我們知道，一切物質基本單元都是原子，也就是由原子組成，而原子又是由原子核和核外電子組成。

從這個意義上來說，電子存在於一切物質中。

但有些物質並不能夠傳輸電流，比如木頭、塑料等。這是為什麼呢？

因為物質分為導電物質和不導電物質，也就是導體和非導體。

導體是指電阻率很小且易於傳導電流的物質，金屬就是最常見的導體。這是因為金屬原子最外層的價電子很容易掙脫原子核束縛，成為自由電子，這些自由電子在金屬裡面濃度很大，電導率就大。

金屬和石墨中的自由電子濃度達到10^22個/cm³，因此電阻率很小，只有10^18Ω·m左右，電導率就很大。

因此，發電機及其電力傳輸導線並不是什麼物質都能夠做到的，只有金屬石墨才能夠擔當此任。

金屬裡可以自由移動的帶電粒子，稱為載流子，在外電場的作用下，做定向移動，就會形成明顯的電流。

人類對“電”的探索。

“電”是一個很神奇的東西，人類對“電”的最早認識是閃電。

古代人們就對閃電充滿了好奇，中國神話中就有雷公和電母的傳說，對這種神祕巨大力量充滿了敬畏。

古希臘和古印度、阿拉伯都對這種現象有一些研究，但都停留在文化層面。一直到1600年，英國女皇伊麗莎白的皇家醫生威廉·吉爾伯特，才把“電”納入了科學研究的軌道，開始進行了一些電磁方面的初步探索。他留下的《論磁石》一書，被認為是最早涉及電磁理論的科學著作。

1752年，本傑明·富蘭克林就通過風箏引雷電，證明了閃電是電的一種現象，後來他又發現了電荷守恆定律。電磁研究正式走上了科學軌道。

後來又有許多科學家發現了電的一些特性，如庫侖定律、伏打電堆（伏特）、安培等等，這些發現都是以科學家的名字命名，一直沿用至今。

1831年，英國物理學家、化學家邁克爾·法拉第發現了磁與電之間相互聯絡和轉化關係，磁場的變化會生成電場，發現了電磁感應和感應電流。

這位僅上過小學，通過刻苦自學成才的偉大科學家，取得了電力場理論的關鍵性突破，從而改變了世界，讓人類從黑暗中走向光明。

1865年，偉大的科學家詹姆斯·麥克斯韋在繼承法拉第研究的基礎上，將電磁學加以整合，提出了麥克斯韋方程組，推匯出電磁波方程，其計算出來的電磁波速度與光速相等，因此大膽預測光波就是電磁波。

麥克斯韋將電學、磁學與光學統合成一種理論，從此光電的研究蓬勃發展起來，一大批科學家的發現和發明，讓整個世界文明走向完全改變。

現在我們來說說電是怎麼發出來的。

電磁理論告訴我們，當一個導體對磁力線進行切割時，就會產生電流。

電磁感應現象產生的條件有兩點：1、閉合電路；2、穿過閉合電路的磁通量發生變化。

這二者缺一不可。

法拉第根據自己發現的這個額理論，發明出人類第一臺圓盤發電機

切割的方法有兩種，一種是導體閉合，導體不動，穿過導體環的磁通變化；另一種是磁場不變，導體相對磁場運動。這兩種變化都是通過切割磁力線得到電流。

發電機是根據第二種方式執行得到電流的。發電機由定子和轉子結合而成，定子中產生磁場，轉子在定子中旋轉，做切割磁力線的運動，從而產生了感應電勢差，通過接線端子引出，接通迴路，就產生了電流。

