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▲ 图1-1 原子内的质子和中子形成了原子核，围绕原子核的即是电子，正是这些电子形成了电流，故以此命名。原子的类型（元素）是由原子核中质子的数量决定的。同一种元素的原子具有相同的质子，但是可以有不同的中子和电子，如下图1-2中的碳原子，中子数的不同可以形成碳的同位素。 ▲ 图1-2 另外，正是电子数量的变化，才形成了电流。电子的质量远远轻于原子核中的质子，所以能够相对轻松的移动。 原子中的质子代表了核心的正电荷，电子则代表了负电荷。在稳定静止的状态下，或者说在中性电的条件下，原子中的电荷能够相互平衡，此时原子的净电荷为零，如下图1-3所示。每一个带正电荷的质子都能找到一个对应的电子。这种状态下原子处于最低能级下，也被称为原子的基态。 ▲ 图1-3 然而，我们可以通过增加或者减少电子来改变原子的电荷或者能级，当原子中电子少于质子时，就会带正电荷，当原子中的电子多于质子时，原子就会带负电，如下图1-4所示。也就是说，电子比质子多意味着原子带负电，电子比质子少意味着原子带正电，失去或得到电子便会改变原子的带电性质。 ▲ 图1-4 我们把正电荷（或失去电子）用红色表示，负电荷（或增加电子）用蓝色表示，中性电（或电子与质子平衡）用红与蓝的混合色紫色表示，如下图1-5所示。因此，紫色就表示原子，它处于基态或不带电；当带电时（负电或正电），它不再叫原子，而是叫做负离子（带负电）或正离子（带正电）。 ▲ 图1-5 原子的每一层能有最大数目的电子，最里层能存2个电子，第二层能存8个电子，第三层18个……层级的电子从里向外增加，这意味着增加的电子总是最可能进入最里层留下的空位。最外层的电子数量决定原子的反应性质，这一层叫做化合价层，它的电子叫做价电子。当最外层的电子充满时，原子是最稳定的且反应性质最低（8个电子）。 我想，大家对静电这一术语和效应都不陌生。举个例子，当你把脚和地毯摩擦时你将会带上正电，因为带负电的电子丢失到地毯上了，如下图1-6所示。地毯通常由有绝缘属性的材质构成，绝缘体不容易失去电子，但是当与导体摩擦时可以得到一部分电子。直到其他物体将这些电子带走之前，它们会一直留在这里。 ▲ 图1-6 同时，你的身体是导体，导体有容易移动的价电子，在你和地毯摩擦时，电子便从你的身体转移到你与地毯摩擦的地方，在你和地毯之间创造了一种电荷不平衡。直到你接触一个金属体，如门把手，你就会被电击如下图1-7所示。门把手或许是电中性，它是金属，金属同样也是导体，拥有容易移动的价电子，这些价电子会立即移动到你的身体上来恢复不平衡电荷，并给你一个电颤。自然总会寻求一种中性电荷平衡，即净电荷为零。 ▲ 图1-7 电子可以容易移动的材料，叫做导体，电子移动困难的材料，就是绝缘体。绝缘体与导体同时工作的常见材料，就是简单的电线，如铜电线由铜芯和塑料外壳组成。铜的原子核最外层有着宽松的价电子，这使得铜是一种良好的导体，而塑料则是绝缘体。一段电线中没有几十亿，至少也有几百万的铜原子核，可以轻松的交换电子，所以它可以形成电流回路。 ▲ 图1-8 把电路想象成连接两点之间的道路，这两点间电荷不平衡，电子就像管道中的弹珠，从充满弹珠的高处到缺少弹珠的低处。弹珠全部存在于电路中，且来源于一个电源处，如图1-9所示。电子从负极移动到正极，电池将电子从一端推出，并在另一端吸引电子，一个电子被推出，一个电子就会被推入，虽然电子移动速度相对较慢，但是这个效果导致的能量转换几乎是立即发生的。 ▲ 图1-9 为了创建流动的电子，我们必须得提供给它们导体来当道路，如电线中的铜芯。如果这个道路在剪断电线的情况下被绝缘体如塑料、橡胶和空气封锁，电子将不会继续流动——电流就会终止。
众所周知，电子是不会被消费的，它们一直存在。在电路中，电子仅仅是携带电荷，并且仅在去它的目的地路上起到作用。
另外，直接连接电源的两极非常危险，这就是所谓的电源短路，因为电子源和电子目的地之间没有任何东西，这意味着电子流动不会遇到任何阻抗。短路时电能的释放是瞬时的，轻易就会使电线变热，这就是为什么楼房和一些设备装有保险丝的原因，当电流过高时，保险丝会自动切断电流，防止设备损坏以及更糟糕的火灾。 |
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