电到底是什么?是一种物质吗?

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作为名词,电有两种不同的含义。其一,是电流。比如,当我们触碰了裸露的电线时,就会被电流击伤。其二,是电力,又称库伦力。比如,当两个不同电极的磁铁🧲相遇时,它们会彼此相互吸引。

如果是电流的话,那么顾名思义,电流是电子的移动。类似于水流和气流,电流也同样应该属于物质的范畴。只是,它们并不是独立的新生物质,而仅只是已知物质的集体运动。

然而,如果是电力的话,那么其和引力一样,都只是由于两个物质的存在,引起了物理背景的不对称,从而产生出了相互的作用力。与万有引力不同的是,电力引起物理背景不对称的方式是不同的。

引力是由于物质的热辐射☢️,使空间形成了热的梯度分布;而电力则是由于基本粒子的自旋,使空间产生了矢量的旋度分布。

为了理解作为物理背景的空间不对称,会产生力的作用,我们可以以水为例,来进行类比,以获得启发。

虽然,从表面上看,水是连续的液体;然而,实际上,水是由无数个离散的水分子构成的。所以,水是一个不连续的物理背景,是一个由水分子构成的空间。

如果水是完全对称的,就是我们通常所说的静止状态,那么此时水分子对水中物体的无规碰撞💥是完全对称的。于是,该物体受到水分子的合力等于零,从而会在原地静止不动。

然而,如果因为某种原因,水分子对某物体的碰撞是不对称的,则该物体受到水分子碰撞的合力就会大于零,从而表现为该物体受到了水的作用力。

比如,两艘同向行驶的船只🚢,会使它们之间的水分子也同向移动,形成了平行的水流。这导致了水分子对船的碰撞不再对称。在船的内侧,因为水分子的平行移动,而减少了水分子对船的横向碰撞。于是,由于船的内外侧水分子碰撞的差异,导致了水对船的压力差,表现为两个同向行驶的船只产生了相互的吸引力。

又比如,当两个人在漩涡🌀中漂浮时,他们也会感受到水分子的不对称碰撞,使两人相互接近,也表现为他们彼此之间的相互吸引力。

电力和万有引力也是如此,它们都是由空间粒子对物体的不对称碰撞所形成的。只是,对物体产生不对称碰撞的粒子,由水分子改为不可再分的最小粒子,即改为由普朗克常数h定义的量子。

而且,正是由于量子的细小,使量子空间成为我们宇宙的最为基本的物理背景。于是,宇宙中的所有物体都不可避免地会受到量子空间的影响与束缚。

综上所述,电力的本质是基本粒子的自旋引起量子空间不对称碰撞的结果。如果两个基本粒子进行同轴同向旋转,就表现为吸力;反之,则表现为斥力。

从这个意义上来说,电力仅只是物质的属性,而不是物质的本身。因此,如果电是指电力的话,那么电并不是独立的物质,其仅只是量子空间的不对称所赋予物质运动的属性与现象。


淡漠乾坤


电是什么?要回答这个问题,要从电学的发展史讲起。

我曾经给学生们讲解电学发展史,不下百次,这里再简单的讲讲吧!

01

最早的电现象

最早的电,其实说的是一种现象。

其一,是闪电;其二,是摩擦起电。

其中摩擦起电的现象,在我国春秋战国时代的《墨经》中就有记载,说木棒摩擦之后,可以吸起麦糠。

在西方要晚一点,公元500年左右,发现琥珀摩擦可以吸引灰尘、羽毛等。

所以,中学物理书上有这样一句话:带电体可以吸引轻小物体,是一个必考的考点。

当然,为什么可以吸引呢?这是一种静电感应现象,具体不多讲了。

02

正负电的命名

由于闪电太强,而摩擦起电太弱,所以对电学的研究,一直无法进行。

直到莱顿瓶和伏打电堆的发明,才让我们有了储存电的装置。

更值得一提的是美国著名人物,开国元勋之一的本杰明·富兰克林,在一个雷雨交加的夜晚,放飞了一个带着金属线的风筝。幸运的他竟然没有被电死,还把天上的闪电引了下来,储存在了一个莱顿瓶里。

