為什麼串聯電路中的電流處處相等?不是已經被用電器消耗了電能麼?

時間 2021-05-31 21:53:44

1樓:杜鵬

消耗電能,但不是消耗電流,題主沒有把什麼是電能搞清楚。電能是正負電子分開後所具有的勢能,就好比一群小朋友爬到了滑滑梯頂部,這個時候,他們相對於地面就有了勢能,這個是重力勢能,你可以模擬電勢能,然後小朋友往下滑的過程,可以模擬電子做功的過程,小朋友可以理解為電流,他們滑倒了地面,沒有了勢能,但小朋友的個數沒變,電流做了功,但電流大小不變也是相同的道理。簡而言之:

電流大小不等於電能大小消耗的是電能,可不是電流

2樓:

從高中教輔對電阻微觀本質的解釋講,電子在與晶格上的原子碰撞時雖然損失動能,但由於系統具有一定電勢能,所以碰撞後電子會繼續加速運動,電流也自然不會消失。

3樓:飄盪在小漁村的農民工

說簡單點就是,電荷無法被消滅,所以電流不能被負載逐級「消滅」!

電流對時間的積分為電荷量,根據電荷守恆定律,從電源流出的電荷量應等於流入電源的電荷量,換句話說單位時間內,流出電源的電荷量應等於單位時間內流入電源的電荷量,即流出電源的電流等於流入電源的電流!

這就是基爾霍夫電流定律

那麼,假設負載逐級消耗了電流,總的電流大小會下降,體現出來就是從電源流出的電流下降,流入的電流也會跟隨下降,而不會出現因負載存在,電流逐級降低的情況出現!

負載的耗能的主要表現在於電壓的降低,在電路網路中選擇乙個圈計算圈上各元件電壓的向量和是等於0的

這個就是基爾霍夫電壓定律

如果把電流比作水流,負載比作為水電站,水電站積蓄一定的水流滿庫容執行時,消耗了水的重力勢能,對外輸出電能,而排出的水流大小始終等於入庫水流的大小

當上游的洪水來臨時,水壩的蓄洪作用在於,利用先前空出的庫容,遲滯洪峰下行,當庫容達到警戒水位時,水壩也只能是放水洩洪,此時的水流同樣也是流入多少水就排走多少水,只是洪水的能量被削減了!

4樓:神奇的秋大少

我給你乙個好理解但不完全準確的答案。

這個電子就好比是乙個在空中飛的球,同時具有動能(電流)與勢能(電壓)。電子經過電阻後減小的是它的勢能(電壓)而並未減小動能(電流)。

5樓:Joker

我高中的時候,老師曾經已水流比喻,我覺得用這個來解釋比較貼切。

1L水從10m高流到0m高,用時1秒,推動了水輪機做工。水流為1L/s。做功為100J。

我們來看電,上面的高度就是電壓,水流就是電流,同樣做了功,水流量也沒減小,產生了壓降和水的高度下降對應。

6樓:紫陽秋楓

我們首先來看電流的定義:

電流強度 被定義為在單位時間內通過導體某一橫截面的電荷量,用公式表示即為:

但是,這樣乙個概念並不是在任何情況下都那麼有效。從定義中我們可以看出,電流強度是針對一整個截面的「平均效果」。對於直流電路,在導線橫截面上,電流是均勻分布的,但是對於交流電路,隨著頻率的公升高,則會出現所謂的「趨膚效應」,即電流的分布將會往導線的表面集中。

這樣,即使兩個電路有著相同的電流強度,但是二者內部的情況卻是完全不同的。我們可以將其與水流模擬,電流強度即相當於流量,即使流量相同,水流也可能會有不同的速度分布,因此僅靠流量這乙個物理量是遠遠不夠的。

為了精確地描述某一點的「電流」,物理學家引入了乙個新的概念,即:電流密度向量。這向量在導體中各點的方向代表該點電流的方向,其數值等於通過該點單位垂直截面的電流。

嗯,其實它就是單位面積上通過的電流強度。如果我們用j來表示電流密度,dS表示與電流方向垂直的乙個截面元,那麼自然有:

通過導體中任意乙個截面的電流強度即為:

在流體中,我們有質量守恆定律,因此我們可以得出流體的連續性方程,與之模擬,在電磁學中,我們有電荷守恆定律,因而我們也可以得出電流的連續性方程。與流體的連續性方程模擬可以立即得到:

