跳躍的電子
你可以找個天氣干燥的日子,在地毯上摩擦襪子,然后再去摸摸金屬門把手,或者摸摸你朋友的頭發。噼啪!一個小小的火花跳了出來——這就是電。
那么在黑暗中閃耀的火花又是什么?
這些火花就是跳躍的電子。

當你在地毯上摩擦襪子的時候,一些電子從地毯上轉移到了你的襪子和皮膚上。于是你的襪子(和你自己)就得到了多余的負電荷。

大家在做什么呢?是在跳滑步舞嗎?我們跳得很歡樂!
為什么會這樣呢?電子是極小的帶電微粒,它們在原子內部飛快地旋轉——有時候它們會從原子中逃逸出去,轉移到別的原子上。每一個電子都攜帶有微弱的負電。

我自由啦!

嘿,這邊太擠了!這里有地方,過來吧!
兩個負電荷(比如一個電子和另一個電子)相互排斥,會把對方推開。如果一個地方的電子比另一個地方多,而且這兩個地方之間有通路(比如一根金屬絲)可供電子移動,那么自由的電子就會往電子較少的地方移動,直到兩個地方的電子數量達到平衡。
讓電子們工作



我們靠得夠近了——跳吧!我們就喜歡這樣——平衡!
有時候,如果一個地方積攢了大量負電荷,電子就可以從空氣中跳躍到另一個地方,產生火花。這就是你讓自己帶電之后再去摸門把手的時候產生的現象。“伏特”就是用來衡量電子們有多想跳躍的單位。
電流最容易通過帶有大量自由電子的物質,比如金屬和水。
當電子都朝著同一個方向移動的時候,它們就形成了我們所說的“電流”。

充電!

磁鐵的一端也帶有負電荷,所以我們可以用磁鐵來促進電子運動。事實上,如果有一個足夠大的磁鐵,你就可以推動很多很多電子,多到足以點亮電燈、開動機器。在發電廠里,巨大的磁鐵圍著金屬線圈旋轉。隨著磁鐵帶有負電荷的一端不斷地旋轉,電子就會沿著輸電線移動,從而產生電力。

走哇!后邊的別推啦!
這些電子并不是從發電廠直接到達你家里的,因為沒必要這樣做。當磁鐵開始從一端推動電子使其流動的時候,整根電線中的電子都會同時受到推動。但是由于輸電線上各處的電壓都是一致的,因此,如果你不打開開關,電子們就沒有地方可去,也就不會產生電流。
讓磁鐵轉動的方法有很多——燃燒燃料,分裂原子以產生蒸汽,利用風能或水力,甚至可以利用海浪。不過所有這些方法的內部工作原理都是一樣的——推動磁鐵圍繞金屬線圈轉動,讓數以萬億計的電子流動起來。

我們去工作啦……


在熒光燈內,電子通過導線進入一根很小的金屬針,這根金屬針叫作電極。在熒光燈的另一端有另一個電極,兩個電極之間的電荷差使得電子在兩個電極之間來回跳躍(就像靜電火花一樣)。在它們跳過電極間隙時,會撞擊熒光燈燈泡內的氣態原子,從而發出光芒。燈泡里的特殊裝置能夠制造出足夠的電荷差來讓電子跳躍。

輪到我們跳了嗎?
開關就像小小的開合式吊橋。當你打開開關時,就將一條充滿電的導線和另一條帶電較少的導線(帶電較少的導線通常是接地的)連接起來。于是,導線中的電子就隨著電荷差開始移動——這樣,電流就形成啦!
電和磁總是同時出現的。旋轉的磁鐵可以產生電流,帶有電流的導線事實上就是一塊磁鐵。發動機(比如電風扇里的那種)通過電讓它內部的導線變成一個可以打開/切斷的磁鐵,這樣就可以帶動另一個磁鐵旋轉,從而將電力轉化為動能。

別推!


該你們動了!
Ask文
[美]馬克·希克斯 圖
王爽譯