沿着恒定梯度的表面电荷分布沿着导线的长度存在,其沿着线的整个长度产生恒定的电场。这导致电线所有部分中的恒定电流。
我知道在平衡状态下表面电荷的分布是恒定的,但当电路完成时,分布不是恒定的,但表面电荷密度的变化是恒定的。
谁能给我解释一下,这个恒定的表面电荷梯度是如何形成的?我想知道从平衡(开路)到稳态(闭合)的整个过程的表面电荷再分配。
沿着恒定梯度的表面电荷分布沿着导线的长度存在,其沿着线的整个长度产生恒定的电场。这导致电线所有部分中的恒定电流。
我知道在平衡状态下表面电荷的分布是恒定的,但当电路完成时,分布不是恒定的,但表面电荷密度的变化是恒定的。
谁能给我解释一下,这个恒定的表面电荷梯度是如何形成的?我想知道从平衡(开路)到稳态(闭合)的整个过程的表面电荷再分配。
这个问题真的可以写入:当我们立即对电阻器的末端施加潜在差异时,电阻器如何随时间响应,以便最终在其内部呈现恒定的电流密度?
Chabay和Sherwood在1999年的1999年文件中找到了“快速”介绍,本科物理学文本和互动作者:统一的治疗......“主要结论是,对于最终的直流情况,表面电荷分布在表面电荷密度恒定的圆圈中,也就是说,一个电阻就像一堆带电环。(对于直流情况,所有的电荷不平衡必须只存在于导体表面。)
但是为了完整的描述,我们真的应该使用带有动画场图的FEM有限元模拟器,因为导线中的每个带电体都将经历到遥远地球的电容……并且对导线中每一个带电体积都显示出一个电容!
一种方法是最初假设电线具有零电阻,并且可以以薄的空心管(纯肌肤效应,所有瞬态和不长期DC为模拟。
当电压降第一次作用在一个细长的导体上时,电磁波沿着这个空心管来回跳动,产生电荷环并推动它们,直到它们稳定下来并在表面产生均匀的电流密度。这是以光速发生的,超过几分之一纳秒。
嗯,与其在太空中使用一根导线,不如先检查一根同轴电缆的中心导体。这样,电阻器就变成了一条简单的传输线,所有的电容只存在于导线表面和屏蔽编织层附近的内表面之间。在这种情况下,导线变成了一个非常非常长的电感,就像一个很长的线圈,但在导线表面和附近的地电势之间连接着许多电容器。
然后,一旦我们知道了这种导体上电压波的纳秒行为,那么对于电阻有限的真正导体来说,电流就会在很长一微秒内“渗入”。当然,所有的金属都是电磁屏蔽的,所以最初的电子场和电流会被阻止,不会影响金属线的内部。导线元件表现出L/R时间常数,电阻越低,响应越慢。换句话说,电荷“有惯性”,施加的电场只有在明显的延迟之后,才能在导线内部产生电流。
或者换一种说法,在铜内部的光速非常慢,在几十M/S的量级上,而“皮肤效应”实际上是关于电能能够快速地“跳跳”穿过金属表面外的空间,只有缓慢地向内传播……就好像这电线实际上是由同心管子组成的“洋葱层”。起初,整个电流只在外部管道上产生。对于一根粗铜线来说,电流在流经金属之前可能会经过整整一毫秒。然而,在大约一纳秒内,第一个初始电流模式的形成速度要快数百万倍。
看,我们真的真的需要动画图表!
但是很少有人对这个利基话题感兴趣,这样的事情以前从来没有发生过。而且理由很充分。在麻省理工学院,贝尔彻博士试图将其引入到第三门大型本科EM课程中,通过现场模拟,可以看到所有组件的内部工作。有传言说,本科生们集体起来,迫使管理部门回到过去的方式:模糊的方程式墙,没有这些容易理解的动画图片!在我看来,这种情况就像1300年的医生,如果他们的医学院突然开始用简单的英语(或法语!)教授课程。Nooooo !这样任何人都能理解这些材料了!它把复杂和晦涩变成了“诗人的物理学!”快点把拉丁语带回来,不然学生们会冲进来绞死你们!
哈。
这是20世纪90年代末,由JW Belcher和他的工作人员设计的MIT“T.E.A.L”项目的残留物……