淺析物理電、化學(xué)電、生物電三者的區(qū)別與聯(lián)系

●申 奧

引言

“電”這種物質(zhì)大體上可分為物理、化學(xué)、生物三類。但是三種電在某些方面有很大的區(qū)別，同時(shí)，三種電又相互關(guān)系，甚至互相包含。本文論述三種電的區(qū)別與聯(lián)系，以幫助他人在學(xué)習(xí)中將三種電區(qū)別開(kāi)來(lái)。

一、區(qū)別

通過(guò)對(duì)高中知識(shí)的學(xué)習(xí)，筆者了解到除了物理中的電學(xué)，化學(xué)和生物兩門學(xué)科也含有與電學(xué)有關(guān)的部分。三個(gè)學(xué)科所包含的電學(xué)究竟有什么區(qū)別？筆者將從他們的內(nèi)容、本質(zhì)、應(yīng)用三個(gè)方面來(lái)闡述它們的區(qū)別。

（一）內(nèi)容

1.物理電學(xué)：（1）打雷、閃電等自然現(xiàn)象。（2）靜電：靜止的電荷產(chǎn)生電場(chǎng)，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引①。（3）電流：導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下做有規(guī)律定向運(yùn)動(dòng)就形成了電流。（4）感應(yīng)電流：穿過(guò)閉導(dǎo)體線圈的磁通量發(fā)生變化時(shí)，線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電流②。（5）電磁：物質(zhì)所表現(xiàn)的電性和磁性。電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生波動(dòng)，形成磁場(chǎng)，穿過(guò)閉導(dǎo)體線圈的磁通量發(fā)生變化時(shí)，線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電流。

2.化學(xué)電學(xué)：（1）化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中產(chǎn)生的電能，或者是電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，常伴隨熱量轉(zhuǎn)化和新物質(zhì)生成③。（2）利用高壓靜電放電讓電與化學(xué)反應(yīng)相互關(guān)系（放電化學(xué)）。

3.生物電學(xué)：生物電現(xiàn)象是指生命過(guò)程中產(chǎn)生的電流或電壓④。所有的生物都有生物電活動(dòng)，是自然界普遍存在的一種電現(xiàn)象。（1）神經(jīng)反射在正常情況下膜內(nèi)外呈現(xiàn)靜息電位，在受到刺激時(shí)產(chǎn)生動(dòng)作電位。并將這種電位傳遞下去，直到神經(jīng)元末尾④。（2）生物現(xiàn)象：如電鰻、電鰩，可以將自己的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成電能釋放出來(lái)。（3）光合作用中存在電能的轉(zhuǎn)化。

區(qū)別：物理中的電一般是通過(guò)物理現(xiàn)象產(chǎn)生的，化學(xué)中的電通常是由于發(fā)生了化學(xué)變化導(dǎo)致電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生電能，生物中的電是在生物活動(dòng)中產(chǎn)生。三種電的源頭不同，并且每種電都是與其對(duì)應(yīng)的自然科學(xué)中的現(xiàn)象產(chǎn)生關(guān)系，相互作用，因此三種電的作用對(duì)象也不相同。

（二）本質(zhì)

1.物理電：電荷的運(yùn)動(dòng)（電是由電荷運(yùn)動(dòng)或電荷之間相互作用產(chǎn)生，電荷本身不發(fā)生變化）⑤。

2.化學(xué)電：氧化還原反應(yīng)中物質(zhì)得電子、失電子所產(chǎn)生的電能，或者是利用電能讓物質(zhì)得失電子，將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能（電荷本身發(fā)生變化導(dǎo)致電的產(chǎn)生）。

3.生物電：整體性，生物性，傳導(dǎo)性，物質(zhì)性。一定與生物本身結(jié)構(gòu)有關(guān)，是生物質(zhì)能與電能之間發(fā)生轉(zhuǎn)化。甚至并沒(méi)有電荷的移動(dòng)而只是產(chǎn)生了電勢(shì)差（神經(jīng)元膜電位），可能只是一種電信號(hào)。

區(qū)別：物理電和化學(xué)電的產(chǎn)生都是由于帶電微粒的運(yùn)動(dòng)，但是機(jī)理不同，一種是整個(gè)電荷發(fā)生移動(dòng)，另一種只是電子（電荷的一部分）發(fā)生移動(dòng)。而生物電是由于生物本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)產(chǎn)生的，雖然本質(zhì)可能也是電荷的遷移，但是伴隨著生物現(xiàn)象。

