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人为规定电流的方向是与自由电子的移动方向相反,那电流又描述的是什么?

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1、你所见的物质是各种元素组成的,元素的最小单位是原子

2、原子则是由电子、质子、中子组成的

3、然后电子带着负电荷,质子带着正电荷,中子不带电荷

4、电荷就像桌子板凳的颜色,是一种性质

5、带有电荷的粒子,就是“带电粒子”,我们也经常直接称之为电荷,比如电子。

6、然后人们发现电荷自带电场,运动的电荷还会产生磁场,电场和磁场就像无形的手,反过来可以作用于电荷就像有力在推或者拉,于是有了异性相吸,同性排斥

7、这样的力,就是电磁力,属于宇宙四大基本力之一:强作用力、弱作用力,电磁力、引力

PS:至于为什么会有电磁力,估计可以问上帝,毕竟可以假设是它老人家创造了宇宙。

8、原子之所以存在,其一就是电磁力的吸引,电子和质子正负相吸,而质子和中子则依靠另外一种基本力合在一起(强作用力),组成了原子核。

>如果原子里面的电子和质子数量一样,那么正负抵消,原子看起来就不带电

>如果原子里面的电子和质子数量不一样,那么原子带电,是正是负就看是电子多还是质子多,这样的原子属于“离子”

>如果整个物体/物质上的电子和质子数量不一样,那么就是“物体带电”,称之为“静电”

PS:“正电子”实际上是电子的反物质,正电子和电子碰撞会湮灭而变成能量。在这里,电学电路里,运作的通常就是电子,电子多了,就是带负电,电子少了(相对于质子),就是带正电。在电池的电解液中,也可以通过“离子”运作。

9、对于金属导体而言,它里面的原子最外层电子,非常容易逃出原子的束缚,而成为“自由电子”

PS:利用金属导体制作的金属线,就是导线。

10、你所见的电池,人们通过制造工艺,让电池的正极非常缺电子,而电池的负极则聚集更多的电子,于是,正极带了正电,负极带了负电。

11、当你使用导线把电池正负极连接起来的时候,在电磁力的作用下,导线内的自由电子们会哗啦啦的往正极跑,而负极超多的电子也会进入导线往正极去,于是,有了定向移动,称之为“电流”。电池内部则通过比如化学反应维持正负极电子的数量差,直至反应耗尽。

12、为了方便研究,人们人为的硬性规定了电流的方向为正电荷移动的方向。显然,它与电子的实际运动方向相反。导线内移动的始终是电子,它带负电,但电子往正极移动,也可以就看成是有正电荷再往负极移动。

13、当然,为了表示出移动的电荷的量,电流也有大小,他们是移动的,于是还与时间有关,所以电流的大小就是:1秒内通过比如导线某个横截面的电荷量。电流越大,说明1秒内移动过的电荷量就很多。

14、电子们的移动来自于电磁力,电磁力并不是凭空让它们移动的,而是消耗了能量,被叫做势能。

15、对于一个平面直角坐标系,在X轴上给定一个A点和B点(B>A),那么AB之间的距离自然就是B-A

16、于是,对于处于电场中的电荷,就有了电位(电势),电位就想你那坐标系中的A点和B点,代表的是不同的能量

17、给定一个A点和B点(B点能量>A点能量),要让电荷从A移动到B,需要多少能量呢,自然就是B-A,于是,有了电压,电压=B-A(也就是电位差),用来表示这个能量。

也就是说,只要有这么个能量存在,电荷便能到达下一个位置

18、平面直角坐标系上,有个原点,为0,正是因为原点的存在,你才能知道A是多少,B是多少,B-A又是多少,原点就是方便我们测量计算的一个参考点

19、于是,电位也需要参考点,在我们通常所见的电池连接的电路中,参考点就是电池的负极,也就是电池的负极=0。依据这个参考点测得的能量就是电位,而电池正极的电位也就是电池的电压了。

20、对于用电器,用电器两端的电压就是两端电位相减的值。

21、在有电流的时候,电子会在导线里面定向移动,至少大方向是这样,但实际上,电子们在导线里面是撞来撞去的,于是,会产生热量,当导线把电源正负直接相连的时候,热量甚至会烧毁导线,所以,并不建议直接用导线接电源的正负极。

22、用电器,其实就是一种能量转化装置,尽管电子们勇猛,但灯泡则会把能量转为光和热

23、尽管上面说了物质是元素组成的,元素的最小单位是原子,但对于固体材料,原子分子们组成的方式,也就是结构也是需要考虑进来的。于是有了“晶体”,简单的说,就是内部排列结构并非杂乱无章的固体。

24、晶体内部原子排列的形式就是“晶格”,各种晶体的晶格也会有所不同,于是晶格会划分出“晶系”,比如立方晶系、六方晶系、三方晶系等等。反正,你可以想象成原子们相互排列而成的各种立体框框。

25、所以,当自由电子们定向移动的时候,就会和这些晶格相撞,这会让电子损失能量,也就是原子们的排列结构让自由电子并不能很顺利的通过,于是,我们说,这对电流就有了阻碍作用,于是,有了“电阻”。当然,这还最终与这个物体的外形有关系。

26、通常,金属导体的晶格结构非常有利于电子们穿过,所以,我们经常把导线的电阻忽略掉。

27、另外一个情况是,有些物质本身,其原子就把电子抓的牢牢的,在没有自由电子的情况下,自然,也不会有移动了,你可以看做电阻是无限大。也即:电阻是说的对电流的阻碍。至于怎么阻碍的,不同场景下就会不同。它关系到:物质的内部排列结构,电子容不容易逃出原子,以及物体的外形等。

28、最后,有些物质的电阻是很稳定的,有些物质则会因为某些因素而使得自身电阻发生变化,比如温度的变化可能会引起某些物质的电阻发生变化。通常,电路中画出来的纯电阻,都是稳定的电阻,不会因为其他什么原因而改变。



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