这个问题从我在高中学习电路的时候就一直困扰着我，在最近上模电课程的时候更是达到顶峰。电路中的电流就好像有着自主生命一样能够识别各个电路的状态，有效规避断路和问题路径，选择最优路径。
（虽然有的时候它也会GD地图一样不靠谱，找到一些奇怪的路径）
那么我们今天就和大家聊聊这个电路中电荷是如何形成电流的，这将会对你开启电路学习和电路分析有着极大的帮助。
电流的形成
电路中电子的定向移动。（记住这句话！）
常识性认知
我们本章用短路和断路来讲解这个电荷如何流通形成电流的原因。
（一般所有电路面临的选择问题都是基于电阻阻值的问题，过大或者过小类似的，我们采取断路和短路两个极端的例子，其他情况进行类比即可）
短路：
这是一个简单的用来测试短路效果的模拟电路,我们就我们的常识来说，这个S1闭合的时候LED1所在支路被短路，应该没有电子流过。
因为，S1闭合，为电路提供了一个阻力更小（阻值）的支路选择，这个时候的I=U/R，I急剧上升。
我们会认为电子选择了一个更加优秀的支路，绕过了R2和LED，完全不会经过R2,LED，在LED所在支路没有电流没有电荷。
断路：
这是一个简易的断路效果检测电路，我们的常识告诉我们，当S3断开，整个电路处于开路（断路）状态，这个时候的电路没有电流，没有电荷。
这是因为开路就像串联了一个无穷大的电阻，I=U/R，R~∞，所以I~0。
这是不是很多老师和我们所说的，用电阻来辅助我们分析。
当然还有一个理论，就是“试探性”理论，这个电流像是有生命一样，它以极快的速度流经了整个电路，发现了这个支路的异常状态。
在我心理学大师的暗示下，我相信你们已经产生了疑问，那就是电荷！
电流产生的本质——电子
学过高中物理的同学都知道，电路中电流的产生是因为电子的定向移动。在电路中，电子（负电荷）从电源的负极出发，经过导线、用电器等元件，最终回到电源的正极。
我们习惯性认为是因为回流形成了一个完整的通路所以有了电流，所以这才有了上面的各种理论。
在这里，大家可以思考一下，短路和断路状态是如何形成的。
没错，这个问题的关键点在于电子是如何移动的。
电子的移动方式
在漫长的学习过程中，实际上我们已经窥探到了这其中的原因，但是我们并没有抓住它。
在高中学习了电路的分析后我们学习的第一个东西——电场。
我记得这个东西可是难倒了一片学生，包括我在内。什么带电粒子在电场中的运动（复合场、非均匀场）、电场的叠加、粒子的散射等等，说的我头都大了。
在这里，我们学到的核心知识点——电场力是电子在电场中运动的重要原因之一，电场是引发电荷的重要条件。（电荷还受磁场力、外力等影响，这里仅讨论电场）
到这里相信你已经恍然大悟，拍案叫绝，但是先不要着急去和你的小伙伴分享你的发现，我们再剖析一下刚才我们的常识性认知中的短路和断路。
基于电子运动方式的电路异常分析
在揭开真理的面纱之前，我先纠正一下大家对于电荷移动速度的错误认知。
电子的移动速度
在常识性认知中，我们认为电子的移动速度非常非常的快，几乎可以用光速来形容，是因为我们在电路导通的一刹那就可以从元器件上看到电路导通的结果。
实际上，我们在了解了电子的移动原理后发现，它是由电场力推动所产生的运动，在自身上体现为“漂移速度”移动的，这个漂移速度通常是由几毫米每秒。
但是真正让电路快速建立的，是电场。电场的建立速度非常快，接近光速，所以整个电路中的电子几乎同时收到电场的作用从而快速形成完成的电路。
所以，我们知道这个电子快速试探的理解方式是错误的。
电子的识别真相
最后，也是本章最后的内容，电子它真的识别到了所有的支路情况做出选择了吗？
以下是几个Multisim的仿真结果图。
短路后：
断路后：
你会发现短路的结果和我们认知的不一样，它内部还是有电流的啊。
在前文中我对这个电子运动状态进行了阐述和解释，它是由这个电场驱动产生的运动。
也就是我们的疑问还是停留在在了这个电路自主识别的认知上。
实际上，电场并没有那么只能，它会沿着布满各个支路，产生这个自主识别的根本原因在于不同支路的电场强度。
电场强度（E）与电势（V）的关系：E=-dV/dX
(X—沿着电场线的距离，dV/dX—电势沿着电场线方向的变化率）
电场强度与电流（I）的关系式：I=∫J⋅dA（对电流密度的积分得到）
（这里知道电场强度实际上和电流也有关系即可）
对于感兴趣的朋友，我在这里也列出一下这个公式的推导过程（加粗标蓝是向量）：
欧姆定律：V=IR
电流密度：J=σE （J-电流密度：单位面积上的电流，σ 是材料的电导率）
欧姆定律微分形式：J=σE（J-电流密度矢量，E-电场强度矢量）
