为什么任何电源的电势都会比大地高 电势为何总比大地高

为什么任何电源的电势都会比大地高

电力学是物理学的一个分支，主要研究电荷、电场和电流等电现象，其中电势是电力学重要的一个概念。我们常常可以发现，任何电源的电势都会比大地高，这是为什么呢？下面从几个不同的角度进行阐述。

电荷的分布

任何物质都是由分子或者原子构成的，分子或原子中会带有正电荷或者负电荷，当物体没有与外界接触时，电荷的分布是自然的、随机的。但当物体与地接触时，地的电荷会对物体自然分布的电荷产生作用。地球的电离层和大气电荷在一定程度上会影响物体自然分布的电荷，而且地球表面也会带有大量的电荷。

这些电荷的存在会使得物体在地面周围的空气中向外形成一个无限大球壳。球壳上的电场强度是均匀、与距离有关的，而不考虑地球本身产生的电场，在球壳的表面电场强度为0，球壳的电势为0，而与球壳的距离越远，电势越高。因此，任何电源的电势都会比大地高。

电势能的转化

任何电路中的电势差，都是因为电流通过时电势能转化为其他形式的能量。例如，电池中的化学能转换为电能，电阻中的电能转化为热能等。然而，在这个过程中，能量是会有损耗的。而这种损耗可以看做是电能在电路中传输时因为电阻、电感、电容等元器件的原因损失了，能量只有在元器件之外或者“站点”之中才能得到充分地利用。因此，电压沿着电路中的各个元器件以及站点之间逐渐降低。

普遍而言，物体所带的电荷越多，它的电压就越高。这就是为什么任何电源的电势都会比大地高的另一个原因。因为电荷在被输送或者储存的过程中，必然伴随着电压的变化，而且电压的变化会以能量流的形式进行。因此，电源的电压就越高，电压差就越大，电势也就越高。而大地本身不能被当作一个有效的输送线路，因此目前大多数地方在设计电路时，都不考虑地电位的参考作用。

电场力线的分布

电场力线可以帮助我们更直观地理解为什么任何电源的电势都会比大地高。电场力线是从正电荷发出的，向负电荷汇聚，我们可以将电势差理解成沿着电场力线从高处到低处的下降。当有两个相互独立的电场力线时，它们就相互连接成一个大的电势差。

对于地球而言，在其表面任意一点处，总会有任意方向上的电场力线，虽然这些电场力线可能无法准确地描述任何自然现象，但它们确实存在。当任何一个电源放置在地面上时，最靠近该电源的某一点，电荷在空间中的周围形成了一个向外的电场力线，因此高处的电场线起始点的电势能要比低处的电场线起始点的电势能高，也就是说，任何电源的电势都会比大地高。