静电平衡理论质疑

静电平衡理论是个蒙人的谎言。

现代教科书为何回避谈电容器通交流电，阻直流；电感器通直流，阻交流的原理。

导电性能是物质的一个重要物理特征，人们依据导电能力把物质分为导体、半导体、绝缘体和超导体。学界面对不同物质的导电性能，分别建立了不同的导电理论：金属导电依据的是自由电子导电理论，半导体导电靠自由电子与空穴，液体导电是靠离子，超导靠的是库伯电子对理论。

就这样，现有的导电学说是发现一类导电物质，就对应建立一种导电理论，就命名一种载流子。这种用分别探索方式建立的互不相关的理论，如同盲人摸象，丧失了系统性、逻辑的一致性，不能真实地反映事物的客观实在。

在前两章的论述中，读者已经了解到物体的构成：所有元素，不管是金属还是非金属，原子的核外电子数是与核内的质子数一一对应的，是不可改变的。每个电子都是在一定轨道上规律运转，有的是在内层轨道、有的是在价和轨道，都从属于一个或两个核心，没有电子是所谓自由的，即：金属内没有自由电子——那金属靠什么导电？

然而从中学到大学，所有的教科书上都写到：“金属体内充满着由自由电子，金属导体是靠其内部的自由电子传热、导电。”这一理论已流传了一百年，同时，也留下了一百年的疑虑：

自由电子的自由是从何而来？

金属原子有1、2、3个价电子是自由电子，

为什么有4、5、6、7个价电子物质的电子却自由要少些？

为什么有二个自由电子的铁比一价的铜导电性能还要差些？

为什么三价的铝又比二价的铁导电性能又要强些？

在中学的导电实验课中，把标准的导电线路中空出一段，然后在此段间连接各种物质（铜、铁、铝、塑料、橡胶等），以检验这些物质的导电能力，这种实验的演示效果很明显，却忽略了导电的过程。在此我们要关注一个更简单、更本质的实验，这是一个人人都能做的两个简单的试验：

（1）把一段物体（橡胶、塑料、陶瓷等）的一端接入220V电源（火线），在另一端完全测不到电压，这类物质被界定为绝缘体。

这说明这些物质不能导电，首先是连电压也不能导通。

在绝缘体内，因原子的价电子多，每个原子由多个（大于4）价和运转包围着，使原子的外电子层趋近饱和，没有“路”让电压通行，电压的传输受阻。没有电压的驱使，电子不能在物质内形成宏观的流动运动，因而不能导电。

(2)把一根长金属导线的一端接入220V交流电源（火线），立即在金属的各个部位都可测量到220V电压，这类金属物质被命名为导体。

这时并没有产生电流，而电压已传达到导线的所有部分。金属导体能够导电，首先是能导通电压，在导体内存在让电压传输的通路。

上述两实验说明，导体与绝缘体的本质差异在于能否导通电压，能传导电压的是导体，不能传导电压的是绝缘体，物质的导电能力与能否导通电压息息相关。

在实验(2)中，只是在电源中接上一段导线，并没有形成回路，电压就传输到导体各处，电压导通时，在导线的全程测不到哪怕是非常微弱的电流，即在没有任何电流（电子的宏观流动）运动的前提下，电压已传导到导体各处。证明电压传导的全过程没有电子的参与，电压的传导完全不需要电子的参与。证明电压的传导不是电子的作为，即自由电子在电压的通达、传导过程中不起任何作用。导体的导电首先是传输电压，传输电压不是自由电子的作为。

试验中，导体与绝缘体的界分在于对电压的传导，能导通电压的就是导体，即导电物质不需要电子的参与就已经能通畅地传输了电压，就已经确立了其导体的属性，金属导体能通畅地导通电压与自由电子无关；物质能形成导体不是自由电子的贡献。被说教了100年的金属内充满“自由电子”，金属靠“自由电子”导电的理论与实验事实格格不入，是一个伪命题。