电流的连续性方程：∇⋅J=−∂t/∂ρ(∇⋅J-电流密度的散度,ρ 是电荷密度，t 是时间)
电流的积分形式：I=∫J⋅dA（对电流密度的积分得到）
（这个生活中很难碰到，看看就可以）
也就是说，我们所看到的实际现象就是因为电场强度差异而导致的误解。
断路：是因为电场无法在断路点处有效建立。断路点处没有导电路径，电子无法继续移动。
行为：断路点处的电子无法形成连续的电流，因为电路不完整。电场无法贯穿整个电路，电荷在断路点处无法继续移动，因此没有电流。
短路：是因为在短路路径上，其电场强度远大于被短路路径，电子被吸引到了短路路径，但实际上还是会存在一点电子被被短路路径的电荷所吸引，产生微小电流，实际中我们可以看到这个电流非常的小，小到可以忽略不计。
但是我们不能说这个被短路路径上不存在电荷，这是一个错误的说法。
电子的堆积问题
当我们了解了电场是遍布在每个路径上的，这是不是引发了一个新的问题：
我们从负极发出的电子会因为断路，无法回到电源正极，从而堆积在断点上呢？
答案：不会。
从电荷分布来看：在电路中的电荷（通常是电子）是均匀分布的，所以电荷并不会在断点堆积，而是重新分布以保持电中性。
从电场建立来看：在断路处，由于电路不完整，电场无法建立。这意味着电子在断点处不会受到电场力的作用，因此不会发生堆积。
电子的均匀分布又是如何实现的呢？
静电平衡：当导体处于静电平衡状态时，导体内部的电场强度为零。这意味着导体内部的电荷不会受到电场力的作用，因此不会发生净移动。
（感兴趣的可以去了解法拉第笼效应）
法拉第笼效应：当一个导体壳（如法拉第笼）处于静电平衡时，内部的电场强度为零，电荷均匀分布在壳的内表面。这表明电荷在导体内部实现了均匀分布。
电场的相互作用：电荷之间的相互作用是通过电场实现的。在导体中，电荷的分布受到其他电荷产生的电场的影响。
文章注释
以上内容涉及一些专业词汇，我在此处进行注释：
电荷（Charge):
定义：电荷是物质的一种基本守恒属性，表示物体带电的量。
类别：正电荷：通常与质子相关联，是原子核的组成部分之一。
负电荷：通常与电子相关联，是围绕原子核的带负电的粒子。
单位：库伦（C）
电荷守恒原理：电荷可以被创造或销毁，在一个封闭系统中，总电荷量是恒定的，即电荷只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。
电子（Electron）：
定义：电子是一种基本粒子，是构成原子的粒子之一。
特性：负电荷：电子带有负电荷，其电荷量约为 −1.602×10−19 库仑。
质量：电子具有质量，尽管它比质子和中子轻得多，其质量约为 9.109×10−31 千克。
自旋：电子具有自旋，这是一种量子力学性质，表现为电子的内在角动量。
波粒二象性：电子表现出波粒二象性，即它既表现出粒子的特性，也表现出波动的特性。
电子在原子中围绕原子核运动，形成电子云。在导体中，电子可以自由移动，从而形成电流。
净移动：
在特定条件下，物质从高浓度区域向低浓度区域的单向移动。
例如，三极管中由于浓度差引起的载流子（电子和空穴）的扩散。
电荷的重新分配：
当导体受到外部电场的作用时，导体内部的自由电荷（如电子）会移动到导体的表面，直到内部的电场强度为零。这种重新分布使得导体内部的电荷均匀分布，以抵消外部电场的影响。
电中性：
一个物体或系统整体上不带有净电荷的状态。
在静电平衡状态下，导体内部的正负电荷数量相等，使得导体整体保持电中性。这种电中性状态有助于电荷的均匀分布。
净电荷（Net Charge）：
指一个物体或系统中正电荷和负电荷的代数和。它表示物体或系统整体上带电的量。净电荷是物体电性状态的量度，决定了物体在电场中的行为以及与其他带电物体的相互作用。
尾声
没想到今天的我就打脸了昨天的我，昨天还在STM32的输出模式讲解中说所有的电路都可以用水管来模拟，今天这个就无法模拟了。
其实，我们在学习过程中也会发现我们的这个眼界会随着我们的知识储备量的上升而上升。
曾经的我还在因为一毛钱而跟我的同学斤斤计较，现在的我已经成长为一块钱了。
哈哈哈，开个玩笑。在这里就是想说，学习不是为了学习而学习，这样的人迟早会被AI替代，因为AI就是为了学习而学习的工具，搭载先进的学习模块和大数据模型，你能学习过他，天才除外。
所以，要因为我们感兴趣而学习，在学习这个点的时候我会思考，我会疑惑，我知道我要弄懂它。发自内心的了解，结合实际的创新，综合经验的积累，才使得我们拥有更广阔的发展空间。