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全球电气资源（www.）专业为电气行业提供互联网推广系统，致力于打造全球最大的电气行业技术交流及合作的平台。 一、点亮小型电灯泡 电流通过的回路称为“电路”，能通电的物体称为“导体”。 1.使电灯泡发光的电的通路 为了点亮电灯泡，首先需要将其拧到装有导线的灯座插口上。由于插口上的导线被塑料薄膜覆盖着，可以把连接在干电池上的导线的塑料皮剥开。将两根导线牢牢连接在干电池的正极和负极上，电灯泡就能够发亮。导线是由能容易传导电流的金属线组成的。电流通过导线之后，再通过电灯泡中的钨丝，然后再经由导线回到干电池。就这样，电流通过的回路被称为“电路”。 电流通过钨丝后，电灯泡就发亮。一旦切断电路，不管是断开哪一段的电路，电灯泡都不会发亮。  不用灯座也能使灯泡发光的方法： 将导线分别连接在灯泡尾端的突出部位和金属螺旋壳上，这样就在钨丝、导线以及干电池之间形成了一个电流的通路，从而使灯泡发光。  2.能导电的物体 在电路中的导线上连接某个物体，当灯泡亮了的时候，被连接的这个物体中也会有电流通过。当连接的是铁勺、铝箔或铜质的硬币等物体时都可以使灯泡发亮。但是，同样是勺子，塑料勺子却没有这个功能。玻璃杯、木碗、陶瓷碗等也都不行。 铁、铜、铝等金属都能导电，玻璃、木头、陶瓷等不导电。能导电的物体称之为“导体”、不能导电的物体称之为“绝缘体”。  电灯泡·灯座·导线·电池盒里的导体和绝缘体： 灯泡里面和钨丝相连的支撑部和螺旋壳都是由金属制成的。 灯座上面和灯泡的金属螺旋壳接触的部分是由导体制成，在其周围有塑料胶皮等绝缘体保护着。 为了防止人触电和避免导线之间碰触时发生短路，导线都用绝缘的塑料皮包裹着。 电池盒里面和干电池的电极相连部分由导体制成，固定干电池的部分则是由塑料等绝缘体材料制成。 如上所述，在不同的位置分别使用着导体和绝缘体材料。  二、用电动机驱动汽车 电的流动称之为“电流”，电流是从正极流向负极。 1.电流带动电动机 使用电动机可以驱动玩具小车。电动机是能够将电能转换为动能的装置。电是从干电池的正极出发，经过电动机流向干电池的负极。电通过电动机的时候，电能在电动机里转换成动能，转动电动机的轴心。由此，电的流动被称为“电流”。  改变汽车前进方向的方法： 如果改变干电池的正极和负极，流入电动机的电流方向也会发生改变，从而改变电动机转动的方向。这时候，汽车就会朝相反的方向前进了。  2.加快电动机的转动 为了加快电动车转动的速度，需要加大电动车的电流。增大电流的话，电动车的旋转速度就会加快，汽车也就跑得越快了。 为了加大电流，试着把干电池增加到两个。将两个干电池的正极和负极首尾相连，然后再连接到电动机上时，汽车就会跑得更快。但是，若将两个正极和正极并列相连，负极和负极并列相连的干电池连接到电动机上，则不能加快速度。 两节干电池的正极和负极首尾相连的方式称为干电池的“串联”。正极和正极、负极和负极并列连接的方式称为干电池的“并联”。  电路图符号： 为了用插图来表示电路，用规定的电路图符号来代表干电池、灯泡、开关等。用电路图符号来表示实际电路的图称为电路图。记住电路图符号的话，就能够用插图来表示电路了。  三、用电来制造电磁铁 电流具有产生磁场的特征。 1.使用电流的电磁铁 以螺线形方式卷绕的导线称为线圈。给线圈通电，在电流通过的时候，线圈拥有和磁铁一样的磁性。试着拿铁质的回形针靠近线圈，回形针会被线圈吸引。 这样通电后拥有和磁铁一样功能的物体称之为电磁铁。  线圈里面放入铁芯的原因： 把铁芯放到线圈里，电磁铁的磁力（参考P.36）会变强。最适合作为电磁铁芯的材料是铁制品。