對dui電dian磁ci場chang理li論lun的de理li解jie還hai存cun在zai一yi些xie問wen題ti
，本ben人ren當dang時shi也ye沒mei有you理li解jie透tou徹che，尤you其qi是shi電dian磁ci場chang理li論lun如ru何he解jie釋shi低di頻pin甚shen至zhi是shi穩wen恒heng直zhi流liu電dian路lu，自zi己ji似si乎hu知zhi道dao，但dan又you講jiang不bu清qing楚chu，很hen是shi苦ku惱nao
，所suo以yi當dang時shi是shi回hui避bi了le這zhe些xie問wen題ti，長chang期qi以yi來lai這zhe些xie苦ku惱nao時shi時shi讓rang我wo去qu思si考kao，可ke以yi說shuo從cong接jie觸chu電dian磁ci場chang到dao今jin天tian有you十shi多duo年nian時shi間jian
，經jing常chang在zai思si考kao這zhe個ge東dong西xi，想xiang著zhe從cong一yi些xie簡jian單dan的de，顯xian而er易yi見jian的de常chang識shi入ru手shou感gan性xing認ren知zhi，而er不bu是shi通tong過guo數shu學xue去qu死si記ji，因yin為wei數shu學xue同tong樣yang的de回hui避bi了le太tai多duo問wen題ti，不bu夠gou形xing象xiang
，也ye或huo者zhe說shuo

，我wo們men本ben身shen對dui一yi些xie基ji礎chu概gai念nian的de認ren知zhi就jiu出chu錯cuo了le
，被bei經jing典dian電dian路lu概gai念nian所suo困kun住zhu了le導dao致zhi似si是shi而er非fei。

 

長時間來經常跟網友溝通討論，也請教了一些前輩，尤其是當麵請教了蘭州大學微波、天線專家張金生教授，張教授是老一輩無線電物理專家，長期從事微波、天線研究，張教授親自幫我指出了一些缺陷。

 

今天雖然說理解的更多更準確了，但不敢說都理解對了，隻能說錯誤更少了一些，還請大家繼續斧正。

 

 

長期以來，我們了解電路是從回路開始的，以直流穩恒回路為例
，電池把化學能轉換成電能
，電能通過導線傳遞到負載上，如下圖：
 

電池中
，化學能把電子從一極移向另一極，缺少電子一極為正極，獲得電子一極為負極，兩端形成了電勢差（Vdc），也就存在了電場，方向從正極指向負極
，化學能要驅動電子克服這個電場從正極移動到負極，電池內部的電流移動跟電場方向相反。

傳統對於電子的理解是帶負電荷量為e的(de)一(yi)個(ge)實(shi)體(ti)，往(wang)往(wang)指(zhi)起(qi)本(ben)身(shen)，但(dan)是(shi)
，這(zhe)個(ge)理(li)解(jie)是(shi)不(bu)夠(gou)準(zhun)確(que)的(de)，電(dian)子(zi)除(chu)了(le)本(ben)身(shen)，還(hai)應(ying)該(gai)包(bao)括(kuo)它(ta)激(ji)發(fa)的(de)負(fu)電(dian)場(chang)
，電(dian)子(zi)與(yu)電(dian)子(zi)等(deng)作(zuo)用(yong)，根(gen)本(ben)上(shang)是(shi)它(ta)們(men)各(ge)自(zi)激(ji)發(fa)的(de)電(dian)場(chang)與(yu)電(dian)場(chang)的(de)作(zuo)用(yong)。舉(ju)個(ge)例(li)子(zi)一(yi)塊(kuai)磚(zhuan)頭(tou)從(cong)天(tian)空(kong)加(jia)速(su)掉(diao)下(xia)來(lai)，是(shi)這(zhe)塊(kuai)磚(zhuan)頭(tou)激(ji)發(fa)的(de)引(yin)力(li)場(chang)與(yu)地(di)球(qiu)的(de)引(yin)力(li)場(chang)之(zhi)間(jian)的(de)作(zuo)用(yong)導(dao)致(zhi)磚(zhuan)頭(tou)掉(diao)下(xia)來(lai)的(de)，電(dian)子(zi)也(ye)是(shi)這(zhe)個(ge)概(gai)念(nian)。所(suo)以(yi)對(dui)電(dian)子(zi)的(de)認(ren)知(zhi)，以(yi)前(qian)都(dou)是(shi)基(ji)於(yu)它(ta)的(de)實(shi)體(ti)認(ren)知(zhi)
，現(xian)在(zai)更(geng)多(duo)的(de)可(ke)以(yi)基(ji)於(yu)它(ta)激(ji)發(fa)的(de)電(dian)場(chang)來(lai)認(ren)知(zhi)，兩(liang)者(zhe)是(shi)等(deng)價(jia)的(de)
，但(dan)基(ji)於(yu)電(dian)場(chang)的(de)認(ren)知(zhi)，有(you)助(zhu)於(yu)理(li)解(jie)高(gao)頻(pin)、電磁場。

