電流、電阻、以及靜電的本質_風聞

1.1.1       電子環鏈

一種物質如果能夠導電，首先就需要電子能夠在此物質內流動，而電子能夠在物質內流動，那麼就需要有一條滿足電子流動的軌跡。通過前面的分析我們已經知道，如果一個原子核的電子不能與其它原子核形成共有電子環，那麼這個原子核就不可能與其它原子核結合，而這也意味這個原子核的電子不可能通過共有的方式成為其它原子核的電子。然而，如果我們不考慮其它粒子的撞擊，那麼與其它原子核共有電子將是電子擺脱宿主原子核的唯一方式，正是通過共有的方式，電子使得自己的運動軌跡發生了改變。而如果，現在滿足條件的原子核的數量不只是兩個，而是很多個，並且排成了一列，那麼一個電子就可以通過共有的方式，依次成為這一列原子核的共有電子，而這一列原子核的所有共有的電子環連接了起來，我們稱之為電子環鏈。電子從電子環鏈的一端，依次藉助下一個原子核的束縛力，運動到另外一端的過程，我們稱之為電子的流動，簡稱為電流。

而一個非常嚴重的現實是，無論原子核的數量多麼的巨大，形狀、結構、完全一致的原子核幾乎不存在，這是由於組成原子核的基本物質的體積極度微小決定的，基本物質本身的大小和體積都存在一定的差異，而它們經過撞擊發生形變後組成的更大微粒的差異則更大。因此，一般情況下，物體內部的原子核不是按照規則順序排列的，原子核的差異是導致這種結果的主要原因，實際上原子核能夠按照規則順序排列的物質非常的少，更多的原子核的排列是充滿了各種隨意性。同時任何物體內部的電子環鏈中的電子的流動都是雙向的，因此可以這樣認定，正常情況下，物體內部任意位置的電子流動與同向的相反方向上的電子數量是相抵的。而我們測定電流的基礎是：電子在某一方向上的數量與同向的相反方向上的電子數量不能相抵，因此我們實際上測得是電子數量差。

1.1.2       影響導電性的因素（電阻）

1.     電子環的位置

物質內部的共有電子環依據原子核的排列方式存在多種形式，其中最普遍的存在形式有3種：

1.      原子核是順序排列的，並且各個原子核之間的共有電子形成的電子環能夠相連起來形成一條電子環鏈，這種相連的共有電子環鏈在物質內部可能是直線形式的，也可能是曲線形式的。如果在這個電子環鏈中，電子可以順利的從一端到達另外一端，則我們認為這個物質是導電的；如果電子不能順利的到達另外一端，那麼表現出來的就是不導電，或者弱導電性。如果原子核順序排列且電子環形成了一條電子環鏈，卻不導電或弱導電性，那麼可能的情況有兩種：第一，電子環鏈在延續的過程中出現了偏差，其中的部分電子環的角度有偏差，偏差雖然很小，但可以積累，並且最終的彎曲形成了一個環，無論這個環是閉合的還是沒有閉合，電子都只能在這個環內流動，如果我們導線的兩端中的任何一端沒有位於這個環上，那麼電子就無法從導線的一端到達另外一端；第二，電子環內的電子密度過高，導致流入的電子的撞擊幾率增加，會使得電子在沒有到達另外一端前，就全部或部分因為撞擊而分解了，此外過高的電子密度會導致原子核的振盪幅度增加，這會增加電子流動中的不確定性，我們平常所説的，一般的物質在温度升高的時候，導電性變差，以及所謂的低温超導，利用的就是這個原理。

2.      原子核是交叉排列的，導致電子環都是交叉組合的。這種情況多發生在不同的原子核聚合的情況，並且原子核都有兩個以上的電子環。由於電子環位置的原因，這些原子核只能交錯排列聚合。無論哪種交錯，都可能會導致這些原子核的電子環無法形成足夠導電需求的電子環鏈。

3.      混亂且無序的排列方式，各種原子核混合在一起，各種動量的電子環交叉存在，這種物質內部只能依靠偶然來形成共有電子鏈，因此其導電性就變得未知了。例如很多的物質是以分子結合的形式存在的，其中的每個分子都可以看作一個整體，而分子之間結合的共有電子環很可能與分子中的其它電子環都沒有連接到一起，因此也就沒有共有電子環鏈。

2.    電子環半徑對導電性的影響

電子環的半徑表明了電子的動量範圍，同時也表明了原子核對電子的束縛能力的範圍，而形成電流的電子應當是屬於一個特定範圍內的（取決於我們用來獲取電流的物質），因此如果某種物質原子核的電子環半徑與形成電流的電子的動量範圍沒有交集，或者交集的範圍很小，那麼即使該物質中的原子核是順序排列且存在着連續的電子環鏈，我們也不能確定該物質就一定導電。

