通電導體中的熱能轉化機制

李海斌

在生活中,人們都有這樣的經歷:當供電廠工人將斷開的電閘突然合上時,幾乎所有用戶瞬間都來電了,也就是用電器中馬上有電流通過了,因此,大部分人都會覺得電流的速度真快。其實,大家都知道電流的流向也就是電子運動的反方向,而實際上電子在導線中做定向運動的速度是非常小的,只有約10~5m/s的數量級,因此可以說電源將能量傳遞到用電器上顯然不是靠導線中的電流或電子,而是其他物質。那么這種物質究竟是什么呢?而且它的運動速度如此之快?

我們知道,電源是提供電動勢的裝置,或者說它可以當作是一個特殊的場源,能使與它連接形成回路的導體中產生一個閉合的電場,而導體中的自由電子必然會在這個閉合電場的作用下受到電場力的作用而發生定向移動,即沿著導體回路移動,這樣便形成了電流。當導體中有電流經過時,在其周圍便會產生磁場,這便是電流的磁效應,從本質上來說應該是因為運動的電子在其周圍產生變化的電場,而變化的電場又會激發磁場,導體周圍的磁場分布滿足右手螺旋定則。因此,可以說在電路中傳播的實質應該是電磁場,在電路導通的瞬間,電磁場便以光速充滿整個回路,導體中各處的電子在電磁場的作用下便幾乎同時運動起來,所以說電源實際是以電磁場的形式通過導線將能量傳遞到用電器上的,然而,導線在傳播電磁能的同時,自身也會損耗能量而發熱,下面我將會介紹導線或導體中的熱能轉化問題。……