表面物理

集肤效应同一物质尽管其内外有相同的原子结构和分子，尽管它的纯度很高，但其表面与内部存在许多性质差别。

人们首先注意到液体表面张力，而后又发现了电流的集肤现象、物体表面的硬度等。

近年来物质的表面越来越为人们所重视而发展成一门物理学新支──表面物理。

为什么具有相同原子的物质其表面与内部有不同的物理性质，原因何在？要解答这样的问题，恐怕只有从价和电子及其组成的结构元那里去找答案。

液体表面的张力物质呈液态时，内部有部分价和电子在进行立交的价和运转，在液体内形成了一些方向变化的电磁力，这些方向紊乱的电磁力虽不能建立稳固的固体结构，却能使得结构元相互吸引，在液体内部成链成团，构成了液体的内聚力。

在液体表面，因外部是气体或其它物质。

因而表层的结构元只有沿物质的表面展开，其内聚力--电磁力也延液体的表面展开。

这些沿表面展开的结构元影响到向内的十几层结构元与之平行，这些结构元的价和力、电磁力构成了液体表面的张力。

可见表面张力是液体的内聚力沿表面的表现，在液体内部同样也存在着内聚力，只不过是这些内聚力方向紊乱而且比表面要小，外力如果撕破了液体的表面，到了内部就势如破竹。

当液体混合或分离成新的表面，结构元又延新的表面展开，形成新的表面张力。

从实验中总结出表面张力公式：f=αL式中L是力的作用线的长度，α随着温度的升高而下降，•这是因为温度升高，价和电子运转的立交角度增加，电磁力方向更加紊乱，内聚力减小，张力当然也就小了。

在热水（开水）中，价和电子较大的角度进行立体运转，电磁力的方向更紊乱，水的内聚力更小，使得水的内部的链短团小，人体器官的细胞易于对其吸收，热水比冷水解渴也是这个道理。

固体的表面固体是由液体凝固而成，凝固时液体表面的结构元的排列状况也会"遗传"到固体，因而固体表面的硬度和强度也比其内部要大。

这种固化的表面虽然只有几微米，但在切削加工锻件或铸造毛坯时，这微薄的固化层却能使得刀具较早地损坏。

在压力加工时（锻造、冷轧、冷拉等）材料的结构元重新排列，在结构元调整排列时它们也会沿表面附近展开，因而这样加工而成的物体也存在表面硬化现象，在金属工艺中称为冷作硬化。

电流的集肤效应电子在导体内总是沿着阻力最小的路线流动。

在导体表面及近表层的结构元与导体表面基本平行，电子在其间换位流动阻力较小。

而在导体内部结构元呈上下、左右、前后空间排列，电子在其间定向流动要受到五个方向的阻力，（而在表面只有三个方向的阻力）可见电子在导体表层附近运行的阻力要比在内部小得多，这样就导致了电流的集肤效应。

其二，当电子在导线内移动时，在其运动的垂直方向伴生着磁场，（右手定则）其它电子在磁场的作用下向逐步向周边发散移动，于是移向了导线的表层附近，形成了电流的集肤效应。

其三，当然还有温度的影响：在导体内部，电阻产生的热不易散发，温度较高，价和电子运转的速率高，线路不是很扁平，这样就导致了电子通路相对窄小，电阻就高。

在导体的表面，散热快、温度低，价和电子运转的速率低，线路扁平，这样就导致了电子通路相对宽大，而故导体表面电阻小，外来电子运行较快，这也是电流集肤的原因之一。

尖端放电当导体的某部分做得很细很尖时，尖端部分的表面积相对较大，换位移动到此的电子密度相对较大，在尖端部分甚至有些拥挤，有部分电子在拥挤中从尖端溢出，于是就导致了尖端放电现象。

摩擦摩擦是两物体表面接触并相对运动。

摩擦可以生热、钻木能够取火。

这是因为摩擦时两物体表面的电子相互干扰，不能按原轨道运行，部分表层结构元损坏，表层附近的原子有失掉电子的危机，于是核心就增加温度库仑力，以加强对电子的控制，各个核心增加温度的总体表现就是摩擦之热。

