电流是由电子运动形成的，为什么发电机的电子一直用不完？

在人类文明的发展历程中，电的发现和应用是一个重要的里程碑，时至今日，电已经深深融入了我们日常生活的方方面面，成为了不可或缺的一部分。

据我们所知，电流是由电子运动形成的，所以我们似乎可以认为，在一台发电机向电器设备供电的时候，应该是在源源不断地向电器设备发送电子，然而我们从未见过发电机把电子用完的情况，这就有点令人疑惑，为什么发电机的电子一直用不完呢？

要搞清楚这个问题，我们不妨来看一张非常简单的电路图（如下图所示）。

物理老师告诉我们，导体中的自由电子只有在有规则地定向运动时，才会形成电流，那如何让这个电路中的电子做有规则地定向运动呢？答案当然是，将这个电路中的开关闭合起来。实际上，这其实就是电流形成的一个必要条件——闭合的通路。

我们将这张电路图中的电源视为发电机，就可以得出，在发电机正常供电的过程中，电路中的电子其实并不会被消耗掉，而是处于一种“循环使用”的状态。

我们可以将其简单地理解为，电子源源不断地从发电机的负极“出发”，而与此同时，电路中的电子又在不停地“回到”发电机的正极。

你可能会问了，电流的方向不是从正级到负级吗？为什么要说电子会从发电机的负极“出发”呢？

这其实是因为在人们最初提出电流这个概念的时候，并不知道电子的存在，而只是根据当时实验观察的现象定义了电流方向，尽管后来人们发现电子的运动方向与之前定义的电流方向是相反的，但由于这个概念用得太久了，就一直没有改过来。

需要指出的是，在发电机给电器设备正常供电的过程中，其实并不是从发电机负极“出发”的电子在独自做定向运动，实际上，在此过程中，发电机在电路中的作用，其实是为整个电路提供了电动势，进而对其中所有能参与导电的电子施加了电场力，并驱使它们几乎同时开始做定向运动。

（如上图所示，电路中其实充满了自由电子，在我们把开关闭合的一瞬间，电路中所有的自由电子会几乎同时开始做定向运动）

为什么要说“几乎同时”呢？因为电场的建立和传播速度是有限的，不过这个“有限的速度”非常快，大约为每秒30万公里。

是不是觉得有点眼熟？是的，这个速度其实就是光速，也正因为如此，我们通常都会说：电的传播速度是光速。

但需要注意的是，电的传播速度并不是电子定向运动的速度，实际上，在形成电流的时候，电路中的自由电子在电场力作用下的定向运动速度其实是非常慢的，具体有多慢呢？

这样说吧，在理想情况下，当强度为1安培的电流通过一根直径为1毫米的标准铜导线时，这根导线内的自由电子的定向运动速度大概只有每秒钟0.1毫米，可以看到，这样的速度可以说是低得令人发指。

综上所述可知，在发电机给电器设备正常供电的过程中，虽然电流是由电子运动形成的，但电子本身却并不是“消耗品”，在形成电流的时候，它们在电路中始终会处于一种“循环使用”的状态。

我们可以将其简单地理解为：对于发电机来讲，它的负极会持续地发送出电子，与此同时，它的正极又会源源不断地“回收”电路中的电子，在这样的情况下，发电机的电子当然就一直用不完了。

你可能又会问了，以上所述的原理只是基于直流电的，那交流电呢？

其实道理都差不多，简单来讲，交流电其实就是电流方向随着时间作周期性变化的电流，而要形成这样的电流，同样也需要闭合的通路，不同的只是，在这种闭合通路中自由电子的定向运动方向一会儿向前，一会儿向后，但在整体上，这些电子仍然处于一种“循环使用”的状态，并不会被消耗掉。

那么，如果说电子没有被消耗，那平常我们用电的时候，消耗的到底是什么呢？

简单来讲就是，我们消耗的其实是电子定向运动时所携带的能量，这些能量会通过各种效应（如电磁效应、热效应、化学效应等等），转化为各种形式的能量（如机械能、光能、热能等等），进而驱动电器设备的正常运转。