从电路到电磁场

1、直流电长期以来，我们了解电路是从回路开始的，以直流稳恒回路为例，电池把化学能转换成电能，电能通过导线传递到负载上，如下图：电流方向电场方向磁场方若手定律电池中，化学能把电子从一极移向另一极，缺少电子一极为正极，获得电子一 极为负极，两端形成了电势差（Vdc），也就存在了电场，方向从正极指向负 极，化学能要驱动电子克服这个电场从正极移动到负极，电池内部的电流移动 跟电场方向相反。传统对于电子的理解是带负电荷量为 e的一个实体，往往指起本身，但是，这 个理解是不够准确的，电子除了本身，还应该包括它激发的负电场，电子与电子等作 用，根本上是它们各自激发的电场与电场的作用。举个例子一块砖头从天空加速掉

2、下来，是这块砖头激发的引力场与地球的引力场之间的作用导致砖头掉下来的，电子也是这个概念。所以对电子的认知，以前都是基于它的实体 认知，现在更多的可以基于它激发的电场来认知，两者是等价的，但基于电场 的认知，有助于理解高频、电磁场。当用导线连接电池与负载构成一个电路回路，假设为理想导线，内阻为 0，则 导线跟所连接的正负极 等电势，于是在导线之间也形成了电场， 负载两端也有 这个电势差（Vdc），所以负载内部也有电场。很多人可能对于导线之间的电场无法理解，因为以前很少有提到的，所以往往 无视，这是重点指出的。我们换一种思维想这个问题，把正负极之间的两根导 线看作是 一个电容，这个电容两端接在电源

3、上，那么就很好理解了，这个电容 被充电了，正负两端就集聚了正负电荷，两极之间就充满了电场，红色矩阵表 示正极导线，绿色 矩阵表示负极导线，里面的颜色表示内部的电荷分布，要靠 近两电极边缘，这样保证导体整个形成等势体，理想导体内部是没有电场的,因为是等势体。就电池单独来讲，刚开始时，电池两端电压为0V，化学能搬移电子从正极到负极，当两极电子集聚或减少的的越来越多的时候，电势差越来越大，以镍氢电池为例，当达到1.2V时，就不再增长，因为这个化学能中 Ni转变为Ni离子 最大的电动势就是1.2V。所以当电极两端达到1.2V之后，两极电场就阻值了 化学能继续反应。当电池两端连接了理想导线和负载之后，理

4、想导线要跟两极等电势，所以从电 极上获得电荷，跟正极接的导线失去电子获得正电荷，负极接的导线获得电子 也就是获 得负电荷，这样两导线因为获得不同电荷，之间形成电压差，也就是 电池电压，这个电压加在负载 R上，对负载R内的自由电子做功，碰撞负载 R 内的原子发热，类 似于电子管里的电子从阴极飞到阳极。之后通过导线回到电 池内部，被化学能克服电场重新搬移到正极开始下一轮的循环。这儿反复强调，理想导体是等电势，所以内部没有电场。电子在理想导体中移动因为没有受到电场力的作用，所以整体均匀上讲，是匀速运动的，这个电子 也可以分布在导体内任何位置移动。这里举一个形象的实际例子，吊车把地面的石头举起来，石头克服地球引力（等价于电池），之后平行搬移到另外一个地方（理想导线），放下石头（对 负载做功发 热），再把它平移回来（理想导线）。直流电模型中，整个回路的 电子都可以理解为匀速