自來水是在水管內流動、輸送到家裏的。電能是不是也是在電線內流動、輸送到家裏的呢？
這個說法其實不夠準確，雖然電流在導線內流動，但電能是沿導線外的空間傳送的。電能傳輸的形式是電磁場。對於電磁場來說，最佳的傳播介質就是真空，因此用裸導線傳電訊號時（電磁場線上外的空氣裏傳輸），可以測得訊號速度為空氣中的光速。
用包有絕緣介質的導線傳輸時測得的是該絕緣介質中的光速。
對於電磁場，金屬反而是糟糕的傳播介質，因為金屬導體內電場強度接近零，而能流（專業名詞叫坡印廷向量）等於電場強度和磁場強度的向量積（向量積的意義就是兩者都非零時能流的大小才不為零，方向和兩者都垂直），因此經導體內部傳輸的能量是很少的。
為什麽我們平常認識的電路需要導線呢？
導線確實不是傳輸能量所必需的，很多手機都已實作了無線充電，電磁爐加熱鐵鍋時也不需要和鍋導通。我們需要導線是因為需要它導通電流，導通的電流能產生磁場，此外再加上電源提供電勢差使導線表面電荷密度變化產生電場，同時有電場和磁場後才有了顯著的能流。所以才看到了「對於直流穩態電路，回路需要接通才能用電」的現象。
對於時變電路，電路可以是斷的，斷開處如果有電容仍然可以導通。 也可以把電路斷開處做成適合發射和接收的形狀，以交變的形式驅動，電磁場就會形成電磁波散逸到大氣層中傳播到很遠的地方，這就是無線電的原理。
電池使導線表面電荷分布發生變化；紅色：電場，方向從正電荷出發到負電荷；綠色：電流方向；藍色：磁場，方向為電流的右手螺旋方向；黃色：能流，方向和電場磁場方向都垂直。大家可以自行驗證：如果電池的正負極反向，則電場、磁場方向都反向，能流依然是從電池流出沿導線外部空間傳播最後流入負載，因此交變電流也能持續將電能傳輸給負載。
中學階段學的電路知識被推翻了嗎？ 也不能這麽說。 對於經典電磁學問題，準確的分析需要求解三維空間中的麥克斯韋方程式組，這個過程太麻煩，在簡單的套用中我們不需要知道電路中每一點精確的電磁場分布情況，所以有一套理想化的電路模型（集總電路）來簡易處理大多數簡單的情況。
的確，並不是所有場景都能集總，比如有渦旋電場時會有一些電路定律出問題。 但這不能說簡化的模型就是錯的，而是超出簡化模型的適用範圍了，學會什麽時候能用什麽模型、適合用什麽模型才是學物理的關鍵。
本文摘自【科學世界】2024年第5期
作者 | 物貍子LePtC
新媒體編輯 | 張麗君
來源：科學世界
編輯：wnkwef
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