正文 第19章 電路的測量(1 / 2)

你正在參觀植物園,步行穿過一片美麗的綠色景區,在園中央的人造瀑布旁休息,發現瀑布的水流很穩定。你也許會問:講電流時談到瀑布幹什麼?瀑布與電有什麼聯係?人造瀑布盡管有一個電動水泵使水不斷流動,但我們所要說的不是這個水泵。我們要說的是瀑布,或者說任何流體,和電路中的電流相似。

當水到達瀑布頂部時會出現什麼情況?當然水會流下來。當你舉起物體時,就克服重力做功而使物體獲得能量,這種基於位置的能量叫做勢能。

一個物體會從勢能大的地方向勢能小的地方運動。瀑布頂部的水的勢能比底部的水的勢能大,因此水會從高處(頂部)流向低處(底部)。

同樣,電路中的電子具有勢能。不過這種勢能與高度沒有關係,隻與電場產生的力有關。單位電荷的勢能叫電勢(electricalpotential)。

就像水從高處流下一樣,電子從電勢高的地方流向電勢低的地方,電路兩點之間電勢的差值叫電勢差(potentialdifference),電勢差的單位是伏特(V)。電勢差也叫電壓(voltage)。隻要一段電路的兩端存在電勢差,或者說存在電壓,電子就會沿著電路流動。

回想一下,通過導體的電子定向移動形成電流。電壓是形成電路中電流的原因。

植物園裏的水到達瀑布的底部時,將會發生什麼現象?

如果沒有什麼裝置把水送回到頂部,水很快就會停止流動。

但植物園裏的瀑布有一個把水抽回到頂部的水泵。水一旦被抽回到頂部,又會流下來。這個過程的另一種描述是:這個水泵維持著下落的水在頂部和底部之間的水位差。隻要水位差存在,水就能持續不斷地流動。

一個電路也需要一種能維持電勢差或電壓的裝置。電源(voltagesource)是使一個電路中產生電勢差的裝置。電池和發電機都是電源。

現在我們要知道的是電源有兩個極,兩個極間的電勢差或電壓是引起電荷在電路中移動的原因。

有些電源的電壓比其他電源高。你可以把電壓大小比作水管從瀑布的頂部向下傾斜的程度。如果水管近似水平,那麼水就一滴一滴流下。但如果水管的一端比另一端高得多,那麼水流的速度就大得多。高度差越大,水流就越大。就像高度差增大引起水流增大那樣,電壓增大,也會引起電流增大。

在瀑布中通過水管流出的水量除了與水管的傾斜角度有關之外,還與水管的粗細和長短有關。長的水管對水流的障礙作用比短的水管大。細的水管對水流的阻礙作用比粗的水管大。另外,被汙物所阻塞的水管比幹淨水管對水流的阻礙作用大。

同樣,在一個電路裏,電流大小不僅取決於電壓,而且跟電流通過的導體的電阻有關。因為電阻阻礙電荷的流動,電阻越大,對於給定的電壓而言電流就越小。

一根導線的電阻由導線的粗細和長短程度決定。其他條件相同時,長導線的電阻比短導線的電阻大,細導線的電阻比粗導線的電阻大。電阻還跟材料的導電性能有關,電子跟導體中的原子相互作用而減速,電子容易通過導體,不容易通過絕緣體。