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金光圣母和她的科学秘密

来源:用户上传      作者: 本刊编辑部

  冬天,梳头发时,头发经常会被塑料梳子吸引;脱毛衣时,偶尔也会看到毛衣间火光闪耀,并带着“噼啪”之声,这是静电。夏季,雷雨交加,电闪雷鸣,这是雷电。工厂里的机器、家里的电器、道路上的交通信号灯、商场两边闪烁的霓虹灯,哪一样都缺不了电,这些电是人为制造出来的。
  电早已深入日常生活的方方面面,以至于常常被我们忽略。然而,电拥有神奇的力量。本期糯米团团,谢飞姐姐就带你们一起了解“金光圣母”和她的科学秘密吧。
  “金光圣母”朱佩娘
  金光圣母又叫闪电娘娘或者电母,名叫朱佩娘,为传说中雷公的妻子,主要掌管闪电。
  古代人并不知道雷电是云层中的正负电荷相互摩擦的结果,而认为是雷公和电母在云里打架,才有了雷电。因此,对雷电很是崇拜。
  有这么一句歇后语:电母雷公打跤――撑天拱地。事实上,每当闪电的时候,闪出的那道光,确实是从天上连到地面,名副其实地撑着天、拱着地。
  所谓金光圣母,只是古人对神秘莫测的雷电的一种崇拜。现在人们家家都用上了电,但电依旧神秘莫测。它能把电灯点亮,能使冰箱制冷,能让大家看上精彩的电视??电到底是如何工作的?通过下面这些关于电的小名词,你就能对电有比较直观的了解。
  电子
  电子的个头还不到十亿分之一微米,非常非常非常小。它身上带着宇宙中最微弱电量。一般情况下,电子成群结队地围着原子核旋转绕圈。这是因为它身上带着负电荷,而原子核身上却带着正电荷。异性相吸,于是,相互之间的吸引力就把电子和原子核相连在一起了,就像地球和太阳连在一起一样。
  通常,一个原子核周围都聚集了大量的电子。电子们快速运动着,一层一层裹在原子核外。越到外围,原子核对电子的吸引力越弱。所以,最外围的电子受到这种吸引力的束缚最小,这些电子是自由的,是它们形成了电流。
  电流
  了解了电子之后,再来看看电流。有人会认为,电流就是电子在导体内的流动,就像水在水管中流动一样。可惜事情并不那么简单。
  在导线内,电子就像算盘上的算珠一样整齐地排列着。我们一按下开关,队列上的第一个“算珠”就推挤冲击第二个,第二个就冲击第三个。以此类推,“算珠”们在电线内一个冲击一个,直到灯泡。这种冲击波传导的速度和光速差不多(约为3×106千米/秒),而队列中电子们每秒只移动几毫米而已!
  每秒钟从特定某一点经过的电子数量,就是电流强度。同样一个灯泡,电流强度大,灯泡就亮,电流强度小,灯泡就会暗一些。如果通过这个灯泡的电流强度太大了,这个灯泡有可能被烧掉。了解这个概念也很重要,因为很多时候带电物体是否危险,就和电流强度有关。
  导电体和绝缘体
  有些物体能够导电,有些物体不能导电,这也和物体本身的原子结构有关。像铜、铁、铝等金属原子留不住自己的电子,它们构成了金属导电体大家族。它们,尤其是铜,被人们用来生产电线。像玻璃、橡胶或陶瓷等物体,它们的原子核周围的电子层比较致密,没有电子能从中逃脱。这些物体就没有游离的电子,它们就是所谓的绝缘体。电流无法从中通过。
  电压
  自由的电子在导体内移动,它们的动力来自什么地方呢?实际上,电子运动的动力,来自于电位差,或称电压。设想一下,电子就像是一个管子中的珠子。如果管子是完全水平放置的话,里面的珠子便静止不动。可一旦管子的一端下降,而另一端仍保持在原来的高度,里面的珠子就会开始滚动了。这是因为管子两端高度的差异为珠子提供了滚动的能量。
  同样,导体两端的电位差促使自由电子发生了运动。但千万不要以为这种电位差是由于电线两端高度的差异造成的,电位差和导体两头的高度毫无关系。对于电来说,电位差对应的是电荷的差异,也就是说,导体一端电子数量过剩,而另一端电子数量不足。
  电阻
  电子在导电体里并不是那样逍遥自在,它也会时时刻刻受到阻力。怎么理解这种阻力呢?想象一下,如果你在人潮汹涌的大商场的货架间奔跑会是怎样的?你会不停地撞到别的顾客,还可能撞翻他们的车子??总之你会遇到很多障碍。自由电子在导体里的境遇就是如此。在导体里,它们不断撞上金属原子,并因而损失掉部分能量。这种对电流造成的阻力就是电阻。最完美的电阻,其电阻应该为零,可惜的是这种电阻并不存在。而最好的绝缘体,其电阻则是无限大。
  焦耳效应
  焦耳效应是导体具有电阻的最明显的表现。如果你想让许多电子(意味着高强度的电流)从非常小的空间(比如极细的电线)中通过,那么电流通过时受到的阻力就会非常大。其中就会发生很多摩擦碰撞。这就像你搓手时手会发热一样。电炉和烤面包机就是运用了焦耳效应,当电流通过电阻丝的时候,电阻丝就会升温。在白炽灯泡中,它会使钨丝温度骤然上升到2 500℃。保险丝也是运用了焦耳效应,以便在强电流通过的时候,最先被烧断的是保险丝,通过断电来保护其他电器设备不被烧坏。
  电是危险的
  好了,说了这么多,你们对电应该有了一些了解。最后,提醒大家,电是危险的,切记切记。下面这个表格告诉我们,在220伏的电压下(我们一般的家用电压是220伏),电流可能给人体造成什么样的伤害。但这个表格只是概括性的。电流可能给你身体造成的伤害,会因为其通过你身体部位的不同、你皮肤的电阻(皮肤越湿,电阻越低)不同,以及你身体接触的时间长短而有很大的差异。
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