這個公式即是解答這個問題的關鍵。

如果電路處在恆定條件下(恆定條件:物理量不隨時間變化),那麼上述公式化為:

我們給這個公式乙個通俗易懂的解釋:若電路處於恆定條件下,在電路中任意作乙個閉合曲面,那麼有多大的電流強度「流入」這個曲面就有多大的電流強度「流出」這個曲面。若將該電流的連續性方程用在電路的節點上,我們就得到了著名的基爾霍夫第一方程組,又稱基爾霍夫電流定律(KCL)。

回頭來看題主的第乙個問題,根據以上的分析,如果電路處於恆定條件,那麼串聯電路中的電流一定是處處相等的。對於乙個直流電路,當電路穩定以後,電路中形成了類似於靜電場似的恆定電場,電路中各處的電荷將同時受到相同的作用,即所謂的「步調一致」,在電路中不會產生電荷的堆積,因而恆定條件對於穩定的直流電路是一定成立的。

但是對於交流電路,則未必如此。交流電路中的電場是週期性變化的,而電磁場的傳播需要時間,因而在電路中不同位置的電荷可能會受到不同的作用,電路中可能產生電荷的堆積,串聯電路中的電流也可能處處不等。如果電路本身的線度相比電磁場的波長小的多,那麼我們仍然可以把電路中各點所受到的電場的作用看做是相同的,即恆定條件仍然成立。

這樣的近似我們稱之為「似穩條件」。

我們來舉個例子說明這種近似的合理性。

以日常交流電距離,中國民用交流電的頻率為f=50Hz,那麼電磁波的波長為:

能繞地球1/6圈的交流電路是不存在的。

如果交流電的頻率很高,這個界限一般定為10^8 Hz,那麼就不能以傳統方法處理這樣的交流電路。

我們再來看題主提出的第二個問題。我猜題主是這樣想的:導體中的電流強度又可以表示為:

其中v是自由電子的平均定向運動速度。

根據金屬導電的經典微觀解釋,「在金屬導體裡,自由電子不斷地和晶體點陣上的原子實碰撞,在碰撞時把定向運動的動能傳遞給原子實,使它的熱振動加劇,因而導體的溫度公升高。」

這樣,似乎自由電子的平均定向運動速度會減小,電流強度也會減小?

實際上,我們同時要注意,在這個過程中,電路中建立的電場也在不停地對自由電子做功,這個過程是使得電子的平均定向運動速度增大的過程。這兩個過程恰好達成了一種動態的平衡。因而我們不能說用電器消耗了電能就會使得電流強度減小。

7樓:蝦公尺898

這種初中級別的問題最適合我來回答,答案雖然為了淺顯漏洞百出,但是容易理解,在中學層面也夠用了。來個模擬,水是不會變成水流的,除非有了高低落差(水壓),電荷流動也仰仗電壓(電池就是幹這個的)。水流衝下來撞擊到中間水輪機(水車)葉片,葉片因此獲得動能轉起來(水能轉換為葉片動能)但是葉片不喝水啊!

他只是在水流路過時候轉換點能量而已。高處出來多少水最低處還是多少水出來。同樣的,電流在路過電燈時候電能轉換為燈的光能,但是電燈不吃電荷啊!

電池正極出來多少電流就還是有多少電流流回負極,並不因此減少。現在你抬頭看看燈,電子正在奔流不息,只是路過而已

ps:電流是指單位時間內截面通過的電量(電荷數目)被消耗掉電能和被吃掉電荷是兩個概念,雖然高速公路有很多收費站穿成一串,影響了車流速度擷取了司機血汗錢(能量),但車子數量沒少啊,而塞滿車道的車子,整體上流速變慢,你俯視整條高速路,每一處的車流都相等

8樓:高玉龍

一條電路中的穩定電流必然處處相等,如果不相等,就會導致電荷堆積。電荷不可能無限堆積,因為電荷會產生電場,最終導致電流中斷。

9樓:亂雲飛雨愛自然

消耗的是電子在「流動」過程中產生的高速「振動」而發出的「電場動能轉化成磁場能」或「熱能」,電子本身並未消失,電流表述的是單位時間內通過導線截面積的電子總數量,既然電子並未憑空消失,那麼數量就是不變,電流也就從頭到尾是一樣的。

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