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第十章电流与电路 ——磨擦起电是怎么回事儿？电流是怎么形成的？电流是怎么一路走来的？ 初中物理分这么几块，力、声、光、热、电和磁。其中，力和电是绝对的重点内容。 物理书上讲电的时候，都是从摩擦起电来开始的。生活中，因为摩擦而产生静电的现象很常见。尤其是在干燥的北方，冬天屋里有暖气，又没开加湿器的话，如果你头发比较长，用塑料梳子梳头的时候，能听见轻微的噼啪响声，甚至头发还会相互散开。为什么两个本来不带电的物体一摩擦就会带电呢？在这儿，我们要稍微说一下原子的结构。之前说分子运动论的时候说起过，物质都是有分子和原子构成的。其实，分子本身也是由原子按照一定的方式组合而成的。这个说多了就是化学课的内容了。咱们只需要知道，原子是由原子核和绕着原子核旋转的电子构成的。原子核里面有什么呢？有质子和中子。这里出现了三种粒子，其中质子带正电荷，中子不带电，而电子带有负电荷。在摩擦的过程中，有些电子立场不坚定，跑到其他原子那边去了。摩擦起电就是因为在摩擦的过程中，电子发生了转移。这样，失去了一些电子的原子们就表现出带有正电荷，而得到了电子的那些呢，就表现出带有负电荷了。 我们记住，自然界只存在两种电荷，正电荷与负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。如果是带等量异种电荷的两个物体相互接触，都会恢复成不带电的状态，这个叫做正负电荷的中和。如果参与这个中和过程的电荷比较多，就有可能产生电火花。如果附近有易燃易爆的物质，那就非常危险了。很多场所都需要避免静电的产生和累积，比如加油站。在每台加油机上，都有一个明晃晃的小装置，叫做静电释放器。有些还画着一个手的图案，提醒人们加油前摸一下，把身上可能带着的静电释放掉。为什么摸一下这里能释放静电呢？这里就要说说导体和绝缘体了。 什么是导体呢，就是容易导电的物体呗。比如说电线里面的铜，又比如说家里的各种不锈钢餐具，金银首饰。特别是银，在各种常见的金属中，银是最佳导体，然后是铜。除了金属之外，电解质的水溶液也是导体。当然啦，电解质溶液这个概念是在化学课学的，我们这里只需要知道，纯水不导电，但是我们生活中接触的各种水，里面都多少溶解了一些盐，所以生活中的水一般都是能导电的。大地也是含水的，大地也导电。人体就更不用说了，我们的身体富含水和电解质，也是导体。所以我们要时刻注意用电安全。还有石墨，这个黑黢黢的东西也是导体。说到这儿，我们剧透一点化学课的知识吧。石墨和金刚石都是碳元素的单质，石墨黑不溜秋，金刚石晶莹剔透。石墨能导电，金刚石不能导电。是不是很神奇？ 我们说回物理上来。为什么导体能导电？因为它们内部有能够自由移动的电荷。对于金属来说，是大量的自由电子。石墨的情况与金属比较相似。对于电解质溶液呢，是能够自由移动的正负离子。那绝缘体是什么呢？不容易导电的叫做绝缘体。记住啊，这里说的是不容易导电。绝缘体都有什么呢？普通的陶瓷，干燥的木头，玻璃，塑料啊橡胶什么的，当然还有我们刚才说的金刚石。除了导体和绝缘体之外，还有半导体材料。不过这个不是初中物理要学的内容。我们前面说了，加油机上有个静电释放器，那个金属片就是导体，一摸这儿，你身上带着的静电就跑过去了。 刚才我们说了电荷，说了导体和绝缘体，知道导体内部有能够自由移动的电荷。但是，我们物理课要重点学的东西是电流。光有这些能自由移动的电荷还不够。大家不能到处乱跑，得按照一定的方向一起走，这样才能形成电流。用书上的话说，电荷的定向移动形成电流。物理学把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。在现实的生产生活中，我们往往需要电荷们前赴后继，它们的队伍像大江大河奔流不息。这样就需要有一个持续供电的装置了。以我们的手机为例。不管是正在刷着好玩的视频，还是熄屏放在口袋里，手机内部的电路总是有电流在涓涓流淌。因为我们从来不会忘了给手机的电池充电，而电池在里面默默地为手机供电。像电池这样能够持续供电的装置就叫电源。现在的手机一般不方便打开后盖看里面的电池了，我们更常见到的电池一般是遥控器、电子钟表以及玩具里的。无论是那种圆柱体的电池，还是扁扁的纽扣电池，它们都分了正负极。电池里，聚集正电荷的是正极，聚集负电荷的是负极。前面说了，把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向，所以在电路里，导线中电流的方向是从电池的正极流向负极，当然啦，中间是要经过一些用电器的。如果直接用一根导线连接电池的正负极，那是容易出事儿的。这个后面还会说。前面说的这些都是化学电池，本质上是把化学能转化为电能。现在光伏产业很火，太阳能电池对于人们来说也越来越熟悉。太阳能电池是把光能转化为电能。 前面说了这么一大堆，对于我们物理书上电这一部分内容来说，其实都是铺垫。好啦，现在我们可以打开电学的大门，走进电的奇妙世界吧。 我们已经知道了，电荷的定向移动形成了电流。电流经过导体的时候会发生什么呢？ 首先，任何导体有电流的时候，导体都要发热。这种现象叫做电流的热效应。手机玩久了，特别是游戏玩久了，手机会变热。这种体验相信很多人都有吧。这就是电流的热效应。 其次，我们刚才说导体和绝缘体的时候，提到了电解质的水溶液。如果是纯水，其实是不容易导电的。但是生活中用到的水，它里面多多少少溶解了一些电解质，这样它就可以导电了。溶解的电解质越多，导电性越好。什么叫电解质？这个是化学课要学的。其实，我们做饭时候用的盐就是一种电解质。电解质溶解在水中，水中就有了正负离子。它们也可以定向移动，所以电解质溶液也是导体。好啦，刚才我们说了任何导体都有电流的热效应，那么在导电的溶液内有电流的时候，溶液里要发生化学变化。这种现象叫做电流的化学效应。这个化学课里会详细说，还会有相关的实验呢。 另外，当导线中有电流的时候，导线周围就产生跟磁铁相同的作用，这种现象叫做电流的磁效应。这个后面还要详细说。 最后我们再说几个基本概念。 由电源、用电器以及导线、电键（也就是我们俗话说的开关）等元件组成的电流路径叫做电路。 处处连通的电路叫做通路。 如果电路中某处断开了，电路不再闭合，电路中就没有电流了，断开的电路叫做断路。记住，在闭合的电路中才有电流。 用规定的符号表示电路连接情况的图叫做电路图。 把电路元件逐个顺次连接起来的方法叫做串联。在一段串联电路中，电流经过了电路元件张三之后，来到了电路元件李四那里，然后又经过李四继续前行，依次类推。在串联电路中，如果有一处断开，那么整段串联电路也就断开了。 把电路元件并列接在电路两点间的连接方法叫做并联。在并联电路中，电流会分道扬镳。有几个电路元件并联，电流就分成几股。它们经过各自面前的电路元件后再度汇合。所以，如果并联电路中的一条支路断开了，而其他的支路保持连通，那么这段并联电路整体上仍然是连通的。电流会分开经过这几条保持连通的支路，然后再度汇聚。 |
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