摩擦生热和电流的生热一样都是原子核心的自我保护现象，不是什么分子的热运动。

摩擦可以生电，用绸子摩擦玻璃棒能产生正电，用毛皮摩擦硬橡胶棒能产生负电。

这是因为摩擦时对电子控制能力较强的一方俘获了对方的电子造成了电子转移而产生的静电现象。

这种获取的多余电子）没有归宿，时时都有离走的趋势，而且这样多出的电子只能在整个物体内占很少成份，是物体原子的群体效应，不能成为每一个原子都得到（失去）电子变成"离子"的理论依据。

微粒微粒是表面现象的特例，物质在微粒状态下，其物理性质有很大的变化：钢铁一般不是易燃物体，然而铁的微粒--铁粉，在常温下、在空气里就可以熊熊燃烧；老式面粉厂、纺织厂里的粉尘，在常温下就能产生剧烈的爆炸。

为什么同样的物质、同样的原子，分到了细微状态，其物理性质竟有这么大的不同。

于是就有人专门研究微粒，形成了一个物理学新支--微粒物理。

几十个、几百个结构元相互结合形成微粒，微粒的表面是弯曲转折的，这近表面的结构元之间被迫转折弯曲，折弯处的价电子的运行是不饱满、不舒展的，价和力、电磁力的取向有些外露。

所以微粒容易吸附，在一起时间长了容易结块，容易与其他物质起反应。

铁粉外露的电磁力使之与空气中的氧充分结合，使氧化反应不仅仅是锈蚀，而是剧烈的氧化反应--燃烧。

老式工厂里的如果粉尘的浓度太大，粉尘与空气中的氧充分结合能形成可怕的爆炸。

随着实验技术的进步，现在人们研究的微粒越来越小，微粒的直径已从微米（百万分之一米）向纳米（十亿分之一米，一个氯原子的直径约为0.18纳米）尺度进展。

已达到十几个甚至几个结构元曲折成物体的表面的状况，由于颗粒的极度细化，十几个结构元的电磁力相互调整、结构元换位移动，性能越来越出乎意料。

碳60的出现引起了科学界密切的注意， 60个碳原子组成的一种具有完整表面的微粒，其表面的原子象石墨一样，每个碳原子通过三个结构元与其它原子结合，形成了一个网状的足球表面，这表面结构元的电磁力使得碳60呈现出一定的磁性。

还有一个结构元向内伸向球的对面，与对面的原子连接。

由于这向内的一对价和电子在途时间较长因而有较大的电子空位，使得球有较强的导电能力，在低温条件下能够形成超导。

化学反应在化学研究中，有些物质能够相互起反应，产生化学变化，生成新物质，有些物质在一起则不能起反应，有的反应容易，有的则很困难。

对于这样一些问题如果运用物质结构原理，考虑到原子的直径、核外电子的稳定趋向，考虑到电子的速率及其变化，注意到价和电子所组成的结构元在其间的作用，将会使思路更开阔，将能使物质间结合及变化的理论更深入一步。

化学反应的过程是构成新物质的过程，其实质是破坏原来物质的结构元，而重新组建新的结构元的过程。

物质间的结合，除了使外电子数达到或趋近稳定状态外，能够起反应的一般是价电子速率相近，或是价电子易于调整速率达到一致的物质。

在化学反应中有的物质性质活泼，能与多种物质起反应，一般来讲化学性质活泼是因其价电子速率可塑性较大，能在较大范围内随其他物质的价电子速率变化，达到同步结合成新结构元。