就像在一场球赛中，队员“自由电子”一直坐在板凳上，“金属”队已经赢了球（已经获得了导体称号），有人说这些球是“自由电子”进的，这种说法显然不能成立。

在侦探破案中，常用一种排除法。如果证明张三不在作案现场，或没有作案的时间，那么，张三就不是此案件的嫌疑人，应果断地把张三排除在作案人之外。

电压导通时，导线内外测不到任何微弱的电流。即在电压传导的全过程中，电子“不在作案现场”，没有由自由电子促成导体的证据，那么，由自由电子形成导体的结论就应该排除。电压的传导不是电子的作为，自由电子在电压的通达、传导中不起作用。自由电子在界分导体或绝缘体中根本不起作用，导体的导电不是自由电子的作为。

这个人人能做的简单的试验说明，导电——电子在导体内的流动经历了三个过程：首要条件是物质内有能让电压导通的通路，其二是接上电源，导通电压，其三是连成回路，才能形成电流。在微观领域这二、三过程在瞬间完成，而给人造成自由电子导电的假象。

有人会问，金属内若是没有了自由电子，那么，在金属导体内传导电流的不是自由电子又是什么？

金属导体为什么能导电，半导体、液体为什么能导电？物质是靠什么导通电流，的确是一个值得反思的问题。在此我们还得把这个问题暂时放一放，因为要形成导电，首先要有电压，有了电压的驱使才有物质的导电，才有电子在物质内的宏观流动——电流。试验事实表明：导体导通电压是在电子宏观运动之先就已经完成了。于是这试验就带来了两个更基础的问题：什么是电压，电压是怎么形成的？电压是如何在物质内传导？

电压是物理学中一极其重要的物理量，几乎所有的电能公式都涉及到电压，从中学到大学每个学生都做了至少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。

几乎所有的物质内都能形成电压，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物理学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内充满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，物理学又如何宣讲自由电子导电？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)。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。

在导体中，电压是可以传导的，而且是首先传导、以光速传导。请问，物质中这（电）位是怎样传导？“位”是如何瞬间提升（或降低）？

在中学物理教科书常常把电流、电压比做水流、水压，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？电子不是重物，如何在“位或势”的作用下发生运动的？为什么电子的传导运动必须在闭合线路中？等等，都是令人困惑的系列问题。用电位差解释直流电从高电位流向低电位还有可说，用电位差如何解释物质内电压的传导、如何面对物质内形成的电压正弦波，方波？

我们先来看看物质内最基本的电压——静电电压是如何形成的。

要探讨论物质内电压的形成原理，我们就先来看看在物质内形成电压的实验——摩擦生电。摩擦生电的实验，不仅产生了电荷，同时也产生了电压。现代教科书只强调实验中产生的电荷，而回避着实验中伴生的电压。

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）回顾小磁针实验，回顾大自然的提示：电子的运动伴生着电磁波。

（2）在第四章中谈到：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、价磁力)。物质的质子数与电子数完全对应，物体正负电荷平衡，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，合成绝缘体内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，在验电器中能显现。

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彼此协调、稳定，电压为零。很明显，是电子的转移后非常规的电子运动扰乱了秩序、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。我们把物质内能驱使电子的非常规的电磁波叫做电压波。

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？

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。

在中学物理实验中，把带电荷的物体与绝缘起来的金属球接触，电荷进入金属，能使金属体带电，同时使金属球产生了电压。

因为金属导体内核外电子运转稳定，有固定的归属。外电荷进入，多出（或缺少）的电子没有正常的归属，有挤占正常电子脱离轨道运动的趋势（带负电），缺少电子的结构元则挪用相邻原子的正常电子使其脱离运动轨道（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。

实验事实是，移来（走）的电子越多，金属球体的电压就越高。其内因是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。

我们把非常规的电磁波叫做电压波。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。电压波通过电子间的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地躺在其间；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，于是就闭口不谈物质内电压的形成，小心翼翼地回避。这是当今物理学一个不光彩的侧面。

