跳跃的电子

跳跃的电子

你可以找个天气干燥的日子，在地毯上摩擦袜子，然后再去摸摸金属门把手，或者摸摸你朋友的头发。噼啪！一个小小的火花跳了出来——这就是电。

那么在黑暗中闪耀的火花又是什么？

这些火花就是跳跃的电子。

当你在地毯上摩擦袜子的时候，一些电子从地毯上转移到了你的袜子和皮肤上。于是你的袜子（和你自己）就得到了多余的负电荷。

大家在做什么呢？是在跳滑步舞吗？我们跳得很欢乐！

为什么会这样呢？电子是极小的带电微粒，它们在原子内部飞快地旋转——有时候它们会从原子中逃逸出去，转移到别的原子上。每一个电子都携带有微弱的负电。

我自由啦！

嘿，这边太挤了！这里有地方，过来吧！

两个负电荷（比如一个电子和另一个电子）相互排斥，会把对方推开。如果一个地方的电子比另一个地方多，而且这两个地方之间有通路（比如一根金属丝）可供电子移动，那么自由的电子就会往电子较少的地方移动，直到两个地方的电子数量达到平衡。

让电子们工作

我们靠得够近了——跳吧！我们就喜欢这样——平衡！

有时候，如果一个地方积攒了大量负电荷，电子就可以从空气中跳跃到另一个地方，产生火花。这就是你让自己带电之后再去摸门把手的时候产生的现象。“伏特”就是用来衡量电子们有多想跳跃的单位。

电流最容易通过带有大量自由电子的物质，比如金属和水。

当电子都朝着同一个方向移动的时候，它们就形成了我们所说的“电流”。

充电！

磁铁的一端也带有负电荷，所以我们可以用磁铁来促进电子运动。事实上，如果有一个足够大的磁铁，你就可以推动很多很多电子，多到足以点亮电灯、开动机器。在发电厂里，巨大的磁铁围着金属线圈旋转。随着磁铁带有负电荷的一端不断地旋转，电子就会沿着输电线移动，从而产生电力。

走哇！后边的别推啦！

这些电子并不是从发电厂直接到达你家里的，因为没必要这样做。当磁铁开始从一端推动电子使其流动的时候，整根电线中的电子都会同时受到推动。但是由于输电线上各处的电压都是一致的，因此，如果你不打开开关，电子们就没有地方可去，也就不会产生电流。

让磁铁转动的方法有很多——燃烧燃料，分裂原子以产生蒸汽，利用风能或水力，甚至可以利用海浪。不过所有这些方法的内部工作原理都是一样的——推动磁铁围绕金属线圈转动，让数以万亿计的电子流动起来。

我们去工作啦……

在荧光灯内，电子通过导线进入一根很小的金属针，这根金属针叫作电极。在荧光灯的另一端有另一个电极，两个电极之间的电荷差使得电子在两个电极之间来回跳跃（就像静电火花一样）。在它们跳过电极间隙时，会撞击荧光灯灯泡内的气态原子，从而发出光芒。灯泡里的特殊装置能够制造出足够的电荷差来让电子跳跃。

轮到我们跳了吗？

开关就像小小的开合式吊桥。当你打开开关时，就将一条充满电的导线和另一条带电较少的导线（带电较少的导线通常是接地的）连接起来。于是，导线中的电子就随着电荷差开始移动——这样，电流就形成啦！

电和磁总是同时出现的。旋转的磁铁可以产生电流，带有电流的导线事实上就是一块磁铁。发动机（比如电风扇里的那种）通过电让它内部的导线变成一个可以打开／切断的磁铁，这样就可以带动另一个磁铁旋转，从而将电力转化为动能。

别推！

该你们动了！

Ask文

[美]马克·希克斯 图

王爽译