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你按下开关的一瞬间,灯泡就亮了。 但你知道吗?电线里的电子,移动速度只有每秒零点二毫米。连蚂蚁爬得都比它快。 这就奇怪了。电子这么慢,为什么灯泡能在你按下开关的瞬间就亮起来?两百年前有个人猜错了一件事,让全世界的教科书跟着错到现在。而你交的电费里,有三分之一连你家门都没进。 今天,我们来扒一扒这个每天陪着你、你却从来不了解的东西——电。 先从最基础的问题开始:电到底是什么? 书上都告诉你,电就是电荷的流动。电荷分两种:正电荷和负电荷。质子带正电,电子带负电。质子被锁在原子核里,基本不挪窝。但电子就不一样了,它们相对自由,可以在物质中移动。所以绝大多数情况下,我们说的电流,就是电子在流动。 把灯泡接在电池上,电子从电池负极出发,穿过灯泡,最后到达正极。这就是电流。 但这里有个尴尬的问题。 翻开任何一本教科书,上面画的电流方向都是从正极指向负极。而电子流动的方向,是从负极到正极。正好相反。 这是搞错了吗? 是,也不是。 在人类发现电子之前几百年,科学家就已经在研究电了。他们用丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒能吸引小纸片。用皮毛摩擦琥珀,琥珀也有类似现象。他们给这种性质起了个名字叫电。 通过反复实验,他们发现玻璃棒上的电和琥珀上的电性质相反。到了十八世纪,本杰明·富兰克林做了个决定:把玻璃棒上的电叫正电荷,琥珀上的叫负电荷。 多年以后,科学家终于搞清楚了真相。用皮毛摩擦琥珀时,是电子从皮毛跑到了琥珀上。因为富兰克林早就把琥珀的电叫负电荷,这个新发现的电子自然就被定义成带负电的粒子。 为了让数学公式和物理理论能自洽,人们规定电流方向必须是正电荷流动的方向。但实际上在导线里流动的是带负电的电子。于是就有了这个尴尬局面:电流方向和电子流动方向刚好相反。 如果当年富兰克林把命名反过来,今天我们就没这个困扰了。 那电压、电流、电阻这三兄弟到底什么关系? 最好理解的方式,就是想象水在管子里流。 你面前有两个水箱,装满水,放在同一高度,中间用管子连起来。水不会流动。现在把其中一个水箱抬高,水立刻开始从高的流向低的。推动水流动的力量,就是两个水箱之间的高度差产生的压力。 在电学里,电压就相当于这个压力。是电压推动电子在导体内流动,产生电流。描述水流大小时,会说每秒流过五升。在电学里,这叫电流。 但水的流动不仅取决于压力差,还取决于管子的阻力。管子内壁生锈,水
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