电子围绕两原子运转构成了原子家庭——结构元，然后构成世上万物

在上一章，大自然的热和光告诉我们，物质原子的核外电子是以一定的速率规律运转着的，而且速率是随温度而变化。在本章则要讨论核外电子是在以怎样的线路运行。

运动是自然物质的普遍规律，自然界的宇宙天体、板块漂移、动物迁徙、交通运输的流向、体内的物质代谢，这些运动不仅有速度，而且有其特定的线路。物体自然特性与其运动线路相存相依。

自然界的物体，岩石、金、银、铜、铁等各种金属，硅、磷、盐、糖、冰、雪等各种非金属物体及其化合物，大部分都是以晶体形式存在，晶体的各原子精确排布，稳定重复，结构极具规律。大自然的晶体物质是如何构成，原子之间如何相互联接？是人们竭力探索的问题。

价电子数相同的元素，其晶体结构往往雷同。如金、银、铜等１价金属它们的晶体结构全部是面心立方体；２价的铁、镍的晶体是体心立方；４价的碳、硅的晶体则是金刚石结构。１价金属体不可能呈现金刚石晶体结构，这是大自然在提示着我们：晶体的构成与原子的价电子密切相关。

通过本章进一步的探索我们会发现，晶体的构成不仅与原子的价电子数目密切相关，而且与价电子运动的路线密切相关，核外电子的规则的运动线路是构成物质结构的纽带；是原子之间相互联系形成晶体的直接原因；是关联物质的各项性能的关键因素。

在中学课本中我们已经了解到，物质的核外电子是在绕着原子核作高速旋转运动。在此我们要放开思路，考虑电子可能的旋转运动线路有：1．绕什么旋转——绕一个核心旋转、绕两个核心旋转，还是绕多个核心旋转？旋转半径几何? 2．是平面的圆（椭圆）运转或空间的球面（橄榄球面）运转？

现在，一般认为原子所有的电子在任何温度条件下，都是围绕着一个核心呈空间球面无规律运转，形成电子云，这样的认识是有很大的局限性的。

认识的由来

人们对原子结构及电子运动的认识，是与原子的光谱实验分不开的。1859年，德国学者发明了分光器（其实就是三棱镜散射）。当以火焰、电弧等方式灼热各种物质的气体或蒸气时，它能发出不同波长的光，经过分光器散射，得到物质的光谱。

随着光谱分析的精细化，人们对原子结构的认识有了长足的进展。了解到原子中电子是按能级，按稳定结构，呈球状，绕原子核均匀排布。其运转频率形成了光谱，光谱实验的结果与数学计算的数值惊人地吻合，取得了巨大的成功，光谱分析的结论得到广泛的推广应用。

然而就在这推广中产生了疏误——温度条件。光谱实验时，是把待测物质加热成灼热气态，物质发光，得到光谱。灼热气态物质的密度比液、固态相差上千倍，其他物理性质更明显地存在着不可比拟的差别。从微观看，呈灼热气态物质时，核外电子运转的速率比常态下要高得多，其运转的线路也有很大的差别。

光谱实验得到的光谱是灼热的气态物质的光谱，所反映的是灼热气态原子的结构和核外电子运动的规律。把灼热的气态的物质结构和核外电子运动的规律，照搬到比之低几千摄氏度的液体和固体之中，认为常温下的气体、液体、固体的核外电子也是如同灼热的气体一样，呈球状绕着一个原子核、无规律地旋转。用如此僵化的观点看待核外电子运转，忽视环境与条件，忽视物质特性与温度条件相依相存的自然事实，忽略核外电子的运转随外界条件变化的客观事实。迷迷糊糊的生搬硬套，如同刻舟求剑。“电子云”给物质探索带来了几十年的迷茫。

温度变了，核外电子的运转也随之改变，水流船移，时过境迁，必须面对变化了的客观实在。温度不同，物质的宏观状态不同（气态、液态、固态）；宏观性能不同；其微观运动的线路、速率也必然不同。忽略物质构成和运动的客观条件，必然陷入形而上学的桎梏之中。

