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变压器是怎样变压？（导电四）

电压是什么？

2018/10/02   维加斯新闻报
晏成和

    人类发现用电之后，随即发明了各种电器，有明显宏观运动的：发电机、电动机、电磁轨道等；还有的外表不动，只在电波微观中起作用的变压器、电容器、电感器、电阻等等。可是这些电器微观的工作机理，物理学并没有详细的论述，原因是上个世纪物理学不知道电子运动伴生著波；还有就是，这些都是自由电子理论不敢涉足的伤心地。
    变压器变压器能用来改变交流电电压，变压器的结构简单 -闭合铁芯上分别绕上两组线圈就组成一个变压器（如图）。
    初级线圈（原线圈），其匝数为ｎ 1；次级线圈，匝数为ｎ 2。绕组线圈用的是表面绝缘的导线、导线与铁芯也是完全绝缘。初级线圈与次级线圈完全绝缘，即：初级线圈中的电子一个也不能传导到次级线圈。没有 “导流子 ”参入，可是接上电源后初级线圈的电能几乎全部传到了次级线圈。面对这样的事实自由电子传导理论哑口无言。
    教科书谈到：初级线圈中的交变电流在铁芯中产生 “磁通量 ”，磁通量穿过两个线圈形成互感。很明显 “通量、互感 ”是人为赋予能够穿越绝缘层进入金属、推动电子的神通。且问：“磁通量”是个什么物质，“通量 ”是如何穿过绝缘导线？“互感 ”是如何进入金属导体、是怎样在金属导线中传导、如何推动次级线圈内的电子运动？“互感 ”是个拟人化的词，物理学从来没能够交代互感发生的原因。
    在自由电子导电的理论中，金属导电的因是自由电子。然而在变压器导电、变压过程中，形成次级电压、电流的原因实在是太明显 ——完全没有 “导流子 ”。而是初级线圈伴生的电波传到铁芯、然后这电波均匀地进入到次级线圈的每一匝导线中。电波进入次级线圈导线内部、并且推动电子运动形成电流，是明显的事实。但是在自由电子理论中，金属内充满自由电子、从来不涉及波的进入及其通路，事实与自由电子理论相悖。看来 “导流子 ”行不通了，“磁通量 ”这个词的发明者在此面临理论困难，于是就硬性地用到一个“通”字，以赋予其进入性能。
    教科书在此也就不谈自由电子，只是要学生用以下公式熟练演算：
    U1/U2=ｎ1/ｎ2（U1是初级电压，U2是次级电压）
    为什么会有这个公式，为什么次级匝数越多电压越高。交流电通过初级线圈，初级线圈每一匝线圈内交流电所伴生的交变电波能够通过绝缘层、传导在了铁芯上，铁芯是这种电波的通路。同时铁芯上的交变电波能够通过绝缘层、传导在了次级每一匝线圈中。电磁波能够出入金属不是有什么磁通，是因为几乎所有物质都是磁场的通路。电子运动伴生著磁场，交变电波也可称之为磁场波。磁场波是难以隔绝的，可以进入金属的通路，对价电子的运动产生作用。交变电波传导在次级线圈中，会发生什么作用呢？在此，应该回顾之前所讨论金属物质的结构。
    金属原子是两两结合成结构元，然后由价和电子运转伴生的电磁力结合成为具有延展性的金属。因为价电子很少、原子外层通透，金属材料能够畅通地传导磁场波。外来的磁场波轻则对结构元价和电子的运转形成干扰；重则扰动结构元、使之发生晃动、位移乃至翻转。交变电磁波实际上就是一种能够干扰金属内部分结构元价和电子运动、甚至使得金属内少量结构元晃动的电压波。变压器中，来自初级线圈交流运动所伴生的电磁波就传导在了铁芯上。铁芯的交变电磁波，传导到次级线圈，导致次级每一匝线圈中的部分价电子运转受到干扰。于是，交变电磁波使得次级导线内部分结构元之间的电磁力晃动 -复原，就形成了次级线圈的电压和电流。