富兰克林拿这个瓶子做实验,发现和地上的摩擦产生的电是一样的性质。

从而,再次证明了天上的电和地上的电是一种东西。

之前证明这个的,还是牛顿——证明了天上的物体和地上的物体都满足万有引力定律。

而且,富兰克林还发现,电有两种。

我们现在所说的正、负电,最早就是富兰克林命名的。

而且,富兰克林还被印在了美钞上:

03

之后的发展

19世纪之后,人类对电学的研究越来越深入。特别是电流、电路、电磁场的研究,各种电学定律被发现,一步一步,惊喜连连。

但是令人惊奇的是,直到19世纪末的1897年,人类才发现有电子这种东西存在!

也就是说,什么欧姆定律、焦耳定律、基尔霍夫原理、电磁感应都是在不知道电子存在的情况下发现的!如果你懂得的话,一定会像我一样,不得不感叹科学的神奇!

04

基本粒子的发现

随这电子的发现和原子的核式结构的发现,以及后来中子的发现,让我们对物质结构越来越了解,对“电”,也越来越了解。

电,其实是一种属性,一种基本粒子的基本属性——就如同质量一样,是一种最最基本的属性。

最简单的例子,电子带负电,质子带正电,中子不带电。

电这种属性,通过电磁场来相互作用。

后来和弱相互作用力统一在了一起,称为弱电相互作用。

所以结论出来了,电是物质么?并不是,但电场是物质。


宇宙物理学


答:电本身不是物质,而是电荷定向移动形成的一种现象,准确的叫做“电流”。


自由电荷在导体中定向移动形成电流;物质由原子组成,原子又由原子核与核外电子组成,然后最外层的核外电子很容易脱离原子核的束缚,形成自由电子。

自由电子带一个单位的负电荷,当我们在导体两端加上电场时,导体中大量的自由电子就会产生定向移动,定向移动的速度大约是每秒几微米到几厘米;但是电场在导体中建立的速度是光速,所以电流的传播速度是光速。


由于当初定义正电荷的移动速度为电流方向,所以造成在导体中,自由电子定向移动的反方向,才是此段电流的方向;如果在化学溶液当中,就有可能是带正电荷的离子定向移动形成电流,此时离子的移动方向就是电流方向。

电流大小的定义:单位时间内,通过导体横截面的电荷量,公式为I=Q/t。

在纯电阻电路当中,电流还满足欧姆定律I=U/R,但是欧姆定律本质上是经验公式,由德国物理学家乔治·西蒙·欧姆在十九世纪初,根据实验结果总结而来;欧姆定律并不适用于气体导电、半导体导电以及超导电路当中。


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电到底是什么?是一种物质吗?

这确实是一个比较搞脑子的问题,电是一种看不见却摸得着的“东西”,想必各位都有被电的经历,即使没有被市电电过,也肯定被静电打过,那这种到是属于物质还是现象呢?

也许各位从书本上第一次认识电应该来自于富兰克林放风筝的故事,当然这引入的闪电,电压极高,放电产生的能量极大,也算是富兰克林命比较大,要不然咱也不会听他的科学故事了,而是要检讨他的事故教训!

一、电流

电流的本质是自由电子的移动,自由电子为什么会移动呢?这当然是电压差所致,这个我们下文再说,我们先来说说自由电子的问题,如上图中,既然是电子,那么在原子核周围运动着的都是电子,为何有的容易成为自由电子流动的导体,而有的电子则无法流动而成为绝缘体呢?

导体:导体原子的最外层的价电子很容易挣脱原子核的束缚成为自由电子,在电压差的作用下流动而成为电流

绝缘体:绝缘体中的电子都被原子核束缚住难以成为自由电子,或者自由电子极少,因此难以形成电流而成为绝缘体!

