初中物理如何解释电压

电压是怎样形成的 电压是怎样形成的一直是当今物理学竭力回避的问题 因为自由电子理论与电压的形成 存在着这不可调和的矛盾 现行理论无法自圆其说 于是就缄口不谈物质内电压的形成 这 是当今物理学一个不光彩的侧面 物质在常规状态下 各结构元的价和电子规律运转 协调 相安 是电子的转移后非常 规的电子运动产生了静电 非常规的电子运动伴生的波就是静电电压 电荷分布在金属表面或聚集在尖端 是因为价和电子规律运转伴生的电磁波的驱使 静 电平衡理论是唬人的 电压是物理学中一极其重要的物理量 从中学到大学每个学生都做了数百道有关电压的 习题 电压是怎样形成的 教材上却没有解释 每一个学生都对此茫然 电压是怎样形成的 电压从何而来 由何而生 是很多学生提到过的问题 也一直是近 百年物理学竭力回避的问题 为什么要回避 是因为电压的形成与当今核外电子运转无规律 的电子云理论互相矛盾 电压的形成与当今的金属自由电子理论存在着深层的矛盾 金属内 的电子如果有充分的自由 就无法解释绝缘后的金属导体移走 来 部分电子会形成很高的 电压 金属内的电子如果没有自由 又如何解释自由电子导电 当今物理学在两难中选择了 回避电压 什么是电压 在大学教材里说到 电压是静电场或电路中两点间电动势之差 有的 书上用电位之差 有电动势之差才能形成电流 书中提到 电位差是由电源提供的 电源 如何在物质内形成电位差 就用做功一语带过 至于如何做功 做功如何在物质内形成电压 就成了难言之隐 闭口不谈了 在中学物理教科书上只是把电压与水压相比较 说电压是电位 同水位 是电子的电 动势 同势能 这比喻还凑合 但是这物体内电子的电位是如何提升的 物体内电子的电 动势之差是怎么形成的 却一直是个困惑的问题 用电位差解释直流电从高电位流向低还有 可说 可如何面对物质内形成的电压正弦波 方波 一 绝缘体的静电及静电电压 要探讨论物质内电压的形成原理 我们就先来看看物质内形成电压的基本实验 摩擦 生电 在静电实验中 丝绸摩擦玻璃棒 毛皮摩擦硬橡胶棒 以及化纤织物与天然织物摩擦后 都能带静电 同时产生静电电压 而且化纤织物能产生上万伏的静电电压 我们就这个实验 事实来看看静电是怎么产生的 静电电压是怎么形成的 预备知识 1 在中学物理电学的实验中 当直流导线导通时 小磁针立即偏转 断开时 小磁针 立即复原 杂乱的铁粉在直流导线周围形成了规则的同心圆 用右手定测能测定电流方向与 磁场之间的确定关系 这是大自然在提示我们 电子的运动伴生着电磁波 2 在 挑战量子物理 四 第二章 物质的构成 4 谈到 核外电子的规律运转同样 也伴生着电磁波 在通常情况下这种电磁波在物质内协调稳定 构成了物体的内聚力 价和 力 电磁力 物体对外不显电性 物体不带电 与大地的电势差为零 一般情况下认为大 地的电位是零 静电实验中的合成绝缘体 玻璃棒 硬橡胶棒 以及化纤织物 是由成百上千个结构元 错综结合而成的大分子聚合物 结构成分复杂 在常温下 在没有摩擦的情形下 各结构元 的价和运转协调 相安 核外电子在各自轨道按常规运动 这时物体不带电 与大地的电势 差为零 没有电压 实验中摩擦的另一方是天然物品 丝绸 毛皮 天然织物 天然物品是大自然的造物 能与大自然有很好的交流 摩擦时 转移来的电荷能很快地传递到大气之中 摩擦时 核外电子速率加快 产生了热 发生了电子运动的紊乱 发生了电子转移 形 成了多出或缺少电子的状况 合成绝缘体内多出的电子没有正当的归属 在物体内部乱窜 形成带负电的静电 缺少电子的结构元则四处挪用电子 形成带正电的静电 多出电子或缺 少电子对外形成了物质所带的电荷 对外显现为电场 多出或挪用的电子没有正当的归属 在物质内受到驱赶 换位 挤压 牵扯等非常规的 运动 这种非常规运动的电子伴生着非常规的电磁波 物质内原来协调 稳定运转的核外电 子受到非常规的电磁波的扰动 这个非常规的电磁波就是驱使电子随波运动的电动势 这也 就是我们所说的电压 本来物体的核外电子数是稳定的 电子运转伴生的电磁波也协调 稳定 电压为零 很 明显 是电子的转移后非常规的电子运动产生了静电 非常规的电子运动伴生的波有驱赶电 子脱离正常轨道运动的趋势 非常规的电子运动伴生的波就是静电电压 物质内能驱使电子 的非常规的电磁波的强弱就是电压的高低 如果按现有理论 物质的核外电子是毫无规律的电子云 电子运动的线路杂乱无章 电 子没有固定的归属 摩擦如何能产生静电 不考虑电子运动伴生的波 静电电压从何而来 二 金属与静电 金属导体内结构元基本独立 核外电子高速稳定 有固定的归属 不容易转移 不容易 失去 无论怎么摩擦也不会发生像大分子聚合物那样电子运动的混乱或电子的转移 所以摩 