電勢差就是電流的壓力差，通俗的說法就是電壓。

由於在閉合電路中，正負極產生電勢差，電荷就會在兩端流動起來。

電勢差（電壓差）的定義：

電荷q在電場中從A點移動到B點，電場力所做的功WAB與電荷量q的比值，叫做AB兩點間的電勢差（AB兩點間的電勢之差，也稱為電位差），用UAB表示，則有公式：

WAB=WAB/q

式中，WAB為電場力所做的功，q為電荷量。

​若閉合電路為一個N匝的線圈電動勢能可用公式表達為:ε =N*ΔΦ/Δt（Δt→0）

式中，ε 為產生的感應電動勢，單位為V（伏特，簡稱伏）；N為線圈匝數，ΔΦ為磁通量變化量，單位Wb（韋伯） ，Δt為發生變化所用時間，單位為s（秒）。

請大家注意，發電的兩個必要條件是“閉合電路”和“磁通量變化”。

這是最重要的兩個關鍵點。

先說說“閉合電路”。

沒有這個“閉合”就發不出電來。也就是發電機發出的電經過導體必須有一個迴路回到發電機裡面，形成閉環，電流才能夠形成。

這裡說的導體就是前面說的金屬導線，發電就是通過電磁感應驅動到導線裡的自由電子流動。發電機發電是通過發電機發出的電場，通過導線，讓電流迴圈流動。

這也是我們在接駁電器時，需要對接火線和零線，火線就是流過來的電，零線就是迴路回到發電機。

即便用電池也是這個道理。

電子的流動並不是真的流向了遠方，而是一個個電子進行“接力賽”，將電流一個個運載傳遞下去，然後通過迴路傳回發電機。

因此發電機發電不是把自己裡面的電子流出去，不存流得完流不完的問題。

那麼磁通量變化又是怎麼一回事呢？

磁通量是表示磁場分佈情況的物理量。

設在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一個面積為S且與磁場方向垂直的平面，磁感應強度B與面積S的乘積，叫做穿過這個平面的磁通量，簡稱磁通（Magnetic Flux）。標量，符號“Φ”。

Φ=BS，適用條件是B與S

在磁場與平面不垂直的情況下磁通量計算公式

平面垂直。如圖，當S與B的垂面存在夾角θ時，Φ=B·S·cosθ。

通俗的說，就是一根具有閉合電路的導線切割磁力線，就會發生磁通量的變化，磁通量變化產生電勢差。

這是因為閉合電路中的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動的話，導體中的電子就會受到洛倫茲力，洛倫茲力屬於非靜電力，能引起電勢差，從而產生電流。

電勢差產生電場，以光速到達導體兩端，驅動電子定向移動，輸送電流。

那麼電流光速傳輸是怎麼回事？

發電機形成閉路的電勢能一旦形成，就以電場方式光速到達導線的兩端，以光速啟動電流流動，因此表現出電流速度相當光速。

我們還可以想象自來水龍頭，一開啟龍頭，就有水流出。但這個水不是剛從自來水廠流過來的，而是在水管裡積存著的。

導體也是這樣，一旦電磁場出現，積存在導線裡的電子就開始傳遞電流。當然電磁場傳遞速度是光速，而自來水只是機械力速度，水壓傳遞速度為水中聲速，每秒約1500米。

注意，這裡說的是電場以光速到達使用者，而不是發電機發出的電子直接“刷”的一下就光速到達使用者，也不是電子一個個“接力賽”這麼快的到達使用者。

電場一旦光速啟動，電場範圍的電子就會聞風而動，電流的傳遞就開始了，在光速範圍內，所有的電子同時啟動，感覺就像是電子傳遞達到了光速。

其實電子的定向流動是很慢的，每秒才0.1毫米，比龜速還慢。

但在電場裡，它是瞬時在一個光速範圍啟動的。

理論上我們可以理解為，在電磁波的傳遞過程中，電子並沒有真正的移動，而是在整個迴路中形成一個矩陣，這個矩陣由於電勢差而有確定的方向，即定向移動。這種移動實際上是在原位置上的震動，在這種震動中向一個方向傳遞電流。

何謂電場？

電場是一種特殊物質，它不是由分子或原子組成，但客觀存在於電荷即變化磁場周圍空間裡，是一種特殊物質，這種物質具有能量和力的屬性。

電場對放入其中的電荷做功，這種力稱為電場力。

計算電場力的公式為：F=qE

其中F為電場對點電荷的作用力，q為點電荷的帶電量，E為場強。

電場的傳播速度在真空中約光速，電的傳播速度實際上就是指電場的速度，而不是電子的速度，有人也把這種速度稱為電訊號。

“電”傳播過程為：電路沒有接通前，金屬導線中雖然各處都有自由電子，但由於導線內無電場，自由電子只會做無規則熱運動而沒有定向運動，導線中就不會有電流發生，整個導線就處於靜電平衡狀態。

當電路一接通，電場就會立刻以光速傳遞場源變化資訊，使電路各處的導線中迅速建立起電場，電場立即推動光速籠罩範圍的自由電子做定向漂移運動，形成電流。

因此，一個電源發出的電流，在任意方向只要開啟開關，幾乎同一時刻，都能通電。

而電場的產生，就是因為導體的兩端存在電勢差，也就是電壓，而電源的作用就是為了保持導體兩端電壓，從而使電路中有持續的電場力，確保電流的持續。

無論是發電機還是電池的供電形式，都具備這種性質。

在現實生活中，並不是所有的用電都是從發電機直接輸送到終端使用者，根據使用者需求不同和為了減少線損，還需要經過變壓、增壓、減壓等過程。

結論：電流不是發電機裡面電子流出，而是電場力使導體裡的自由電子定向移動，電子在其中只起到“搬運工”的作用；而這個“搬運工”只是通過震動來回傳遞能量，作閉環運動，並沒有實質性移動；只要電場存在，“電子”就永遠流不完。

電流達到光速，不是電子移動速度多快，而是電場傳遞速度達到光速，電場力驅動電流達到光速。