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  • 1 # 量子科學論

    這個問題的答案視情況而定。我們大致可以把所有的電力系統分為兩類:靜電系統和電路電力系統。這個分類對於我們理解電流的目的已經足夠了,完全可以解決這個問題。

    靜電系統確實可以耗盡電子,電流停止流動

    靜電系統是指由於某處電荷積聚而產生的電流。這種系統不涉及閉合電路。這類系統的例子包括閃電和我們平時摩擦時產生的火花。當大量的電子堆積在一個地方時,電子自然地互相排斥,導致強烈地相互推動,這時電子就有一種逃逸的衝動,一些電子會被直接從物體上推走,最終被推到空氣中,水裡,或其他任何周圍的物體上。我們把一組移動的電子稱為電流,因此電荷的積累可以驅動電流。也稱為放電過程。

    經典力系統的電子只是簡單地從電子堆中流出,最終附著在環境中的原子上。這樣,即使我們沒有一個完整的電路,我們也可以有電流。在空氣中,電流以暗放電、電暈放電或火花(取決於電流是弱、中等還是強)的形式存在。所以“靜電”這個名字不太合適,因為在這種型別的系統中電荷並不總是固定的。更準確的名稱應該是“非電路電”或“電荷積聚電”。

    由於電荷積聚是造成靜電系統中電流的原因,一旦積聚的電荷消失,電流就會停止流動。當電子從積聚堆中流出時,積聚堆就會變小。最終,多餘的電子堆就消失了(保持分子中性所需的電子仍然存在)。也就是說,電流停止流動是因為電源耗盡了多餘的電子。這就是為什麼閃電和靜電之間的火花會很快的消失。並不是電子被破壞了(也不會被破壞),只是洩露到了其他地方。因此靜電系統中,電子是會消耗殆盡的。

    電路電力系統是一個迴圈的閉合迴路

    相比之下,電路電力系統涉及的電流通過了一個閉合迴路。這個電流是迴圈系統中“電荷泵”工作的結果。電荷泵就是我們常說的電壓源,它可以是化學電池、太陽能電池、發電機組或電網電源。電荷泵沿電路產生一個電壓差,就可以驅動電子在電路中流動。泵可以不斷地向一個方向泵入電子,從而產生直流電(DC),也可以週期性地改變泵入電子的方向,從而產生交流電(AC)。為了簡單起見,我們只說直流電!

    電子在電路中沿著由電壓產生的勢能向下流動。當電子回到電路末端的電壓泵時,低能量的電子就會被激發到一個高勢能的位置,這樣它們就可以再次透過電路。這種情況有點像人工瀑布一樣。水從瀑布流到水池裡是由於自然的引力,就像電子在電路中流動是因為電壓施加的壓力一樣。水泵將水池中的水推回到瀑布頂部的高勢能狀態,就像電池將電子推回到高能量狀態一樣。然後迴圈往復。

    由於電荷的流動是電路電力系統中產生電流的原因,所以只要“泵”還開著,電路不中斷,電流就不會停止流動。電路不會創造、破壞、消耗或失去電子。它們只是把電子帶著繞圈。由於這個原因,電路電子系統就不會耗盡電子。透過電路傳遞的能量不是電路中消耗電子的結果。電子總是作為構成電路的原子和分子的一部分存在於電路中。傳遞的電能是電子在電路中運動的結果。關掉“泵”(即斷開電源),電子在電路中就會停止移動。但是電子不會離開、不會消失。它們仍然是電路中材料的自然組成部分。

    宇宙中的電子也不會無緣無故的消失

    其實真正的電力系統是這兩種效應的結合。例如,一個電路通常包含一個電容器。雖然電路整體上像一個電路電力系統,但電容器更像一個靜電系統。結果,電容器確實會耗盡電子。一旦電容器的一邊的電子耗盡,電流就停止流過電容器。這是,包含電容的電路部分就會從電路電力系統切換到靜態電力系統。這是因為電流現在是由於缺少電子而停止流動的,而不是由於缺少電壓或缺少完整的電路停止流動的。

    當然在整個宇宙中,能量也是守恆的,電子也不會無緣無故的消失或者被毀滅,只能從一種形式轉化為另外一種形式的能量。而且電力系統的做功,並不是在消耗電子,只是在透過電子的運動傳遞能量。

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