擦金属不会产生静电 然而金属导体存在较大的电子空位 带电荷的物体与金属接触 在电压的作用下 电荷 进入金属 使金属导体带电 同时 多出 或缺少 电子的运动伴生着的非常规的电磁波 多出的电子运动伴生的波有挤占正常电子脱离轨道运动的趋势 带负电 缺少电子结构元 则挪用相邻原子的正常电子使其脱离轨道运动的趋势 带正电 非常规的电子运动伴生的 波就形成了金属导体的静电电压 移来 走 的电子越多 金属体中电子的挤占 挪用 现象越剧烈 伴生着的非常规的 电磁波就越强 物体的电压就越高 非常规的电磁波 电压波 可以是高电位 也可以是低电位 可以是直流 也可以是交 流 可以是正弦波 方波 尖波等各种形式的波 电压波通过电子空位充斥在导体的各个部 位 一旦形成通路 导体中的电子就会随着电压波的驱使在电子空位中换位移动形成电流 如果按现有理论 金属内充满着自由电子 原子外层的价电子松散 可以脱离原子在导 体内自由运动 电子充分自由 没有固定的归属 那么移来移走些许电子无关痛痒 多出的 外来的电子应该舒适的躺在其间 少几个电子也没有什么关系 不存在非常规的电子运动 没有非常规的电磁波 何以形成静电电压 正因为自由电子理论与电压的形成存在着这不可调和的矛盾 现行理论无法自圆其说 于是就缄口不谈物质内电压的形成 这是当今物理学一个不光彩的侧面 三 金属导体电荷的分布 把外电荷导入金属导体 这时立即就有电荷分布在金属表面或聚集在尖端 在平面 柱 面上均布 在曲率半径小的表面聚集 同时产生电压 能在尖端放电 这是实验事实 为什 么外来电荷只能分布在表面 如果按现有理论 金属内部是充满松散的自由电子的 外来的电子也是电子 长相一样 性质相同 应该成为自由电子新成员 也应该在金属内自由分布 为何会产生歧视 驱赶到 表面 如果按现有理论 核外电子是毫无规律的电子云 金属内部是充满自由电子的 那么 外来的电子应该在金属内自由分布 又如何会形成尖端放电 面对导体的静电感应和电荷趋附表面 趋尖的事实 自由电子理论难以自圆其说 于是 就编造出了个静电平衡理论 大学的教材把这种现象归结为 静电平衡 静电平衡理论很奇特 在平常状态金属内 的 松散的 可以脱离原子的自由电子 在移走 来 了几个电子后 原来的松散电子顿 时就失去了自由 静电平衡的原理何在 为什么在平常状态金属内电子 自由自在 移走 来 了几个电子 导体内顿时就成了等势体 静电平衡理论很离奇 很费解 只要移去 来 几个电子 就能在皮秒内使几万亿亿个 自由电子顿时失去自由 使每秒 1000 公里速度 300K 运行的自由电子不再宏观运动 却不 能交代此时失去自由的电子会以怎样的线路运动 而且这些只是发生在 1 立方厘米铜材内的 故事 数据摘自 大学物理教程 吴锡珑主编 第二册 第二版 第 12 章 一般学生对 1 立方厘米铜材发生静电平衡 可能没有多大的感触 我们不妨想大点 设 想一下 一艘下水前的航母只要移去 来 几个电子 就能使十几万吨钢铁的多少亿亿亿个 自由电子顿时失去自由 而且是在皮秒内使每秒 1000 公里速度运行的自由电子改变运动状 态 其间包含了多大的冲量 这样的状况竟是由带电的小球感应或是移出几个电子造成 真 是太神奇了 符合能量守恒定律吗 符合动量守恒定律吗 实在是匪夷所思 静电平衡理论费了好大的劲连唬带混地 解释 了电荷的趋表 可面对电荷在趋表的同 时产生的静电电压 就闭口不谈 事实上导体内物质运动状况正如 挑战量子物理 四 第二章 物质的构成 4 所说 金属导体内核外电子的规律运转同样也伴生着电磁波 在通常情况下这种电磁波在物质内协 调稳定 构成了物体的内聚力 价和力 电磁力 金属内充满电磁波 外来电荷进入金属导体 受到金属体内规律稳定的核外电子运转所伴生着的电磁波的排 挤 无容身之地 被赶到了电磁波不太密集的导体表面 这就形成了外来电荷分布在金属表 面的自然现象 因为导体的结构元大小一致 分布均匀 由此也形成了电荷在球面或大平面 大柱面的 表面均匀分布 无外磁场 电场的干扰 由于金属体的结构元大小一致 在物体表面曲率半径不同的地方不可能分布均匀 在曲 率半径小的地方结构元间靠外表面处的间隙大 可以想象成用砖块砌圆角 电荷在此聚集 较密 在曲率半径更小的物体尖端 外表面处的结构元间隙更大 电荷聚集更密 密集的电 荷在此非常规运动 形成较高的电压 又没有有效的约束 所以此处电荷容易外溢 形成物 体的尖端放电 分布在表面或尖端的电荷不会是静止的 受到核心库仑力的吸引 这些电子会窜入附近 的结构元参与价和运转 顶替出原来的价和电子 造成了导体表面电子运转的紊乱 紊乱运 转电子所伴生着的非常规的电磁波形成了导体静电电压 这样 用核外电子规律运动的观点综合解释了物质内进