 

當用導線連接電池與負載構成一個電路回路
，假設為理想導線
，內阻為0

，則導線跟所連接的正負極等電勢，於是在導線之間也形成了電場
，負載兩端也有這個電勢差（Vdc），所以負載內部也有電場。

 

很hen多duo人ren可ke能neng對dui於yu導dao線xian之zhi間jian的de電dian場chang無wu法fa理li解jie，因yin為wei以yi前qian很hen少shao有you提ti到dao的de，所suo以yi往wang往wang無wu視shi，這zhe是shi重zhong點dian指zhi出chu的de。我wo們men換huan一yi種zhong思si維wei想xiang這zhe個ge問wen題ti，把ba正zheng負fu極ji之zhi間jian的de兩liang根gen導dao線xian看kan作zuo是shi一yi個ge電dian容rong，這zhe個ge電dian容rong兩liang端duan接jie在zai電dian源yuan上shang
，那na麼me就jiu很hen好hao理li解jie了le，這zhe個ge電dian容rong被bei充chong電dian了le
，正zheng負fu兩liang端duan就jiu集ji聚ju了le正zheng負fu電dian荷he
，兩liang極ji之zhi間jian就jiu充chong滿man了le電dian場chang，紅hong色se矩ju陣zhen表biao示shi正zheng極ji導dao線xian，綠lv色se矩ju陣zhen表biao示shi負fu極ji導dao線xian，裏li麵mian的de顏yan色se表biao示shi內nei部bu的de電dian荷he分fen布bu
，要yao靠kao近jin兩liang電dian極ji邊bian緣yuan，這zhe樣yang保bao證zheng導dao體ti整zheng個ge形xing成cheng等deng勢shi體ti，理li想xiang導dao體ti內nei部bu是shi沒mei有you電dian場chang的de，因yin為wei是shi等deng勢shi體ti。
 

就電池單獨來講，剛開始時，電池兩端電壓為0V，化學能搬移電子從正極到負極，當兩極電子集聚或減少的的越來越多的時候，電勢差越來越大
，以鎳氫電池為例，當達到1.2V時，就不再增長
，因為這個化學能中Ni轉變為Ni離子最大的電動勢就是1.2V。所以當電極兩端達到1.2V之後
，兩極電場就阻值了化學能繼續反應。

 

當dang電dian池chi兩liang端duan連lian接jie了le理li想xiang導dao線xian和he負fu載zai之zhi後hou，理li想xiang導dao線xian要yao跟gen兩liang極ji等deng電dian勢shi
，所suo以yi從cong電dian極ji上shang獲huo得de電dian荷he，跟gen正zheng極ji接jie的de導dao線xian失shi去qu電dian子zi獲huo得de正zheng電dian荷he，負fu極ji接jie的de導dao線xian獲huo得de電dian子zi也ye就jiu是shi獲huo得de負fu電dian荷he，這zhe樣yang兩liang導dao線xian因yin為wei獲huo得de不bu同tong電dian荷he
，之zhi間jian形xing成cheng電dian壓ya差cha，也ye就jiu是shi電dian池chi電dian壓ya
，這zhe個ge電dian壓ya加jia在zai負fu載zaiR上
，對負載R內的自由電子做功，碰撞負載Rneideyuanzifare

