
電流是運動中的電荷。它可以突然發射靜電的形式,例如閃電或手指和接地燈開關板之間的火花。但是,更常見的是,當我們談論電流時,是指發電機,電池,太陽能電池或燃料電池的電力更具控制形式。
最多電荷由原子中的電子和質子攜帶。質子具有正電荷,而電子具有負電荷。但是,質子大多被固定在原子核內,因此將電荷從一個地方攜帶到另一個位置的工作是由電子處理的。諸如金屬之類的導電材料中的電子在很大程度上可以自由地從一個原子移到另一個原子,沿其傳導帶,這是最高的電子軌道。匹茲堡州立大學物理學教授塞里夫·烏蘭(Serif Uran)表示,足夠的電動力(EMF)或電壓會導致電荷失衡,這會導致電子作為電流通過電流的電流移動。
雖然將電流與管道中的水流進行比較有點奇怪,但有些相似之處可能會使它更容易理解。科羅拉多大學Bolder的物理學教授邁克爾·杜布森(Michael Dubson)表示,我們可以將電線中的電子流視為管道中的水流。警告是,在這種情況下,管道總是充滿水。如果我們在一端打開閥門將水放入管道中,則不必等待水一直到管道末端。我們幾乎立即將水取出另一端,因為傳入的水將已經在管道中的水推到了末端。這就是電流中電流的情況。導電電子已經存在於電線中。我們只需要開始將電子推到一端,它們幾乎立即開始在另一端流動。
根據佐治亞州立大學的高物理學網站,電線中電子的實際速度為每秒幾百萬米的順序,但它不會直線沿著電線直行。它幾乎隨機反彈,只能以每秒幾毫米的速度取得進展。這稱為電子的漂移速度。但是,當我們翻轉開關後,當電子開始被推出電線的另一端時,信號的傳輸速度幾乎是光速,每秒約3億米(每秒186,000英里)。在交流電流的情況下,電流會改變方向50或60次,大多數電子永遠不會從電線中取出。
充電不平衡可以通過多種方式產生。第一個已知的方法是創建一個靜態充電通過一起摩擦兩種不同的材料,例如用動物毛皮擦一塊琥珀色。然後,可以通過將琥珀接觸到電荷較少或接地的身體來創建電流。但是,這種電流的電壓很高,安培數非常低,並且僅持續了一秒鐘,因此無法做任何有用的工作。
直流
造成電荷不平衡的下一個已知方法是電力電池,由意大利物理學家於1800年發明亞歷山德羅·沃爾塔(Alessandro Volta)命名電壓(V)的電動力單位。他的“伏樁”由一堆交替的鋅和銅板組成,這些鋅和銅板被浸在鹽水中的一層布,並產生了直流(DC)的穩定來源。在接下來的幾十年中,他和其他人都改善了他的發明。根據美國國家歷史博物館,“電池引起了許多科學家和發明者的注意,到1840年代,電池為新的電氣設備提供了電流,例如約瑟夫·亨利(Joseph Henry)的電磁體和塞繆爾·莫爾斯(Samuel Morse)的電報。”
其他DC來源包括燃料電池,將氧氣和氫結合到水中,並在此過程中產生電能。氧氣和氫可以作為純氣體或空氣以及酒精等化學燃料提供。直流電流的另一個來源是光伏或太陽能電池。在這些設備中,來自陽光的光子能量被電子吸收並轉化為電能。
交替的電流
我們使用的大多數電力都以電力網格的交流電流(AC)形式。交替電流是由運行的發電機生產的法拉第歸納法,通過這種變化的磁場可以在導體中誘導電流。發電機的電線旋轉線圈在轉彎時通過磁場。當線圈旋轉時,它們相對於磁場打開和關閉,並產生每半彎各向方向的電流。電流每秒鐘經歷60次的完全前進和反向周期,或60赫茲(Hz)(某些國家 /地區為50 Hz)。發電機可以由由煤,天然氣,石油或核反應堆加熱的蒸汽輪機提供動力。它們也可以由水力發電渦輪機或水渦輪機提供動力。
從發電機中,電流經過一系列變壓器,將其加速到更高的電壓以進行傳輸。這樣做的原因是電線的直徑決定了電流或安培數的量,它們可以攜帶而不會過熱和失去能量,但是電壓僅受到線與地面的絕緣程度的限制。有趣的是,電流僅由一根電線而不是兩根電線攜帶。直流的兩個側面被指定為正和負。但是,由於AC的極性每秒變化60次,因此交流電流的兩個側面被指定為熱和地面。在長距離電源傳輸線中,電線攜帶熱側,地面側在地球上行駛以完成電路。
由於電源等於電壓時間安培,因此您可以使用更高的電壓在相同安培的線下向下發送更多電源。然後將高壓通過通過一個變電站分配到您的房屋附近的變壓器,最終將其逐漸降至110 V。
一旦電流到達線的末端,大部分將使用兩種方法之一:通過電阻通過電阻提供熱量和光線,或通過電誘導提供機械運動。還有其他一些應用程序 - 熒光燈和微波烤箱都浮現在不同的原理上,但大獅的功率份額基於電阻和/或電感。例如,吹風機同時使用。
這使我們成為電流的重要特徵:它可以做到。它可以照亮您的房屋,洗淨並擦乾衣服,甚至在開關翻轉時將車庫門抬高。但是,變得越來越重要的是電流傳達信息的能力,最著名的是以二進制數據的形式傳達信息。儘管與計算機的互聯網連接僅使用的是電流的一小部分,但它對現代生活越來越重要。
其他資源