂离子电池的工作原理

电解电容器的工作方式类似,不同于电容量较低的电池,但需要大量的充放电循环。

对于锂离子电池,完整寿命限制在最多 1000 次充放电循环,比能量含量达到 250 Wh/kg。至于电解电容,其校正后的电流寿命估计为数万小时,但能耗通常低于0.25 Wh / kg。

静电

如果你把丝绸床单放在羊毛毯子上面​​,把它们压在一起,然后试着把它们分开,那么就会有 电气化... 这将发生,因为在具有不同介电常数的物体的摩擦条件下,它们的表面会发生电荷分离:具有较高介电常数的材料将带正电,而具有较低介电常数的材料 - 带负电.

这些参数差异越大,带电越强。当你用羊毛地毯擦脚时,你带负电,地毯带正电。这里的电位水平可以达到数万伏特,例如,触摸连接到接地物体的水龙头会触电。但由于电容量稀少,这种不愉快的事件不会对你的生命造成很大威胁。

另一件事是电泳机,其中摩擦产生的静电荷积聚在电容器中。莱顿银行中积累的电荷已经危及生命。

最重要的术语和定义

什么是电磁场

电磁场是一种特殊类型的物质,其特征是在空间中连续分布(电磁波)并揭示结构的离散性(光子),其特征是能够在真空中传播(在没有强引力场的情况下),根据带电粒子的速度对带电粒子施加力效应。

什么是电荷

电荷是物质或物体粒子的一种特性,表征了它们与自身电磁场的关系以及它们与外部电磁场的相互作用。它有两种类型,称为正电荷(质子、正电子等电荷)和负电荷(电子等电荷)。作为一个量,它是通过一个带电体与另一个带电体的强相互作用来量化的。

什么是带电粒子

带电粒子是带电荷的物质粒子。

什么是电场

电场是电磁场的两侧之一,由电荷和磁场的变化引起,对带电粒子和物体施加力效应,并通过对静止带电物体和粒子的力效应来揭示。

什么是磁场

磁场是由移动的带电粒子和物体上的电荷引起的电磁场的两侧之一,以及对移动的带电粒子施加力的电场的变化,并由通常指向的力作用揭示相对于这些粒子的运动方向并与它们的速度成正比。

什么是电流

电流是带电粒子运动的现象,是电场随时间变化的现象,伴随着磁场。

电场的能量是多少

电场能——与电场相关并在电场变化时转换为其他形式能量的能量。

什么是磁场能量

磁场能量——与磁场相关并通过磁场的三种变化转化为其他形式能量的能量。

什么是电磁能(电能)

电能——电磁场的能量,由电场的能量和磁场的能量组成。

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电流载体

电流存在的条件

电场和磁场:有什么区别?

电流的速度

基本电量

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