铁拥有容易传导磁性的特性。容易传导磁力的铁芯放入线圈中后，电磁铁的磁力会被集中在一起，因而磁性会变强。  2.增强电磁铁的磁力 随着电流的变化，电磁铁的磁性也会发生变化。试着把两个干电池串联起来，可以看到，流过电磁铁线圈的电流增加，电磁铁的磁性便会增强。 同时，线圈圈数的变化也会影响电磁铁的磁性。随着线圈圈数的增多，磁性会增强，随着线圈圈数的减少，磁性会减弱。  四、产生雷电的静电 所谓雷电，是积雨云中的冰粒互相碰撞后释放静电的过程。 1.静电带来的放电现象 雷电是云里面堆积的静电对外放电的一种现象。积雨云是由大量的冰粒积聚而组成的。在云里面，由于强烈的气流作用，冰粒会互相摩擦，从而产生静电。虽然大气是无法导电的绝缘体，但是大量的静电积聚到一定程度后便会冲破云的绝缘界限导入到大气中。这个过程称之为“放电”。 这种放电现象就是“雷电”。雷电之所以会呈现“Z”字形状流向地面，是由于在通过绝缘体的大气时，需要一边寻找容易导电的路线一边前进的原因。 2.静电的产生 摩擦绝缘体会产生静电。静电中分为带正电的静电和带负电的静电。比如，玻璃和棉花相互摩擦的话，玻璃会带正电，棉花会带负电。“带电”指的是物质拥有电的特性。 此外，若摩擦导体的话静电会立刻消失。 3.互相拉扯的静电 把塑料垫板和头发摩擦一下，就会互相带上静电。头发带正电，垫板带负电。由于正负电会互相吸引，头发会和垫板紧贴在一起。不同静电会相互吸引，同种静电则会相互排斥。这种电荷之间的作用力称之为“库仑力”。 五、电的真实身份 电是由原子里面的质子和电子里的电荷组成的。 1.粒子的电荷 地球上所有的东西，都是由原子这种小小的粒子构成的。在原子的中心有一个由中子和质子组成的原子核。在这个原子核的周围围绕着一种被称为电子的微粒，其数量和质子一样。 粒子，是构成物质的颗粒的集合中最小的单位。质子、中子也属于粒子。粒子所拥有的带电性质被称为“电荷”。 质子带正电荷，中子不带电，电子带负电荷。 2.脱离轨道飞行的自由电子 一般情况下，围绕着原子核的电子，在互相摩擦或者碰撞时，会有脱离轨道的情况发生。这些脱离了轨道的电子被称为“自由电子”。由于电子自身带负电荷，电子脱离原子核后，原子总体的负电荷会减少，原子就带正电。如果电子的数量增加的话，原子就会带上负电。 带自由电子的金属： 金属的原子并不按序排列，一部分的电子会脱离原子自由运动。此时，给金属加上电压后，自由运动的电子会一同从负极向正极流动。 由于电子带负电，所以会被正电吸引。金属是导体，在金属里面存在着很多这样和原子核联系不紧密的自由电子。 六、电子的流动 电流，其实是电子的流动。 1.电子的流动就是电流 带正电的物质和带负电的物质之间，带正电的物质经常处于需要带负电物质的电子的状态。将这两个物质用导体连接起来后，在库仑力的作用下，带负电的自由电子会流向带正电的物质。这就是电的流动状态。 由于自由电子的离开，带负电物质的负电荷便会流失。由于吸引到了自由电子，带正电物质的正电荷会流失。在带电物质的电荷流失之前电流会一直流动。带电物质的电荷流失称为“放电”。 电流的单位是安培（A）。 2.电子的流动和电流 点亮灯泡时，电流从干电池的正极流向负极。此时，线路里导体的自由电子是由负极流向正极。而电流的流动方向和电子的流动方向是相反的。实际上，电流从正极流向负极这种看法，是在人们还未了解电流的本质是自由电子的流动时所下的定义。 七、水流和电流 水流和电流的流动方式相似。电流是从电位高的地方流向电位低的地方。 1.让电流动的力量——电压 水是从高处往低处流。电流也拥有相似的特征。电流是从电位高的、带正电的地方流向电位低的、带负电的地方。这种电位之间的电位差就是电流流动的力量。