金属的电荷分布

把外电荷导入金属导体，这时电荷就立即分布在金属表面或聚集在尖端。

电荷在金属导体的平面、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。

静电平衡理论很奇特，在平常状态下可以脱离原子的金属内的“自由电子”，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（10-12秒）内使几万亿亿个自由电子顿时失去自由，使在300K温度下以每秒1000公里速度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进行微观运动。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，而且是在皮秒内使以每秒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，就小心地绕开，缄口不谈。

青年朋友们读书要用自己的头脑深入地想一想，不要尽信书，不要完全被动地接受。

事实上导体内根本就没有自由电子，金属导体内所有核外电子都规律运转着，同时伴生着电磁波。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、价磁力)，金属内充满规律、协调的电磁波。

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，被赶到了对均衡电磁波干扰不大的导体表面，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所有物质内进入了电荷形成电压的原理；解释了金属导体内进入了电荷所形成的电荷趋表、趋尖，以及导体内形成电压的原理。说理明晰，与实验事实全面相符。

电路元件

除了电源以外，电容器、电感器和电阻是在电路中实现各种功能的主要元件。这些元件在电路中各有特性。如：

电容器的特点是通交流电，阻直流电；

电感器的特点是通直流电，阻交流电。

现代教科书只谈了上述现象，却回避着这些特性产生的内在原因。

电容 电容，顾名思义就是容电，即容纳电荷。

从绝缘起来的金属导体中移走（来）部分电子，就是使得导体容纳了电荷，移走（来）少量电子的方法可以用直流电荷，也可以用静电电荷传导。移来少量电子，物体带负电荷；移走少量电子，物体带正电荷。

导体容纳了外来的电荷也就形成了电容。

独立导体的电容Ｃ与电量Ｑ、电压Ｕ、定义为以下关系：

Ｃ＝Ｑ／Ｕ

按公式看，移走（来）电子（电荷Ｑ）越多，电容Ｃ就会越大。然而科学不仅仅是简单的分析数学公式，实验事实是：移走（来）电荷，不仅增加了电容，而且还会形成很高的静电电压，Ｕ也同时提高。移走（来）电子所占的比例越高，电压也就越高。

为什么移走（来）电子就会形成电压？金属导体中的电压是如何形成的？这是物理学的难言之隐，一直回避了100多年。

100年来，金属内自由电子导电被奉为圣典。如果金属内的电子有充分的自由，那移走（来）一些电子，应相安无事，全然无法解释形成电压的事实；如果金属内的电子没有自由，又如何解释自由电子导电？

几十年前，物理学界不敢反思自由电子，陶醉在“静电平衡”的迷惑之中，不敢坦然面对实验中的全部事实，避开一些难以说清的问题。

电容器 根据以上阐述的电压的形成以及金属导体电荷的分布的知识，我们再来讨论电容器。

电容器的结构很简单，把两个平行的金属板相互接近，就组成了最基本的电容器。（图5-1）

实验事实：把A板携带电荷，A板同时就产生了电压，把A移向原不带电的B板，A板的电压会立即下降，电容量Ｃ值增大，又可以容纳更多的电荷。

上述实验中Ａ的电荷并没有减少，电压为什么会降低，现行的教材说是因为有异号的电荷的接近。异号的电荷的接近电压降低的内在机理是什么？当今物理教材没有从物质结构来剖析电容的形成。

电容就是物质容纳了规律运转以外的电荷。物质容纳了电荷就立即产生电压，故而电容与电压直接相关，电容与静电电压相依相存，回避物质内电压的形成，电容也就无从谈起。

我们在上节已经谈到导体内电压的形成，多出（或缺少）电子的运动伴生着的非常规的电磁波，非常规的电子运动伴生的波就是金属导体的静电电压。容（纳多余）电（荷）就打破规律和平衡，就必然产生电压。