事实上，物质所表现出的所有特性，如：气态、液态、固态、相变；脆性、塑性、传热、导电、超导等都是在一定温度条件下所具有的，原子核外的电子运动的线路、速率，都与温度条件紧密相关。

自然的启示

在常温下，在我们周围的大气里，氢、氧、氮气等同种元素的原子，它们总是两两紧密结合成分子存在着，它们为什么不是单个原子出现？在化学作业中，方程式中的氢气、氧气也要配平，写成 O2 、 H2 ；写成 O1 、 H3 就错了，为什么？

这是事实，这是大自然在告诉我们，同种元素的原子一般都是两两紧密结合，成双成对地存在着。物质在温度较高的气态尚且如此，那么在温度较低的液态和固态，物质的内聚力更大，原子间结合得更紧密，原子间的成双成对的结合不会分开，必定是保持在液体或固体之中。

原子间这样成双成对地结合，继而构成物质，如同我们人类两两结合成家庭，继而构成社会。我们把原子间两两结合构成的原子家庭叫做结构元。原子就是先结合成结构元，然后才构成物质。这就是大自然的启示。

我们再来看看大自然的座次表——元素周期表，原子核最外层电子数——价电子，总是从1到8一个周期，而外电子数已是8 个的则是惰性气体，惰性元素的化学性质十分稳定。这就是大自然告诉我们：核外电子数达到8个就达到稳定状态。

在化学实验中，不同元素的物质较易发生的化学反应一般都是使生成物的共有外电子数之和达到稳定状态（8个或8的整数倍），形成几个相扣的结构元，组成分子，如： CO2 、H2O等。形成稳定状态，分子共有的８个电子均衡稳定地环绕运转，不需要电子有很高的速率，所以形成稳定状态的化学反应，总是放热反应，在形成稳定状态的过程中，核外电子总是降低速率、辐射能量。

当温度下降，物质凝华成液态或固态，物质的内聚力更大、更稳定，分子的这种结合不会分开。那么，各种物质是怎样来满足核心对电子的需求，核外电子是怎样运动达到或趋近稳定状态，怎样实现这样的结合的呢？

价和运转——结构元

上述启示告诉我们，除惰性气体以外，所有元素的单个原子都不能独立存在（即：除惰性气体以外，自然界没有游离状态的原子），或者说单个原子都是处在不稳定状态。然而，除惰性气体以外的自然物体是稳定的，自然物体的稳定是怎样达到的，稳定的物体结构是怎样形成的？

我们知道，核外电子绕核运转，是因为原子核（质子）带正电荷，对带有负电荷的电子有强烈的吸引力。原子核对电子的引力不会到原子边缘戛然而止，而是会无限延伸（引力与距离的平方成反比），这样，所有原子都有能力吸引附近原子最外层不稳定的价电子，相邻原子相互吸引对方不稳定的外层电子，形成了价电子共享。由于受到于泡利不相容原理的限制，这种相互吸引不会造成混乱，而是遵循泡利原理，每个电子轨道上只能有一对电子稳定运转。共享的一对价电子在两个原子核的共同作用下，围绕着两原子核心呈椭圆形的轨道高速运转。

所有原子的内层电子的排列是稳定的，我们把原子核及其稳定的内层电子叫做核心，原子最外层的价电子的运动线路是围绕两个核心，同时受两个核心控制（共享），我们把同时围绕两个核心、促使两核心稳定结合在一起的价电子运转叫做价和运转，参入价和运转的价电子叫做价和电子。每个价和电子轨道上只有一对电子运转，正是这种稳定的价和运转把原子连接起来，构成了物质、形成了晶体，我们把一对价和电子围绕两个核心运转所结合成的整体叫做结构元。