例如：

1.      某種物質的原子核所能束縛的電子的範圍是15X-18X，而我們的電流中的所有電子的動量範圍都是10X-12X，經過分析可知電流中的電子的軌跡半徑不足以支撐其在兩個原子核之間形成共有關係，因此也就不能借助共有的關係運動到下一個原子核。

2.      如果某種物質的原子核所能束縛的電子的範圍是7X-8X，那麼經過分析可知，我們10X的電子的運行軌跡因為受到該物質原子核的影響而發生了改變，但是因為該物質原子核對電流電子的束縛力不足，所以電流中電子的下一個軌跡會變得未知，因此該物質也不能導電。

3.      如果某種物質的原子核所能束縛的電子的範圍是8X-10X，那麼可知此時該物質所能束縛的電子範圍與電流電子存在交集10X，因此，此時電流中具有動量10X的電子可以成功的在該物質內的電子環鏈中進行共有運動；而如果某種物質的原子核所能束縛的電子的範圍是12X-15X，那麼可知此時該物質所能束縛的電子範圍與電流電子存在交集12X，因此，此時電流中具有動量12X的電子可以成功的在該物質內的電子環鏈中進行共有運動。此時該物質可表現出弱導電性。

通過以上分析可以看出，物質的導電性與原子核對電子的束縛力之間存在着緊密的聯繫，一種具有良好導電性的物質，其原子核的特性必然與我們用來產生電流的物質的原子核的特性大同小異，這樣它們之間對電子的束縛範圍才能存在最大的交集。而我們的發電機往往具有銅線繞制的機芯，也就是説，我們的電流中的電子應當是從銅材質中激發出來的，因此，我們現實生活中銅線具有良好的導電性。

3.    電子環中電子密度對導電性的影響

電子在沿着電子環鏈中的原子核移動的過程中，是有概率撞擊到電子環中的其它電子的，因此電子環中的電子密度越大，則電流電子損失的可能性越大，電子撞擊分解後的粒子範圍是未知的（一般會有固定概率分解成某個範圍的粒子），這些撞擊會造成電流電子數量的減少，這種損失一般被稱之為電損（導體中電子環半徑也是影響電損的重要指標），在現實中減少電損是電量傳輸中的一個重要課題。

正常情況下，影響電子環中電子密度的因素主要是物體所處的環境，或者説是温度。温度的升高意味着環境中的粒子密度增大，而這些粒子的範圍一般是隨機的，因此其中也可能會包括電子類粒子，這些自由的粒子會造成兩種可能的結果：一是，撞擊物體中的電子和原子核，使得物體內部原子核的振盪幅度增大；二是，這些粒子中的已有電子有可能會被物體的原子核束縛，而成為物體原子核的私有電子；原子核振盪幅度的增大意味着電子環鏈的不穩定性，而這條電子環鏈是電流電子移動的路徑，如果路徑出現不穩定性，那麼電流電子的移動很明顯會受到影響，可能會導致電子脱離原子核的束縛，成為自由電子。原子核電子環中電子密度的增大，則會增加電流電子的撞擊概率。