为什么把导电体Ａ移向原不带电的导体Ｂ，此时Ａ的电压会降低？为什么电容器的电容量会增大许多倍？

这是因为把导电体Ａ移向原不带电的导体Ｂ，静电感应（另专题讨论）使Ａ、Ｂ的接近处聚积着异号电荷，此时Ａ原来所携带的大部分电荷都转移到Ａ、Ｂ的接近处，并与对面Ｂ处的异号电荷面对面稳定地相互吸引着，这样导体Ａ内的其他地方非常规的电子减少，非常规的电子运动伴生的波就较少，导致了金属导体的电压降低。

原来导体Ａ所携带的大部分电荷都转移到Ａ、Ｂ的接近处，一来电压降低，二来腾出的空间又可以接纳更多的外来电荷，所以电容量增加。

实用的电容器是在两金属板之间夹上一层绝缘物质（电介质），如陶瓷、云母、塑料等。这些绝缘体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，表面容易积聚电荷（摩擦容易产生静电，聚集静电就是证明）。电介质置于两金属板之间能更多的吸引两边金属板的电荷，并聚集电荷，这样金属板的电荷更多的聚集在电介质两边，非常规运动的电荷在此有了安置，于是电容器电压进一步降低，可以容纳更多的电荷——电容量增大。

再回到本节的开头，为什么电容器的特点是通交流电，阻直流电？

电容器的A、B间有间隙，是绝缘的，所以直流电电子不能通过——阻断直流电。

而交流电是电子在交流电压波的作用下作正弦振荡，不是电子在全程流动。又因为A、B间距离很近，电压波往往超出金属体之外，在很近的两板之间可以衔接，在电压波的作用下，电路两端的电子都作正弦振荡，A、B两边的电子都作同样的运动，如同导通一样，所以认为电容器没有阻断交流电。

核外电子规律运动的观点解释了物质内进入了电荷有了电容、形成电压的事实；综合解释了金属导体构成电容器的各种特性。

电感器 电感器的结构也很简单，把一段导线绕成螺旋线圈即成，图5-1右，有的为了加强感应，在线圈中间插入磁芯。

电感器的特点是通直流电，阻交流电。

电感器导通直流电很好理解，因为它本身就是一段导线。电感器为什么能阻滞直至阻止交流电呢？这又要回顾小磁针实验的结论：（1）电子的运动伴生着电磁波;(2)这种电磁波能传播到导体之外。

直流电通过电感器线圈，所形成的电磁波的集合只是沿线圈轴线方向稳定的磁场，对直流电的导通没有影响。

我们讲过，电流是在电压波的驱使下在闭合导体内形成，交流电通过电感器线圈，所伴生的电磁波的方向时强时弱、时正时反。电感器的线圈匝与匝之间接近，伴生的电磁波会相互干扰，形成杂乱的电磁波，这紧挨着导线的杂乱电磁波会干扰导线内的常规电压波，使得电压波不顺畅，宏观的表现就是电流不畅，受到阻滞。

线圈密匝数多（数千匝），能阻止低频交流电。这是因为低频交流电的波长虽长，在杂乱电磁波的数千次的干扰中难以走出困境。

而高频交流电的波长短，只需用匝数不太多的线圈加上铁氧体芯就能阻止。

用核外电子规律运动的观点解释了电感器通直流电，阻交流电；电容器通交流电，阻直流电的特点。这些特点在电路设计中经常用到。

核外电子规律运动的观点综合解释了电感、电容及形成的电压的事实及其各种特性。简单明晰、系统逻辑，与实验事实全面相符。

变压器 变压器能用来改变电压，变压器的结构也不复杂，闭合铁芯上绕上两组线圈就组成一个变压器。与电源相连的是初级线圈（原线圈），其匝数为ｎ1;另一个线圈是次级线圈，其匝数为ｎ2。Ｕ1是初级电压，U2是次级电压。

