電流即電子移動(dòng)所需的能量是連續(xù)的還是量子化的
經(jīng)典物理學(xué)中,通常以“電子運(yùn)動(dòng)論”解釋電流,即電流是電子定向移動(dòng)產(chǎn)生的。但實(shí)質(zhì)上電流不過(guò)是電荷這種性質(zhì)在物質(zhì)微粒之間的傳遞,而這種性質(zhì)的傳遞,一般不需要物質(zhì)微粒實(shí)際的位移。而電荷是什么呢?電荷什么都不是,只是附屬于物體的一種反映物質(zhì)在電性上“平衡與否”的性質(zhì),或者說(shuō)是一種體現(xiàn)正或負(fù)暫時(shí)不平衡的“二進(jìn)制”信息。微觀上,物質(zhì)內(nèi)部彼此相鄰的微粒之間的電性,可以互相感染和傳遞,這種感染和傳遞,實(shí)際上是微觀粒子為了獲得內(nèi)部的靜電平衡,順著電場(chǎng)瞬間改變自己的極性,當(dāng)每一個(gè)微粒都這樣做的時(shí)候,于是宏觀上就形成電荷的遷移——電流。
而有個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)富蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了電子能量是量子化的存在,而電流的形成,其實(shí)為電子能級(jí)的變動(dòng),體現(xiàn)為電荷的變動(dòng),所以電流能量是量子化的,其宏觀###小能量為單電子e的轉(zhuǎn)移能量,量子觀點(diǎn)上其###小量子化能量是單位能級(jí)能量。
通常情況下:直流和交流。
直流,定義為電子的單向流動(dòng),在做初中高中物理題時(shí),可以用水流的方式去比喻和類比電流。模式是:正電荷的一端就是一個(gè)坑,負(fù)電荷聚集的一段就像一個(gè)蓄滿了水的池子,電子(水)從負(fù)極沿著電線(管子)流向正極。要注意,電流的方向,和電子流動(dòng)的方向是反的——不要問(wèn)為什么,這是人(權(quán)力)為設(shè)定的,記住就好。 直流電,在導(dǎo)線中傳遞時(shí)的能耗非常高,一般只在小電流、低壓模式下使用。
交流,不是電子的單向流動(dòng),而是像潮汐一樣的來(lái)回振動(dòng),振動(dòng)的頻率和發(fā)電機(jī)有關(guān)(在長(zhǎng)距離傳送過(guò)程中還需要考慮能耗對(duì)頻率的影響)。高壓、220V常用的都是交流模式。
如果進(jìn)入微觀世界,假如可以用某種方式參照“同位素定義分子”的做法來(lái)標(biāo)注電子。直流模式下,容易逃逸原子束縛的電子會(huì)形成電子流進(jìn)行移動(dòng);交流電模式,理論情況下,容易逃逸的電子只會(huì)在一個(gè)期間范圍之內(nèi)進(jìn)行“來(lái)回”轉(zhuǎn)移(振動(dòng)),特殊情況也不排除有極少數(shù)電子移動(dòng)的距離超過(guò)普通“振動(dòng)”電子的“范圍”進(jìn)行不定向的長(zhǎng)距離移動(dòng)。
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