，leisiyudianziguanlidedianzicongyinjifeidaoyangji。zhihoutongguodaoxianhuidaodianchineibu，beihuaxuenengkefudianchangzhongxinbanyidaozhengjikaishixiayilundexunhuan。

 

這(zhe)兒(er)反(fan)複(fu)強(qiang)調(tiao)
，理(li)想(xiang)導(dao)體(ti)是(shi)等(deng)電(dian)勢(shi)
，所(suo)以(yi)內(nei)部(bu)沒(mei)有(you)電(dian)場(chang)。電(dian)子(zi)在(zai)理(li)想(xiang)導(dao)體(ti)中(zhong)移(yi)動(dong)因(yin)為(wei)沒(mei)有(you)受(shou)到(dao)電(dian)場(chang)力(li)的(de)作(zuo)用(yong)
，所(suo)以(yi)整(zheng)體(ti)均(jun)勻(yun)上(shang)講(jiang)，是(shi)勻(yun)速(su)運(yun)動(dong)的(de)，這(zhe)個(ge)電(dian)子(zi)也(ye)可(ke)以(yi)分(fen)布(bu)在(zai)導(dao)體(ti)內(nei)任(ren)何(he)位(wei)置(zhi)移(yi)動(dong)。

這裏舉一個形象的實際例子，吊車把地麵的石頭舉起來，石頭克服地球引力（等價於電池）
，之後平行搬移到另外一個地方（理想導線），放下石頭（對負載做功發熱），再把它平移回來（理想導線）。直zhi流liu電dian模mo型xing中zhong
，整zheng個ge回hui路lu的de電dian子zi都dou可ke以yi理li解jie為wei勻yun速su移yi動dong的de，兩liang根gen導dao線xian中zhong因yin為wei不bu受shou力li，所suo以yi勻yun速su，電dian池chi中zhong，化hua學xue能neng抵di消xiao電dian場chang力li
，所suo以yi勻yun速su，負fu載zai中zhong，電dian子zi與yu原yuan子zi的de碰peng撞zhuang發fa熱re與yu電dian場chang力li抵di消xiao，所suo以yi勻yun速su。

 

理想導體
，關鍵在於“導”字
，“導”就jiu是shi通tong的de意yi思si。通tong的de，就jiu是shi沒mei有you電dian壓ya差cha
，也ye就jiu是shi沒mei有you電dian場chang，所suo以yi不bu存cun在zai加jia速su過guo程cheng，隻zhi是shi勻yun速su平ping移yi。很hen多duo人ren認ren為wei
，導dao體ti中zhong有you電dian流liu移yi動dong，所suo以yi就jiu有you電dian壓ya，其qi實shi，均jun勻yun的de電dian流liu移yi動dong，是shi可ke以yi不bu需xu要yao電dian壓ya的de，這zhe個ge跟gen物wu理li中zhong的de物wu體ti做zuo勻yun速su運yun動dong，不bu需xu要yao外wai力li是shi一yi個ge道dao理li。

 

理(li)想(xiang)導(dao)體(ti)因(yin)為(wei)是(shi)完(wan)全(quan)導(dao)通(tong)沒(mei)有(you)電(dian)壓(ya)差(cha)的(de)
，理(li)論(lun)上(shang)講(jiang)是(shi)可(ke)以(yi)通(tong)任(ren)意(yi)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)電(dian)流(liu)的(de)。最(zui)終(zhong)在(zai)導(dao)體(ti)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)，取(qu)決(jue)於(yu)負(fu)載(zai)上(shang)流(liu)過(guo)的(de)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)。

 

實shi際ji中zhong的de導dao體ti都dou不bu是shi理li想xiang導dao體ti，都dou是shi有you內nei阻zu的de
，所suo以yi會hui有you一yi定ding的de沿yan著zhe導dao線xian方fang向xiang的de電dian壓ya差cha，所suo以yi會hui發fa熱re，但dan理li想xiang導dao體ti或huo者zhe超chao導dao體ti是shi絕jue對dui沒mei有you沿yan著zhe導dao體ti方fang向xiang的de電dian壓ya差cha的de。