结构元是构成物质的又一级基本单位，除惰性气体以外所有物质的原子都是两两结合成结构元，再由结构元构成大千世界的各种物质。见图4-1中。

其实人们用X射线衍射法早已观察到了电子的价和运动。在［美］C·基泰尔所著《固体物理导论》第70页上写到：“在硅中，两个最邻近的原子中点处的电子浓度与计算出来的两个自由原子的电子密度交叠处应有的电子浓度相比较，有显著的增高。”这里，两原子中点处高浓度电子实际上就是价和电子。

当物质呈化合状态时，不同元素的原子相互结合，以使共有的外电子数达到稳定状态（即8 或8 的整数倍）形成多个结构元的结合；当物质呈单质状态时，相同原子则两两结合以达到自身的稳定状态，然后再依照温度条件形成多个或单个结构元的结合。物质呈气态时如此，物质呈液态或固态时同样如此。

如图4-1，中部：一对价和电子围绕两核心运转,形成结构元；左部：在固体物质中，价和电子在平面轨道上稳定运转，结构元间位置相对整齐固定，形成了稳定有序的固体架构；右部：在液态物质中，价和电子的运转轨道不在固定平面，物质的内聚力方向紊乱，不能形成连续架构，结构元之间如链如环挤在一起，不停运动。

从元素周期表中，我们可以看到原子的内层电子都是按2、8等排列，形成稳定的电子层，所以内层电子一般不会参入价和运转。

物质的运动决定着物质的性质，核外电子的运动状态（线路、速率）决定了物质的结构及由此产生的各种特性。价和电子的运转，形成了结构元，并决定了结构元相互连接方式，形成了液、固体物质的内聚力，从而构成了各种物质；使物质呈现不同的相态，息息关联着物质的各种理化性质。

构成物体的力

山岗岩石、土地房舍、楼宇建筑，除了江湖海洋，我们周围大多数物质都是以固态呈现在我们眼前。

在常温下，物质分别以气、液、固态存在，在很低的温度条件下，所有的物质都呈固态，水结成冰，二氧化碳凝结成干冰，空气中的氮和氧等也都凝结成液态，继而凝结成固态，固态是物质的最低的能量状态。

包罗万象的物质，依照其原子成分，可分为单质、化合物及混合物，固体的种类也是按此划分。单质依照其物理特性又分为金属和非金属，大多数固体物质的原子都是按一定的规律整齐有序地重复排列——形成晶体，所有固态金属都是晶体结构。

固体不会像液体那样充满容器，又不会像气体那样被压缩。固体物质一般都能自立于自然界，有固定的形态，有一定的强度，有抵御外力破坏的能力。

有些物质的强度好、硬度高，能抵御较强的外力，一定是原子之间的联系更加紧密，有能使原子连接紧密的内力。能抵御外力，必有较强的内聚力，于是我们就来探讨物质的内聚力是如何形成的，原子是如何建立起固体的结构，如何形成规则有序的晶体。

构成物体的内聚力包括价和力和价磁力。

价和力 物体能抵御外力，必有较强的内聚力，物体是由原子组成，原子间哪来的力——原子内最明显的力是原子核对电子的吸引力，这个吸引力是没有边界的，即核对电子的吸引力会超出原子之外。

当核外电子数不是8,原子处在不稳定状态，两个原子相互吸引对方的外层电子，形成了价电子的价和运转，价和运转把原子结合成了结构元。这样，就把原子核对电子的引力——库仑力的部分变成了两原子之间的结合力，在这种结合力的作用下，结构元内的两核心结合十分紧密，我们把结构元内使两原子之间这样形成的结合力叫做价和力。

价和力是构成物体的主要内力。在固体物质内，价和电子在平面轨道运转。趋稳特性使核心吸引相邻核心的外层电子构成结构元。遵循泡利不相容原理，即每个电子轨道只能有一对电子运行的原理，每个价和轨道是由相邻原子各出一个价电子组成，形成结构元。每个原子有几个价电子，就能构成几个结构元，每个原子有几个价电子，就有几个结构元环绕。因此核心只有按一定的空间几何位置分布，才能使得价和电子运行线路最短，以利共同控制。 正是结构元按空间几何位置分布，才构成了自然界的晶体。

