跳躍的電子

跳躍的電子

你可以找個天氣干燥的日子，在地毯上摩擦襪子，然后再去摸摸金屬門把手，或者摸摸你朋友的頭發。噼啪！一個小小的火花跳了出來——這就是電。

那么在黑暗中閃耀的火花又是什么？

這些火花就是跳躍的電子。

當你在地毯上摩擦襪子的時候，一些電子從地毯上轉移到了你的襪子和皮膚上。于是你的襪子（和你自己）就得到了多余的負電荷。

大家在做什么呢？是在跳滑步舞嗎？我們跳得很歡樂！

為什么會這樣呢？電子是極小的帶電微粒，它們在原子內部飛快地旋轉——有時候它們會從原子中逃逸出去，轉移到別的原子上。每一個電子都攜帶有微弱的負電。

我自由啦！

嘿，這邊太擠了！這里有地方，過來吧！

兩個負電荷（比如一個電子和另一個電子）相互排斥，會把對方推開。如果一個地方的電子比另一個地方多，而且這兩個地方之間有通路（比如一根金屬絲）可供電子移動，那么自由的電子就會往電子較少的地方移動，直到兩個地方的電子數量達到平衡。

讓電子們工作

我們靠得夠近了——跳吧！我們就喜歡這樣——平衡！

有時候，如果一個地方積攢了大量負電荷，電子就可以從空氣中跳躍到另一個地方，產生火花。這就是你讓自己帶電之后再去摸門把手的時候產生的現象。“伏特”就是用來衡量電子們有多想跳躍的單位。

電流最容易通過帶有大量自由電子的物質，比如金屬和水。

當電子都朝著同一個方向移動的時候，它們就形成了我們所說的“電流”。

充電！

磁鐵的一端也帶有負電荷，所以我們可以用磁鐵來促進電子運動。事實上，如果有一個足夠大的磁鐵，你就可以推動很多很多電子，多到足以點亮電燈、開動機器。在發電廠里，巨大的磁鐵圍著金屬線圈旋轉。隨著磁鐵帶有負電荷的一端不斷地旋轉，電子就會沿著輸電線移動，從而產生電力。

走哇！后邊的別推啦！

這些電子并不是從發電廠直接到達你家里的，因為沒必要這樣做。當磁鐵開始從一端推動電子使其流動的時候，整根電線中的電子都會同時受到推動。但是由于輸電線上各處的電壓都是一致的，因此，如果你不打開開關，電子們就沒有地方可去，也就不會產生電流。

讓磁鐵轉動的方法有很多——燃燒燃料，分裂原子以產生蒸汽，利用風能或水力，甚至可以利用海浪。不過所有這些方法的內部工作原理都是一樣的——推動磁鐵圍繞金屬線圈轉動，讓數以萬億計的電子流動起來。

我們去工作啦……

在熒光燈內，電子通過導線進入一根很小的金屬針，這根金屬針叫作電極。在熒光燈的另一端有另一個電極，兩個電極之間的電荷差使得電子在兩個電極之間來回跳躍（就像靜電火花一樣）。在它們跳過電極間隙時，會撞擊熒光燈燈泡內的氣態原子，從而發出光芒。燈泡里的特殊裝置能夠制造出足夠的電荷差來讓電子跳躍。

輪到我們跳了嗎？

開關就像小小的開合式吊橋。當你打開開關時，就將一條充滿電的導線和另一條帶電較少的導線（帶電較少的導線通常是接地的）連接起來。于是，導線中的電子就隨著電荷差開始移動——這樣，電流就形成啦！

電和磁總是同時出現的。旋轉的磁鐵可以產生電流，帶有電流的導線事實上就是一塊磁鐵。發動機（比如電風扇里的那種）通過電讓它內部的導線變成一個可以打開／切斷的磁鐵，這樣就可以帶動另一個磁鐵旋轉，從而將電力轉化為動能。

別推！

該你們動了！

Ask文

[美]馬克·希克斯 圖

王爽譯