 

duiyuyigebihuandechaodaotihuilulaishuo，yinweineizuweiling
，youyidingchangdu，keyiwanquanlijieweiyigechundiangan，dangbianhuadecichangtongguochaodaotihuiluhuichanshengwodianchang，yejiushiyouyigediandongshijiazaibihuanchaodaotizhong，zhegeshihou，yinweilixiangdaotineibubunengyoudianchang，suoyizhegedianchangyouchundianganganyingdenidiandongshidixiaolaibaochilixiangdaotineibuwudianchang，zhedengxiaoyugeizhegechundianganchongdian
，zhunquedejiangshichongci（感謝網友“大寶小莉啊”糾正）
，電流按照電感公式U = L * I / T變化。

 

 

1
、  理想導體，因為是等電勢
，所以內部是沒有電場的。
 

2
、  有電壓差，就能產生電場：E = U / D，E為電場強度，U為電壓差，D為距離。
 

3
、  電流
，其實就是磁場的另外一種表現形式，電流與磁場如同電子如電場的關係。

 

現(xian)實(shi)中(zhong)因(yin)為(wei)不(bu)存(cun)在(zai)磁(ci)單(dan)極(ji)，所(suo)以(yi)磁(ci)產(chan)生(sheng)的(de)根(gen)源(yuan)是(shi)基(ji)於(yu)電(dian)流(liu)，比(bi)如(ru)磁(ci)鐵(tie)就(jiu)是(shi)基(ji)於(yu)電(dian)子(zi)繞(rao)原(yuan)子(zi)核(he)轉(zhuan)動(dong)而(er)產(chan)生(sheng)磁(ci)場(chang)，當(dang)這(zhe)個(ge)磁(ci)場(chang)方(fang)向(xiang)一(yi)致(zhi)
，磁(ci)場(chang)疊(die)加(jia)就(jiu)表(biao)現(xian)為(wei)磁(ci)鐵(tie)。有(you)過(guo)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)經(jing)驗(yan)的(de)都(dou)知(zhi)道(dao)，在(zai)繞(rao)製(zhi)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)時(shi)候(hou)
，一(yi)般(ban)用(yong)安(an)匝(za)(NI)表征磁場的激勵源。

 

我wo們men很hen多duo自zi小xiao就jiu接jie觸chu電dian子zi
，因yin為wei那na個ge時shi候hou接jie受shou事shi物wu的de能neng力li有you限xian，所suo以yi接jie觸chu的de一yi些xie概gai念nian，往wang往wang是shi比bi較jiao形xing象xiang的de

，比bi如ru把ba電dian路lu理li解jie為wei一yi個ge回hui路lu，電dian流liu在zai這zhe個ge回hui路lu裏li流liu，大da家jia很hen容rong易yi想xiang象xiang著zhe，電dian場chang方fang向xiang也ye是shi跟gen電dian流liu方fang向xiang一yi致zhi的de。其qi實shi，在zai導dao體ti裏li

，電dian場chang方fang向xiang是shi否fou跟gen電dian流liu一yi致zhi，書shu本ben上shang其qi實shi是shi回hui避bi了le的de，但dan這zhe個ge是shi我wo們men自zi己ji的de潛qian意yi識shi形xing成cheng的de
，而er這zhe一yi點dian卻que嚴yan重zhong的de製zhi約yue了le後hou來lai對dui電dian磁ci場chang的de理li解jie。

 

接下來分析一下常規導線裏麵的電場與外部電場的關係，看看是否是我們原先所認知的那樣。我們以家庭常用的220VAC交流電源線為例，紅黑雙根分別為火線和地線
，銅線截麵積為0.5平方毫米

，線中心與線中心之間間距4mm，單根導線每米電阻為0.1歐姆，我們做一些初略的計算分析線內外的電場情況
，設電壓為220V。

 

線外電場：E = 220伏 / 0.04米 = 5500伏/米。這個是平板電容的計算方式
，導線與導線之間的電場，要略低於這個值，估算降低一個數量級為550伏/米。

 

線內電場：E = 0.1歐姆 * N安培 / 1米 = 0.1N伏/米
 

這個N根據實際電流大小決定
，若為1安培，則導線內的電場隻有0.1伏/米

，遠遠小於線外的電場強度550伏/米，可以忽略不計。
 

 

