电流是怎样形成的?

电流是怎样形成的?
作者:周雪敏
来源:《管理观察》2009年第16多功能锤子期
        自从参加工作以来,年年都订阅《中学物理教学参考》,每当新一期到手,总是迫不及待的阅览。《中教参》2008年第数字像素3期中有一篇於罗英老师的文章《浅议磁流体发电机的教学难点突破》(以下简称《浅》文),於老师对磁流体发电机的原理分析深入浅出,拜读后受益匪浅。
        但笔者认为《浅》文对于回路中电流产生的叙述不妥:“……将图1中的开关煤气阀多媒体电教>广告宣传栏制作S闭合,因a板电势比b板电势高,回路中将产生电流,自由电子从b板出发通过电阻R运动a板,与a板正电荷相中和,ab板电量Q减小,两板间电势差Eab降低,F电减小,又造成F>F电,正负离子在复合场中受力失去平衡,正离子会继续向a板聚集补充电量,负离子向b板聚集,以此往复,不断循环。……”
        《浅》文认为,电路接通后,自由电子从b板出发通过电阻蜂窝纸板托盘R运动到a板,回路中产生电流。这种看法是不准确的。那么,电流是怎样形成的呢?笔者以金属导体为例加以说明。
        首先定性地描述一下金属导电的微观图像。当导体两端没有电压时,从微观的角度上看,导体内的自由电荷并不是静止不动的。金属的自由电子好像气体中的分子一样,总是在不停地作无规则热运动。电子的热运动是杂乱无章的,在没有外电场或其它原因的情况下,它们朝任何一方运动的几率都样。如图3所示,设想在金属内部任意作横截面,那么在任意一段时间内平均说来,由两边穿过截面的电子数相等。因此,从宏观角度上看,自由电子的无规则热运动没有集体定向的效果,因此并不形成电流。自由电子在作热运动的同时,还不时地与晶体点阵上的原子实碰撞,所以每个自由电子的轨迹如图4中的实线所示,是一条迂回曲折的折线。如果在金属导体两端加上电压,每个自由电子的轨迹将如图4中的虚线所示那样,逆着电场方向发生漂移。这时可以认为自由电子的总速度是由它的热运动速度和因电场产生的附加定向速度两部分组成,前者的矢量平均仍为0,后者的平均叫漂移速度,下面以v来表示。正是这种宏观上的定向漂移运动形成了宏观的电流。

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