导体和绝缘体之间没有明显的界限,只是在于容易脱离原子核束缚的自由电子多少而已,并且可可能会受到外界的影响而改变自身的属性!

二、电压

电压是自由电子运动从而使导线内部的电子与电子相互排斥,产生了一连串的连锁反应(这个连锁反应的速度为光速),而这种反应在电路中传播最后产生了电压。需要注意一下的是有电流必定会有电压,而有电压则不一定有电流,因为在开路状态下仍然会产生电压,此时的电压就是开路电压!

那么回到标题,从上文的叙述中我们可以了解到电是一种自由电子运动引起一种现象!它不是物质,但引起这种现象本质是自由电子的运动,自由电子属于物质!


星辰大海路上的种花家


电的意思有很多种,可以指电荷,也可以说电流。但其本质还是电荷,所以电也可以认为是物质的一种属性,但却不是物质。


电子带负电荷,质子带正电荷,中子不带电荷。科学家们发现电也有很长的历史,最早的时候人们发现自然界的一些放电现象,比如闪电、一些能够放电的鱼、摩擦起电等等。最初人们只是知道这些现象,但这些现象背后的原因人们并不知道。甚至有些人把电和磁还混为一谈,因为电也具有吸引力,和磁很像。不过磁不需要摩擦就可以吸引物质,而且吸引的物质都是些铁基金属。而电则什么物质都可以吸引,因此人们直觉上认为电和磁不一样。


后来人们逐渐形成了电的概念,意识到闪电、摩擦起电等等现象都是电造成的,本质一样。后来,电子、质子、电磁感应等重大物理学发现使得人们更加深刻地认识到了电的本质。原来不管任何电现象,都是电子和质子参与形成的。而电是质子和电子的一种特殊属性,磁也是电产生的。就像是人分为男人和女人一样,电也分为正负,同种电荷相互排斥,异种相互吸引。

至于为何电子会带电荷,就像问光速为何不变一样。电子生来就带电,生来就具有和质子相反的这种属性,而且这两种属性相互作用,会产生各种神奇的相互作用。而人们只是把这种属性叫做电荷,它们直接的相互作用叫做电现象。


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电是物体内的电子的一种扰动,甚至你可以理解为电子的波动,如果你还是不能理解,继续看:

物体是由原子构成的,每个原子的核外都有数量不等的电子绕核转动。每个原子的核外电子是确定的,不多不少时则不带电。

这样比喻吧,每个原子相当于一个人,每个人手里都有两个苹果,相当于每个原子都有两个电子,然后一大群人聚集在一起构成人群,就相当于原子聚集在一起,构成一个物体。

一般情况下,每个人都拿着两个苹果相安无事,即相当于电子都有两个电子,物体没有电。

现在,突然从外面来了个人,抢走了人群中的一个人的两个平果,这个人因为没了平果,这个人就从身边的人去抢苹果,被身边的人抢走苹果的人又从身边的人抢走苹果,不断持续抢夺苹果行为,形成抢苹果的传递扰动。

同样,当物体内的一个原子被外界抢走了电子,这个原子有了电,有了电的原子就有能力去抢附近原子的电子,被抢走了原子的电子又去抢附近原子的电子,一直传递下去,只要保持电子缺失状态,就形成电流。

任何失去电子的原子,都有向外抢夺电子的能力,就叫带电。有些原子守护电子的能力很强,缺失电子的原子无法抢走它的电子,这种物体就是绝缘体,反之,很容易被抢走电子的物体就是导体。