 

日常交流電是50Hz，雖然隻有50Hz，我們先承認基於電磁場理論的
，尤其是幾千公裏的電力線傳輸
，是需要考慮電磁場效應的，我們先推算一下它的波長。

 

波長 = 300 000 000 / 50 = 6 000 000米 = 6000千米。

 

這也就是說
，我們先承認50Hz的交流電是電磁波的話
，那麼它的波長是6000qianmi，yinweizhegechidutaidale，yuanyuanchaochulewomenshijichangyongdechicun，suoyinapashidiancichang，womenyeganjiaobudao。zherutongrenxiangduiyudiqiufeichangmiaoxiao，shiyefeichangyouxian，faxianbulediqiudaodishiyuande，haishipingde，yigedaoli。

 

直流電，我們可以認為是頻率為0Hz的電磁波，它的波長是無窮大。

 

 

我們使用電，是從直流到交流
，從低頻到高頻這樣的順序過來的
，就民用來說
，最早收音機AM：525~1605KHz、FM：72~108MHz到GSM手機900MHz和1800MHz再到無線局域網WIFI：2400MHz，womendexuqiubipowomenyonggenggaodepinlvlaichuandigengduodexinxi，keyikendingweilaijiyugaopingaosudexuqiujiangshizhuliu，erdadaobaizhaojibieyishangdexinhao，bochangyijingjiejinqijian、連線或PCB布線尺度了，電磁場效應不得不考慮。

 

為方便計算
，考察300MHz信號，一秒鍾信號按正弦波規律變化300百萬次。

 

波長（真空或空氣中） = 300 000 000 / 300 000 000 = 1米
 

一個波長1米範圍內，表征了一個完整的信號變化，1秒鍾產生了300M個完整的信號周期。理想情況下電壓
、dianliuanzhengxianboguilvbianhua，duiyingdedianchanghecichangyeshianzhegebianhua，zaiyigechangdejunyunpingxingchuanshuxianzhong，meigeyigebochangweizhixinhaodianyashiwanquanxiangtongde，meigebangebochangweizhixinhaodianyashiwanquanxiangfande。dangqiangaosuPCB布板
，比如DDR2內存就工作在這個200~300MHz頻率附近（數字信號可以分解為各個正弦波的疊加，這個例子對正弦波和方波都適用
，信號不考慮反射條件下），以300MHz計算，考慮到PCB板介電常數是3.9~4.2，取整數為4，（真空或空氣中為1）那麼波長縮短為4倍，隻有1 / 4 = 0.25米
，也就是波長隻有25厘米。DDR2地址、數據線有很多根，假如因為布線條件決定引起各根地址或者數據線之間長短不一，比如差12.5cm，數據就完全相反了
，0變成了1，1變成了0。哪怕差1cm，也引起了1 / 25 * 360 = 14.4度的相位差。這也嚴重的影響了時鍾信號的采樣判斷點。所以在DDR2等多地址
、數據線的條件下，無法忽視因為信號電磁場傳播延時引起的數據相位差問題了。

 

很hen多duo人ren認ren為wei，電dian磁ci場chang理li論lun適shi合he高gao頻pin，對dui低di頻pin意yi義yi不bu太tai大da，這zhe個ge不bu否fou定ding。但dan是shi，當dang我wo們men需xu要yao用yong到dao高gao頻pin的de時shi候hou，我wo們men卻que往wang往wang還hai是shi用yong低di頻pin的de理li解jie來lai思si考kao高gao頻pin
，用yong低di頻pin的de經jing驗yan應ying用yong於yu高gao頻pin，這zhe個ge就jiu不bu應ying該gai了le，既ji然ran電dian磁ci場chang理li論lun對dui於yu高gao低di頻pin都dou是shi適shi用yong的de
，那na麼me在zai低di頻pin下xia，我wo們men到dao底di忽hu略lve了le什shen麼me
，讓rang太tai多duo的de人ren無wu法fa理li解jie高gao頻pin下xia的de電dian磁ci場chang
，甚shen至zhi是shi抵di觸chu。

 

