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电场力对自由电子在电路中做的功

更新时间:2024-04-18 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

在电路中,无论是半导体、超导体还是金属导体,当电流通过它们后物理资源网,它们自身的电子都会在电场力的作用下沿一个方向运动。 换句话说,电场力会对电路中的自由电子产生一些作用。 成就。 为了方便大家理解,电场力对自由电子所做的功可以认为是导体中的自由电子从导体的一端运动到另一端后,电场力对自由电子所做的功在一段通电导体中。EWz物理好资源网(原物理ok网)

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对一段导体施加电压后,电场力对单个电子所做的功为W=qU,其中q是自由电子的电荷,U是施加到导体上的电压。 在实际电路中,电场力并不可能只对导体中的单个电子做功。 也就是说,电场力确实作用于导体中的所有电子。 当导体确实对电子做功时,导体中的电子会继续穿过导体的横截面积。 由电流I=q/t,可得电荷量q=It。 将这个方程代入上式,就可以得到电场力W=UIt所做的功,称为电功,单位为焦耳(J)。EWz物理好资源网(原物理ok网)

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从电功率的定义不难看出,电功率的大小等于施加在导体两端的电压U、流过的电流I和通电时间t的乘积。 当电流和通电时间不变时,施加在导体上的电压越高电场力做功,电场力对自由电子所做的功就越大。 也就是说,如果这三个物理量中任何一个的大小发生变化,电功的值就会发生变化。 显然,电压或电流大小的变化会引起电功率的变化,但是对于时间的变化,如何观察电功率的大小呢?EWz物理好资源网(原物理ok网)

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例如,在寒冷的冬季,当我们打开白色编织灯的电源时,发现一开始它的照明强度比夏季弱,而照明一段时间后,它的照明亮度为和夏天一样。 现在也一样。 这一现象的背后,说明了当施加在灯丝两端的电压和电流不变时,白织灯的照明亮度会随着时间的推移而增加。EWz物理好资源网(原物理ok网)

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造成这种现象的原因是,在未打开电源的情况下,无论夏天炎热还是冬天寒冷,白织灯内钨丝的温度与室内温度相同,因为室温夏天的室温比冬天的室温高。 ,所以白编织灯的钨丝发光速度比较快。 冬天,灯的冷白钨丝必须通电更长时间,以补偿体表温度,然后发出红光。 这是延长通电时间可以改变电功率大小的最好证据。EWz物理好资源网(原物理ok网)

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当然,白编织灯在点亮过程中,所有的电能都转化为热能。 以纯电阻为例,如果直接将一根铁线连接到电池的正负极上,过一会儿铁线就会发出红光。 那么,我们说此时所有的电能都转化为热能了。 那么问题来了电场力做功,为什么通电后的铁丝表面会变红呢?EWz物理好资源网(原物理ok网)

因为在金属导体中,它的原子可以认为是由带正电的金属离子和自由电子组成。 当自由电子在电场力的作用下沿一个方向移动时,它们将继续与带正电的金属离子碰撞。 在碰撞过程中,会增加金属的内能,导致金属通电时发热。EWz物理好资源网(原物理ok网)

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伟大的物理学家焦耳先生曾经通过实验直接观察到一个热功定律,即热功Q等于通过导体的电流I的平方乘以导体的电阻R再乘以通电量时间,即Q=I²Rt,这个定律称为焦耳定律。 对于纯电阻电路,所有电能都可以转化为热能。EWz物理好资源网(原物理ok网)

对于涉及其他电器的电路,电能除了转化为热功外,还必须转化为机械能。 热功率与电功率之比等于无用功的比例。 因此,在电路中,如果想要有较高的电功率转换率,就必须减少物体的热功率损耗。EWz物理好资源网(原物理ok网)

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