如Ⅳ族元素碳、硅等，其外层有４个价电子，这４个电子在空间绕自身与相邻的４个原子核进行价和运转，构成了４个辐射状的结构元。该族所有的原子都像这样1个连着４个，这些结构元遵循最短线路的原则，向周围三维空间均匀、有序地排布，从而把原子结合成连续有序的金刚石晶体架构，构成了稳定的晶体物质，形成了Ⅳ族晶体的点阵结构──金刚石结构（见图4-2左）。

金刚石结构                 菱方结构

图4-2晶体的结构

在价电子大于3的固态的单质或化合物中，原子也都是整齐有序地排列，形成各种晶体。价和力是这类物质的主要内聚力。

　　同样的，Ⅴ族元素如砷，其一个原子通过５个结构元在空间与５个原子连接，形成了菱方结构的晶格（见图4-2右）。

由于同一族元素有相同的价电子，而晶体结构与其价电子所构成的结构元的组合息息相关，无数个这样由结构元连接而成的几何形体在空间扩展开来就形成了整齐有序的晶格点阵。所以同一族元素的晶格结构完全一样或大部分相同。

正是因为价电子的价和运转在每个原子的周围构成了相应数目的结构元，才构成了如此多姿的晶体世界，若按传统理论，只考虑原子间的引力与斥力，如何能构成晶体？就算是形成了晶体，那所有的晶体将是呆板雷同的。

价和力是促使两原子结合在一起形成结构元的主要内力；价和力还是促使原子结合形成液体、气体的主要内力。

价和力与价和电子运转速度的平方成正比，与运转半径成反比，价和电子的速率越高、两核心的半径之和越小，价和力就越大，原子之间结合得越紧密。

动能是与速度的平方成正比，价和电子运转的动能也就构成了结构元内两原子之间的结合能。

在价和电子组成结构元，形成价和力的同时还伴生着另一种力——价磁力。

价磁力 在上一章我们讲到，电子的运动伴生着磁场。作直线运动的电子伴生着旋转的磁场，作旋转运动的电子则在其旋转平面中心的垂直方向伴生着平行的磁场。

价和结构                价磁力结构

图4—3

同理，当价和电子高速运转时，在旋转平面中心产生着南北向的较强的磁场，这些磁场力南北极相互吸引，把结构元相互紧紧吸引在相对固定的位置。于是这就形成了构成物质内另一种内聚力，我们把价和电子运转时在垂直于运转平面所产生的磁场力简称为价磁力。

图4-3右图为金属物体（如铜、银、铝）的结构示意：棱形表示价和电子运转轨道所在的平面，上下两平面相互平行，价和电子运转所形成的价磁力南北极相互吸引，使结构元相互紧紧吸引，使结构元的位置相对固定。同时还有处在与此平面垂直位置的价和电子的运转，形成三维方向的价磁力，构成了金属结构。

金属物质中，结构元之间主要是靠价磁力维系其结构。例如铜，铜元素只有一个价电子，每个铜原子只能与相邻的一个原子结合成一个结构元。当价和电子高速旋转时，在旋转平面的垂直方向伴生着较强的价磁力，价磁力位于价电子的旋转中心南北指向。相邻结构元的价磁力南北极相互吸引，使价和电子的轨道相互调整到彼此平行的位置且稳定运转，上下、左右、前后对应排列，相互平行，构成了面心晶体，形成了金属结构。

由于金属结构元间是靠价磁力维系其结构，每个结构元如同微型磁铁相互吸引，结合在一起构成了金属体。受到较大外力时,结构元之间能相互滑移换位，重新结合，因而金属具有较好的延展性和塑性。

由于金属结构元间是靠价和电子高速运转所伴生的价磁力维系其结构，高速运转的价和电子伴生着电磁波，金属内的电磁波稳定、有序、相互接力，这样的电磁波密集强大，形成整体。自然光波不仅不能进入金属内，反而被密集的电磁波所反射，所以光洁的金属表面有漂亮的金属光泽。

