淺析物理電、化學電、生物電三者的區別與聯系

●申 奧

引言

“電”這種物質大體上可分為物理、化學、生物三類。但是三種電在某些方面有很大的區別，同時，三種電又相互關系，甚至互相包含。本文論述三種電的區別與聯系，以幫助他人在學習中將三種電區別開來。

一、區別

通過對高中知識的學習，筆者了解到除了物理中的電學，化學和生物兩門學科也含有與電學有關的部分。三個學科所包含的電學究竟有什么區別？筆者將從他們的內容、本質、應用三個方面來闡述它們的區別。

（一）內容

1.物理電學：（1）打雷、閃電等自然現象。（2）靜電：靜止的電荷產生電場，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引①。（3）電流：導體中的自由電荷在電場力的作用下做有規律定向運動就形成了電流。（4）感應電流：穿過閉導體線圈的磁通量發生變化時，線圈上產生感應電流②。（5）電磁：物質所表現的電性和磁性。電荷運動產生波動，形成磁場，穿過閉導體線圈的磁通量發生變化時，線圈上產生感應電流。

2.化學電學：（1）化學反應的過程中產生的電能，或者是電能轉化成化學能，常伴隨熱量轉化和新物質生成③。（2）利用高壓靜電放電讓電與化學反應相互關系（放電化學）。

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

區別：物理中的電一般是通過物理現象產生的，化學中的電通常是由于發生了化學變化導致電荷轉移產生電能，生物中的電是在生物活動中產生。三種電的源頭不同，并且每種電都是與其對應的自然科學中的現象產生關系，相互作用，因此三種電的作用對象也不相同。

（二）本質

1.物理電：電荷的運動（電是由電荷運動或電荷之間相互作用產生，電荷本身不發生變化）⑤。

2.化學電：氧化還原反應中物質得電子、失電子所產生的電能，或者是利用電能讓物質得失電子，將電能轉化成化學能（電荷本身發生變化導致電的產生）。

3.生物電：整體性，生物性，傳導性，物質性。一定與生物本身結構有關，是生物質能與電能之間發生轉化。甚至并沒有電荷的移動而只是產生了電勢差（神經元膜電位），可能只是一種電信號。

區別：物理電和化學電的產生都是由于帶電微粒的運動，但是機理不同，一種是整個電荷發生移動，另一種只是電子（電荷的一部分）發生移動。而生物電是由于生物本身結構特點產生的，雖然本質可能也是電荷的遷移，但是伴隨著生物現象。

（三）應用

1.物理電學：應用極其廣泛，電子信息無處不在，整個社會產值相當高。

2.化學電學：（1）原電池：其原理是氧化還原反應。一種物質在負極失電子發生氧化反應，另一種物質在正極得電子發生還原反應，有新物質生成⑥。（2）電解池：把電能轉化成化學能。讓電荷通過電解質而在陰、陽兩級發生氧化還原反應⑦。

3.生物電學：利用生物電現象可以得到心電圖，醫療中還有生物電保健，電療法等。

區別：三者的應用領域范圍有很大區別，物理電占據了電學的絕大部分，應用最為廣泛，并且化學電和生物電的應用領域內也少不了物理電的參與。化學電的應用主要體現在電池的制備。生物電的應用除了利用生物電現象之外還要利用前兩者。

二、聯系

物理電、化學電、生物電之間既有區別，也有聯系，本文將從應用方面闡述三者的聯系。

1.電化學生物：電化學生物是由電生物學，生物化學以及電化學等多門學科交叉形成的一門獨立的學科，用電化學的基本原理和實驗方法，在不同生物體結構層次上交接電荷的新型學科⑧。具體利用了生物體內各種氧化還原反應（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的分配和轉移功能，生物電現象等⑨。

2.生物電現象中的物理電與化學電：生物電來源于細胞的功能，但產生的這種電本質上與物理或化學中的電是一樣的，都是帶電離子顯電性或是電荷的遷移。生命過程中產生的電流或電壓本質上同物理電也是一樣的。

3.生物電池：利用生物或細菌體內的化學反應的能量，將其轉化為電能⑩。

總結

物理電是范圍最大的電學，另外兩種電也或多或少地與物理電有關聯，揭示了電的本質是粒子本身帶有電量。化學電將物理變化與化學反應兩種不同的變化聯系在一起，在物質的轉化中產生電能。生物電來源于生物電現象，每種生物都會有生物電現象，所以生物電也與我們息息相關。三種電在內容、本質、應用上都存在區別，但三者有互相聯系，相互包含。今后，在我們新項目的研發中，如果可以將三者有機地結合起來，產生的經濟效益、社會效益將大大提高。

注釋：

①梅強.初中物理電學部分知識探究[J].理化學習(教研版),2017(10):21-22

②王一波.高中物理電學實驗教學的“新途徑”[J].數理化解題研究,2017(12):58

③李悅.高中化學“原電池”學習進階研究[D].河北師范大學,2017

④許蕓.“興奮在神經元間的傳遞”一節的教學設計[J].生物學教學,2017,42(10):28-30

⑤薛朝偉.高中物理電學學習心得[J].科技風,2017(03):246

⑥何明宣.關于高中化學原電池教學思考和研討[J].數理化解題研究,2017(18):81-82

⑦宋曉盈.高中化學“電解池”學習進階研究[D].河北師范大學,2017

⑧左國防,王小芳.生物電化學與電化學生物傳感研究進展 [J].儀表技術與傳感器,2010(07):16-18+45

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

⑩李金賢.生物電池[J].中學生數理化(初中版)(中考版),2007