金屬導體在通電時如何形成電場的
⑴ 導線通電時其內部電子是怎樣運動而形成電流的又怎樣獲得持續的電流呢
導體能導復電是因為其內制部存在自由電子,電子的定向移動形成電流。導線當然就是導體,在它兩段加上電壓後,會在導線內部形成一個從正極到負極的電場,電子帶負電,它所受到的電場力是從負到正極,從而有負極向正極移動,形成從正到負的電流。要獲得持續電流,電場就要一直存在,即需要一個持續電壓。
⑵ 導線內的電場如何形成,如何分布,方向
電場是電荷及變化磁場周圍空間里存在的一種特殊物質。電場這種物質與通常的實物不同,它不是由分子原子所組成,但它是客觀存在的,電場具有通常物質所具有的力和能量等客觀屬性。電場的力的性質表現為:電場對放入其中的電荷有作用力,這種力稱為電場力。電場的能的性質表現為:當電荷在電場中移動時,電場力對電荷做功(這說明電場具有能量)。
存在於帶電體周圍的傳遞電荷之間相互作用的特殊媒介物質.電荷間的作用總是通過電場進行的。
電場:只要電荷存在它周圍就存在電場,電場是客觀存在的,它具有力和能的特性。
對放入其中的電荷有力的作用。
能使放入電場中的導體產生靜電感應現象。
電場強度是描述電場力特性的物理量
其定義是:放入電場中某一點的單位電荷受到的電場力叫做該點的電場強度,表示該處電場的強弱。在電場中某一點確定了,則這一點場強的大小與方向就是一個定值,與放入的檢驗電荷無關,即使不放入檢驗電荷,該處的場強大小方向仍不變。檢驗電荷q充當「測量工具」的作用。某點的E取決於電場本身,(即場源及這點的位置,)與q檢的正負,電何量q檢和受到的電場力F無關。電場強度是矢量,電場強度的合成按照矢量的合成法則(平行四邊形法則和三角形法則)。電場強度和電場力是兩個概念,電場強度的大小與方向跟放入的檢驗電荷無關,而電場力的大小與方向則跟放入的檢驗電荷有關。
等量同種電荷形成的電場:
(1)兩種電荷的連線上;不管是等量同種正電荷還是負電荷,中點O處場強始終為零。
(2)兩電荷連線的中垂線上;不管是等量同種正電荷還是負電荷,從中點O處沿中垂面(中垂線)到無窮遠處,場強先變大後變小。
(3)關於O點對稱的兩點場強大小相等,方向相反,電勢相等。
等量異種電荷形成的電場:
(1)兩電荷的連線上,各點的電場強度方向從正電荷指向負電荷,沿電場線方向場強先變小後變大,從正電荷到負電荷電勢逐漸降低。
(2)兩電荷連線的中垂線上場強方向相同,且與中垂線垂直,由中點O點到無窮遠處,場強一直變小,各點電勢相等。
(3)在中垂線上關於中點O對稱的兩點場強等大同向。
希望我能幫助你解疑釋惑。
⑶ 電場是如何產生的
電場是存在於電荷周圍能傳遞電荷與電荷之間相互作用的物理場。在電荷周圍總有電場存在;同時電場對場中其他電荷發生力的作用。觀察者相對於電荷靜止時所觀察到的場稱為靜電場。
⑷ 金屬導電的原理是什麼
自由電荷的定向移動
關於金屬導體導電,經典導電理論認為,是由於金屬導體內部存在大量的可以自由移動的自由電子,這些自由電子在電場力的作用下定向移動而形成電流。
1 金屬原子的核外電子
所有的原子均由原子核與繞核運動的核外電子構成,原子核外電子繞核運動所需的向心力由原子核與電子之間的庫侖電場力提供,眾多的核外電子在原子核外距核不同距離的軌道上運動,距核最近的電子,受原子核的作用力最大,電子的總能量最低,而距核最遠的最外層電子,受原子核的束縛力最小,電子的勢能最大,總能量最大。這最外層電子由於受束縛最小,所以它經常受鄰近原子的干擾,而繞鄰近原子核運動。金屬原子之間就是依據這種外層電子干擾後的互繞運動形成的作用力而結合成金屬體的。由於這種結合力非常小,所以金屬有柔軟、加熱易產生形變等特點。
2 洛侖茲力(或感應電場力)作用下的金屬導體
如果金屬導體在磁場中作切割磁感線運動,則導體內部核外電子受到洛侖茲力的作用,並在這種作用下原子發生極化,產生了原子極化電動勢。但不管洛侖茲力多大,它也不能對電子做功,增加電子動能,使它脫離原子核束縛,並使電子在脫離原子核束縛後,繼續對它做功,在力的方向上發生加速運動形成電流。