变压器的公式大家都很熟悉：

Ｕ1/Ｕ2=ｎ1/ｎ2

为什么会有这个公式，为什么次级匝数越多电压越高。

交流电通过初级线圈，ｎ1每一匝线圈内电子交流运动所伴生的交流电磁波就传导在了铁芯上。这种交变的电磁波实际就是电压波，次级每一匝线圈都受到电压波推动，次级线圈ｎ2的匝数多，同时被推动的电子多，整条次级导线中同时产生的非常态运动的电子多，非常态电压波就强，电压也就高。

用电压波来解释变压器顺理成章、自然、简单。而用“电压＝电位”的理论、用自由电子理论来解释变压器所实现的电压变化却很为难，变压器如何改变导体的电位？为什么次级多了几匝电位就能提高？——不好说，于是不说，所以现在的教科书都不谈变压器原理。

金属靠自由电子导电是个百年忽悠！ 流通——物质的导电原理

金属、半导体、超导体、液体的导电同出一理

导电原理

以上论述：（1）绝缘体静电电压的形成,(2)金属静电电压的形成，(3)金属导体电荷的趋表趋尖，（4）发电原理，都证明了物质的核外电子的运动是规律的，金属内的“自由电子”之说是没有根据的。

在第四章，读者已经了解到物体的构成：所有元素，不管是金属还是非金属，其原子的电子数是稳定的，是不可改变的。

原子的电子分层依次在 ＫＬＭＮＯＰ电子层按2、8、18的个数均衡排布、规则运转；外层电子则结合成结构元在价和轨道运转。如此，每个电子都是在一定轨道上秩序运转，都从属于一个或两个核心，一般情况下，没有电子是所谓自由的，物质内没有自由电子，当然也就不存在自由电子导电。

然而，物质的导电是自然事实，导电是怎么样形成的呢？金属导体为什么能够导电？半导体、液体为什么能导电？物质是靠什么导通电流呢？

导电原理 电流是在闭合导体内、电子在电压的作用下的定向流动。就像水流是水的定向流动一样,这叫人联想到一个常用的中国词“流通”，通则流，不通则不流。水流不是因为该物体内有水(桶里的水，池塘里的水就不能形成水流)。除了压力差之外还必须得“通”——必须得有让水定向通过的空间(如渠道、管道等)。

电流不是因为该物体内的电子有自由，而是因为“通”——因为原子外层有 “通路”，首先能让电压波在其间传输——信息通，其次，还必须得有让电子定向通过的通路——空间位置通，然后才能形成电子在其间的流动——电流。

在本章开头所述两实验说明，导体与绝缘体的本质差异在于能否导通电压，能传导电压是导体的显著特征，物质有无导电能力与能否导通电压息息相关。

有人说电压的传达是电位的提高，请问，这电位是如何提高的，是如何由零提高成220V，如何提高成正弦交流？这“位”在物质内是如何传递的，怎么传递之快能有光一样的速度？

只有电磁波才有电磁波的速度，金属导体内电压的传导具有光一样的速度，说明电压是一种电磁波，导电首先是电压波的传导。导体内首先是有能让电压波通达的通路，接通回路后在电压波的驱动下然后才有的电子移动，才形成电流。导通电压时，自由电子不起丝毫作用，自由电子导电的理论违背自然事实。

那么，是什么使得物体能够导通电压？——是该物体原子的最外层，因价和电子数量较少并且运转不够饱满（在平面运转，没能形成饱满的球状），在价和电子运转的同时，存在着能让电压波在其间穿行、传导的通路；存在着能让外电子窜入的间隙和时机；存在着能让电压波及电子在其间通行穿越的空位。

我们把原子外层所呈现的这种空位叫做电子空位。电子空位是电压波传导通路，是电子流动的通路。有了这样的通路，电压波才能在其间传导，电子才能在其间换位运动，形成电子的宏观流动——电流。

导电原理是： 某物质的原子的价电子较少，外电子层不饱满，存在着电子空位、存在着电压波传导的通路，电压波能够在其间快速地传导，在电压波作用下，电子在连成回路的电子空位间换位移动，形成电流。

