电流、电阻、以及静电的本质_风闻
Enals-宇宙是物质的，是粒子的世界2019-04-13 08:55
1.1.1 电子环链
一种物质如果能够导电，首先就需要电子能够在此物质内流动，而电子能够在物质内流动，那么就需要有一条满足电子流动的轨迹。通过前面的分析我们已经知道，如果一个原子核的电子不能与其它原子核形成共有电子环，那么这个原子核就不可能与其它原子核结合，而这也意味这个原子核的电子不可能通过共有的方式成为其它原子核的电子。然而，如果我们不考虑其它粒子的撞击，那么与其它原子核共有电子将是电子摆脱宿主原子核的唯一方式，正是通过共有的方式，电子使得自己的运动轨迹发生了改变。而如果，现在满足条件的原子核的数量不只是两个，而是很多个，并且排成了一列，那么一个电子就可以通过共有的方式，依次成为这一列原子核的共有电子，而这一列原子核的所有共有的电子环连接了起来，我们称之为电子环链。电子从电子环链的一端，依次借助下一个原子核的束缚力，运动到另外一端的过程，我们称之为电子的流动，简称为电流。
而一个非常严重的现实是，无论原子核的数量多么的巨大，形状、结构、完全一致的原子核几乎不存在，这是由于组成原子核的基本物质的体积极度微小决定的，基本物质本身的大小和体积都存在一定的差异，而它们经过撞击发生形变后组成的更大微粒的差异则更大。因此，一般情况下，物体内部的原子核不是按照规则顺序排列的，原子核的差异是导致这种结果的主要原因，实际上原子核能够按照规则顺序排列的物质非常的少，更多的原子核的排列是充满了各种随意性。同时任何物体内部的电子环链中的电子的流动都是双向的，因此可以这样认定，正常情况下，物体内部任意位置的电子流动与同向的相反方向上的电子数量是相抵的。而我们测定电流的基础是：电子在某一方向上的数量与同向的相反方向上的电子数量不能相抵，因此我们实际上测得是电子数量差。
1.1.2 影响导电性的因素（电阻）
1. 电子环的位置
物质内部的共有电子环依据原子核的排列方式存在多种形式，其中最普遍的存在形式有3种：
1. 原子核是顺序排列的，并且各个原子核之间的共有电子形成的电子环能够相连起来形成一条电子环链，这种相连的共有电子环链在物质内部可能是直线形式的，也可能是曲线形式的。如果在这个电子环链中，电子可以顺利的从一端到达另外一端，则我们认为这个物质是导电的；如果电子不能顺利的到达另外一端，那么表现出来的就是不导电，或者弱导电性。如果原子核顺序排列且电子环形成了一条电子环链，却不导电或弱导电性，那么可能的情况有两种：第一，电子环链在延续的过程中出现了偏差，其中的部分电子环的角度有偏差，偏差虽然很小，但可以积累，并且最终的弯曲形成了一个环，无论这个环是闭合的还是没有闭合，电子都只能在这个环内流动，如果我们导线的两端中的任何一端没有位于这个环上，那么电子就无法从导线的一端到达另外一端；第二，电子环内的电子密度过高，导致流入的电子的撞击几率增加，会使得电子在没有到达另外一端前，就全部或部分因为撞击而分解了，此外过高的电子密度会导致原子核的振荡幅度增加，这会增加电子流动中的不确定性，我们平常所说的，一般的物质在温度升高的时候，导电性变差，以及所谓的低温超导，利用的就是这个原理。
2. 原子核是交叉排列的，导致电子环都是交叉组合的。这种情况多发生在不同的原子核聚合的情况，并且原子核都有两个以上的电子环。由于电子环位置的原因，这些原子核只能交错排列聚合。无论哪种交错，都可能会导致这些原子核的电子环无法形成足够导电需求的电子环链。
3. 混乱且无序的排列方式，各种原子核混合在一起，各种动量的电子环交叉存在，这种物质内部只能依靠偶然来形成共有电子链，因此其导电性就变得未知了。例如很多的物质是以分子结合的形式存在的，其中的每个分子都可以看作一个整体，而分子之间结合的共有电子环很可能与分子中的其它电子环都没有连接到一起，因此也就没有共有电子环链。
2. 电子环半径对导电性的影响