电位差被称为“电压”。表示电压大小的单位是伏特（V）。 2.电位差产生电动势 电动势指的是向电路送出电流的力量，这种力量在产生电位差的情况下会发生。可以使用化学反应、电磁感应、热量、光来生成电动势。在使用干电池的时候，通过化学反应可以产生电动势。 八、导体和非导体（绝缘体） 导体里面有很多自由电子，价电子是一种很容易转换成自由电子的电子。 1.导体、绝缘体中原子的情况 世界上的物质分为能够通电的导体和不能通电的绝缘体。 铜、铁等导体中有大量的自由电子，一旦加入库仑力，自由电子就会移动。这就是电在流动的状态。 橡胶、玻璃等绝缘体里，由于电子和原子核在原子中紧密联结，电子无法移动。因此，在原子里面被束缚的不能够自由移动的电子被称为“束缚电子”。 生活中不可缺少的半导体： 半导体，一如其名，是介于导体和绝缘体之间的材料。在常温状态下是不导电的，改变其电压或者温度后可以导电。与此同时，根据电压和温度的变化也可以变得不导电。 由于可以根据实际情况来改变电的流动和电流大小，半导体材料被广泛运用于各式各样的电器中。 2.原子中电子旋转的轨道 电子一直围绕在原子核的周围运动，并且是在离原子核有一定位置的轨道上旋转。这个电子的轨道被称为“电子层”。 从离原子核最近的位置开始，轨道顺序依次是K层、L层、M层、N层，在每层轨道里，依次有2个（K层）、8个（L层）、18个（M层）、32个（N层）电子。 越往外部走电子和原子核之间的联系就越弱，在最外侧轨道上旋转的电子称为“价电子”。价电子是一种容易变成自由电子的电子。 铜的价电子： 在铜的价电子中，M层只有一个电子。在本来可容纳32个电子的轨道上只有一个电子在旋转，因其不稳定性而经常处于偏离电子核的状态。 由于铜的价电子很容易变成自由电子，所以导体便经常使用铜作为材料。 九、电阻和焦耳热 自由电子在流动时受到电阻的阻碍，从而产生焦耳热。 1.阻碍电流通过的电阻 在金属等导体中能够自由移动的自由电子并不是在所有的金属中都能够同样地自由移动。由于金属特性的不同，自由电子移动的方法也不一样。 自由电子在金属内移动时会碰撞到原子。自由电子在和原子碰撞后其移动的速度会变慢。也就是说，电子的流动会变慢。这种性质被称为“电阻”。 由于不同的金属中的原子的排列方法和密度不一样，其电阻也会有所不同。电阻的单位是欧姆（Ω）。电阻的数值越小，表示电流越容易通过。 物质的电阻（长1m，截面积1mm2） 长度和截面积相等的不同物质的电阻大小不同。虽然银的电阻比铜的电阻小，但是由于铜较为方便购买，所以一般的导线都是用铜制的。 2.电阻产生焦耳热 电流通过导体的时候，自由电子的移动会变得很频繁，同时也会激烈地撞击着原子。被自由电子撞击后的原子，由于受到碰撞的力量而振动，由此产生的热称为“焦耳热”。其计量单位是焦耳（J）。 实际上，原子平时也会振动。这种振动称为“热振动”（lattice vibration）。随着温度的升高，原子振动的幅度也会变大。原子振动的幅度越大，就越容易和自由电子碰撞到一起。因此，物质的温度越高，电阻越大。 十、电功率和电能 在电力的作用下，产生光和热。这种作用称为电功。 1.电功率 电流在单位时间内所做的功叫做“电功率”。电流越大，在单位时间内就有越多的电能转化成其他的能量。以电灯泡为例，电流越大，单位时间内就有越多的电能转化为光能。这个能量的单位是瓦特（W）。100W的电灯泡比10W的灯泡更亮，所以也消耗着比10W的灯泡多出10倍的能量。 电功率的计算方法： 电功率（W）可由电流和电压的乘积计算出来。电压和电流越大，电功率就越大。 电功率（W）=电压（V）×电流（A） 2.实际上使用的电量=电能 电功率乘以时间等于实际上使用的电量，这称作“电能”。