1、  低頻電路回路模型回避了信號的傳遞速度問題
，信號的傳遞跟時間無關，這與信號傳遞最高速度是光速這個常識違背。
 

2、  低di頻pin電dian路lu回hui路lu模mo型xing認ren為wei導dao線xian是shi一yi個ge帶dai一yi定ding電dian阻zu的de理li想xiang模mo型xing。不bu考kao慮lv導dao線xian的de粗cu細xi，導dao線xian的de形xing狀zhuang，導dao線xian內nei外wai的de磁ci場chang和he導dao線xian與yu導dao線xian之zhi間jian的de電dian場chang關guan係xi，這zhe些xie都dou被bei忽hu略lve了le。

 

diyidianshixinhaodechuandisuduwenti，yejiushishuo，renhexinhaodechuandishiyouyigedingsude，suirandiancichangdechuandisudushiguangsu，feichangkuai，danshi
，wulunduokuai，tahaishiyouyigeyanshixiaoyingcunzai，xinhaoyuanxinhaodebianhua
，xuyaotongguodaoxianshangxinhaodebianhua（導線上信號的變化就是電場和磁場的變化）才能傳遞到負載端，信號源變化的越快就表現在在導線上變化的越快
，導線線方向相鄰兩點的信號差異就越大。
 

第(di)二(er)個(ge)是(shi)信(xin)號(hao)的(de)載(zai)體(ti)問(wen)題(ti)，信(xin)號(hao)是(shi)什(shen)麼(me)，它(ta)隻(zhi)是(shi)一(yi)個(ge)信(xin)息(xi)，一(yi)個(ge)事(shi)件(jian)，本(ben)身(shen)沒(mei)有(you)實(shi)體(ti)

，所(suo)以(yi)它(ta)必(bi)須(xu)要(yao)基(ji)於(yu)一(yi)個(ge)實(shi)體(ti)載(zai)體(ti)，能(neng)量(liang)就(jiu)是(shi)信(xin)號(hao)的(de)載(zai)體(ti)，信(xin)號(hao)從(cong)信(xin)號(hao)源(yuan)到(dao)目(mu)標(biao)，也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)能(neng)量(liang)從(cong)信(xin)號(hao)源(yuan)到(dao)了(le)目(mu)標(biao)。那(na)這(zhe)個(ge)能(neng)量(liang)的(de)存(cun)在(zai)形(xing)式(shi)就(jiu)是(shi)以(yi)電(dian)場(chang)能(neng)量(liang)和(he)磁(ci)場(chang)能(neng)量(liang)方(fang)式(shi)存(cun)在(zai)
，電(dian)場(chang)分(fen)布(bu)在(zai)兩(liang)根(gen)導(dao)線(xian)之(zhi)間(jian)，若(ruo)考(kao)慮(lv)導(dao)線(xian)存(cun)在(zai)內(nei)阻(zu)
，導(dao)線(xian)內(nei)部(bu)也(ye)有(you)一(yi)定(ding)的(de)電(dian)場(chang)；磁場可以在導線內，也可以在導線外
，圍繞導線。

 

電dian子zi是shi電dian場chang的de載zai體ti之zhi一yi，以yi前qian常chang用yong電dian子zi描miao述shu，現xian在zai都dou用yong電dian場chang描miao述shu，因yin為wei還hai有you好hao幾ji種zhong也ye能neng產chan生sheng電dian場chang，比bi如ru原yuan子zi核he產chan生sheng正zheng電dian場chang
，變bian化hua磁ci場chang產chan生sheng的de渦wo電dian場chang等deng
，並bing非fei隻zhi有you電dian子zi。

 

在zai平ping衡heng傳chuan輸shu線xian中zhong，我wo們men更geng喜xi歡huan用yong上shang下xia兩liang根gen平ping衡heng導dao線xian分fen布bu的de正zheng負fu電dian荷he構gou成cheng的de垂chui直zhi於yu導dao線xian的de電dian場chang來lai描miao述shu，這zhe個ge電dian場chang到dao了le哪na兒er，導dao線xian上shang對dui應ying的de正zheng負fu電dian荷he就jiu到dao了le相xiang同tong的de垂chui直zhi位wei置zhi。