正文 第1章 大自然的精靈——電的知識篇(1)(2 / 3)

第三節以靜製動——隨處存在的靜電

在生活中,人們經常被“靜電”襲擊。在梳頭時,頭發經常會“飄”起來。在很早以前,人們就已經對靜電現象有了初步認識,有許多關於靜電的記載。早在公元前585年,古希臘哲學家塞利斯已經發現了摩擦過的琥珀能吸引碎草等輕小物體。我國晉朝時期,有關於摩擦起電引起放電現象的記載:“今人梳頭,解著衣,有隨梳解結,有光者,亦有詫聲。”

1660年,馬德堡的蓋利克發明了第一台摩擦起電機,他用硫黃製成形如地球儀的可轉動物體,用幹燥的手掌擦著幹燥的球體使之停止以此方式獲得靜電。

英國醫生威廉·吉爾伯特發現用一種金屬製成一個指示器,這個指示器的另一端,移近一個輕輕摩擦過的琥珀或是一個光滑的摩擦過的寶石,這個指示器就會馬上轉動,他還發現逼近摩擦過的琥珀能夠吸引輕小物體,而且其他物質像金剛石、水晶、硫黃、硬樹脂、明礬等也有這種性質,他把這種性質稱為電性。

第四節旋轉的精靈成員-電子

你知道電子是誰最先發現的嗎?1897年,英國劍橋大學卡文迪許實驗室的約瑟夫·湯姆生在研究陰極射線時發現了電子。

電子是構成原子的基本粒子之一,質量極小,帶負電,在原子中圍繞原子核旋轉。電子的直徑是質子的1/1000,重量為質子的1/1836。電子通常排列在各個能量層上。當原子互相結合成為分子時,在最外層的電子便會由一原子移至另一原子或成為彼此共享的電子。

電子所帶電荷為e=-1.6×10-19庫侖,質量為9.10×10-31kg(0.51MeV/c2)。通常被表示為e-。電子的反粒子是正電子,它帶有與電子相同的質量,自旋和等量的正電荷。

當電子脫離原子核束縛在其他原子中自由移動時,其產生的現象就是電流。

第五節有你有我-電流與電路

你知道什麼是電流嗎?電流是怎麼產生的呢?在電源的作用下,帶電微粒會發生定向移動,正電荷向電源負極移動、負電荷向電源正極移動。帶電微粒的定向移動就是電流,一般以正電荷移動的方向為電流的正方向。電流的方向和大小不隨時間變化的電流稱為直流電,電流的大小和方向隨時間作周期性變化的電流稱為交流電。

通常情況下,我們把電流的大小稱為電流強度,電流強度簡稱為電流。電流的常用單位是安培(A)或毫安(mA),就是1000mA=1A,即1000毫安=1安。

而電流流經的路徑就是我們所說的電路。在閉合電路中,實現電能的傳遞和轉換。電路由電源、連接導線、開關電器、負載及其他輔助設備組成。電源是提供電能的設備,電源的功能是把非電能轉換為電能,如電池把化學能轉換為電能,發電機把機械能轉換為電能,太陽能電池將太陽能轉化為電能,核能將質量轉化為能量等。在日常生活中,最常用的電源包括幹電池、蓄電池、發電機等電源。在電路中消耗電能的設備我們叫做負載,其功能是把電能轉變為其他形式的能量。

比如說電爐把電能轉變為熱能,電動機把電能轉變為機械能等。照明器具、家用電器、機床等是最常見的負載。開關電器是負載的控製設備,如刀開關、斷路器、電磁開關等都屬於開關電器。

第六節異性相吸的電荷

早在遠古時代,人們就已經以電荷來稱呼電了。

古代人類很早就觀察到“摩擦起電”現象,並認識到電有正負兩種,同種相斥,異種相吸。

在當時,由於不明白電的本質,認為電是附著在物體上的,因而稱其為“電荷”,並把顯示出這種斥力或引力的物體稱為帶電體。有時也稱帶電體為“電荷”,如“自由電荷”。

其實電荷是物質、原子或電子等所帶電的量。單位是庫侖(符號為C),簡稱庫。現在我們把“帶電粒子”稱為電荷,但電荷本身並不是“粒子”,隻是我們常將它想象成粒子,這樣可以更方便地描述電荷。所以,對於帶電量多的電荷,我們稱之為具有較多電荷,而電量的多寡決定了力場(庫侖力)的大小。此外,根據電場作用力的方向性,電荷可分為正電荷與負電荷,電子則帶有負電。根據庫侖定律,帶有同種電荷的物體互相排斥,帶有異種電荷的物體互相吸引。