3 電壓分配電場力作用下的金屬導體
如果金屬導體兩端加上一個電壓,使導體內部形成一個電壓分配電場,則導體內部的核外層電子在繞核運動時該受電壓分配電場力的作用,該電場力對電子做了正功,使電子動能增加,有了足夠的能量克服核的束縛,到了核外,變為自由電子因為原子核外電子中只有最外層電子的能量最大,要形成自由電子需克服核引力做功最小,所以,一般情況下,在導體兩端加上電壓,也只有最外層電子能夠脫離原子核,變成自由電子。最外層電子脫離原子核的束縛需對其做功最小。形成電流後的自由電子實際也是不自由的,一方面它受到了電壓分配電場力的作用,並在電場力的方向上運動,另一方面在運動過程中,並非通行無阻。原子內外空間,對於一個非常微小的電子而言,可以說是相當廣闊的,原子核就好像宇宙空間的恆星,而自由電子就像在宇宙空間飛行一顆小流星,這個比喻也不是很恰當,因為流星在太空中飛行可能不會使到其他物體的阻力,但自由電子卻會受阻力,這是因為原子核外的空間並不是什麼也沒有,而是還繞行著內層電子,而且這些金屬的內層電子的數量要遠比形成自由電子的最外層電子多得多,我們不妨把這些原子的內層電子形成的屏障稱為電子雲氣。電子雲氣帶有負電,自由電子也帶負電,所以,自由電子要在電子雲氣中穿梭形成電流,必然受到電子雲氣的阻力作用。在穩定電流形成後,如果把導體兩端的電壓突然撤去,導體內部電場消失,自由電子失去了電場力的作用,作用在它上的只有阻力,於是電子作減速運動,速度很快減小為零。而後在原子核的引力的作用下,重新回到原子核外層相應的軌道上作繞核運動。
4 歐姆定律與電阻定律
在電流流動過程中,由於電子雲氣對自由電子的阻力,對電流的流動形成了一定的阻礙,也就產生了導體的電阻。必須說明的是,自由電子在運動過程中受到的阻力並不等於導體的電阻,自由電子受到阻力大,並不意味著導體的電阻大,反之,導體的電阻大,也同樣不等於說自由電子定向移動時受的阻力就大。
5 能量轉化與焦耳定律
當導體兩端剛加上電壓,電場力對原子核最外層電子做正功,以克服原子核的束縛力,但由於電場力克服原子核的束縛力做功遠遠小於電流長期流動克服電子雲氣阻力做的功,所以,克服原子核束縛所做的功是十分微小,可以忽略的。
自由電子在加速過程中,電場力也對其做了正功,但也因為電子加速時間非常短,運動位移非常小(這里不作論述),所以,電場力做也非常小,也可以忽略。所以自由電子形成電流後,電場主要能量損耗在於克服電子雲氣做功。
6 通電導體在磁場中運動
上面分析中電流通過導體時只克服電子雲氣做功,電子雲氣對自由電子的阻礙表現為電阻,所以這樣導體稱為純電阻導體,電路中只有純電阻導體的電路稱為純電阻電路。由以上各式可知,純電阻電路把電功轉化為熱能。
但是,通電導體在磁場中會受到磁場力(安培力)的作用, ,在此力作用下,導體開始加速運動,切割磁感線,使導體內原子發生極化,產生極化電動勢,導體兩端感應電動勢形成,會在其他外部導體部分產生一個電場,對流過的自由電子產生阻力,為了克服該阻力,電流遂在導體內部產生了一個與電流方向相同的電壓分配電場,使該電場與感應電動勢產生的電場相抵消,因此保持了電流的穩定,也在導體兩端產生了電壓,該電壓大小正好與感應電動勢相等,方向相反。
這樣電壓分配電場力要克服感應電動勢產生的阻力做功,消耗電能,這些能量轉化為安培力對外界做功,以機械能形式出現。
如果放入磁場中的導體不是理想導體,那麼,電場力不但要克服感應電動勢而做功,而且克服電子雲氣的阻力而做功,所以,電能有一部分轉化為機械能形式,也有一部分轉化為熱能。
7電流流通後的電源
電流流通之後,電源內部發生了什麼樣變化?由於非靜電力只能使原子發生極化,使電源產生電動勢,但非靜電力並不能對電子做功,也不能使外層電子克服原子核的束縛,成為自由電子,更不能使電子定向移動形成電流,那麼,電源內部的電流是怎樣形成的呢?
