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电流

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电流

电子的流动形成电流

这是一句至理名言,但是它的简洁掩盖了它的重要性和意义,几乎每一个电子学中的基本定义都是建立在它之上,并且几乎每一个信号完整性中的问题也都可以在电子的流动中找到理论依据。

想象一个过程:

       只有一个电子在原子核微弱的作用力下在最外层旋转,因此很容易在外力的作用下脱离轨道的情景。注意同性电荷相互排斥,异性电荷相互吸引。如果一个外来的电子靠近最外层只有一个电子的原子达到某种距离时,它将很容易驱逐原子最外层的电子并取代此电子的位置。

       现在,假设我们有一束铜原子延绵在一条导线上,在这条线的一端“放”一个电子(可能通过电池)。这个电子会驱逐属于第一个原子的最外层电子,并取代其位置。被驱逐的电子现在成了自由电子,然后会前进并取代下一个原子的外层电子,如此重复下去。当我们考察最终到达导线另一端的最后 个铜原子时, 如果这个原子的电子被取代了,那么必须得有个地方接收此电子。如果我们把线的两端都连接到了电池上,这最后一个电子将流回电池。如果我们没有把线的两端连接到电池上,最后一个电子将无处可去。由于没有容纳它的地方,这个过程将立即中止,没有电流产生。

以上的简要描述说明了如下3点。

1.电子的运动形成电流。

2.必须有接纳电子的地方。也就是说,它必须在一一个环路中流动。如果在线的另一端没有连接,最后一个电子将无处可去。电子会立即聚集起来并阻止任何其他电子流入导线。只有在线的两端都有连接的情况下,电子才会在线中流动起来。

3. 电池拥有在一 端提供电子,同时使另一 端缺少相应数量电子的化学过程。这样,只要能在另一端接收到一个电子,电池就能在线的一端推动电子流动。

        一个普遍的误解认为,进入线一端的电子和从另一端出来的电子是同一个电子。从上面的描述可以看出,这是不正确的。一个电子穿越一 条导线可能要花费很长的时间(甚至要几个小时)。做个类比,有一条很长的通车隧道,许多同样的汽车排在里面要通过它。当一一辆汽车进入隧道时,另一辆(同样的)汽车离开隧道。我们可以用每单位时间内通过的汽车数来衡量流速。每次一辆车进入, 就有一辆车离开。 但是同一辆车从进入到最后出现在隧道另一端可能要花 费很长的时间。

事实上,这两种描述都不是很准确。电子不是从一个原子到另一个原子的移动,它们在驱逐并取代另一个电子之前可能跨越了几个原子。在结晶铜中,一个电子所走过的总的平均长度大约是4个原子。

作者:Zznjupt

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