如氧元素及一些轻金属，钾、钠、钙等。

催化在一些重金属元素中，其价电子速率受到大量的稳定、•高速旋转的内层电子的牵制，因而其速率相当稳定不易变更，组成的结构元不易被破坏，故其化学性质是十分稳定的。

当有的其它物质的分子经过这些稳定的结构元的表面时，这其他物质的价和电子的速率会受到这稳定价和电子的牵制而更变速率。

这样就使得原来因速率不能同步而难以进行的反应，因速率的变更而变得容易快捷，这就是催化作用。

所以催化剂一般都是重金属元素,或是其他价和电子速率相当、运转稳定的物质。

这类物质在用作催化剂时，应尽量扩大其表面，以使其它物质能更多的与这些表面接触。

催化剂在化学反应中丝毫无损，它只是在反应中起修改其它物质的部分结构元的价电子速率的作用。

反应加热在化学反应中有许多反应是在加温条件下才能进行，为什么？这是因为化学反应的过程是在损毁原来结构元的同时，单个原子（原子团）间进行的重组结构元的过程。

而加温加强了核心对核外电子的控制，回收了部分价和电子，使原来的结构元解体，展示了原子的个性；加温同时也在改变着电子的速率，以利价和电子在改变速率时相互调整，重新组建新的结构元，所以加温能加快化学反应速度。

有许多反应，尤其是固体物质（因固体内价和电子运转稳定且相互牵制）只有在加温条件下反应才能进行。

当然也有少数物质在反应时须降温，这里降温也是改变价和电子的速率，以利反应的进行。

透明所有物质都是由原子核及高速运转的核外电子所构成，绝大部分物体都把光波拒之于外，为什么有的物质却能透明，如玻璃、水等，能让光波在其间畅通无阻？而有的物质则能把光波全部反射出来。

待写求电子运动的速率求出电子运动的速率，是人们面临的一个亟待解决的课题，电子那么小，如何能求得其运动线路及速率？往往一些最令人困惑的问题能做出对人们最有帮助的事情，光电现象给人们透出了一线曙光。

通过光电效应，人们就可以用不同频率的入射光线，求得不同物体价和电子运转的频率，再根据两原子的半径，求得价和电子速率。

同样，人们还可以根据光化学现象，求得物体中某些价和电子的速率。

现在，人们已经精确地测到了铯原子的振动频率，（实际上是铯元素的价和电子的运转频率）而且测量精度达到10多位有效数字，人们就是利用铯原子的振动频率制作了相当精确的原子钟。

这说明电子的运动是十分精确的、可测的，没有丝毫的模糊和不定。

绿叶问题除此以外，还可以根据某些自然现象，求得一些物质的价和电子速率。

例如，经常有小孩问：树叶为什么是绿色的，--因为叶子里有叶绿素，为什么叶绿素是绿色的，--？你想想，它叫作叶绿素，它当然是绿色的呀！如法炮制，秋天，很多植物的叶子变黄了，--是因为有了叶黄素，枫叶红了--是因为有了叶红素……。

可见叶绿素、叶黄素只是搪塞问题、蒙人的伎俩，除了杜撰几个新名词，等于什么都没有说。

植物是有机物，有机物主要是由碳、氢、氧等元素构成，植物年年生长，生生不息，就需要大量的碳氢氧作基本原料。

大地上的水中有充沛的氢和氧，可是土地里极少有可供直接吸收的碳，然而在古老的地球上，空气中含有大量的二氧化碳。

于是原始的植物就从空气中的二氧化碳里吸取碳。

二氧化碳的两个结构元结合十分紧密，（碳、氧原子，由双价和轨道环绕）价和电子的速率很高，且进行有序的空间运转，如何能打开这两个结构元？原来，这两个结构元的价和电子速率固然十分稳定，但其运转所伴生的电磁波波长恰恰与阳光中绿光的波长一致，于是植物就长出了绿色的叶片，利用太阳的能量由绿叶来进行光和作用以获取碳。

绿叶将阳光中的绿光反射出来，与二氧化碳的价和运转伴生的电磁波形成共振，振断了结构元的价和电子的运转，及时地把碳原子结合到体内，剩下的二个氧原子结合成氧气，这新结合成的氧气吸收热量、增加价和速率、乘风而去，（夏天，树阴下比较凉爽，是因为新氧气的吸热）就此，一次光和作用成功的进行完毕。

这也是叶绿素为什么是绿色的原因，从这种意义上讲，我们地球上的森林、原野都是由二氧化碳染成了绿色。