太阳与宇宙中等离子体的电气摩擦

……再一次，我听到

这些水，来自山上的泉，滚动而下，

带着内陆的柔音。

威廉·华兹华斯所作的《丁登寺旁》诗行

我们看瀑布的时候或多或少地见过同样的现象。水在水坝之前是静止的，从水坝落下后，在水坝的正下方，可能产生一个很大的速度。其动能几乎等于坝前的势能。减小的部分是由所谓的靠近壁面的水层的剪切力造成的“水力摩擦”引起的。在大坝后面的底部，那里的水又是静止的，其温度应升高一点，但是在现实中，它的升高是非常小的。同样伟大的詹姆斯焦耳，他在瑞士度假的时候，试图用0.1℃精度的温度计测量它，但并没有发现水温有任何上升。(www.xing528.com)

为了不损失这部分水的能量，而用它来发电，应该在落下的水中安装一台涡轮机。涡轮叶片旋转，把势能转换为轴功。然后通过发电机，转化为电能。得到的电能小于下落的水能，这是因为存在两种摩擦：水与壁面、涡轮机叶片之间和径向轴承润滑油内的机械摩擦，还有一种新的重要的摩擦形式，即导体里的电气摩擦。

我们可以用固体（金属）、液体（溶液）和气态导体传递电荷。电荷的流动称为电流，载有电能。在大多数情况下，正电荷和负电荷的数量是严格相等的。这就意味着导体作为整体而言是电中性的。在金属中，正电荷固定在晶格中，负电荷（电子）形成“电子气”在导体中流动，类似于管道中的中性气体，而晶格会对流动造成阻碍。电子与固定粒子的碰撞冲突，对电子气体造成了一种迟滞力。我们称它为电气摩擦。实际上它和产生焦耳热的导体的电阻一样。在家里，我们在很多的情况下都在使用这种热，如熨裤子或烧开水等。最后是如图9-2b所示的，一个男人通过体育运动产生电能的情景。这些热量可能使难熔金属的温度达到3000K，正如我们看到的一个灯泡的灯丝一样。

液态导体比固体导体的应用要少得多；但鉴于其重要应用也值得提一下。例如，最简单的热水器就是利用了淡水通过移动离子的方式导电的原理工作的。根据J.焦耳提出的第一定律，该装置完全可能把所有电能转换为热量。这里，电气摩擦就是在非常小的球形的离子周围的黏性流体的机械摩擦。在盐水（海水）里离子浓度较高，导电性远高于淡水。对于海水，通电加热所需要的电压也小得多。

气态导体是中性粒子、离子气体和电子气的混合物。这里，粒子的碰撞不仅会引起摩擦，还会导致中性粒子的分裂，产生电子和离子。这样的混合物被称为“等离子”。宇宙中99％的物质处于等离子态。我们的太阳是完全的等离子态，在那里每秒钟有超过400万t的氢通过热核反应转变成氦。电气摩擦对太阳的等离子行为影响很大。在我们城市的街道上，每当夜晚都可以看到大量的等离子体导体做成的公告栏和广告栏。这种等离子体被称为“冷离子”，中性粒子具有环境温度，只有电子气是高温的。电气摩擦在这里只依赖于电子气。