電子的速度

李增華

摘 要：從導線的截面電流，電子流與導線里電流的對比以及導線內電場的形成三個方面證明了經典金屬導電電子理論是錯的。又從電容，尖端放電，變壓器三個方面證明了電壓越高形成電流的電子的運動速度越快。

關鍵詞：電容；尖端放電；變壓器

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）17-0239-02

1 經典金屬導電電子理論是錯的

這里只談論經典金屬導電電子理論中的一句話：大量的自由電子同時定向運動便形成了電流。

關于這一點，如下圖1這個實驗也可以證明。

假設電子流由一個電子形成，則金屬絲內也只有一個電子在運動，如果多余一個電子在運動，則磁針組發生的偏轉角就肯定不相同。此實驗也證明了不是導線內的所有的自由電子同時運動形成電流。

還有一點就是導線內的電場問題，在電源內部是先有電場，然后才有電子的運動；在電源的外部，是先有電子的運動，然后才有電場。

如圖2所示，導線CD；EF，GH串入電源AB回路之中，按照經典電子理論，當電路接通后A端的電子向B端移動，C端的電子向D端移動，E端的電子向F端移動，G端的電子向H端移動，A端的電子向B端移動因為有電源的電場的作用，導線CD內的電子也能由C向D方向運動，也就是說導線CD兩端的電場也能把正端的電子向負端移動，導線CD也成了名符其實的電源了。同理，導線EF，導線GH也成了名符其實的電源了。也就是說經典電子理論是不能解釋導線內電流的形成的。

2 電容

2.1 極板間的電壓問題

經典金屬導電電子理論無法解釋電容的兩塊極板間距離增大時，兩塊極板間的電壓會升高的問題。現在可以用電壓越高電流速度越快來解釋。

為了便于研究，上圖這個電容由兩個原子組成。現在對這個電容充電，原子A失去一個電子C顯正電，原子B得到一個電子C顯負電。有一個問題，原子B得到的這一個電子是怎樣運動的？很明顯這一個電子也是繞原子B高速旋轉。這一點不難理解，就好像人類給月球發射衛星一樣。電子C原來是繞原子A高速旋轉的，只有當電子C獲得了外部能量速度增大后才能脫離原子A的吸引。

F1=原子A對電子C的引力；

F2=原子B對電子C的引力；

F3=原子B對電子C的向心力；

F3=F2-F1；

當電子C旋轉到原子A與原子B之間時，假設原子A與原子B的距離增大了，則原子A對電子C的引力F1減小了，由F3=F2-F1知原子B對電子C的向心力F3增大了，電子C的向心加速度就變大了，電子C繞原子B旋轉的速度就變大了，電子C的速度變大了，對外表現就是電壓升高了。當電子C旋轉至原子A和原子B的外端時，原子A對電子C的引力不影響原子B對電子C的引力的大小。即電子C繞原子B旋轉的向心加速度不變。

2.2 極板間電荷問題

假設一個電容由兩個原子組成，一個原子的核外電子數為T，這個電容的容量為C，則有：

C=

從電容的容量表達式來看，電容儲存的電荷Q是沒有最大值的，但從一個原子的核外電子數為T來看，電容儲存的電荷Q是就有最大值Te。因為從這一個電容來看，充電時最多就是把一個原子的核外電子全部移到另一個原子的核外繞其旋轉。現在設C為一定值，因為U可以無限地變大，所以Q也可以無限地變大。是電容的定義有錯呢？還是其他什么地方出了錯？

3 尖端放電

尖端放電的原理是導體越尖，電荷面密度越大，場強越強。下面看一看場強的表達式：

E==

從這一個表達式來看，尖端放電只與小球的半徑有關，而與電壓無關，試問一下，你見過低電壓時的尖端放電嗎？

如圖3所示，從電容極板間電荷和尖端放電的原理來看，可以肯定場強E與電壓有關，在兩個電子A和B繞原子核一周用的時間和一個電子A繞原子核兩周用的時間相等的情況下，兩個電子A和B繞原子核一周在點C處的場強E和一個電子A繞原子核兩周在點C處的場強E應該是一樣大小。這是場強的疊加性原理決定的。

4 變壓器

變壓器實質上是用了運動電荷產生的磁場的疊加性原理。在兩個電子s和t繞變壓器鐵芯一周用的時間和一個電子s繞變壓器鐵芯兩周用的時間相等的情況下，兩個電子s和t繞變壓器鐵芯一周在變壓器鐵芯內的磁感應強度和一個電子A繞變壓器鐵芯兩周在變壓器鐵芯內的磁感應強度應該是一樣大小。

設變壓器的初級線圈AB匝數為N1，次級線圈CD匝數為N2，初級線圈AB電流為I1，次級線圈CD電流為I2，一個電子繞線圈一周產生的磁感應強度為B，則有：

初級的磁感應強度為：B1=N1*B*（I1/e）

次級的磁感應強度為：B2=N2*B*（I2/e）

根據能量守恒定律：B1=B2，則有：

N1*B*（I1/e）=N2*B*（I2/e）

N1/N2=I2/I1

這是用磁場疊加原理推導出來的變壓器的變比公式，比其他任何方法都要簡單。

電壓越高電流速度越快，這是可以通過實驗得到證明的。導體中的電流是由高速運動的電子形成，這些電子是從電源的負極出發，經過用電器然后才回到電源的正極。這些高速運動的電子是在電源獲得能量，然后在用電器上消耗這些能量。