电子环的半径表明了电子的动量范围，同时也表明了原子核对电子的束缚能力的范围，而形成电流的电子应当是属于一个特定范围内的（取决于我们用来获取电流的物质），因此如果某种物质原子核的电子环半径与形成电流的电子的动量范围没有交集，或者交集的范围很小，那么即使该物质中的原子核是顺序排列且存在着连续的电子环链，我们也不能确定该物质就一定导电。
例如：
1. 某种物质的原子核所能束缚的电子的范围是15X-18X，而我们的电流中的所有电子的动量范围都是10X-12X，经过分析可知电流中的电子的轨迹半径不足以支撑其在两个原子核之间形成共有关系，因此也就不能借助共有的关系运动到下一个原子核。
2. 如果某种物质的原子核所能束缚的电子的范围是7X-8X，那么经过分析可知，我们10X的电子的运行轨迹因为受到该物质原子核的影响而发生了改变，但是因为该物质原子核对电流电子的束缚力不足，所以电流中电子的下一个轨迹会变得未知，因此该物质也不能导电。
3. 如果某种物质的原子核所能束缚的电子的范围是8X-10X，那么可知此时该物质所能束缚的电子范围与电流电子存在交集10X，因此，此时电流中具有动量10X的电子可以成功的在该物质内的电子环链中进行共有运动；而如果某种物质的原子核所能束缚的电子的范围是12X-15X，那么可知此时该物质所能束缚的电子范围与电流电子存在交集12X，因此，此时电流中具有动量12X的电子可以成功的在该物质内的电子环链中进行共有运动。此时该物质可表现出弱导电性。
通过以上分析可以看出，物质的导电性与原子核对电子的束缚力之间存在着紧密的联系，一种具有良好导电性的物质，其原子核的特性必然与我们用来产生电流的物质的原子核的特性大同小异，这样它们之间对电子的束缚范围才能存在最大的交集。而我们的发电机往往具有铜线绕制的机芯，也就是说，我们的电流中的电子应当是从铜材质中激发出来的，因此，我们现实生活中铜线具有良好的导电性。
3. 电子环中电子密度对导电性的影响
电子在沿着电子环链中的原子核移动的过程中，是有概率撞击到电子环中的其它电子的，因此电子环中的电子密度越大，则电流电子损失的可能性越大，电子撞击分解后的粒子范围是未知的（一般会有固定概率分解成某个范围的粒子），这些撞击会造成电流电子数量的减少，这种损失一般被称之为电损（导体中电子环半径也是影响电损的重要指标），在现实中减少电损是电量传输中的一个重要课题。
正常情况下，影响电子环中电子密度的因素主要是物体所处的环境，或者说是温度。温度的升高意味着环境中的粒子密度增大，而这些粒子的范围一般是随机的，因此其中也可能会包括电子类粒子，这些自由的粒子会造成两种可能的结果：一是，撞击物体中的电子和原子核，使得物体内部原子核的振荡幅度增大；二是，这些粒子中的已有电子有可能会被物体的原子核束缚，而成为物体原子核的私有电子；原子核振荡幅度的增大意味着电子环链的不稳定性，而这条电子环链是电流电子移动的路径，如果路径出现不稳定性，那么电流电子的移动很明显会受到影响，可能会导致电子脱离原子核的束缚，成为自由电子。原子核电子环中电子密度的增大，则会增加电流电子的撞击概率。
1.1.3 超导分析
超导技术在现代科技中应用的越来越广泛，也越来越重要，因此研究超导的成因变得至关重要。
经过前面的分析可知，电流电子要想顺利的到达终点，有两个影响因素：一是，组成物体原子核的共有电子环半径；二是，组成物体的原子核的电子环中的电子密度。影响物体共有电子环半径的因素是人为不能改变的，因为这是原子核的结构以及电子的动量所决定的，所以我们需要寻找合适的材料，是匹配电流电子需要的电子环半径的唯一办法（当然，还存在一种可能，那就是我们想办法改变电流电子的动量，这需要我们寻找一种新的适合发电的材料）；而第二个因素确是我们可以人为控制的，那就是降低环境中其它粒子的密度（任何物体，无论处在什么样的环境中，其本身的电子都存在一定的互相撞击的概率，这种撞击有可能会让电子脱离原子核的束缚，而成为自由的电子；这种撞击也可能会让电子分解，从而释放出光子。另外，即使电子没有互相撞击，电子在无限循环的运动中，也可能会因为原子核的振荡而导致的轨迹变化中脱离原子核的束缚而成为自由的电子。