当平整光洁的两金属物体表面紧密接触时，在接触面产生一种引力，这个引力就是价磁力。

价和电子运转所产生的价和力、价磁力形成了物质的内聚力，构成了各种物质的形体结构，构成了物体的强度，导致了物质的各种特性，构成了丰富多彩的物质世界。

价和力、价磁力实质上是来源于原子核对电子的引力，大自然把一个引力、不同元素的数个核外电子，演绎成如此精彩纷呈的物质世界，简洁天成、系统和谐，实在是鬼斧神功。

现代物理把万有引力、弱力、电磁力、强力称为宇宙间物质的四种基本相互作用力。综合以上分析，自然界使原子相互结合在一起，构成物质的弱力，实际上就是来源于质子对电子的吸引力——就是电磁力的外延。

面对世上各种物质的构成，现代物理学、化学奉行着各种键理论，见到金属物质就建立金属键理论，面对非金属晶体就提出共价键理论，面对化合物就建立离子键理论，这些种盲人摸象的理论十分牵强：电子云的重叠如何能耦合成键？使物体结合的键力是从哪里来的？熔化时物体的键如何丧失，凝固时键又如何形成？

价和力、价磁力实质上是原子核对电子的引力促成价和电子向心运动所致，也就是说原子之间是通过价和电子的向心运转而维持其相对位置的。联想到宇宙天体、世上万物无不是在引力和向心力的作用上而保持其相对位置，这种不谋而合使得自然的法则更加和谐、系统。

金属的内力

纯的金属一般都易于传热、导电，有金属光泽，有一定的强度，有延展性，遇高温时塑性增加，达到一定的高温能熔化成液态，能与不同金属互熔构成各种合金。

金、银、铜原子只有1个价电子，是典型的金属。我们先就这单个价电子的物体进行讨论，例如铜。铜原子最外层只有1个价电子，两个原子之间只能构成1个结构元，在一根铜丝里头有上亿个结构元，价和电子运转所产生的价磁力是铜丝的主要凝聚力，结构元间的价磁力使其晶格整齐有序地排列，形成连续扩展的面心立方。

金属的温度效应——变软、熔化将在“相变原理”一章讲述。金属的导电性能将在“电压的形成与导电原理”一章讲述。金属的传热性能将在下面与非金属对比讲解。

有2个价电子的代表金属是铁，钢铁是人类最大量使用的金属，有3个价电子的代表金属是铝。

铝原子的外层有3 个价电子，3个价电子只能构成1个平面，在球体的原子表面是不可能均布稳定的，于是有2个价电子排在次外层，1个价电子在最外层。这个最外层的电子参与价和运转，所以铝具有与铜、银一样的晶体结构和类似的物理性质（铝与铜、银一样有很好的传热导电性能）。同时，由于铝的3个价电子不均布、不稳定，它能和许多不同化合价的物质起反应，也能与一些酸或碱起反应，化学性质十分活泼。

同是3价的硼，5个核外电子呈2、3排列，3个价电子在原子表面不可能均布稳定，内层的电子时常加入价和运转，所以硼不显金属性能。

而4价的锡、铅，5价的锑的内层电子呈2、8……规则排列，由于原子量大，排列层数多，外层部分电子进入次外层，而最外层只保留了1～2个价电子，构成1～2个结构元，价磁力是主要内力，因而具有金属的性能。

强度　　固体的强度是人们最感兴趣的问题，人们希望建筑材料轻质高强、希望金属材料坚固耐用，强度是指物体抵御外力破坏的能力。要抵御外力物体必须得有较大的内聚力。

物体的内聚力是由价和力与价磁力所组成，这两种力都是价和电子运转所导致，并且，价和力正比于价和电子速率的平方，反比于价和轨道半径。因此，在以价和力为主要内力的非金属电材料中，价和电子速率越高、原子半径越小，物体的内聚力就越大，物体的强度就高。