这种缺失电子的原子叫带正电,还有一种情况,就是本来只有两个电子的原子因为某种情况多抢了一个电子,这个原子就是带负电 。

这个多余的电子同样会被附近的原子抢走,同样会发生附近的再抢夺附近的扰动,只要保持电子始终多余,抢夺电子的行为就不会停止,这也会形成电流。

电源的原理很简单,一边是缺失电子状态,一边是多余电子状态,没有连接两端时,电源两端各自保持带电状态。

当连接后,电源缺电子的一端从导体一端抢电子,导体因缺失了电子不断传导,最后到达电源的多电子端抢夺电子补充,形成了闭合电路,因为中间多了个用电器,不断消耗能量,电源两端的电子不断平衡,失去电性,即电源没电。

所以,电是原子抢夺电子的一种扰动波态,电能就是这种电子的能量波。


华龙新观点


电是一种自然现象,是指电荷运动所带来的现象,正如风是由空气流动引起的一种自然现象一样,它不属于物质!

自然界的闪电就是电的一种现象。电是像电子和质子这样的亚原子粒子之间产生的排斥力和吸引力的一种属性。它是自然界四种基本相互作用之一。电子运动现象有两种:我们把缺少电子的原子说为带正电荷,有多余电子的原子说为带负电荷。

电是个一般术语,是静止或移动的电荷所产生的物理现象。在大自然里,电的机制给出了很多众所熟知的效应,例如闪电、摩擦起电、静电感应、电磁感应等等。

用于科学领域,电这个术语的意思显得相当模糊。必须使用更明确的术语来区分各种各样不同的概念。

电荷:某些亚原子粒子的内涵性质。这性质决定了它们彼此之间的电磁作用。带电荷的物质会被外电磁场影响,同时,也会产生电磁场。

电流:带电粒子的定向移动,通常以安培为度量单位。

电场:由电荷产生的一种影响。附近的其它电荷会因这影响而感受到电场力。

电势:单位电荷在静电场的某一位置所拥有的电势能,通常以伏特为度量单位。

电磁作用:电磁场与静止或运动中的电荷之间的一种基本相互作用。


眼科余建洪


电到底是什么,比较复杂,要在“电·磁·场·波·能·荷·力”概念群里理解。搞清了电的本质,就意味着可以搞清其它几个概念。





虽然不同的语境有不同的定义,但是就本质机制而言,电的定义是唯一的。

以下先给出电在三个语境下的定义与意思,然后再探讨电的物质性。

基于语义学,电的定义与意思

语义学认为,词语与术语的意思,取决于特定的语境,即历史背景、交互场合、环境条件等诸多因素。因此,基于语义学,

电是“电磁感应现象或电现象、电场或电磁场、电流或电压、电子或电荷”的简称。





限于篇幅,适当解释这个定义,有四个要点:

(1) 电磁感应现象≡电现象。

电现象,涉及电磁感应,电磁感应都会涉及电荷的位移与偏转,例如、电磁铁行为、霍尔效应、反常霍尔效应。

磁现象,涉及电荷自旋,因自旋而有南北极与负压差,因负压差而有磁性、磁力、磁场。

(2) 电场≡电磁场≠磁场

点电荷是一个假想模型。点电荷的电场,只能通过另一个试验电荷,通过电磁感应原理来测试。孤立电子因为自旋伴有南北极而有磁场但无电场。磁场与引力场源于电子的电偶极子。

(3) 电流必需闭合电路,而电压则未必

电流不必是电子本体的流动,而是偏转电子之间的推涌,很像多米诺骨牌效应。

(4) 电子电荷≡常电荷,核电荷=正电子

电荷源于粒子的自旋。电子电荷源于电子的光速自旋,正电子不是反向自旋而是颠倒南北极的电子。核电荷=质子=正电子+场介质。





基于电磁学,电的定义与意思

电磁学或电动力学是基于大量电磁实验与生产实践的成熟学科。基于电磁学,电的定义:

电是缘于电荷与电荷之间相对运动因为各自切割对方的磁力线所引起的电磁感应现象。

以下的解释,有些是新视野的深度分析。

(1) 电子以光速自旋,伴有磁场与磁力线

电子自旋的向心力:F=m₀c²/r₀,对应电子的磁力与磁场,电子周围分布磁力线(引力线)。

(2) 基态切割没有电,加速切割则产生电

原子内部的电子与核电荷之间相互切割不显示电磁场,因为大量电荷分布服从最小作用量法则而均衡分布,此称基态切割无电场。

但是,所有原子都会激发固有原子光谱的超精细结构,这意味着,电子的不同速度激发不同的电磁波频率。

当有外加电压(U),电子就会加速偏转,甚至逃离核电荷的束缚,电子磁力线就会加速切割核电荷磁力线,局部大量原子能级显著高出,就有了电压或电流:eU=½m₀v²=hf

注意:静止电荷与静电场是不存在的,电子总是高速绕核运动,原因是大量原子都很平凡。


基于场效应,电的定义与意思

场效应是指只要有实体的运动就会挤压扰动真空场介质,场介质被激发电磁波。有定义:

电是原子里的核外电子,因接受外加辐射能,而加速偏转或脱离核束缚的场效应。

这里,场效应机制,从根本上取代了电磁感应机制,解释如下,

(1) 场效应的强度,取决于电子的切割速度

实体有原子,原子有亚原子,亚原子有电子,实体运动强度≡电子伴随速度。

实体运动场效应:½mv²=(m/m₀)hc/λ

换成场效应强度:½m₀v²=hc/λ

(2) 动能传播辐射能传播

电可用“电能”来表征。除了物质固有的自旋势能(Ep=mc²),其它所有能量,最终表述为电子动能与光子辐射能的倍率(n=m/m₀)。

电子加速偏转,破坏电子与核电荷的制衡格局,原子被极化有电势差,原子间的偏转电子依次发生多米诺骨牌效应,产生电流。可见

(3) 电流,很像在导体内空间传播的机械波。

机械波,是含有实量子激发声波(声学支)与场量子激发电磁波(光学支)的复合波。

空气波,在空气中传播,是分子承载机械波与声子(即光子)承载电磁波的复合波。

地震波,在地壳里传播,是矿物质承载机械波与声子(场量子)承载电磁波的复合波。

电流,在导体里传播,是电子承载机械波与光子(场量子)承载电磁波的复合波。

设外加电源提供电子的偏转速度为2αc,则其声学支的瓶颈速度:v=2αc=4400km/s。

从eU=½m₀v²可见,电流的传播速度平方(v²)与电源的加速电压(U)成正比。


电,有时是物质,有时是物质的属性

根据上面定义与意思,可以得出两个结论

1. 如果,电特指电磁感应现象;那么,电是物质的属性。这些物质是电荷与真空场。

2. 若特指电流或电磁场,则电是复合介质,是电子(实介质)与光子(场介质)的混合介质。

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物理新视野


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电是一种能量,电是电子流。所有的物质都是由原子组成的,原子有一个中心,叫做原子核。原子核包含被称为质子的带正电荷的粒子和被称为中子的不带电荷的粒子。原子核被称为电子的负电荷粒子包围。

电子的负电荷等于质子的正电荷,原子中电子的数量通常等于质子的数量。 当质子和电子之间的平衡力被外力破坏时,原子可能获得或失去一个电子。当电子从原子中“丢失”时,这些电子的自由运动就构成了电流。


电流是大自然的基本组成部分,也是我们最广泛使用的能源形式之一。我们从其他能源,如煤、天然气、石油、核能和其他能源的转换中获得电力,这是一种二次能源。许多城镇建在大坝旁边(机械能的主要来源),大坝水流转动水轮机做功产生电流,通过变电站和输电线路送到千家万户。


在100多年前开始发电之前,房子用煤油灯、蜡烛照明,房间烧柴或烧煤取暖。本杰明·富兰克林在费城一个暴风雨的夜晚,用风筝做实验,电学原理逐渐被理解。19世纪中期,随着电的发明,每个人的生活都发生了变化。在1879年之前,电力被用于照明。灯泡的发明照亮了人类的夜晚。人类进入电气时代。


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