换句话说就是，在任意时刻，如果物体没有得到电子，那么它一定在失去电子）。当环境中粒子的密度降低的时候，物体本身失去的电子速度与从环境中得到的电子的速度会发生变化，如果物体中原子核失去电子的速度超过原子核束缚自由电子的速度，那么物体的温度就会降低（电子环中的电子是有互相撞击的概率的，电子密度越大，则互相撞击的概率也越大，而撞击之后，一部分电子会因为撞击而成为自由电子，还有一部分电子会因为撞击而分解，因此，如果物体不能从外部得到电子，那么它本身的电子密度会随着时间的流逝而越来越低。物体失去电子后，原子核的振荡幅度会降低，如果原子核的振荡幅度降低了，那么原子核之间的共有电子环会变得越来越稳定。），当物体的温度明显降低的时候，随着原子核振荡幅度的降低，其内部原子核之间的电子环会明显的更加稳定，而电流电子的移动路径则会更加的顺畅，同时电流电子撞击的概率也会不断的随着温度的降低而降低。因此，现代科技为了获得超导效果，往往采取降低物体温度的方法，而这也是目前唯一有效且可以明显增加超导效果的方法。
为了获得高温超导，我们需要寻找一种这样的物质：在常温下或我们需要的高温下，其电子环的半径恰好使得电流电子可以获得最短路径，并且电子环中电子的密度恰好使得电流电子获得最小的撞击概率，或者我们可以忍受的撞击概率。
1.1.4 静电反应本质
我们日常生活中经常会遇到衣服打火花的情况，而且我们还注意到，主要是不导电的物质才会产生这种现象，那么这是为什么呢？
如果电流描述为电子的流动，那么静电我们可以描述为电子的堆积，或者说原子核外电子环中的电子密度增大。前面我们已经分析过，任何物体在任何时刻都在与环境进行着电子的交换，所以，正常情况下，物体内部不会出现电子的堆积（原子核电子环中电子的密度维持一定的水平，此时它从环境中得到的电子数量与它散发到环境中的电子数量大致相当）。但是有一种情况，如果物体的局部因为某种原因，例如摩擦，短时间内积聚大量电子，却不能快速与环境进行交换，那么此时就会发生电子堆积现象。
前面我们已经分析过，摩擦的过程中原子核之间的电子环会遭到破坏，因此，摩擦会释放出自由的电子和原子核，部分自由的电子会释放到环境中，形成光、热以及爆炸等的能量，而部分的自由电子则会再次被原子核捕获。对于一个导体来说，原子核再次捕获的电子可以通过电子环链传导到电子环链上的所有原子核，而与环境进行交换的原子核的数量的增多意味着物体与环境电子交换的速度的增加；对于一个弱导体或绝缘体来说，因为其内部不存在连续的电子环链，或者，它的电子环链只在几个原子核之间存在，因此，原子核再次捕获的电子很难通过电子环链传导的方式与其它原子核共有，这样的结果意味着原子核通过与环境交换电子的方式来释放多余电子的能力减弱，如果，原子核获取自由电子的速度超过原子核通过与环境交换释放电子的速度，则原子核的电子环中电子的密度会越来越大，此时则会在物体的表面出现电子的堆积现象，或者出现所谓的静电感应现象。
因此，物体内部不存在连续的电子环链是物体可以实现局部电子堆积的重要原因，而物体内部没有连续的电子环链，则是我们区分物体是不是导体的关键因素。
1.1.5 总结：
电子环是电子运动的轨迹，连续的电子环组成的链，则是电子可以在多个原子核之间移动的基础，电子环的轨道半径以及电子环中电子的密度，则是影响物质导电的重要因素。
1. 共有电子环中的电子密度影响了物体的导电能力，同时也是影响原子核的振荡幅度的关键因素。电子环中电子的密度越低，则意味着形成电流的电子遇到的阻力越小，当电流电子遇到的阻力近似为零时的情况被称为超导。但很显然的是，电子环中电子的密度也是影响物体强度的主要因素，电子密度越低，则意味着物体越脆弱，因此，人类目前还只能在超低温的条件下才会实现超导。
2. 连续的电子环链是电子可以在物体内部流动的基础，也是区分物体是导体和绝缘体的唯一要素。物体内部存在连续的电子环链，可以保证物体与环境交换电子的速度。因此，物体内部如果没有连续的电子环链，那么电子很容易在物体的局部进行堆积，从而形成静电现象。