施加电压后，电子实际上会流动吗？

在书中说过，电路是闭合路径，因此电子会回到源头。如果是这样，当电路中出现接地故障时会发生什么？电子将如何返回其源？

当施加电压时，电子实际上是从其原子中移出还是只是振动并以这种方式传递能量？

用电子来回移动来思考电流，是从一条通向不良电模型的途径开始。这只是其中一些错误：

• 电子不过是许多电荷载流子之一。任何离子也是电荷载体。

• 平衡电子的质子同样重要。如果您只有电子，那么宇宙中的所有电子都会相互排斥，并射向宇宙。

• 电子带有负电荷，您完全没有理由迷惑自己，要思考它们如何从负向正流动。实际上，这并不重要。

• 实际上，电子实际上一直在所有随机方向上四处乱窜，相比之下，由于电流而产生的运动很小。

重要的是：电荷载流子（电子就是其中之一）可以用来传递电动势（通常称为电压）。确实，这是一个非常普通的概念。您可以推杆的一端，并将机械力传递到杆的另一端。杆会移动吗？什么时候？好吧，也许吧，但是这里发生了两件事：

1. 力通过杆传递，波以该材料中的声速传播
2. 当且仅当我们也传输动力时，杆才在大多数情况下以慢得多的速度运动

对于一根棒来说，差异是显而易见的，但是由于我们看不到电荷，所以差异并不明显。

因此，您的问题是：施加电压后，电子实际上会流动吗？严格来说，答案可能是，这取决于您对流量的含义。与问题类似，拉动绳索时绳索会移动吗？好吧，如果它附在气球上，它可能会移动很多。如果它连接到砖墙，则可能根本不会移动。

载流子（如电子）的运动是电流。如果我们有电流，那么电荷载流子就会净运动。实际上，它们无处不在，就像没有水流的情况一样，各个水分子都在管道中成群结队。当前描述的是平均运动。在直流电流的情况下，平均运动为一个圆。

各个电荷载流子如何相互作用才能完成此任务很复杂，这实际上是一个物理问题，而不是电子问题。但是，我建议您查看有关字段的MIT教程。

施加电压时，电子确实会物理移动- 非常缓慢。

一个以100VDC供电，通过2mm直径的铜线为1A负载（如灯泡）供电的电路将看到电子以以下速率移动：

$\dfrac{I}{Q \cdot e \cdot R^2 \cdot \pi}$

哪里

• Q是每立方厘米铜的电子数（大约）$8.5 \times 10^{22}$
• R是导线的半径
• e是每个电子的电荷（大约库仑）$1.6 \times 10^{-19}$

达到8.4厘米/小时。不太快。

关键是事实是，能量几乎是瞬间在电路中运动，而不是电子本身。（电子形成方便的“高速公路”，使能量快速流动。）

不幸的是，电子在电压下的缓慢漂移最终与实际上在电路中起作用的能量流同名。

不要将方便的抽象与物理现实相混淆

• “电路”是一个抽象概念，旨在帮助我们更好地推理世界。
• 电子是物理实体。

关于“封闭”路径的注释

闭合路径电路并不意味着电子会返回源。此外，离开源的电子极少与返回到源另一极的电子相同（关于速度的解释，请参见@madmanguruman的答案）。

机械类比

就像多米诺骨牌掉下来了。能量波传播通过下降的多米诺骨牌，但多米诺骨牌平移不多。

请记住，能量是电子的电荷乘以施加在其上的力（电压）。（绝大多数）在金属晶格中移动的是力，而不是电荷（电子）。

就像这张图片：

力在球上传递，但球在很大程度上保持原位。与通过重力平衡的机械球不同，原电池（电池）的金属线中的电子与电子平衡，但电子（如卡在交通中的汽车）向另一端的总体漂移缓慢。

进一步阅读

你可能会认为这个答案我给了一个类似的相关物理问题。

我们在这里谈论金属。通常，金属物体不由分子组成。它由金属原子组成，所有金属原子组合在一起。如下图所示：

红色圆圈是电子。如您所见，您无法真正说出电子“属于”哪个原子。这些电子形成原子之间的连接-因此它们属于两个原子。

现在，当电流开始流动时，这些电子确实会移动。当电流流动时，能量被传递。由于原子不容易移动，因此电子必须移动。

您也可以在电流的安培单位中看到这一点：1安培等于1库仑每秒。库仑（C）是电荷单位（Q）。1安培表示1库仑电荷在1秒内通过某个点。该电荷由实际上从对象一流向对象二的电子产生。

当我们谈论直流电流时（例如，正常的电池供电应用），这些电子将不会返回其源头。考虑以下电路：

刚开始时，负极和正极之间存在电荷差异：负极具有多余的电子。这会产生一个力（电压），并且由于两极（电线和灯泡）之间存在联系，因此电子开始流动。电子从负极通过灯泡移动到正极，直到电荷不再存在差异为止（或者说它不会引起电流流动的很小）。

您现在可以看到的是，这些电子的确不回到自己的源：他们开始在负极和正极结束。

我们称这是一条封闭的路径，因为有一个圆圈：电流从电池开始，在电池处结束。之所以会造成混乱，是因为电池实际上存在两个物体：正极和负极。

看一下这个电路（基本上是相同的，但用电容器代替电池，用电阻器代替灯泡）：

电流从电容器的右侧（带负电，多余的电子）通过电阻流向电容器的左侧（带正电，电子不足）。在这里，电容器极板是分开的，因此您可以轻松地看到它实际上不是闭合路径。

我们将其称为闭合路径，因为电流在电容器处开始和结束。

由于电子并不一定要返回其基极，因此您现在可以理解，电子也可以流入地球。闪电也会发生这种情况。电子从云流到地球（或者相反，我不知道），只是为了抵消电荷差。