物理
关于电压以及自由电子的提问(我是初中生,对物理很感兴趣,但掌握知识有限,望回答通俗易懂)自由电子从何而来我们刚刚学了电流的产生,是由于自由电荷做定向移动,在金属导体中,是由于自由电子的定向移动而产生,及导体中,电流是由于电子的定向移动而产生的,但是,化学中讲过画电子图,例如镁的电子结构是2,8,2,由此我产生疑问,自由电子是指那部分电子呢,是镁的所有电子?或是最外两层电子,还是有一定数目,或是最外层的电子,如果只是最外层电子,那么用镁来作导体会不会有出现以离子形式出现的物质呢?在通路中,用电器的先后问题举

2019-06-21

关于电压以及自由电子的提问(我是初中生,对物理很感兴趣,但掌握知识有限,望回答通俗易懂)
自由电子从何而来
我们刚刚学了电流的产生,是由于自由电荷做定向移动,在金属导体中,是由于自由电子的定向移动而产生,及导体中,电流是由于电子的定向移动而产生的,但是,化学中讲过画电子图,例如镁的电子结构是2,8,2,由此我产生疑问,自由电子是指那部分电子呢,是镁的所有电子?或是最外两层电子,还是有一定数目,或是最外层的电子,如果只是最外层电子,那么用镁来作导体会不会有出现以离子形式出现的物质呢?
在通路中,用电器的先后问题
举个例子,在一个处处闭合联通的电路中,有两个用电器,记作L1,L2,L1相对于L2更靠近正极,那么闭合开关时,电流从正极出发,必定先流经L1,再流经L2,但是我的物理老师否定了这个说法,理由是电子移动速度相当的快,甚至接近光速,所以时间差是可以忽略的,我认为此说不妥,虽然很快,但是还是存在时间差,若是带入具体数据是可以算出来的,虽然时间很小.但是老师说的L1,L2同时启动的现象好像又是对的,所以我认为是不是两种解释方法都是错的,正确的是,电子平均分布在导线中,当闭合开关时,所有电子同时开始移动,L1L2之间的导线中的电流也会因电压而运动,所以L1,L2,的启动是同时的,我觉得这总想法较之前两种说法更具说服力,同时也涵盖了电压的作用,但是我的想法正确吗?求正解.
电压的产生
这个我们还没学,我们才刚刚学完安培表,但是我预习了一下课本,课本上并无详细解释(我们的教材是沪科版的),只打了个比方,说电压就好比水压,两端有压力差,导致了电流的产生,电源的作用就是提供压力差.我有百度了一下,说电压的产生(电池)是化学能的转化,由此我感到十分奇怪,水压不是压强的问题吗?电源将化学能转化为什么样的能量才能使两边压力不同,更奇怪的是,百度许多回答说上说物理学尽力回避电压的产生,说是与自由电子相矛盾,那么,能否给我具体的介绍一下电压的产生,电压是如何产生的,与电子有着怎样的关系.
以上为我要说的所有问题,打了这么久真是累死了,求学的路途是无止境的,
优质解答
问题一:在化学反应中金属通常是比较活泼的,非常容易失去外层的电子形成离子.就以镁来说在化合物里经常表现为+2价的粒子,这时它的外层电子的排布变为2,8达到稳定结构.这就是说镁的原子核对外层的两个电子束缚很小,非常容易失去它.
单质的金属也是这样,由于对外层电子的束缚小,所以外层电子基本上无法固定在某一个原子核的外面,而是所有原子的最外层电子就像气体一样弥漫在金属里面,叫做自由电子气.它们在金属里面随机的自由游走.由于每个电子的运动方向都是随机的,所以整体并不表现出定向移动,因而金属宏观表现不形成电流,虽然这些电子可以在金属里面自由游走,但并不能脱离金属表面,所以金属里正负电荷的数量还是一样多,因而金属对外表现也不带电.
用镁来做到体,即使通以电流后,电子除了随机的游走以外,还有一个定向的速度.至于镁会不会以离子形式出现,你可以这样想象,由于电流是持续的,导体里面每一处的电子都有定向移动.就好比一群人围成一圈,沿着同一个方向转动,前一个人留下的空位肯快就被后一个人占据了,所以圈子虽然在转动,但是圈子里的每一个位置随时都有人.金属里的电子的情况也差不多,所以不会以离子形式出现.
