Question

关于电压以及自由电子的提问（我是初中生，对物理很感兴趣，但掌握知识有限，望回答通俗易懂）

问题一：自由电子从何而来
我们刚刚学了电流的产生，是由于自由电荷做定向移动，在金属导体中，是由于自由电子的定向移动而产生，及导体中，电流是由于电子的定向移动而产生的，但是，化学中讲过画电子图，例如镁的电子结构是2，8，2，由此我产生疑问，自由电子是指那部分电子呢，是镁的所有电子？或是最外两层电子，还是有一定数目，或是最外层的电子，如果只是最外层电子，那么用镁来作导体会不会有出现以离子形式出现的物质呢？
问题二，在通路中，用电器的先后问题
举个例子，在一个处处闭合联通的电路中，有两个用电器，记作L1,L2，L1相对于L2更靠近正极,那么闭合开关时，电流从正极出发，必定先流经L1，再流经L2，但是我的物理老师否定了这个说法，理由是电子移动速度相当的快，甚至接近光速，所以时间差是可以忽略的，我认为此说不妥，虽然很快，但是还是存在时间差，若是带入具体数据是可以算出来的，虽然时间很小。但是老师说的L1，L2同时启动的现象好像又是对的，所以我认为是不是两种解释方法都是错的，正确的是，电子平均分布在导线中，当闭合开关时，所有电子同时开始移动，L1L2之间的导线中的电流也会因电压而运动，所以L1，L2，的启动是同时的，我觉得这总想法较之前两种说法更具说服力，同时也涵盖了电压的作用，但是我的想法正确吗？求正解。
问题三：电压的产生
这个我们还没学，我们才刚刚学完安培表，但是我预习了一下课本，课本上并无详细解释（我们的教材是沪科版的），只打了个比方，说电压就好比水压，两端有压力差，导致了电流的产生，电源的作用就是提供压力差。我有百度了一下，说电压的产生（电池）是化学能的转化，由此我感到十分奇怪，水压不是压强的问题吗？电源将化学能转化为什么样的能量才能使两边压力不同，更奇怪的是，百度许多回答说上说物理学尽力回避电压的产生，说是与自由电子相矛盾，那么，能否给我具体的介绍一下电压的产生，电压是如何产生的，与电子有着怎样的关系。
以上为我要说的所有问题，打了这么久真是累死了，求学的路途是无止境的，诚愿各位高手为我指点迷津。

Answer 1

问题一：在化学反应中金属通常是比较活泼的，非常容易失去外层的电子形成离子。就以镁来说在化合物里经常表现为+2价的粒子，这时它的外层电子的排布变为2，8达到稳定结构。这就是说镁的原子核对外层的两个电子束缚很小，非常容易失去它。
单质的金属也是这样，由于对外层电子的束缚小，所以外层电子基本上无法固定在某一个原子核的外面，而是所有原子的最外层电子就像气体一样弥漫在金属里面，叫做自由电子气。它们在金属里面随机的自由游走。由于每个电子的运动方向都是随机的，所以整体并不表现出定向移动，因而金属宏观表现不形成电流，虽然这些电子可以在金属里面自由游走，但并不能脱离金属表面，所以金属里正负电荷的数量还是一样多，因而金属对外表现也不带电。
用镁来做到体，即使通以电流后，电子除了随机的游走以外，还有一个定向的速度。至于镁会不会以离子形式出现，你可以这样想象，由于电流是持续的，导体里面每一处的电子都有定向移动。就好比一群人围成一圈，沿着同一个方向转动，前一个人留下的空位肯快就被后一个人占据了，所以圈子虽然在转动，但是圈子里的每一个位置随时都有人。金属里的电子的情况也差不多，所以不会以离子形式出现。
问题二，先不谈电压。只说金属是如何导电的。这里涉及到三个速度：一电场的传播速度，二电子无规则运动的速度，三金属导电时电子的定向漂移速度。
在外电路接到电源两端以后，导线里就被电源加上了一个电场，这个电场在导线里的传播速度是接近光速的。
导线里存在电场后，自由电子会受到力的作用，，在这个力的作用下，电子除了无规则的运动以外，还有一个定向的漂移速度，正是这个定向的漂移形成了电流。电子定向漂移速度很小，大约只有10的-5次方米每秒的数量级，而电子无规则运动的平均速率的数量级大约在10的5次到10的6次方米每秒。
要理解这个问题我还是给你打一个比方。不如空气，在没有风的时候，空气分子在做无规则运动，每个分子的速率大约在几千米每秒左右，但是由于它们的运动是不规则的，向各个方向运动的都有，整体来看这团空气并没有定向移动。当有风的时候，我们知道风速也就几米到十几米每秒左右。这个风速就是空气分子定向移动的速率。当然定向移动时，无规则运动还是存在的，只不过在无规则运动的基础上叠加了一个定向速度。
开关合上以后，导体里面瞬间在各处都建立了电场，因为有电场，所以导体里的各处的自由电子几乎是同时开始定向漂移的。
如果你非要执着的认为以光速传播也需要时间，那么L1L2两个的电流还是有先有后，也没什么错误。
你的问题太多，我打字慢，先打这么多你看着，慢慢再来。

Answer 2

问题一 自由电子是处于最外层且原子核对它的束缚力较弱的电子，最外层电子数越少，电子越容易脱离原子而自由移动。金属中不会出现离子形式 因为离子是在溶液中自由移动的正电荷和负电荷 而金属中正电荷（原子核及核外电子除去自由电子后剩下的部分）是不能移动的，所以金属不会流动，也不会形成离子
问题二 所有电子同时开始移动是正确的，移动的原因是电压推动的
问题三 电池中的材料发生化学反应 将电子不断地由正极搬运到负极，则正极端缺少了电子而带上了正电，我们就说电池正极积累了正电荷，两极之间正负相吸产生的力即为电压，这个力可以推动闭合电路中的自由电子移动起来形成电流

Answer 3

电子式原子核周围高速运动的带电小微粒

Answer 4

好吧，我无语了，打这么长的问题，虽然我物理还比较好，不过还是懒得看了！！！！！！！！！！