    电压电压是什么？是物理学百年回避的问题。变压器明显地告诉我们：次级线圈ｎ 2的匝数多，从铁芯中同时进入次级导线中电波就多、电压波就密集，电压也就高。在铁芯交变电波的进入和作用下，整条次级导线中同时受到干扰的运动电子多，推动的结构元就多。当电波回落，受干扰的电子、结构元回位元。电波反向，电子、结构元受反向干扰、反向运动。变压器清楚的告诉我们：电压波越密集，导线中同时受干扰、受驱动的电子、结构元多，该线路的电压也就越高；被驱动的电子运动方向与电压波一致。
     静电电压在静电实验中：金属球中导入的电荷越多，电压越高，多余电荷被驱赶、逃逸的能动性就越大；电压越高，驱赶电子运动的力度就越大。那么，我们就可以认为：电压是驱赶电子运动的波。
    发电电压 200年前，法拉第发现：闭合导线切割磁力线，电路中就会产生感应电流。这也是最早的发电机，当然也要产生电压。当年把发电机所形成电流叫做感应电流，是因为人们不知道金属内部的结构，以及导线运转阻力来自何方。
     金属体内核外电子常规运转伴生著的磁场，在金属体内形成微观的小磁铁，构成金属的结构。把闭合导线置于磁场中，金属内部分磁场与外磁场异名相吸、同名相斥，所以导线运动会有阻力。用外力克服阻力 -切割磁力线，使得导线内部分形成相吸引运转着的电子被外力驱动、移动，这样的驱动是价电子的非常规运动，非常规驱动移动的电子也会伴生著非常规的电磁波，此波在金属内传导，就形成了导线内的电压波，同时形成电流。
    综上述，电压是物质内电荷不平衡或外磁场波入侵、扰动，造成了核外电子非常规运动并且伴生电磁波。这种电磁波能在金属导体内原子之间通路中传导，并推动电子随之运动形成电流。这种非常规的电磁波可以称为电压波，简称电压，其物理量为伏特。
     用电子运动伴生电波的事实、用电压波驱动导体内电子运动来解读变压器、解读电压、变压，顺理成章、自然、简单。而几十年的教科书用 “电压＝电位 ”的比喻来解释变压器所实现电压变化却很为难，变压器如何改变导体电位？为什么次级多了几匝电位就能提高？交流电的电位哪里是高？不好说，于是就回避。
    直流电变压问题变压器为什么不能够对直流电进行变压？是人们提问最多、也是当代物理学难以回答的问题。因为变压不仅涉及到电，更涉及的金属材料的物理结构。百年物理无力回答，只有用 “磁通、互感 ”来蒙混。书本上或百度上的答案是：因为交流电能够产生交变的磁通，此磁通能够穿过铁芯、穿过导线，在次级线圈引起感应电动势；而直流电不能够产生交变的磁通，所以在次级线圈就不能够产生感应电动势。
    在此答案中只是多了个名词 “交变的磁通 ”geifu）是
    查物理学词典，磁通量（mantclx表征磁场分布情况的物理量。那么，直流电也能产生磁场、也会有磁场分布关系，就是说，直流电所产生的磁场也是磁通量。同样是磁场，为什么多了个 “交变 ”就能够变压、直流电产生的磁场就不能变压。显然，这个答案只是把电流转向了其伴生的磁场，为什么交变磁场能够；直流磁场就不行，还是没说清，等于什么都没有说。回答者不是有意绕弯子，而是实在说不清楚。因为不了解金属材料内在的微观构成，就不可能正面、正确回答这个提问。
    当直流电通过变压器中的初级线圈，在铁芯立刻产生定向的磁场，次级线圈的结构元立即调整到与外磁场适应的位置，就停顿下来。次级结构元没有在外力作用下的整体晃动，没有电流，也没有能量的输出、所以也就没有电压、也就没有什么变压。
初级线圈与次级线圈完全绝缘、电子绝对不能相通，初级线圈的电能为何变成次级线圈的电压和电流，铁芯中的波如何进入到次级线圈的每一匝导线中？自由电子导电理论在此只能装聋作哑。
    没有弄清金属材料的内在结构，就难以解读交流电变压的机理，也就不能解读直流电不能变压的原因。于是只能用 “磁通 ”之类的名词进行忽悠。
    科学应该是坦诚的、正大光明的面对所有的事实，那种在某些事实面前用新名词进行蒙混式的解读、在另外同类事实面前猥琐回避，肯定不是真实的科学。