直流电能传输的物理探讨

摘要

本文介绍了直流电路中的纵向电场和电流，直流电路中电能的传输。在金属导线的直流电回路中，电场强度E与传导电流相关，并且受到金属导线的界面的限制。金属导线外的空气是很好的绝缘体，电场在金属导线界面两侧发生了突变。我们强调:在直流电路的金属导线界面外，虽然存在稳定的环型磁场以及静电场，可是二者没有关联。坡印廷矢量仅仅是数学上的定义，事实上没有形成真实的能流，所以没有电磁能流从导线外部传输到导线内部。直流电能完全是在金属导线内部传输的。当电路的开关闭合时，电场瞬间在金属导线内部重新分布。电场强度E从电池的正极沿金属导线(内部)通向电池的负极。电场强度带动了金属导线内自由电子，产生了电流，并且携带了力和功率。在金属导线内，电场强度E与金属导线内同一点的电流联合产生了焦耳热。上述的描述，大致说明了在金属导线中直流电能的传输的实际过程。然而电磁学教课书上说:直流电源中的能量是通过导线周围空间的电磁能流从侧面输人导线以及负载电阻的。这是由于物理学家忽视了在金属导线界面两侧静电场与传导电场的差别，并且把数学上定义的坡印廷矢量当作为真实的电磁能流，所以造成了错误的推论。本文还有一个相关问题:当电路的开关闭合时，电场在金属导线内部瞬间重新分布的速度。这是一个与电子和原子有关的微观过程，属于量子力学的研究范畴。从原则上讲，直流电场的速度没有上限。一些文献已经对于超光速运动的可能性分别进行了理论上以及实验上的初步探索。