1.1.3       超導分析

超導技術在現代科技中應用的越來越廣泛，也越來越重要，因此研究超導的成因變得至關重要。

經過前面的分析可知，電流電子要想順利的到達終點，有兩個影響因素：一是，組成物體原子核的共有電子環半徑；二是，組成物體的原子核的電子環中的電子密度。影響物體共有電子環半徑的因素是人為不能改變的，因為這是原子核的結構以及電子的動量所決定的，所以我們需要尋找合適的材料，是匹配電流電子需要的電子環半徑的唯一辦法（當然，還存在一種可能，那就是我們想辦法改變電流電子的動量，這需要我們尋找一種新的適合發電的材料）；而第二個因素確是我們可以人為控制的，那就是降低環境中其它粒子的密度（任何物體，無論處在什麼樣的環境中，其本身的電子都存在一定的互相撞擊的概率，這種撞擊有可能會讓電子脱離原子核的束縛，而成為自由的電子；這種撞擊也可能會讓電子分解，從而釋放出光子。另外，即使電子沒有互相撞擊，電子在無限循環的運動中，也可能會因為原子核的振盪而導致的軌跡變化中脱離原子核的束縛而成為自由的電子。換句話説就是，在任意時刻，如果物體沒有得到電子，那麼它一定在失去電子）。當環境中粒子的密度降低的時候，物體本身失去的電子速度與從環境中得到的電子的速度會發生變化，如果物體中原子核失去電子的速度超過原子核束縛自由電子的速度，那麼物體的温度就會降低（電子環中的電子是有互相撞擊的概率的，電子密度越大，則互相撞擊的概率也越大，而撞擊之後，一部分電子會因為撞擊而成為自由電子，還有一部分電子會因為撞擊而分解，因此，如果物體不能從外部得到電子，那麼它本身的電子密度會隨着時間的流逝而越來越低。物體失去電子後，原子核的振盪幅度會降低，如果原子核的振盪幅度降低了，那麼原子核之間的共有電子環會變得越來越穩定。），當物體的温度明顯降低的時候，隨着原子核振盪幅度的降低，其內部原子核之間的電子環會明顯的更加穩定，而電流電子的移動路徑則會更加的順暢，同時電流電子撞擊的概率也會不斷的隨着温度的降低而降低。因此，現代科技為了獲得超導效果，往往採取降低物體温度的方法，而這也是目前唯一有效且可以明顯增加超導效果的方法。

為了獲得高温超導，我們需要尋找一種這樣的物質：在常温下或我們需要的高温下，其電子環的半徑恰好使得電流電子可以獲得最短路徑，並且電子環中電子的密度恰好使得電流電子獲得最小的撞擊概率，或者我們可以忍受的撞擊概率。

1.1.4       靜電反應本質

我們日常生活中經常會遇到衣服打火花的情況，而且我們還注意到，主要是不導電的物質才會產生這種現象，那麼這是為什麼呢？

如果電流描述為電子的流動，那麼靜電我們可以描述為電子的堆積，或者説原子核外電子環中的電子密度增大。前面我們已經分析過，任何物體在任何時刻都在與環境進行着電子的交換，所以，正常情況下，物體內部不會出現電子的堆積（原子核電子環中電子的密度維持一定的水平，此時它從環境中得到的電子數量與它散發到環境中的電子數量大致相當）。但是有一種情況，如果物體的局部因為某種原因，例如摩擦，短時間內積聚大量電子，卻不能快速與環境進行交換，那麼此時就會發生電子堆積現象。

前面我們已經分析過，摩擦的過程中原子核之間的電子環會遭到破壞，因此，摩擦會釋放出自由的電子和原子核，部分自由的電子會釋放到環境中，形成光、熱以及爆炸等的能量，而部分的自由電子則會再次被原子核捕獲。對於一個導體來説，原子核再次捕獲的電子可以通過電子環鏈傳導到電子環鏈上的所有原子核，而與環境進行交換的原子核的數量的增多意味着物體與環境電子交換的速度的增加；對於一個弱導體或絕緣體來説，因為其內部不存在連續的電子環鏈，或者，它的電子環鏈只在幾個原子核之間存在，因此，原子核再次捕獲的電子很難通過電子環鏈傳導的方式與其它原子核共有，這樣的結果意味着原子核通過與環境交換電子的方式來釋放多餘電子的能力減弱，如果，原子核獲取自由電子的速度超過原子核通過與環境交換釋放電子的速度，則原子核的電子環中電子的密度會越來越大，此時則會在物體的表面出現電子的堆積現象，或者出現所謂的靜電感應現象。

因此，物體內部不存在連續的電子環鏈是物體可以實現局部電子堆積的重要原因，而物體內部沒有連續的電子環鏈，則是我們區分物體是不是導體的關鍵因素。

1.1.5       總結：

電子環是電子運動的軌跡，連續的電子環組成的鏈，則是電子可以在多個原子核之間移動的基礎，電子環的軌道半徑以及電子環中電子的密度，則是影響物質導電的重要因素。

1.   共有電子環中的電子密度影響了物體的導電能力，同時也是影響原子核的振盪幅度的關鍵因素。電子環中電子的密度越低，則意味着形成電流的電子遇到的阻力越小，當電流電子遇到的阻力近似為零時的情況被稱為超導。但很顯然的是，電子環中電子的密度也是影響物體強度的主要因素，電子密度越低，則意味着物體越脆弱，因此，人類目前還只能在超低温的條件下才會實現超導。

2.   連續的電子環鏈是電子可以在物體內部流動的基礎，也是區分物體是導體和絕緣體的唯一要素。物體內部存在連續的電子環鏈，可以保證物體與環境交換電子的速度。因此，物體內部如果沒有連續的電子環鏈，那麼電子很容易在物體的局部進行堆積，從而形成靜電現象。