靜電和電流是指與電荷行為有關的現象。靜電和電流之間的主要區別在於,術語靜電是指在沒有電荷凈流動的情況下,區域內電荷過剩的情況,而電流是指響應電位差而有電荷凈流動的情況。
構成物質的原子由質子和電子組成。質子帶正電荷,而電子帶負電荷。在電中性材料中,質子的數目等於電子的數目,因此沒有凈電荷。當一些材料摩擦在一起時,電子可以從一種材料轉移到另一種材料。失去電子的物質現在帶正電荷,而獲得電子的物質帶負電荷。
相似電荷相互排斥,而不相似電荷相互吸引。如果你用一塊布摩擦聚乙烯棒,布上的一些電子會轉移到棒上,使棒帶負電。如果你把竿靠近一個緩慢的,穩定的水流從水龍頭,你可以看到水向竿移動。這是因為水中的負電荷遠離聚乙烯棒,使水更靠近聚乙烯棒。由於類似的電荷吸引,水流現在向桿彎曲。下麵的影片演示了這種效果:
當一種物質被充電時,多餘的電荷相互排斥。因此,只要有可能,它們就會嘗試移動,使材料再次保持中性,以儘量減少排斥。但是,如果材料被絕緣體包圍,電荷就不能流到另一個地方,因此材料仍然帶電。靜電一詞描述了這種情況時,過量的電荷積累發生,沒有辦法使電荷移動,使材料再次中立。註意,就質子和電子而言,總是電子能移動。因此,如果一種材料帶負電,電子會試圖從材料中流出,如果一種材料帶正電,電子會試圖流入材料中。
不過,有時,如果有大量的多餘電荷,斥力就非常大,以至於電子有足夠的能量流過絕緣體。這就是雷擊時發生的情況。雷雨雲在大氣中相互摩擦時會帶電。如果雲中積聚了足夠的電荷,電子就可以在地面和雲層之間流動,從而中和雲層。電子的放電很快,這就是我們所經歷的閃電。
範德格拉夫發電機也用於演示靜電。其中,有一條橡膠帶與刷子摩擦產生電荷。這些電荷在穹頂上累積。如果一個人站在絕緣體上接觸到穹頂,他們的頭髮就會“豎立起來”,因為他們的頭髮會被同樣的電荷充電,並開始排斥。如果一個小金屬球被帶到帶電的範德格拉夫發生器附近,多餘的電荷會以火花的形式迅速轉移。這個過程和閃電時發生的是一樣的。
The dome of a Van de Graaff generator discharging
Current is a term that is used to describe a net flow of charge. Specifically, current refers to the rate of flow of charge. The flow of charge is set up by a potential difference. If charge is given by , then the electric current is:
我們處理的幾乎所有電流都是由電子流組成的。傳統上,我們認為電流的方向與電子流動的方向相反。在我們使用電流的方式中,我們在電路中驅動它們,我們需要使用能量來保持電位差,以便電荷繼續流動。
電流主要有兩種型別:在直流電中,驅動電流的電位差保持其方向。因此,電子不斷地沿著一個方向流動。在交流電中,電位差不斷地改變方向,作為回應,電子也在來回移動。當電子流動時,它們釋放出能量。電子裝置是利用電子釋放的能量工作的。
有趣的是,移動的電荷總是在周圍產生磁場。因此,每當電流在導線中流動時,導線周圍就有磁場。我們可以利用這個性質來**電磁體。
在靜電中,一個區域內有一種電荷的過量。但是,沒有凈電荷流。
在電流中,電荷根據電位差流動。
在靜電中,當有足夠大的電荷積聚時,就會發生放電。如果不給材料再次積累電荷的時間,就不可能保持電荷的恆定流動。
在電流中,我們可以透過給系統提供能量來維持恆定的電流。
帶靜電的材料周圍不會形成磁場。
因為電流是由流動的電荷組成的,所以在攜帶電流的導體周圍會形成一個明顯的磁場。
Image Courtesy:
“Spark by Van de Graaff generator at Museum of Science in Boston, Massachusetts” by Z22 (Own work) [CC BY-SA 4.0], via Wikimedia Comm***
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