问题二,先不谈电压.只说金属是如何导电的.这里涉及到三个速度:一电场的传播速度,二电子无规则运动的速度,三金属导电时电子的定向漂移速度.
在外电路接到电源两端以后,导线里就被电源加上了一个电场,这个电场在导线里的传播速度是接近光速的.
导线里存在电场后,自由电子会受到力的作用,在这个力的作用下,电子除了无规则的运动以外,还有一个定向的漂移速度,正是这个定向的漂移形成了电流.电子定向漂移速度很小,大约只有10的-5次方米每秒的数量级,而电子无规则运动的平均速率的数量级大约在10的5次到10的6次方米每秒.
要理解这个问题我还是给你打一个比方.不如空气,在没有风的时候,空气分子在做无规则运动,每个分子的速率大约在几千米每秒左右,但是由于它们的运动是不规则的,向各个方向运动的都有,整体来看这团空气并没有定向移动.当有风的时候,我们知道风速也就几米到十几米每秒左右.这个风速就是空气分子定向移动的速率.当然定向移动时,无规则运动还是存在的,只不过在无规则运动的基础上叠加了一个定向速度.
开关合上以后,导体里面瞬间在各处都建立了电场,因为有电场,所以导体里的各处的自由电子几乎是同时开始定向漂移的.
如果你非要执着的认为以光速传播也需要时间,那么L1L2两个的电流还是有先有后,也没什么错误.
你的问题太多,我打字慢,先打这么多你看着,慢慢再来.
问题一:在化学反应中金属通常是比较活泼的,非常容易失去外层的电子形成离子.就以镁来说在化合物里经常表现为+2价的粒子,这时它的外层电子的排布变为2,8达到稳定结构.这就是说镁的原子核对外层的两个电子束缚很小,非常容易失去它.
单质的金属也是这样,由于对外层电子的束缚小,所以外层电子基本上无法固定在某一个原子核的外面,而是所有原子的最外层电子就像气体一样弥漫在金属里面,叫做自由电子气.它们在金属里面随机的自由游走.由于每个电子的运动方向都是随机的,所以整体并不表现出定向移动,因而金属宏观表现不形成电流,虽然这些电子可以在金属里面自由游走,但并不能脱离金属表面,所以金属里正负电荷的数量还是一样多,因而金属对外表现也不带电.
用镁来做到体,即使通以电流后,电子除了随机的游走以外,还有一个定向的速度.至于镁会不会以离子形式出现,你可以这样想象,由于电流是持续的,导体里面每一处的电子都有定向移动.就好比一群人围成一圈,沿着同一个方向转动,前一个人留下的空位肯快就被后一个人占据了,所以圈子虽然在转动,但是圈子里的每一个位置随时都有人.金属里的电子的情况也差不多,所以不会以离子形式出现.
问题二,先不谈电压.只说金属是如何导电的.这里涉及到三个速度:一电场的传播速度,二电子无规则运动的速度,三金属导电时电子的定向漂移速度.
在外电路接到电源两端以后,导线里就被电源加上了一个电场,这个电场在导线里的传播速度是接近光速的.
导线里存在电场后,自由电子会受到力的作用,在这个力的作用下,电子除了无规则的运动以外,还有一个定向的漂移速度,正是这个定向的漂移形成了电流.电子定向漂移速度很小,大约只有10的-5次方米每秒的数量级,而电子无规则运动的平均速率的数量级大约在10的5次到10的6次方米每秒.
要理解这个问题我还是给你打一个比方.不如空气,在没有风的时候,空气分子在做无规则运动,每个分子的速率大约在几千米每秒左右,但是由于它们的运动是不规则的,向各个方向运动的都有,整体来看这团空气并没有定向移动.当有风的时候,我们知道风速也就几米到十几米每秒左右.这个风速就是空气分子定向移动的速率.当然定向移动时,无规则运动还是存在的,只不过在无规则运动的基础上叠加了一个定向速度.
开关合上以后,导体里面瞬间在各处都建立了电场,因为有电场,所以导体里的各处的自由电子几乎是同时开始定向漂移的.
如果你非要执着的认为以光速传播也需要时间,那么L1L2两个的电流还是有先有后,也没什么错误.
你的问题太多,我打字慢,先打这么多你看着,慢慢再来.
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