电
几万年,你是一位位部落首领,在暴风雨期间从上天射来的闪光中得到了火种。从此把这神秘,危险却又有时能带来好运的雷霆奉若神明。
几千年前,你是古希腊雅典城邦的一个富庶家庭的长者,喜欢摩擦琥珀感受那轻微而又神奇的电击感。
几百年前,你是皇家魔术师的一员,擅长用机器产生一种看不见的能量让纸片在空中翩翩起舞。
……
而到了现在,我们终于揭开了这与人类羁绊长达万年的能量的神秘面纱——电。
电的本质是构成原子的两种基本粒子:正电荷和负电荷,前者作为原子核的重要组成部分定居在原子核心,后者则分层排布在原子核之外。
一般情况之下原子或分子中的电子都会安安分分老老实实的呆在原子或者分子中,维持着自己日常轨道的运转,然而在某些特殊条件中,比如说剧烈的摩擦,某些化学反应时,某种物体的负电荷可能会逃出原本的原子而进入另一个原子或者在原子中来回逃逸,直到此时,电现象才会真正在现实中呈现出来,此时,那些汇集了逃出的电子的物质就会显出这些电子的电性:负电。至于那些自身周围的垫子被剥离的原子,则只剩下了不能被剥离的正电荷,只好显正电了。值得注意的是,当两个同样带有正电荷显正电的物体碰撞时,会相互排斥,当两个同样带有负电荷显负电的物体碰撞时,也会相互排斥。但当一个带有正电荷显正电的物体和一个带有负电荷显负电的物体接触,则会吸附在一起。利用这一条正电与负电之间的性质,我们可以制作验电器验证一个物体带电的属性。
对电的认知开启了一场认知革命,人们终于认识到,那些徘徊在云端的轰鸣的闪电不是上帝愤怒的鞭子,而是云层之间摩擦所产生的高压电。那些在指尖跃动的火花,魔术师所表演的魔术也同样基于这一原理。但是,人类文明对于电的认知还远远不止于此。大家现在看看自己看这篇文章时所用的工具,便会领悟到这一点了。
没错,我们经常说现在的时代是信息时代,因为现在社会的一切都已经被一种智能的信息设备——手机所联通了,但其实更准确的说,这个时代是电学的时代。无论是赖以生存的手机,电灯,甚至是某些汽车…几乎所有稍微有智能一点的,复杂一点的设备,都需要用电。当然,一切的一切都还得从店的一个性质讲起。
在生活现象中可以得知,电有时候可以穿透某种物体,但却不能穿过另一种物体,比如你手握一个人通着电的铁丝你会立刻触电,那你在这块铁丝之后包裹上一层橡胶,就会发现有任何感觉了。根据现象,科学世界中把这种能够很通畅导电的物体称作为导体,而把导电很困难的物体称作为绝缘体,当然还有一种在特定情况之下能够导电可在另一些情况下不能导电的半导体,比较特殊,在此就不再细说。我们到底能够用这个性质干什么呢?这就需要引导我们对店的第二个认知爆发阶段:导线中的电了。
是的,导线就是一种人利用电的设备,其主要结构是中心的一段导体和周围的绝缘体,利用它,再加上更多人类发明出来的用电器,我们可以远程操控各个用电器的使用,进而组成复杂的电路。最终,这成为了信息革命电学革命的基石。
不过今天,就先暂时不聚焦电路的具体组成,单纯聊一聊电路中的电流电阻电压之间的独特性质吧。
首先,应当明确,电流电阻和电压是人为创造的对电路中的某些量的定义,分别描述电流在导线内的流动速度,电流受到的阻碍作用,以及电流的类似水压一样的压力作用,分别用符号I,R,U。而我们分别可以用电流表和电压表测量电流和电压。同时,电路中还有两个非常重要的人为规定因素,即线路的串联与并联,在串联电路中,所有用电器和导线首尾相连,串成一个环。而在并联电路中,2个同类或不同类的元件、器件等首首相接,线路也就分为了干路和支路两种。它们同样会对实验结果产生重要影响。
最终,经过实验我们得出了以下的这些性质:
第一,在串联电路中各用电器的电流相等,但在并联电路中干路的电流等于各支路电流的总和。
第二,在串联电路中各用电器两侧的电压之和等于电源电压,但在并联电路中各用电器和电源的电压都相同。
第三,也是最最重要的一个,即是大名鼎鼎的欧姆定律:指在同一电路中,通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。浓缩成公式:I=U/R。
而这,便是我们目前在电路上的学习了,我们先是对电的本身有了一个基础性的认识,随后又进入到更加深层次的层面,将便与我们人类发明的电路联系起来,针对电路本身的性质进行学习。而在未来,我们或许也将走向更本源,更深入,朝着电学目前人类认知的边缘前进。