浅析物理电、化学电、生物电三者的区别与联系

●申 奥

引言

“电”这种物质大体上可分为物理、化学、生物三类。但是三种电在某些方面有很大的区别，同时，三种电又相互关系，甚至互相包含。本文论述三种电的区别与联系，以帮助他人在学习中将三种电区别开来。

一、区别

通过对高中知识的学习，笔者了解到除了物理中的电学，化学和生物两门学科也含有与电学有关的部分。三个学科所包含的电学究竟有什么区别？笔者将从他们的内容、本质、应用三个方面来阐述它们的区别。

（一）内容

1.物理电学：（1）打雷、闪电等自然现象。（2）静电：静止的电荷产生电场，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引①。（3）电流：导体中的自由电荷在电场力的作用下做有规律定向运动就形成了电流。（4）感应电流：穿过闭导体线圈的磁通量发生变化时，线圈上产生感应电流②。（5）电磁：物质所表现的电性和磁性。电荷运动产生波动，形成磁场，穿过闭导体线圈的磁通量发生变化时，线圈上产生感应电流。

2.化学电学：（1）化学反应的过程中产生的电能，或者是电能转化成化学能，常伴随热量转化和新物质生成③。（2）利用高压静电放电让电与化学反应相互关系（放电化学）。

3.生物电学：生物电现象是指生命过程中产生的电流或电压④。所有的生物都有生物电活动，是自然界普遍存在的一种电现象。（1）神经反射在正常情况下膜内外呈现静息电位，在受到刺激时产生动作电位。并将这种电位传递下去，直到神经元末尾④。（2）生物现象：如电鳗、电鳐，可以将自己的生物质能转化成电能释放出来。（3）光合作用中存在电能的转化。

区别：物理中的电一般是通过物理现象产生的，化学中的电通常是由于发生了化学变化导致电荷转移产生电能，生物中的电是在生物活动中产生。三种电的源头不同，并且每种电都是与其对应的自然科学中的现象产生关系，相互作用，因此三种电的作用对象也不相同。

（二）本质

1.物理电：电荷的运动（电是由电荷运动或电荷之间相互作用产生，电荷本身不发生变化）⑤。

2.化学电：氧化还原反应中物质得电子、失电子所产生的电能，或者是利用电能让物质得失电子，将电能转化成化学能（电荷本身发生变化导致电的产生）。

3.生物电：整体性，生物性，传导性，物质性。一定与生物本身结构有关，是生物质能与电能之间发生转化。甚至并没有电荷的移动而只是产生了电势差（神经元膜电位），可能只是一种电信号。

区别：物理电和化学电的产生都是由于带电微粒的运动，但是机理不同，一种是整个电荷发生移动，另一种只是电子（电荷的一部分）发生移动。而生物电是由于生物本身结构特点产生的，虽然本质可能也是电荷的迁移，但是伴随着生物现象。

（三）应用

1.物理电学：应用极其广泛，电子信息无处不在，整个社会产值相当高。

2.化学电学：（1）原电池：其原理是氧化还原反应。一种物质在负极失电子发生氧化反应，另一种物质在正极得电子发生还原反应，有新物质生成⑥。（2）电解池：把电能转化成化学能。让电荷通过电解质而在阴、阳两级发生氧化还原反应⑦。

3.生物电学：利用生物电现象可以得到心电图，医疗中还有生物电保健，电疗法等。

区别：三者的应用领域范围有很大区别，物理电占据了电学的绝大部分，应用最为广泛，并且化学电和生物电的应用领域内也少不了物理电的参与。化学电的应用主要体现在电池的制备。生物电的应用除了利用生物电现象之外还要利用前两者。

二、联系

物理电、化学电、生物电之间既有区别，也有联系，本文将从应用方面阐述三者的联系。

1.电化学生物：电化学生物是由电生物学，生物化学以及电化学等多门学科交叉形成的一门独立的学科，用电化学的基本原理和实验方法，在不同生物体结构层次上交接电荷的新型学科⑧。具体利用了生物体内各种氧化还原反应（如呼吸作用和光合作用），生物膜及模拟生物膜上电荷与物质的分配和转移功能，生物电现象等⑨。

2.生物电现象中的物理电与化学电：生物电来源于细胞的功能，但产生的这种电本质上与物理或化学中的电是一样的，都是带电离子显电性或是电荷的迁移。生命过程中产生的电流或电压本质上同物理电也是一样的。

3.生物电池：利用生物或细菌体内的化学反应的能量，将其转化为电能⑩。

总结

物理电是范围最大的电学，另外两种电也或多或少地与物理电有关联，揭示了电的本质是粒子本身带有电量。化学电将物理变化与化学反应两种不同的变化联系在一起，在物质的转化中产生电能。生物电来源于生物电现象，每种生物都会有生物电现象，所以生物电也与我们息息相关。三种电在内容、本质、应用上都存在区别，但三者有互相联系，相互包含。今后，在我们新项目的研发中，如果可以将三者有机地结合起来，产生的经济效益、社会效益将大大提高。

注释：

①梅强.初中物理电学部分知识探究[J].理化学习(教研版),2017(10):21-22

②王一波.高中物理电学实验教学的“新途径”[J].数理化解题研究,2017(12):58

③李悦.高中化学“原电池”学习进阶研究[D].河北师范大学,2017

④许芸.“兴奋在神经元间的传递”一节的教学设计[J].生物学教学,2017,42(10):28-30

⑤薛朝伟.高中物理电学学习心得[J].科技风,2017(03):246

⑥何明宣.关于高中化学原电池教学思考和研讨[J].数理化解题研究,2017(18):81-82

⑦宋晓盈.高中化学“电解池”学习进阶研究[D].河北师范大学,2017

⑧左国防,王小芳.生物电化学与电化学生物传感研究进展 [J].仪表技术与传感器,2010(07):16-18+45

⑨卢小泉,王雪梅,郭惠霞,杜捷.生物电化学[J].分析化学,2016,44(12):1891

⑩李金贤.生物电池[J].中学生数理化(初中版)(中考版),2007