电能的单位和发热量一样，都是焦耳（J）。1秒内使用1W的电功叫1瓦秒（Ws），1小时内使用1W的电功叫作1瓦时（Wh）。 电能消耗： 右图标签上“100V”、“1000W”指的是，在100伏特电压作用下，电气机械所消耗的电功率为1000瓦特。这称作电能消耗。当用电高峰季节到来时，大家一起留意一下家用电器的电功率消耗吧。 十一、原子的离子化 利用化学变化可以制造电。 1.带电的原子=电离 原子会释放电子，也会吸收电子。这个过程称为原子的离子化。原子释放电子后带正电，变成了正离子。原子吸收电子后带负电，变成了负离子。 原子离子化的过程称之为“电离”，离子溶化后的物质称为电解质（溶解质为液体时称为电解液）。 在电解液里放入电极，加电压后，正离子的电荷被负极吸引，负离子的电荷被正极吸引。因此，由于电离的作用，在电解液里产生了电流。 电离化倾向： 电离化倾向指的是金属能够释放电子变成正离子的特性。电离化倾向越大的金属，越容易释放出电子从而形成正离子，按照其顺序编成了“电离化倾向表”。 2.使用离子的伏打电池 世界上最先发明电池的是意大利的物理学家伏打。他把硫酸溶到水里，做成稀硫酸，再把用导线连接着的锌板和铜板放在稀硫酸里，就做成了电池。这种电池不能长时间地使用，称为“伏打电池”。 硫酸（H2SO4）放到水里后，电离为氢离子（H+）和硫酸根离子（SO2-4），从而变成了电解液。锌板上的锌（Zn）释放电子溶到电解液里，变成了锌离子。留在锌板上的电子通过导线流向铜板。这样，由于电子的流动，电灯泡有电流通过而发亮。 在电解液里有氢离子和锌离子这两个正离子。与锌离子相比，电离度较低的氢离子吸收铜板上的电子，变成了氢。 在伏打电池里，锌板变成了负极，铜板变成了正极。一般来说，电离度高的金属会变成负极，电离度低的金属会变成正极。 十二、一次性电池 化学电池分一次性电池和二次电池。一次性电池是只能够使用一次的电池。 1.用过就丢的一次性电池 像伏打电池一样，利用化学反应来产生电流的电池称为“化学电池”。化学电池有一次性电池、充电电池和燃料电池。 一次性电池有锰电池、碱电池、锂电池。一次性电池是放电后不能再次充电只能丢掉的电池。 2.碳锌电池 在碳锌电池里面，锌罐是负极，锌罐内侧是只有离子才能通过的隔板。在隔板里，二氧化锰是正极，氯化锌和水制成的糊状液体是电解液，在其中央有碳棒。 使用碳锌电池的时候，首先锌的自由电子留在锌罐里，锌变成锌离子溶解到电解液里。锌的自由电子通过回路流向碳棒，之后，二氧化锰吸收这些自由电子。由此产生了电子的流动。 3.碱性电池 在铁罐里面以二氧化锰为正极的电池就是碱性电池。二氧化锰的内侧有隔离层，隔离层内有由锌、氢氧化钾和水组成的电解液为负极，集电棒位在电解液的中央。由于氢氧化钾显碱性，正确来讲碱性电池应该叫做碱性锰电池。碱性电池里面电子的流动如下图所示。 4.锂电池 在金属中，由于锂最容易电离而释放自由电子，将其当作负极来使用的话就很容易得到正负极间的电位差。所以锂广泛应用于充电电池。 锂电池中的正极大多使用二氧化锰。以分隔装置为界，正极和负极分别放置着二氧化锰和锂。锂电池里面电子的流动如下图所示。 十三、二次电池 往二次电池里加电压后能够储存化学能。 1.反复使用的二次电池 二次电池是充了电后能够反复使用的化学电池。因此，也被称作蓄电池、充电电池。即使消耗完电池里的化学能，只要给电池加电压就能够使化学物质电解，从而储蓄化学能。 二次电池主要指的是铅蓄电池、锂电池。 2.铅蓄电池的放电 铅蓄电池是以铅为负极，以二氧化铅为正极，以稀硫酸为电解质的蓄电池。电解质中的硫酸在电离后，变成带正电的氢离子（H+）和带负电的硫酸根离子（SO2-4）。 