在電源內要形成電流,除了要使外層電子克服原子核的束縛外,同樣需要克服電子雲氣阻力做功,非靜電沒有這樣的功能,所以,必須在電源內產生一個由電源負極指向正極的電壓分配電場,外層電子就是在這個電場力的作用形成電流,並在電源內部產生電壓降,該電壓降電源負極電位高於正極電位,即方向從負極指正極,與電源電動勢方向相反。
⑸ 電場是怎樣產生磁場,磁場又是怎樣產生電場的
電場產生磁場:
將一條長長的金屬導線在一個空心筒上沿一個方向纏繞起來,形成的物體我們稱為螺線管。使這個螺線管通電,通電以後,螺線管的每一匝都會產生磁場。
在相鄰的兩匝之間的位置,由於磁場方向相反,總的磁場相抵消;而在螺線管內部和外部,每一匝線圈產生的磁場互相疊加起來,最終形成了磁場形狀。在螺線管外部的磁場形狀和一塊磁鐵產生的磁場形狀是相同的。而螺線管內部的磁場剛好與外部的磁場組成閉合的磁力線。
磁場產生電場:
導體的兩端接在電流表的兩個接線柱上,組成閉合電路,當導體在磁場中向左或向右運動,切割磁力線時,電流表的指針就發生偏轉,表明電路中產生了電流,這樣產生的電流叫感應電流。
穿過某一面積的磁力線條數,叫做穿過這個面積的磁通量。當導體向左或向右做切割磁力線的運動時,閉合電路所包圍的面積發生變化,因而穿過這個面積的磁通量也發生了變化。導體中產生感應電流的原因,可以歸結為穿過閉合電路的磁通量發生了變化。
(5)金屬導體在通電時如何形成電場的擴展閱讀:
電生磁的一個應用實例是實驗室常用的電磁鐵。為了進行某些科學實驗,經常用到較強的恆定磁場,但只有普通的螺線管是不夠的。為此,除了盡可能多地繞制線圈以外,還採用兩個相對的螺線管靠近放置,使得它們的N、S極相對,這樣兩個線包直接就產生了一個較強的磁場。
另外,還在線包中間放置純鐵(稱為磁軛),以聚集磁力線,增強線包中間的磁場, 對於一個很長的螺線管,其內部的磁場大小用下面的公式計算:H=nI。
在這個公式中,I是流過螺線管的電流,n是單位長度內的螺線管圈數。
⑹ 在金屬導線的電路中電場怎麼形成動態平衡的
電場線是由來正極指向負極.一個自點的電場方向也就是正電荷在該點的受力方向,負電荷相反.這些點的方向都連起來就是電場線啦.因此在這個題中,在金屬導線中電場方向由正指向負極,因該與導線平行.
在電場作用下,金屬中自由電子會向正極靠攏,當然如果有自由正電荷的話也會向負極靠攏,這樣就形成電賀堆積.堆積電子產生的電場與電源的相反,而不是垂直.
當達到動態平衡,宏觀上可看著自由電賀都不再受電場力不再進行有序的移動.所以此時導線內部電場應都為0.答案僅供參考,不一定對哦.
⑺ 一個電池接入導體通電後,正負極之間的電場是由什麼形成的!求詳細解釋!
電池接入導體來後,會源在導體中產生電場,電場分解為沿電流方向的分電場和垂直於電流方向的分電場,垂直電場會使電荷向導體壁積聚而產生與垂直電場相反的電場,從而垂直電場得到抵消,所以導體內的電場就是沿著導體與電流方向相同,導體中的電場是瞬間產生的,然後就產生了電流,電場方向在電源外是從正極指向負極。希望對你有幫助!
⑻ 通電導體除了產生磁場還會產生電場嗎
會
首先導體內一定有電場,不然不會有帶電粒子的定向移動形成電流。
然後:1,如果是穩恆回電流,產生的磁答場同樣是穩恆磁場,方向是以通電導體為軸的一系列同心圓;2,如果不是穩恆電流,產生的磁場方向不變,但大小變化的非穩恆磁場,變化磁場在空間中激發變化的電場,變化的電場又激發變化的磁場......從而形成電磁波向無限遠傳播,這就是無線電波發射器的原理
總之,穩恆電場不會產生磁場,穩恆磁場也不會產生電場;但變化的電場能激發磁場,變化的磁場也能激發電場。
⑼ 金屬導體中正電荷不流動,那麼在電路那怎麼形成平行電場
金屬的原子核通常比較大,金屬中也沒有自由質子,所以,相對來說,金屬中的正電荷是不移動的。但是金屬單質中有大量的自由電子,他們會向正極移動,相對於他們來看,正電荷就向負極移動了。形成電場。
⑽ 金屬為什麼能導電
金屬的導電性目前位置有多種理論推測,分別如下:
①經典導電理版論
經典導電理論認為,金屬導體權內部存在大量的可以自由移動的自由電子,這些自由電子在電場力的作用下定向移動而形成電流,由於有大量的可移動的自由電子,故金屬可以體現出導電性。
目前這兩種理論都不能完全表明孰對孰錯,他們都有各自所適應的背景,一般而言,經典導電理論更適合我們的理解與基礎研究。