在金属物体中，价磁力是主要内力，价磁力实质上也是由价和电子的运转所形成，价磁力正比于价和电子速率的平方。所以物体内价和电子速率越高，原子半径越小，价磁力越稳定，物体的内聚力就越大，物体的强度就高。

此外，参入价和运转的电子增多，使得结构元增加（在晶体结构范围内），价和力、价磁力的密度增加，物体刚性好，物体内聚力增大，硬度增大强度提高。

　　人们在实践中采用了许多增加物体强度的措施（如钢的渗碳淬火、混凝土的养护等），其实质就是增加价和电子速率和有限地增加价和电子数量。

硬度 一把小刀，可以削木头，却削不动玻璃，玻璃角可以划伤小刀，而小刀的刀口在玻璃上打滑，留不下任何痕迹。为什么玻璃能划伤小刀而小刀不能够削玻璃？这里，有一个硬度问题。

硬度是原子（结构元）之间结合紧密程度。原子之间结合得紧密——价和电子速率高，价和力较大，物体的硬度就大。外物体的结构元就不能进入其间，反而能楔入外物体。

碳原子的核心半径很小，价和电子的速率很高，所以其价和力较大，加之有4个结构元形成金刚石结构，外力极难损坏。宏观的表现就是：金刚石的硬度极高。

纯的金属物体的结合力是价磁力，外力能使结构元之间相对滑动位移，因而，纯金属的硬度不大。

因为玻璃（氧化硅）原子之间结合得较紧密，价和电子速率较高，价和力较大，而小刀（铁）原子结合成结构元之间的价和电子的速率相对较小，价磁力较小，所以玻璃的硬度较大，能压入小刀表面、划伤小刀。

脆性　　虽然玻璃的硬度比铁大，但是用小铁锤轻轻一锤它就破碎了，用一根木头也能轻易砸碎它，这就是许多固体物质所表现出的脆性。

脆性物体一般是价电子数大于3 的非金属及其化合物。在脆性物体中价和电子多，结构元彼此相互连接，建立了相互牵制的整体性结构，物体受外力时结构元相互牵制不能换位移动，表现出很好的整体性。当外力突然较大时，只要损坏了几个结构元，这些结构元的价和电子逸出，造成价和运转的混乱，使结构元连续解体，物体全线崩溃、破碎，呈脆性。如陶瓷、玻璃、白口铁等物体内价和电子多，结构元互相牵制，故这些物体的脆性大。

当外界温度降低，物体内的价和电子速率降低，使得价和力减小，物体的强度降低、脆性增加，即所谓冷脆。

塑性　　温度升高或减少价和电子数量，都能使得物体的塑性增加。

金、银、铜等金属的原子外层仅一个电子，金属内的结构元靠价磁力联接并保持其位置，受到较大外力时，结构元能在其间换位移动、重新结合，因而塑性较好，延展性也很好，纯金能制成非常薄的金箔。

在一些2价金属物体中，随着温度的升高，参入价和运转的电子减少，其结构元就少，由结构元所形成的价和力的密度减少。使得价磁力在固体结构中的作用相对增加，结构元之间主要靠价磁力相互吸引，这样，物体在受外力时结构元一般不被破坏，而是在物体内移位补充，物体呈塑性。

如铁在常温下是两个价电子组成两个结构元环绕一个原子，在高温情况下，核心收回一个价电子，形成铜一样的结构，使得塑性增加。

在塑性物体中加入少量的脆性物质，能使其内部结构元增多，能够增加其硬度或强度，如在铁中加入少量的碳，就形成钢。钢比铁的硬度高、强度好。

在脆性物体中加入少量的塑性物质，可降低脆性，增加强度，如：在玻璃中加入少量的金属。由于金属中的价电子较少，结构元少，散布在脆性物质中，替代了非金属中多结构元的原子的位置，使脆性物质内出现了少量的架体结构不连续，价和力中断；而由价磁力补充其间的情况。这种玻璃杯在局部突然受热时，由于价和结构的中断(不连续)，局部增加速率不会受到整体的牵制，亦不会对较远处的价和运转有直接的影响，因而这样的杯子不会炸裂。由于价磁力的缓冲作用，掉在水泥地上也不会摔破。