放电的时候，负极的铅溶解出铅离子（Pb2+），只剩下自由电子留在负极。自由电子通过回路，在正极和二氧化铅、氢离子、硫酸根离子产生化学反应，变成硫酸铅和水。在负极，铅离子和硫酸根离子产生化学反应，变成了硫酸铅。 3.铅蓄电池的充电 铅蓄电池在持续放电后，其负极和正极的两端都会被硫酸铅覆盖。作为电解质的稀硫酸也会因水的增加而变稀，最后变得不能够再放电。这是化学能使用完毕的状态。但由于铅蓄电池是二次电池，能够通过加电压的方式来进行充电。 给铅蓄电池加电压后，负极的硫酸铅由于获得自由电子变成了铅和硫酸根离子。正极的硫酸铅和水产生化学反应，溶解出二氧化铅、氢离子、硫酸根离子，只剩下自由电子留在正极。通过电解，铅蓄电池能够恢复到原来的状态。 其他主要的二次电池： 除了铅蓄电池外，镉镍电池和锂离子电池也是二次电池。 镉镍电池的正式名称是Nickel-cadmium battery，负极使用了金属镉，正极使用了氢氧化镍，电解质溶液使用了氢氧化钾。虽然镉镍电池输出的电力大，而且能够持续稳定地供电，但由于镉是有毒物质，所以镉镍电池只限于部分电动工具等日常工作使用。 锂离子电池，负极使用了石墨类碳材料，正极使用了锂的氧化物，电解质溶液使用了碳酸乙烯和锂盐。由于容量大、体积小、轻便，所以锂离子电池广泛使用于手机、笔记本电脑和电气机械。 十四、等离子体的出现 等离子体指的是物质在高能量中保持稳定状态。 1.物质的第4态是等离子体 我们周围的某些物质，只要一旦受热，就会从固体变成液体，再由液体变成气体的状态。而在数万摄氏度以上高温的情况下，物质甚至会变成“等离子体”状态。 在超高温的气体中，原子和分子互相碰撞结合，电子脱离了原子从而形成了等离子体。等离子是正离子和电子在不停地飞跃的一种状态。此外，比如雷电等物质在放电的时候，高速移动的电子碰撞到原子，原子因而释放出电子。 2.电能通过等离子体 在等离子体中，由于带负电的电子和带正电的正离子数量一致，因而电力十分稳定。 给等离子体加压后，电子会移动到正极，正离子会移动到负极，从而产生了电流。 3.极光就是等离子体的光 在地球的南极或者北极附近能够观测到极光。极光是太阳释放出来的粒子流穿过地球磁场的空隙降落在地球上的一种现象。 太阳风（粒子流）是以等离子体状态在宇宙空间中移动的。在地球上，由于落下来的大多数是电子，所以电子和地球大气中等离子化的原子产生反应，因而形成了种种不同的颜色。 虽然在我们身边很少看到等离子体，可是在宇宙间的常态实际上是等离子体状态。通过极光这一天体现象，我们认识到宇宙空间里有很多的物质是以等离子体状态存在的。 十五、电流和磁场 电流通过的时候，在其周围会形成磁场。 1.发挥磁力的磁场 与磁石发生相互吸引、相互排斥的力叫做“磁力”。其磁力范围称为“磁场”，磁场用“磁力线”来表示。 磁性分为S极和N极，电分为正极和负极。两者都有互相吸引和互相排斥的功能。电的正极和负极能够单独成立，但是磁性的S极和N极不能够单独成立。 2.电流产生的磁场 导线通电后，在导线周围会形成圆形的磁场，这称为“磁效应”。顺着电流的方向，产生的磁场的方向都是向右转。就和拧紧木螺钉一样，需要向右旋转木螺钉，这称为“右螺旋定律”。为了纪念发现该现象的人，也被称为“安培定则”。 越接近电流，或者电流量越大，磁场的磁感应强度就越强。 单匝线圈产生的磁场： 螺旋形线圈产生的磁场： 往螺线形线圈通电后，磁场会集中到一起，因此磁力会变强。线圈的圈数越多，磁力越强；线圈的直径越小，磁力越强。 如果把电流方向比作四指所指的方向的话，磁场的方向就是大拇指指向的方向。 放入铁芯的线圈产生的磁场： 制成磁铁的铁叫做强磁体。强磁体在磁场中能够显示出磁铁的性质，这称为磁感应。