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  • 1 # 使用者4862982237824

    當空間中僅僅存在一個電子或者一個點電荷時,周圍會激發出電場,距離電荷越近,電場越大(服從庫侖定律!如果不想看我下面的廢話就wiki一下庫侖定律吧)。如果兩點間的連線有沿著電場線方向的移動,(或者打個比方,點電荷在北極,一個人從北京到上海,無論經度改變了多少,緯度上是行走了一段距離的,也就是說北京和上海之間有電壓差),那麼這兩點之間就存在電壓差。這就是電荷和電壓的關係。當空間中不僅僅只有一個點電荷,而存在非常多的電荷,他們按照一定的密度分佈在空間之中。可能有正有負,無論大小,無論間距。我們不考慮它們之間的移動也不考慮所謂空間中的介質(也就是假設空間中只有這些電荷)。那麼這個時候空間中的電場就是每一個點電荷產生的向四面八方的電場的疊加。形狀就會非常複雜。想想一下,空間中不同位置上的電場強度不同,並且由於電場是向量,還有方向也可以不同。但是,由於庫侖定律的限制,空間中還是可以沿著電場的方向畫出電場線,就像是風的流線。而兩點之間如果仍然在流線方向也就是電場方向上有一定的距離,那麼兩點之間就存在電壓。比喻成風是一種很好的理解。當兩地氣壓不同時,就會產生風。氣壓差越大,風越大。同時,如果兩地距離越大而要保持風速不變,那麼兩地間的氣壓差也要越大。(這個比喻是不嚴謹的,只是幫助沒有接觸過電磁學的讀者來理解)所以說,兩點之間的電壓可能由於之間的電場很強(風很大)或者兩點之間距離很遠造成。直觀來講,電壓很大似乎就對應著有非常多的電荷積累,但是實際上還有可能是後者,即距離的影響。記住這一點,我們再來看為什麼會有題主這樣直覺上的矛盾。首先,一小部分電荷確實就能造成非常大的電壓。冬天脫毛衣的時候衣服上帶的靜電不多,但是可以電人,也就是擊穿空氣。擊穿空去所需的電場大概在千伏每釐米的量級。注意這裡說的是電場!而非電壓!也就是說,如果隔著1cm被電到就是被1000伏的電壓點到了哦!(實際上應該沒有這麼高,只要電荷積累的尖端附近電場超過擊穿電場就會擊穿空氣,並形成通路進一步擊穿)但是由於電荷是積累在面板表面的,不會經過人體,所以沒有觸電個危險。而電場的強度有電荷的分佈密度相關,如果電荷越集中,產生的電場也就越大。如果電荷全部集中在毛衣的纖維的尖端,那麼產生的電場將是非常大的。其次,一般情況下絕緣體都是會被擊穿的,而且擊穿電場都很高。比如說空氣,或者橡膠。所以在生活中經常會遇到非常強的電場和電壓。比如說,雷雨天中雲和地面的電壓差就會高達上萬伏。而我們是感覺不到的。所以不要被高電壓嚇到哦~真正可怕的是輸電電纜中的高壓。因為這時候除了電壓高以外電流也非常大!也就是電你的功率電壓乘電流非常大,立刻就烤熟了。這時候就涉及到題主的另一個問題:電壓是如何維持的。實際上前面已經講過了,只要空間電荷分佈維持不變,那麼電壓就不變。但是實際情況中電荷是很容易跑掉的,導電能力越強,越容易跑掉。極端的例子比如說在導體中就不會有電荷。這個容不容易跑掉就是電阻率。在電阻率低的時候,想要維持電壓就需要源源不斷的提供電荷來維持電荷分佈,也就是說電荷跑的越來越快,直到其受到電阻的阻力與電場驅動的力量向平衡。這樣就會有很大的電流。這也就是所謂的歐姆定律。另外還有一種情況,為了避免混淆前面一直沒有提到。也就是磁生電。或者說是發電機的原理。這時候直接在空間產生電場,並使得電荷沿著電場線運動。而電荷的運動又會抵消一部分電場的生成。在這種平衡之下,得到發電機最終的電壓和功率。好了,那麼電源又是什麼呢?電源就是提供電壓的。這僅僅是一個直觀的理解。還有一種電源提供恆定的電流,也有電源提供恆定的功率。發電機提供的是一個電壓差,但是注意電壓與功率沒有直接關係!如果負載很輕,也就是電流很大,那麼功率很大。相反的,就算一個非常高電壓的發電機兩極是斷路的,它輸出的功率也是0.另外,發電機還有一個指標是額定功率。也就是能夠正常工作的功率輸出。超過這個功率就會導致電壓降低或者過熱。這時候電壓降低是因為電流過大,在發電機內部消耗的很大的一部分電壓,使得輸出的電壓變小了。化學電池由於其材料的設計,應用不同化學物質見的電動勢之差產生電壓。可以理解為,不同元素的原子外層電子在被輸入一定能量的時候都會飛出去。而這個能量對於不同的元素是不同的。如果能夠應用好這個能量差,那麼就能將其外化並利用起來。這就是化學電池。所以其提供的電壓是由電池內的物質決定的,是一個確定的值。但是當電池用完了的時候,發生了化學反應,物質改變了,或者說發生了氧化還原反應,或者說能夠飛出去的電子都飛出去了。這時候電池本身的電阻就會增大,導致大量的電壓消耗在電池內部,輸出電壓也就變小了。這也就是為什麼電動車用完的電池在遙控器上還能用。因為遙控器所需要的電流小,消耗在電池內部的電壓沒有那麼大。電池的大小隻影響電池的蓄電量,也就是裡面的物質足夠發生多少的化學反應放出多少電荷。但是有的電池內部實際上是幾個單元串聯,這時候電壓逐級臺升,比如說膝上型電腦的電池。

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