有些脆性物体在温度升高的条件下，脆性消失，塑性增加（如玻璃等）。金属物体在高温条件下其延展性、塑性增加。这是因为温度升高，使得部分价和电子离开原在平行平面，而在一定的角度内的空间内进行扭曲运转，从而导致价磁力方向紊乱，物质内聚力不像低温时那样整齐稳固，遇外力时，结构元之间容易移动换位，于是物体塑性增加，趁热打铁就是这个道理。

以上用核外电子规律运动原理简要地说明了各种晶体的形成机理，阐明了固体物质的强度、塑性、脆性，以及金属的光泽、延展性的形成。而用传统的化学键理论、位错理论是难以说明物质的上述特性的由来及其变化的。

传热问题

在中学，我们学习到：热总是由高温物质向低温物质传播。有的同学就想，热为什么就不能由低温物质向高温物质传播呢？这是因为热是物质核外的电子的运动现象，高温物质电子速率高，低温物质电子速率低。当一组高速的价和电子与一组低速的价和电子靠近时，两组价和电子相互影响，快的减慢，慢的加快，即高温的物质降温，低温的物质升温，这也是热只能由高温物质向低温物质传播的原因。

在中学我们还学习了热传递的三个途径，即热传递的三要素——热对流、热传导、热辐射。热对流很好理解，就是热从温度较高的物质，如热的液体、气体流向了温度较低的物质，也把自身的热带到了新的地方。

热辐射是不存在的，因为热是原子的电子运动的速度表象，这种现象是不能辐射的。高温物质辐射的不是热，实实在在辐射的是电磁波，或叫电磁辐射。（人们晒太阳、烤火，接收着辐射来的电磁波，随即提升了自身物质的核外电子的速率，提升了自身的温度，于是把电磁辐射叫做热辐射。）

核外电子绕着核心旋转着，电子的运转伴生着电磁波。当外界温度较低，核外电子就发生跃迁，降低自身的速率同时向外辐射电磁波；处在温度较低的核外电子就吸收外界辐射的电磁波，加快运转速率，即提升了自身的温度。

自然界的物质都是在这样不断地辐射着、接收着电磁波，维持着一个动态的相对平衡。

一直困惑着我们的是热的传导。人们早就注意到，不同的物体，其导热能力是不相同的，当固体物质局部受到高温时，金属物质传热快，而非金属物质及化合物传热缓慢。所谓的热传导，就是当物体局部受热时，物体内的某局部能量增加，促使电子（内层电子及价和电子）速率增加，而且影响到邻近结构元的核外电子的速率增加。

金属物质传热快，不是因为金属内有什么“自由电子”。而是因为金属内的各个结构元由价磁力维持其相对位置，每个结构元内的价和电子的速率相对独立，与其他价和电子的速率没有直接的牵连，不受其他结构元的价和电子的直接影响。金属受热时，因价和电子没有牵连，速率立即升高，使得价磁力增加，价磁力增加后，对邻近的结构元产生影响，邻近的结构元内的价和电子因而立即增加速率，以维持价磁力的平衡。这样，局部的升温，由于价和电子速率的较快增加和价磁力的增大而迅速地传播，从而导致了金属良好的导热性能。金属局部降温时，其低温的传播与此同理。

而非金属的价电子数较多，每个核心周围有4 个或更多的价和轨道的环绕，而每个轨道的另一端连着另一核心，另一核心又环绕着许多轨道，如此有序连续地构成了（充满）整个物体。每个结构元的价和电子的速率都是相互牵制的，它们的速率必须相对同步。当物体局部受热时，价和电子的速率受到周围结构元的制约，不能很快增加，因而热量也得不到较快的扩散、传播，故非金属物体的导热性能很差。