把铁芯放到线圈里后，由于磁感应的作用，强磁体的磁力会变得更强。 十六、电磁力（洛伦兹力） 磁铁的磁场和电流产生的磁场相互影响，产生了电磁力。 1.弗莱明的左手定则 往通过磁铁的磁场内的导线通电后，电流产生的磁场和磁铁的磁场相互影响，会产生能够使物体移动的力量。这种力量被称为“电磁力”（或者是洛伦兹力）。 这时电流的方向、磁场的方向、电磁力的方向可以分别用左手的中指、食指、大拇指来表示。这称为“弗莱明的左手定则”。 由于磁铁的磁场是由N级向S级流动的，所以如图所示电磁力的方向是由上到下。由于电流产生的磁场是往电流方向右转的，如图所示是逆时针旋转的。在导线的左边，由于双方磁场的方向一致所以磁力变强；在导线的右边，由于双方磁场的方向是相反的所以磁力变弱。因此，为了保持磁力的均等平衡，会有使导线向右移动的力量产生（电磁力、洛伦兹力）。 2.用于电动机的电磁力的构造 电动机是使电能转换为机械能的装置。电动机之所以能够持续运转，就是因为使用了电磁力。 使用了直流电的直流电动机是由永磁铁和转子线圈、换向器、电刷等组成的。 十七、电磁感应 磁场和力的配套组合，可以产生电流。 1.弗莱明的右手定则 往磁场中通电后，可以产生电磁力。相反的，在磁场和力的相互作用下，也可以产生电流，这称之为“电磁感应作用”。将导线放在磁铁的磁场中，移动该导线切割磁力线时便可以产生电流。 这个导线移动的方向、磁场的方向、电流的流动方向分别和右手的中指、食指、大拇指呈直角相交的方向一致。这被称作“弗莱明的右手定则”。 磁铁的磁场是由N极向S极流动，所以如图所示是由上到下。像上图一样将导线往左移动后，为了将导线推回右边，导线的周围会产生逆时针转动的磁场，从而由里往外产生了电流（电磁感应作用）。 2.楞次定律 由电磁感应作用而产生的电流被称作“感应电流”，感应电流的电压被称作“感应电压”。感应电流是从感应电流产生的磁场开始，往磁铁的磁场变化消失的方向流动，这称之为“楞次定律”。 在磁场里转动导线可以产生感应电流，往导线卷成的线圈里面拿出或者放入磁铁也可以产生感应电流。磁铁移动的速度越快，感应电流越强。而且，磁铁的磁力越强，线圈的圈数越多，感应电流就越强。 感应电流的强弱规律： ·磁铁运动的速度越快，感应电流越强； ·磁铁的磁力越强，感应电流越强； ·线圈的圈数越多，感应电流越强。 十八、电池和插座 电流分为2种：直流电和交流电。 1.电池是直流电 电流的流动方向和电压固定的电称为“直流电”。由于电压大小固定、正负极固定、电流方向固定，所以电池是直流电。直流电用“DC”来表示。 在图表中，用纵轴表示电压，横轴表示时间的话，可以看得出来直流电是一条直线。用整流电路把交流电变换成脉动电流的话，电压虽然有所变化，但是由于电的流动方向是固定的，从广义上来讲就变成了直流电。 发出直流电的发光二极管 电压的大小虽然有所变化， 但是电的流动方向是固定的。 电压的大小和电的流动方向是固定的。 2.插座内是交流电 电流方向和电压呈周期性变化的电是“交流电”。一般家庭里使用的插座内的电源，由于电压的大小和正负极会呈周期性变化，所以是交流电。交流电用“AC”来表示。 在图表中，用纵轴表示电压，横轴表示时间的话，可以看得出来交流电是一种正弦曲线的形状。 发出交流电的发光二极管： 电压的大小和流动方向呈周期性变化。电压发生改变后，虽然无法通过肉眼来判定，但是如果通的是交流电的话，灯泡会变得忽明忽暗。而且，在电流的流动方向发生变化的瞬间（正负极互相变化的瞬间），灯光会灭掉。 来源于《图解电学知识》，作者：日本理科学术教学研究会 |
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