电子的速度

李增华

摘 要：从导线的截面电流，电子流与导线里电流的对比以及导线内电场的形成三个方面证明了经典金属导电电子理论是错的。又从电容，尖端放电，变压器三个方面证明了电压越高形成电流的电子的运动速度越快。

关键词：电容；尖端放电；变压器

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）17-0239-02

1 经典金属导电电子理论是错的

这里只谈论经典金属导电电子理论中的一句话：大量的自由电子同时定向运动便形成了电流。

关于这一点，如下图1这个实验也可以证明。

假设电子流由一个电子形成，则金属丝内也只有一个电子在运动，如果多余一个电子在运动，则磁针组发生的偏转角就肯定不相同。此实验也证明了不是导线内的所有的自由电子同时运动形成电流。

还有一点就是导线内的电场问题，在电源内部是先有电场，然后才有电子的运动；在电源的外部，是先有电子的运动，然后才有电场。

如图2所示，导线CD；EF，GH串入电源AB回路之中，按照经典电子理论，当电路接通后A端的电子向B端移动，C端的电子向D端移动，E端的电子向F端移动，G端的电子向H端移动，A端的电子向B端移动因为有电源的电场的作用，导线CD内的电子也能由C向D方向运动，也就是说导线CD两端的电场也能把正端的电子向负端移动，导线CD也成了名符其实的电源了。同理，导线EF，导线GH也成了名符其实的电源了。也就是说经典电子理论是不能解释导线内电流的形成的。

2 电容

2.1 极板间的电压问题

经典金属导电电子理论无法解释电容的兩块极板间距离增大时，两块极板间的电压会升高的问题。现在可以用电压越高电流速度越快来解释。

为了便于研究，上图这个电容由两个原子组成。现在对这个电容充电，原子A失去一个电子C显正电，原子B得到一个电子C显负电。有一个问题，原子B得到的这一个电子是怎样运动的？很明显这一个电子也是绕原子B高速旋转。这一点不难理解，就好像人类给月球发射卫星一样。电子C原来是绕原子A高速旋转的，只有当电子C获得了外部能量速度增大后才能脱离原子A的吸引。

F1=原子A对电子C的引力；

F2=原子B对电子C的引力；

F3=原子B对电子C的向心力；

F3=F2-F1；

当电子C旋转到原子A与原子B之间时，假设原子A与原子B的距离增大了，则原子A对电子C的引力F1减小了，由F3=F2-F1知原子B对电子C的向心力F3增大了，电子C的向心加速度就变大了，电子C绕原子B旋转的速度就变大了，电子C的速度变大了，对外表现就是电压升高了。当电子C旋转至原子A和原子B的外端时，原子A对电子C的引力不影响原子B对电子C的引力的大小。即电子C绕原子B旋转的向心加速度不变。

2.2 极板间电荷问题

假设一个电容由两个原子组成，一个原子的核外电子数为T，这个电容的容量为C，则有：

C=

从电容的容量表达式来看，电容储存的电荷Q是没有最大值的，但从一个原子的核外电子数为T来看，电容储存的电荷Q是就有最大值Te。因为从这一个电容来看，充电时最多就是把一个原子的核外电子全部移到另一个原子的核外绕其旋转。现在设C为一定值，因为U可以无限地变大，所以Q也可以无限地变大。是电容的定义有错呢？还是其他什么地方出了错？

3 尖端放电

尖端放电的原理是导体越尖，电荷面密度越大，场强越强。下面看一看场强的表达式：

E==

从这一个表达式来看，尖端放电只与小球的半径有关，而与电压无关，试问一下，你见过低电压时的尖端放电吗？

如图3所示，从电容极板间电荷和尖端放电的原理来看，可以肯定场强E与电压有关，在两个电子A和B绕原子核一周用的时间和一个电子A绕原子核两周用的时间相等的情况下，两个电子A和B绕原子核一周在点C处的场强E和一个电子A绕原子核两周在点C处的场强E应该是一样大小。这是场强的叠加性原理决定的。

4 变压器

变压器实质上是用了运动电荷产生的磁场的叠加性原理。在两个电子s和t绕变压器铁芯一周用的时间和一个电子s绕变压器铁芯两周用的时间相等的情况下，两个电子s和t绕变压器铁芯一周在变压器铁芯内的磁感应强度和一个电子A绕变压器铁芯两周在变压器铁芯内的磁感应强度应该是一样大小。

设变压器的初级线圈AB匝数为N1，次级线圈CD匝数为N2，初级线圈AB电流为I1，次级线圈CD电流为I2，一个电子绕线圈一周产生的磁感应强度为B，则有：

初级的磁感应强度为：B1=N1*B*（I1/e）

次级的磁感应强度为：B2=N2*B*（I2/e）

根据能量守恒定律：B1=B2，则有：

N1*B*（I1/e）=N2*B*（I2/e）

N1/N2=I2/I1

这是用磁场叠加原理推导出来的变压器的变比公式，比其他任何方法都要简单。

电压越高电流速度越快，这是可以通过实验得到证明的。导体中的电流是由高速运动的电子形成，这些电子是从电源的负极出发，经过用电器然后才回到电源的正极。这些高速运动的电子是在电源获得能量，然后在用电器上消耗这些能量。