【導(dǎo)讀】工程師拿到一個平板電容器的電場模型圖肯定會問到:電場是怎么擴散出去的呢?本文博主將試著從電荷的擴散角度解釋電路問題,具體是怎樣的呢?請看下文。
下圖為的平板電容器的電場模型圖:
紅線為正極電板,下面黑線為負(fù)極電板,藍(lán)色帶箭頭線為電場。那么,這個電場是怎么擴散出去的呢?
我們很自然的想到在我們生活中,存在各種各樣的擴散現(xiàn)象,比如水滴落到地面的擴散,不同密度的氣體的擴散等等,這些擴散,都是基于一個基本理論基礎(chǔ),牛頓定律:F = M * A,在力的作用下對水分子或者氣體分子產(chǎn)生加速度。擴散的快慢取決于力的大小及質(zhì)量的大小。
我們把這個平板電容器,接上電阻負(fù)載,如下圖模型:
我們試著從電荷的擴散角度解釋電路問題,正極因為缺少電子而表現(xiàn)為正電荷,負(fù)極因為有過多的電子,而表現(xiàn)為負(fù)電荷。越靠近電容端,電荷密度越高,同種電荷相互排斥,相反電荷相互吸引,所以存在擴散基礎(chǔ),通過擴散電荷實現(xiàn)了電流。
以上這個解釋,屬于經(jīng)典物理的解釋,比較容易接受,實際上,這樣的觀點,也可以起很大的作用,起碼讓自己不惑,可以解釋很多現(xiàn)象,比單純的電路回路概念,提高了一個等級。因為這個擴散模型表達(dá)了信號是從源端到負(fù)載的過程,更接近電磁場理論了。常規(guī)的電路理論,腦子中,電子是從負(fù)極出來經(jīng)過負(fù)載再回到正極,走一圈回去。
但是,以上的電荷擴散模型存在一個致命的邏輯錯誤,那就是,電荷,也就是電子存在質(zhì)量,而我們都知道,信號的建立是光速,而要想達(dá)到光速,質(zhì)量必須為零,所以,基于電荷的擴散模型,跟理論沖突,不符合實際。
那么這個模型中,那個東西是不存在質(zhì)量的呢?那就是電場,電場是不存在質(zhì)量的,所以具備達(dá)到光速的可能。但是又有一個邏輯問題,那就是,電場的質(zhì)量為零,加速度應(yīng)該是無限的,最終速度應(yīng)該是無限的,為什么是光速定值呢?
我們再看物理學(xué),有一個很有意思的現(xiàn)象,所有的公式,都是一個“等式”,自然界不存在“極點”,無窮大,那么既然電場的質(zhì)量為零而導(dǎo)致加速度無窮大,速度無窮大,這個不符合自然界特點,所以,自然界必須引入另一個質(zhì)量也為零的場,而這個場與電場的特性恰好相反以解決無窮大問題,這就是磁場,電場與磁場滿足安培定律和法拉第定律,相互約束。
電場與磁場是一陰一陽,相生相克的,如同男女,相互支持,相互約束,以近20年為一代的速度繁衍生息,而電場與磁場呢,恰好以速度C向前推進(jìn)的時候,電場與磁場取得平衡,可以理解為速度C就是電場與磁場推進(jìn)的平衡點,這個很類似L、C諧振回路的諧振點,只是普通的L、C回路,電場和磁場分別約束在L與C中,能量在一個維度上來回震蕩當(dāng)電場能量最大時,磁場能量為0,當(dāng)磁場能量最大時,電場能量為0,可以認(rèn)為兩者相位相差90度正交,而電磁場,電場與磁場分布在三維空間上,電場與磁場為90度正交場,運動方向在第三個維度上,因為空間上電場與磁場已經(jīng)成正交90度了,所以運行時,兩者同相位運行,同時最大,也同時最小,以正弦波的方式向前運行。