（三）應(yīng)用

1.物理電學(xué)：應(yīng)用極其廣泛，電子信息無(wú)處不在，整個(gè)社會(huì)產(chǎn)值相當(dāng)高。

2.化學(xué)電學(xué)：（1）原電池：其原理是氧化還原反應(yīng)。一種物質(zhì)在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，另一種物質(zhì)在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，有新物質(zhì)生成⑥。（2）電解池：把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。讓電荷通過(guò)電解質(zhì)而在陰、陽(yáng)兩級(jí)發(fā)生氧化還原反應(yīng)⑦。

3.生物電學(xué)：利用生物電現(xiàn)象可以得到心電圖，醫(yī)療中還有生物電保健，電療法等。

區(qū)別：三者的應(yīng)用領(lǐng)域范圍有很大區(qū)別，物理電占據(jù)了電學(xué)的絕大部分，應(yīng)用最為廣泛，并且化學(xué)電和生物電的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)也少不了物理電的參與。化學(xué)電的應(yīng)用主要體現(xiàn)在電池的制備。生物電的應(yīng)用除了利用生物電現(xiàn)象之外還要利用前兩者。

二、聯(lián)系

物理電、化學(xué)電、生物電之間既有區(qū)別，也有聯(lián)系，本文將從應(yīng)用方面闡述三者的聯(lián)系。

1.電化學(xué)生物：電化學(xué)生物是由電生物學(xué)，生物化學(xué)以及電化學(xué)等多門學(xué)科交叉形成的一門獨(dú)立的學(xué)科，用電化學(xué)的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法，在不同生物體結(jié)構(gòu)層次上交接電荷的新型學(xué)科⑧。具體利用了生物體內(nèi)各種氧化還原反應(yīng)（如呼吸作用和光合作用），生物膜及模擬生物膜上電荷與物質(zhì)的分配和轉(zhuǎn)移功能，生物電現(xiàn)象等⑨。

2.生物電現(xiàn)象中的物理電與化學(xué)電：生物電來(lái)源于細(xì)胞的功能，但產(chǎn)生的這種電本質(zhì)上與物理或化學(xué)中的電是一樣的，都是帶電離子顯電性或是電荷的遷移。生命過(guò)程中產(chǎn)生的電流或電壓本質(zhì)上同物理電也是一樣的。

3.生物電池：利用生物或細(xì)菌體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的能量，將其轉(zhuǎn)化為電能⑩。

總結(jié)

物理電是范圍最大的電學(xué)，另外兩種電也或多或少地與物理電有關(guān)聯(lián)，揭示了電的本質(zhì)是粒子本身帶有電量?；瘜W(xué)電將物理變化與化學(xué)反應(yīng)兩種不同的變化聯(lián)系在一起，在物質(zhì)的轉(zhuǎn)化中產(chǎn)生電能。生物電來(lái)源于生物電現(xiàn)象，每種生物都會(huì)有生物電現(xiàn)象，所以生物電也與我們息息相關(guān)。三種電在內(nèi)容、本質(zhì)、應(yīng)用上都存在區(qū)別，但三者有互相聯(lián)系，相互包含。今后，在我們新項(xiàng)目的研發(fā)中，如果可以將三者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益將大大提高。

注釋：

①梅強(qiáng).初中物理電學(xué)部分知識(shí)探究[J].理化學(xué)習(xí)(教研版),2017(10):21-22

②王一波.高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“新途徑”[J].數(shù)理化解題研究,2017(12):58

③李悅.高中化學(xué)“原電池”學(xué)習(xí)進(jìn)階研究[D].河北師范大學(xué),2017

④許蕓.“興奮在神經(jīng)元間的傳遞”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].生物學(xué)教學(xué),2017,42(10):28-30

⑤薛朝偉.高中物理電學(xué)學(xué)習(xí)心得[J].科技風(fēng),2017(03):246

⑥何明宣.關(guān)于高中化學(xué)原電池教學(xué)思考和研討[J].數(shù)理化解題研究,2017(18):81-82

⑦宋曉盈.高中化學(xué)“電解池”學(xué)習(xí)進(jìn)階研究[D].河北師范大學(xué),2017

⑧左國(guó)防,王小芳.生物電化學(xué)與電化學(xué)生物傳感研究進(jìn)展 [J].儀表技術(shù)與傳感器,2010(07):16-18+45

⑨盧小泉,王雪梅,郭惠霞,杜捷.生物電化學(xué)[J].分析化學(xué),2016,44(12):1891

⑩李金賢.生物電池[J].中學(xué)生數(shù)理化(初中版)(中考版),2007