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说说电线中的“电流”是如何流的 精选

已有 10736 次阅读 2014-7-9 23:30 |个人分类:镜子大全|系统分类:科普集锦| 电流, 电线


评说一下《关于直流电路中电能的传输》,说说电线中的“电流”是如何流的。
作者: mirror (*)
日期: 07/09/2014 06:14:00

【学术擂台】关于直流电路中电能的传输发出后,响应不多。为此,博主又给了一个《奇怪,物理学界一片哑然》的帖子。按博主自己的说法,“以前在大学教过电动力学。为了写这篇才4页的关于直流电路中电能的论文(樊京,张操,“关于金属导线中直流电能的传输”,南阳理工学院学报,第6卷,第3期 (2014)第1-4页。),我查阅了近10本电磁学的书,看了超过50篇的相关文章。投稿也失败过3次”。

帖中所引用的赵凯华的图中有明显的错误:电池部分的+-电极和那里的电力线三者关系处理得不好。按照约定,电力线是从正极画向负极的箭头。赵的示意图里显然是没有遵循这个规范。
 
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但是这些都是小问题,这个问题的核心乃是电线中的“电流”是如何流的?而不是“金属导线中的直流电能是如何传输的”。所谓直流(电),就是恒定流。这个恒定流的载流子(电子)的速度也可以简单地估算出来。铜1mm3内的原子重量有约9mg,折合原子个数9e-3/63x6e23=8.6e19个。按一个原子提供一个自由电子算,这个体积内的电荷量有13.7C。如果一秒中这些个电子们走过1mm的话,电线里的电流是13.7A,如果是1A电流的话,可以认为这些个电子每秒只前进了不到一百微米。也就是说,比起人们感觉到的“来电速度”而言,恒定流的载流子(电子)的行进速度(平均的)是很慢的。

显然,“金属导线中的直流电能是如何传输的”话题的核心应该是在这里:一方面是蜗牛般的载流子行进速度,一方面是光速般的电能传播速度。如何来解释这一对矛盾呢?张老师们的文字对此显然是无能为力了。相比之下,用赵凯华的版本来解释就容易多了。

没有接通导线前,电力线从电池的正极朝4周“发射”。导线接通的那一瞬间,电力线进入到了导体内,驱动该处的载流子流向负极。也就是说“第一次推动”是来自导体外部。这个电力线的瞬间变化(移动)必然要带来磁场的、电场的瞬间变化,因此这个瞬间,电力开关处要出现些特殊的现象,电流周围会产生有磁场。这个“第一次推动”完成之后,按照牛顿的思考模式,就啥事儿都没有了。

百家姓里赵排第一,张排第几不大清楚。赵版的解释显然要比张等的说法高一筹,因为解释了电力传播速度的问题。这显然是大学课程里需要说明的事情。当然,也可以采用其他的解说方法,但樊京和张操的思考显然是没有抓住问题的要害,所谓的【学术擂台】根本不能成立。

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就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。




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