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直流源正负极与地有电位差,会有电流吗?
  如果直流电源在接地时,正极和大地之间存在电位差,是否应该不可能产生电流?为什么在接地时,电极的电位与大地的电位相等?   这问题的关键点在于时间,从接触前的时间到接触后的时间t0,这个时间可能很短,会有一个瞬间的电流,这是一个非平衡状态,一个不稳定的过渡状态。

  如果直流电源在接地时,正极和大地之间存在电位差,是否应该不可能产生电流?为什么在接地时,电极的电位与大地的电位相等?

  这问题的关键点在于时间,从接触前的时间到接触后的时间t0,这个时间可能很短,会有一个瞬间的电流,这是一个非平衡状态,一个不稳定的过渡状态。

  但在时间t0之后,电流就消失了,这样的状态被称为稳定状态,也可以称为静电平衡状态。

  通过建立一个电路来产生电流,这种瞬时状态也是一种稳定的状态,称为动态平衡,它将在一个恒定的温度下产生电流。

  首先,分析独立的电池。

  因为电池的正极有正电荷,负极有负电荷。我们知道,正电荷和负电荷之间有一个排斥力,而正电荷和负电荷之间也有一个排斥力。当电池的正极遇到空气时,(电子)电荷不会逃到空气中,因为存在着原子吸引力。这种力有一个限度;当正极积累了足够的电荷(或者更准确地说,电荷密度足够高),或者温度足够高,电子就会从原子结合力中释放出来,成为发射电子。诸如电气故障、热阴极、尖峰放电等现象,并不总是可能发生。

  那么,为什么电池的正极有正电荷,而负极有负电荷,以及为什么正负电荷不能相互中和。这是因为正负电荷被一个很大的力分开。平衡化学电池中正负电荷的力量是量子力。在原子中,正负电荷相互吸引。但电子并没有被吸引到原子中心,也就是说,原子结构并没有坍缩。这是由于量子力学中的有限状态假设,即气泡不相容原理,简而言之,有一种力,我们统称为量子力,它反对正负电荷之间的吸引。对于不同的材料,量子排斥和电荷吸引之间的平衡是不一样的。对于材料A,你可以看到电子之间的相互排斥更为强烈。对于材料B,电子排斥力可能更弱。当两种这样的材料相互接触时,会出现正负电荷分离,因为A的电子会进入B。在这一点上,还发生了一个化学反应。

  第二种类型的发电机电池更直接,直接通过机械力分离电荷,电荷的分离必须由于磁场的交汇处产生的磁力而发生。

  因此,对于电池内部,量子力负责分离正负电荷。当电极与空气接触时,原子的结合力负责结合电子。也就是说,正负电极就会积累一定的电荷,它们积累得越多,电压就越高。

  其次,看看正电极接地时会发生什么。

  地球可以被看作是一个有许多正负电荷的导体。

  当正极接地时,它通常是用良好的导体接地。在这一点上,正极和导体之间的电子是对称的,正极的原子结合和导体的原子吸引抵消了,电子可以在正极和导体之间自由移动。所以正极因为积累了正电荷,所以电线中会有电子的吸引,电线中的电子流向正极,地球中的电子流向电线,最后地球上的电子用完了,但是地球上有足够的电子,这相当于相当大的容量,你在正极积累了多少正电荷,地球就补充多少正电荷。

  在这一点上,电荷已经在移动,并且已经产生了电流。

  下一个问题是,正极是否会一直积累电荷。还是说正极会无限期地积累电荷。

  最后,为什么正极在电池容量耗尽之前不会积累电荷。

  当电池的正极积累了正电荷时,负极也相应地积累了负电荷。当负极积累了大量的负电荷,以至于负极对正电荷的吸引力远远大于电荷分离的量子力时,量子力也无法将正电荷从负极带到正极。因此,正是电池的负极防止了正极无限期地积累正电荷。当正电极停止积累正电荷时。正电极不能再吸引电子并产生电流。因此,在这一点上,正极上没有电流。

  当然,这整个过程需要时间。这个时间可能非常短,毕竟电子的质量非常低。

时间:2022.11.28 来源:吉事励 阅读:522
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