朋友们在书写表达的时候,要尽量避免知识的诅咒,尤其是面对重要的行外人(大佬),我们一定要把行内常识解释清楚,因为常识省略是知识诅咒的一部分➠(今天我为中学生朋友讲讲超高压输电与欧姆定律的矛盾问题,以及微观机理)
#伯爵冷知识# 某些初中物理教材让学生阅读起来晦涩难懂(提分困难),一部分原因就是初中物理编纂组的老师中了知识的诅咒——不自觉的就开始了语义逻辑/常识的省略➠以为学生都懂行内约定俗成的常识,于是直接把某段常识省略了,而没有附带详细解释。
比如初中物理里的高压输电原理——以前的教材只简单的说了一句➠P(输电功率)=U(电压)×I(电流),如果想要远距离低损耗输电,那么就要降低电流(因为热损耗是电流的平方乘电阻),所以必然选择超高压输电(比如500KV)。
然后就没有然后了。
戛然而止。
当时有很多钻牛角的学生想不明白——欧姆定律怎么失效了?电流I不是=电压U/电阻R吗?
与P(输电功率)=U(电压)×I(电流)相比(输电总功率恒定,超高压意味着超低电流),而欧姆定律的超高压反而带来超大电流呀?感觉好矛盾啊。
实际上,这就是关键的伏笔,甚至很多本科生毕业后都对这个朦朦胧胧的。
今天我给大家讲一下——我们把视线汇聚在超高压500KV的➠纯输电线的那一段上。
实际上输电线上的相对电压(压降)并不是500KV,而是只有5KV——输电线长200公里,单相电阻0.05Ω/公里,总电阻R=0.05×200=10Ω,电流I=500A,那么压降为:ΔU=I×R=500×10=5KV
是的,整个电路的电压其实并不是一体化一碗水端平的,而是每个部分都有相对电压(压降),就像长江上的水坝,蓄水之后有不同的重力势力,但是从青藏高原到上海的总势能是恒定的超高压。
分段压降反而是低压,不违反欧姆定律。
最后我再给学生朋友们讲讲,在微观机理上,为什么超高压就带来小电流和小热损——因为超高压给电子带来了更多能量,所以更小的电流(更少的电子)总能量守恒(功率守恒),那么高能量的电子不是会让电线更容易发热(热损更大)吗?
是的,确实会增加一些热损耗,但是大家要回想焦耳定律——电热损耗是电流(电子数量)平方乘电阻,我们就会明白,电子的数量带来的损耗是平方级别的,远高于电子能量带来的线性增加。
比如10个电子分别带1个能量(总能量是10),平方²一下,带来100个热损耗。
而1个电子,带10个能量(总能量也是10),焦耳定律带来的热损耗只有10个。
好家伙,里外里直接差了10倍。
微观机理其实就是——电子碰撞材料晶格,才会产热,而这个碰撞主要看电子单位空间的数量(其实就是电子随机运动碰撞次数的横截圆面积,根据圆半径的平方面积公式,于是就有了焦耳定律的平方项)。
虽然单个高能量的电子碰撞更猛,但是大数量的电子碰撞次数是平方倍数,那是更更猛。
所以最后两害取其轻,选择了电子能量更高(超高压)电子数量更少的输电方式。
大家现在看看——这些电学常识,展开讲,其实就是一个大篇幅,学生如果没有额外辅导,直接一脸懵逼(而很多优秀教材,往往会不厌其烦的将这些常识进行二次展开)。
家长朋友们可以从这个角度辅导孩子,遇到有讲不通的知识点,大家可以给我留言,我来拆解讲通。
请大家参阅。