有了电子空位，才能形成通路，各种电压波才能在其间传导，电子才能在电压波的驱使下在其间换位运动形成各种电流。直流，交流，各种频率、各种波形的电流都必须在电子空位间传导。

所有的物质，不管是金属导体、半导体还是液体、超导体，只要是能够导电，都是因为有了电子空位在物质内形成通路，电压波才能在电子空位通路间传导，形成闭合通路后，电子才能在其间按电压波的指令（直流、交流、方波、正弦波）换位运动形成电流。所有物质的导电共存此一理。

大自然就是这样，用最简原则构成自己，不会一时用自由电子，一时用离子，一时用空穴来导电，大自然不会不厌其烦去搞那些各种各样的载流子

电子空位是由价和电子的数量、速率及线路所决定。金属原子外层电子较少，组合成结构元之后，每个原子的外层仅有一、两个价和运转围绕：铜、银等仅有一个价和运转围绕；铁、铬等原子则有两个价和运转围绕，原子的外层仍存在较多的电子空位，能在电压的作用下，容在绝缘体内，因原子的价电子多，每个原子由多个价和运转包围着，使原子的外电子层趋近饱和，没有电子空位，不能形成通路，电压传输受阻。正规的电压波不能在其间传导，核外电子没有受到到电压波指令和驱使，只是按常规运转，没有换位运动，不能形成导电。

如果把电流比喻为公路上的车流，那电子空位所形成的通路就是公路，而电压就是指令——公路上的红绿灯，电子是按指令自动运行的汽车。有了这三者，才能形成通畅的导电。

气态物质则是因为物质的价和电子速率过高，而且进行着立体运转，一般不会产生电子空位，外电子不易进入。加之分子间的斥力较大，分子间距离太远，因而也不导电。只有极高的电压才能在其间冲开一条血路——闪电。

半导体和超导体的导电在下一章讨论，液体的导电在液态物质专题论述。

　电阻　　物质内的电子空位多，电压波传导快捷，电子换位空间大，并且易于在其原子间流动，该物质的导电能力就强，电阻较小。如银、铜的核外层价电子仅１个，相应地电子空位多，故导电能力强。铝只有最外层的一个价电子参入价和运转，所以和铜一样，电子空位较多，导电能力亦很好。

铁、饹等金属有两个价电子，每个原子有两个运转环绕，电子空位相对较少，电子换位空间较小，电压波在其间传动不畅，电子不易于在其原子间换位流动，这类物质的导电能力就要差些。

此外，温度对导体的电阻也有影响，温度升高，导体电阻变大，导电能力下降；温度降低，导体电阻变小，导电能力提高。

当温度降低，导体原子的核外电子速率减慢，物质内常规电磁波较弱，非常规电磁波——电压波相对较强，电子在电压波的作用下，换位流动时受阻概率小，这样，电子易于在结构元间换位移动。故温度降低时导体的导电能力增加，该导体的电阻就小。

反之，若温度升高，价电子速率增快，物质内常规电磁波加强，对非常规电磁波——电压波形成一定的阻碍，使得电子空位相对较狭窄，电子在其间换位移动不宽松，受阻概率增加，因而导电率下降。

静电感应 各种自然事实证明：物质的核外电子的运动是规律有序的，自然金属中不存在大量的散漫自由的电子，也不存在自由电子导电。自由电子的理论是错误的，但提出这假说也事出有因：因为在静电感应实验中，物理研究者“看”到了自由电子。

实验事实是：准备表面圆润的金属导体A、B，并分别绝缘起来的。使金属导体A携带电荷，移近原不带电的B。这时金属导体B的靠近A的一端显现与A相反的电荷；远离A的一端显现与A相同的电荷。这就是静电感应现象。

