电能是什么?它是靠电流输送的吗?也许你全错了!( 二 )


实际上 , 除了自身的质量所度量的静能之外 , 电子只有一种可以携带的能量 , 那就是动能 。
但动能显然不是电能的本质 。 既然电子的漂移速度慢若蜗牛 , 而电子的质量又是如此之小 , 根据上面的载流子的浓度 , 你大概可以算一下 , 在电流一次完整的流过电路的过程中 , 比起负载消耗的电能来说 , 全部载流子的动能加起来的值是微不足道的 。
那么 , 电能到底是什么呢?
02
电能的本质
要回答这个问题 , 先要了解电能是怎么得到的 。 本文开篇第一段就说了 , 电能是电场力之外的某种力反抗电场力做功获得的 。
电荷同性相斥 , 异性相吸 。 因此 , 世间万物的最佳的和谐结构内部的正负电荷之和必为零 。 如果要将这些原本均匀相间的正负电荷残忍分离 , 那必然就引起它们的强烈反抗 , 因此你得付出代价 。
电能是什么?它是靠电流输送的吗?也许你全错了!

例如 , 用某种方法让一块物体带电的过程中 , 在获得第一个电荷微元时 , 几乎不费什么力 , 但随之后面的其他所有电荷都是新来的了——将受到越来越大的排斥力——因为同性相斥 。
类似的 , 下面这个惊心动魄的挖坑(fen)过程中 , 随着他越挖越深 , 为了将沙子放到逐渐变高的沙堆顶上 , 他需要对沙子作更多的功 。
电能是什么?它是靠电流输送的吗?也许你全错了!

设某次搬运的沙的重量为 , 此时沙堆与坑的落差为 , 则此次做功为待挖坑完毕时 , 他克服重力做的总功为这个总功即为沙土的重力势能的增加量 。
类似的 , 在不断的搬运电荷的过程中 , 你也不断做功 , 直到你最终获得一个宏观带电体 , 你所付出的全部做功之和被转换为一种能量 。
所以 , 当你获得一个带电体时 , 你也就获得了一份能量 。
那么这个能量是什么呢?换句话说 , 这个能量是以什么形式存在呢?
堆沙时 , 移动沙作的功变成沙的重力势能 。 类似的 , 搬电荷也会造成一种势能的积累 , 它就是电势能 。
相隔一定距离的电荷 , 都处于对方形成的电场的势力范围中 , 或吸引或排斥 。 但却因为某种阻隔 , 无法无限靠近或远离 。 保留进一步靠近或远离的趋势和潜力——引而不发 , 就像射雕大侠手中的弯弓一样 , 形成彼此之间共有的一种潜在的能量 , 此乃电势能是也 。
电能是什么?它是靠电流输送的吗?也许你全错了!

所以 , 从物理上说 , 电能的本质就是电势能 。
那么 , 说来说去 , 作为电能本质的电势能 , 到底存在于哪里呢?
有人说 , 势能是作用双方共有的 , 但这样说还不够明确!
现代物理学认为 , 势能是场的能量 。 场的能量与动能不同 , 它不是被一个运动的粒子所携带的 , 而是处于粒子周围的空间中 。
这其实是场的观点所带来的最深刻的物理思想的变革——能量存在于空间中 , 而非物体上 。 而实际上 , 不光电势能如此 , 重力势能也是如此 , 所有的势能都是如此 。
当你剪断悬挂重物的的绳子 , 物体的势能将被释放 , 产生能量转化 。 实际上 , 墙上的插座打开时 , 类似的事情也发生了:被蓄于插座内的能量就被放行了 。
其实 , 只有这种引而不发的能量才可以收放自如 , 如果电能本质上是动能 , 那岂能靠一个开关就能管得住那千千万万个活蹦乱跳的载流子儿?
一个高温物体 , 它要散热 , 不要说什么开关 , 就算是用毛毯包起来 , 你都很难阻止它的能量流出 , 因为热能本质上真的就是微观粒子的动能 。