导线中电流的运动速度和导体电压的关系微观解释

导线中电流运动的物理量的关系

导线中运动的电流和建立在导线两端的电压的关系在传统的物理学中并没有详细的探讨，但在解释导线中通电电流产生一定的热量的对焦耳公式的解释中，由于此相关的推倒。常规认为，通电导线中的电流所产生的热量，是由导线中的自由电子在电场的加速下对导线中原子的碰撞引起，这样计算的方法电流产生的热量依赖于电子和导线原子发生碰撞时的速度决定，即：电子和导线中原子碰撞的动能决定。这样，我们根据如下的简单关系：

通电导线产生的热量W=Uit

一个电子碰撞时的动能为（1/2）mv2，如果有n个电子，则电子的动能完全转化为热能时产生的热能为n（1/2）mv2

如果通电时间和电流的大小不变，据此，那么我们可以得到导线两端的电压与电子运动速度的平方成正比。（其中电子的运动速度是指电子和导线中原子碰撞时的平均速度）

另一方面，导线中的电流是由导线中电子的运动决定的。通电导线中的电流会在它周围的空间中产生磁场，经验事实说明，通电导线在它周围空间中的磁场只于电流的大小有关，与电压无关。

此外还有如下的关系：运动的电荷在它周围产生的磁场与电荷的运动速度成正比。

电容的公式：电容存储的电量与电容量极板两端的电压成正比。此说明导体中电荷密度和导体两端电压的关系。

如上各个关系间存在矛盾。主要反映在导体两端的电压与导体中自由电子运动速度的关系。我们可以通过多种方式进行调谐。但不外乎如下两个角度：

导线中运动的自由电子所产生的磁场是否遵守孤立电荷在空间中运动所产生磁场的规律。对此我们找不出任何的理由来否定这样的结果。这一点我们是不用怀疑的。

第二点就是确定电子在导线中的运动规律，即：电子以什么样的方式在导线中运动。也就是电子的运动速度和电压的关系。

在导线中电流的运动速度和导体电压的关系中未能说明的一个问题

在导线中电流的运动速度和导体电压的关系中有一个问题未能说

明，如图：

图中表示一个导体的一部分，上图是在较高的电位下导体中电荷

的分布状态，下图是较低的电位下导体中电荷的分布状态。假设图中

的小圆球表示电子，导体两端有电压存在时，导体中的电路沿箭头的

方向运动。

但导体传导一个电子时，电子从导体的一端运动到另一端，在上

图中，电子需要传导四次，但下图电子只要传导两次，如果电子的运

动速度是相同的，那么，传导一个电子，两种理论会存在两种结果。

首先是传统的物理学中的看法，将导体中电子的运动归于导体两端的电场，那么，图中当电子传递时，导体中所有的电子同时运动，如果传导一个电子，那么可以看成图中一行电子同时运动完成一个电子的传递。在导体中不同的电荷密度下（如建立在导体两端的电压不同，所形成的移动的电荷密度也就不同），同样传导一个电荷，同时运动的电荷数量是不同的。依据传统物理学中的的看法，当导体中瞬时传递一个单位电荷的时候，导线产生的瞬时的磁场强度是不同的。如果依据电容的电量与电压的关系，（即：导线两端的电压与导线中的电荷密度成正比。稍后有简单的证明方法）则，传导一个单位的电荷，如果传递速度是相同的，则导线所产生的瞬时磁场强度与导体中移动的电荷密度成正比。

导线两端的电压与导线中的电荷密度成正比，这一关系可有如下简单证明，如图：

图中是具有一定电阻的一导体AB，当在A端和B端建立一个电势差后，导体AB会存在电流流动。其中小白球代表正电荷，小黑球代表负电荷，在某种意义上来说，这就是电位。如果我们从零电位处为正负电位分界点，那么，图中的正电荷或负电荷的数量与建立在AB两端的电位差成正比，即：导线中的电荷与建立在AB两端的电压成正比。(这里需要说明一下的是图中所标出的电荷并不是导线中移动的电子，只是电荷在导线中的一种分布状态）

如果导体AB存在电流的流动，那么使导线中的电荷发生定向移动的是如图中ACDEFB等处的电荷密度的不同所引起。这取决于一个电荷在导体中的任意位置所受到作用力的大小。如果导体中的电阻是均匀的，并且建立在导体AB端的电压是稳定的，那么，导体中任一点电荷所受到的作用力是相等的。即：电荷从A移动到B或者电子从B移动到A。

如果导体中的电荷的移动是由于导体两端的电场同时给导体中所有的电荷加速，即：导体中的电流的运动速度已光的速度传递、电场的速度，那么必然同时的分如下几个部分同时进行：电荷从A移动到C、电荷从C移动到D、电荷从D移动到F、电荷从F移动到B。如果导线中的电荷密度通电压成正比，那么，导线中电荷在发生定向移动时，（如果导线只传递一个电子）导线中同时传递的一个电荷的数量同导线两端的电压成正比。这样传递一个电子，如果电子在导线中的运动速度与导体两端的电压无关，在距导线外较远处一点产生的磁场强度同电压成正比。看到这点，您请勿忘了，这样判断的结果是导线只是传递一个电子。

如果导线中电荷的移动速度同导体两端的电压成正比，这样我们就不能得出和经验事实相符的结果。

依据力学的分析，将导线中电荷的移动归因于导线中电子的不同分布所形成的电荷密度差异。当我们给导线两端建立一个电压时，导线两端形成如图中所述的导体中的电荷分布状态。由于导线中自由电子在不均匀的电荷密度分布状态中所受到的作用力，会使电子沿一个方向运动，

这样就形成电流。使电流流动的原因这样就不是电场了，而是导线中的电荷密度差异。

（导线中电荷的运动速度和电压的关系仅凭如上这些还不能进行判定，这是因为导线中的电流确定的情况下，电子运动速度和瞬时电流的关系。在电流确定的情况下，导线中的电子的运动速度越高，导线中的瞬时电流越小）

这样的处理方法虽然和传统物理学中存在本质上的不同，但是对导体中电荷的定向移动所给与的解释，电位差和电荷密度差异两种概念两者具有等效性。关于导线中电荷的传递稍候我们在做分析。

如下的判断就要归于电磁感应现象了。

来自电磁感应现象的问题

关于电子的运动速度，说明这一现象的还有电磁感应现象。

当带电体在空间中运动时，会在它周围的空间中产生磁场，并且产生的磁场强度和带电体的运动速度成正比，这是经验事实。实际上，传统物理学中的一种看法是将电荷的运动作为常规磁场的一种主要来源。我们找不到磁场来源更好的方法，或者寻求接近磁场本身来源更为合适的解释，当然，这并不是唯一的，对磁场的解释还有一种磁荷的解释，在磁学中，这两种方法是等效的。但是我相信，大自然中的磁场只有一种，最合理的解释也只有一种，只是我们还没有发现而已。