当非金属物体局部突然受热（冷）时，局部的价和电子的速率升高（降低）或是有升降的趋势，而未受热的部位的价和电子仍维持其原有的速率，于是在冷热交界处价和电子的速率紊乱，拥挤、移位，导致了结构元的损坏，由于其结构元之间是互相牵连的，结构元的损坏使得这一局部的价和电子更加混乱，与之相连的结构元纷纷解体，于是物体就炸裂了。如：玻璃杯中突然注入热水，热砂锅置于冷水中时，它们的炸裂都是这个原因。

微波炉

一般物质传热都是由表及里，由近向远逐步传播，而微波炉却能使食物内外同时均衡升温，由于物质内部传热不畅，而造成微波照射后的食物内部的温度还要高些的景况，微波炉为什么会有如此神奇的功能？

微波炉内有炉盘让食物旋转使加热更加均匀，然而微波炉最主要的器件是微波发射管（磁控管）。有了磁控管发出微波，才有上述奇妙的均匀同步的加热效果。

什么是微波——微波是波长在毫米波与米波之间的电磁波，也就是频率在3×10¹⁰到3×10¹³之间的电磁波，微波原来主要运用于无线电通讯和定位、导航。

20世纪40年代，在微波站的工作人员无意中发现，置于微波辐射下的食品被神秘加热，经过多次观察试验，发现了微波的这一能均匀快捷加热水和食物的功能，于是就申请了专利，制成了微波炉。

微波炉对食物的加热效果很好，而且穿透性很强。这说明食物——水和碳氢化合物的表面核外电子运转所伴生的电磁波的频率略低于微波的频率，微波能进入食物的表面（一般物质的表面价和电子速率略高于内部），在食物内穿透通行，食物的内外核外电子吸收附近的电磁波辐射，加快运转速率，于是就均匀快捷地提升了自身的温度。微波在金属炉壁内被来回反射，从多方位穿透、加热食物，食物就被均匀快捷地加热了。

用微波炉你还可以做一个实验：

Ａ．把一个装半杯水的杯子和一个空杯子同时放进微波炉。

Ｂ．把一个装半杯水的杯子和一个装半杯食用油的杯子同时放进微波炉。

微波2分钟，开门察看，哪个杯子的温度高？

为什么Ａ、Ｂ试验中都是有水的杯子温度会高些？这说明：

1．微波没有温度，有物质才有温度。

2．微波的频率对水的核外电子作用更大，工厂有意把微波炉频率调节到与水的核外电子速率相近。（这微波频率是试验出的）

3．盛水和食物的器具，瓷器玻璃等能让微波通行，但此频率的微波对瓷器玻璃材料的加热效果不明显，说明这些材料的核外电子速率与此微波不是十分相关。

4．微波在金属炉壁内被来回反射，说明金属内存在着稳定、有序、相互接力的电磁波，这样的电磁场构成了金属内密集的内聚力，强大内磁场挡住微波使之不能进入、更不能穿透，而是被来回反射。这说明微波不能用来加热金属，也不宜在微波炉内使用金属器皿。

相关事实又一次揭示了物质的核外电子的运动的规律，揭示了波与不同物质的相互作用的自然规律。而用现行的分子热运动理论、核外电子运动无规律理论难以说明微波炉的上述特性的由来，也难以说明微波与食物、陶瓷器具、金属炉壁之间的悬殊关系。

雷达隐身材料 用微波炉加热食物是电磁波（微波）与物质的相互作用，用雷达波探测飞机、军舰也是电磁波与机、舰表面金属物质的相互作用，金属对雷达波有很好的反射，于是飞机、军舰在雷达屏上原形毕露。如果机、舰表面的涂层物质的核外电子的运转频率与微波相近，则可以像食物一样吸收微波转换成热，雷达发射站将接收不到反射波，达到机、舰在雷达波中隐形的目的。

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