金属导体B本来不带电，带电体靠近后，近A端与远离A端所呈现的电荷是哪里来的？100年前的学者认为这是自由电子，这确实是一种有根据的猜想。

俗话说金无足赤，自然界完全纯的东西是没有的，经常存在着杂质或例外。同样，在理论上，物质所有的电子都应该有其必然的归属，但也有例外，自然界的金属在结晶过程中，确实出现了少量的“自由电子”，这极少量的自由电子夹杂在金属内部，在静电感应实验之中显现出来，成为极少数没有固定归属的“流浪儿”。但这只是金属导体内仅有的、极少量的自由电子的例证，其数量比99.99%的黄金中的杂质还要少，不能管中窥豹、以点概全，不应把极少量的杂质夸大到自由电子理论中所说的金属内的电子全都是自由电子。

静电感应实验所感应出的电荷是极其微量的，完全不能与金属物体的核外电子总数相比，不到亿万分之一，金属体内还有极其大量的电子对外界的感应实验无动于衷，自由电子理论在此面临尴尬。为了支持金属内的电子全是自由电子的理论，于是就提出了个离奇的静电平衡理论。

在前面文中谈到，所有物质的核外电子都在一定的轨道上规律运转，没有电子是自由的，如何面对这金属内极少量的自由电子，如何解释静电感应？应该有个怎样的说法。

为此，我们必须从金属体的形成说起：所有金属固体是由液态凝固、结晶而成，结晶是一个渐变的过程。首先是在液态金属中先冷的（或杂质）部分结构元凝结，形成许多分散的微小晶体，然后以这些小晶体为核心，周围的结构元不断地在小晶体上凝结，长大，同时还有新的小晶体形成、长大，直至各个长大的晶体彼此接触，液体完全固化。

金属学中把长大后没有规则外形的晶体叫做晶粒，金属晶体是由许多挤在一起的晶粒所构成。在晶粒之间有少量的电子因结晶的先后而电荷不平衡，有少量的电子藏身其间，于是两两晶粒之间就形成一个小电容。这，就是金属内的所谓自由电子，也就是在结晶过程中藏夹在晶粒之间少量的电荷。

在平时，少量的电子藏夹在晶粒电容之间，达到电荷相互平衡，金属不显电性。当外电场较强，把这些少量的电子驱赶到外端，于是就形成了静电感应。当外电场撤消，这些电子又回到原来的间隙之中。

静电感应实验中，金属导体B两端所显现的电荷就是晶粒之间容纳的少量电荷，也就是外电场所能驱赶的全部电荷，把晶粒之间夹杂的少量电子说成是金属所有的核外电子都是自由电子显然是过分夸大，不是自然事实，所以会出现全然无法解释静电电压形成等许多难以自圆其说的地方。

如果金属内的电子全部自由，那么感应后全部的电子就会聚集在一端，金属体的结构就会瓦解，然而事实上只是仅有少数电子移动。面对这一事实，于是就出现了个静电平衡理论，前面在航母脑力实验中已经论述静电平衡理论的荒谬，静电平衡理论只是一个自欺欺人的补丁。

静电感应的实验现象是金无足赤的自然法则在电子层面上的表现，实验中所发生的电荷转移就是晶粒之间容纳的全部电荷，不存在所谓静电平衡，也丝毫不能说明金属的核外电子都是自由电子。

科学应该是系统的、逻辑的，与自然事实全面、完全相符。不能自圆其说，于是就回避、遮掩的就不是科学。那些不能自圆其说，于是就“发明”出新理论、用一个个补丁来遮掩，把问题搞得越来越复杂的蒙混之说决不是科学。

在本章开头，用两个简单的实验证明了导电首先是电压波的传导。电压波之说系统地阐释了物质的静电现象及变压器变压原理；电子运动伴生的波阐释了电容器通交流电、阻直流电，电感器通直流电、阻交流电原理。导体具备导电能力是因为物质内存在着电子空位，有了电子空位才能有电压波的传输，才能在电压波的作用下形成电子的宏观流动——电流。大自然总是用简单系统构成其自身，我们将会看到，由电子空位形成的通路也是半导体的导电原理。