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有關電的基本知識

一，磨擦起來兩種電荷

實驗：用綢子、毛皮或尼龍布料在玻璃棒、橡膠棒或塑料棒上摩擦幾下，然后把棒靠近紙屑、頭發、羽毛等輕個物體(圖4-1)，會看到什么現象？

我們看到，摩擦過的玻璃棒、橡膠棒或塑料棒，能夠吸引輕小物體，摩擦過的物體有了吸引輕物體的性質，我們就說物體帶了電，或者說，帶了電荷.

用摩擦的方法使物體帶電，叫做磨擦起電.摩擦起電的現象在日常生活中也可以看到.在空氣干燥的時候，用塑料梳子梳頭發，頭發會隨著梳子飄起來，就是因為梳子帶了電．吸引頭發的緣故.

兩種電荷研究發現:用綢子摩擦過的兩根玻璃棒互相排斥，用毛皮摩擦過的兩根橡膠棒也互相排斥(圖4-2甲)；但是用綢子摩擦過的玻璃棒跟用毛皮摩擦過的橡膠棒互相吸引(圖4-2乙).這個現象使人們認識到，用綢子摩擦過的玻璃棒上帶的用跟用毛皮摩擦過的橡膠棒帶的電是不同的.

用摩擦起電的方法可以使各種各樣的物質帶電.實驗發現帶電后的物體凡是跟綢子摩擦過的玻璃棒互相吸引的，必定跟毛皮摩擦過的橡膠棒互相排斥：凡是跟毛皮摩擦過的橡膠棒互相吸引的，必定跟綢子摩擦過的玻璃棒互相排斥.這些事實使人們認識到自然界中只有兩種電荷，人們把綢子磨擦過的玻璃棒上帶的電荷叫做正電荷，毛皮磨擦過的橡膠棒上帶的電荷叫做負電荷.

電量實驗室里常用一種驗電器檢驗物體是否帶電.用帶電體接觸驗電器的金屬球，就有一部分電荷轉移到驗電器的兩片金屬箔上，這兩片金屬箔由于帶同種電荷相互排斥而張開(圖4-3).

實驗經經磨擦幾下玻璃棒，然后用棒接觸驗電器的金屬球：再用力多摩擦幾下玻璃棒，用棒接觸另一個相同的驗電器。觀察驗電器金屬箔張開的角度.

兩驗電器金屬箔張開的角度并不相同，后一種情況張開的角度大，張開的角度大，表示傳給驗電器的電荷多。

電荷的多少叫做電量.電量的單位是庫侖，簡稱庫，符號是C.一根摩擦過的玻璃棒或橡膠棒上所帶的電量，大約只有10-7庫.一片帶電的云上所帶的電量，大約有幾十庫.

在圖4-3所示的實驗中，驗電器帶正電后，如果再用帶負電的橡膠棒去接觸驗電器的金屬球，會看到金屬箔張開的角度減小，這表示正負電荷放在一起會互相抵消.如果兩者電量相等，驗電器的金屬箔將不再張開，即正負電行完全抵消.放在一起的等量異種電荷完全抵消的現象，叫做中和。

二，磨擦起電的原因

摩擦起電的原因是什么？要解釋摩擦起電現象，需要知道一些關于物質結構的知識.

原子結構經過科學家世世代代的研究，現在已經認識到，一切物質都是由分子構成的．分子又是由原子構成的。

例如，水是由水分子構成的，水分子是由兩個氫原子和一個氧原子構成的。分子和原子都是很小的微粒。不但用眼睛看不到，用一般的顯微鏡也看不到。把原子看作球形，一般原子的半徑只有10-10米左右。設想把1億個氫原子一個挨著一個地排成一行，也只有幾厘米長。

直到19世紀末時，人們還以為原子是組成物質的最小微粒，不能再分。1897年英國科學家湯姆生1856～1940）發現了比原子小得多的帶負電的粒子——電子，并且實驗證明了電子的普遍存在，它是比原子更基本的物質單元，從此揭示出原子是具有結構的。

原子是由位于中心的原子核和核外的電子組成的。原子核比原子小得多，原子核的半徑相當于原子半徑的十萬分之一。如果把原子比作直徑為100米的大球，原子核則相當于一粒綠豆的大小，原子核的質量比電子大得多，幾乎集中了原子的全部質量。

原子核帶正電，電子帶負電，電子在原子核的電力吸引作用下，在核外繞核運動。原子的這種結構稱為核武結構，它同太陽系中各行星繞太陽運動的情形有些相似。

電子是帶有最小負電荷的粒子，人們已經知道這個最小電量為1.6ｘ10-19庫侖，并把它稱作元電荷，常用符號e來表示它。任何帶電體所帶的電量都是e的整教倍，你算一算，多少個電子所帶的電量等干1庫侖。在通常情況下，原子核所帶的正電荷與核外電子總共所帶的負電荷在數量上相等，整個原子是中性，也就是對外不顯示帶電的性質。不同物質的原子，原子核所帶的電量并不相同，核外電子的數目也不相同。氫原子的結構最簡單，原子核帶有1個基本電荷的電量，核外只有1個電子。氧原子核帶有8個基本電荷的電量，核外有8個電子（圖4-4）。

磨擦起電的原因在通常情況下，原子是中性的，由原子組成的物體也呈中性。那么，當兩個物體互相摩擦的時候，為什么物體能帶電呢？原來不同物質的原子核束縛電子的本領不同。兩個物體互相磨擦時，哪個物體的原子核束縛電子的本領弱，它的一些電子就會轉移到另一個物體上；失去電子的物體因缺少電子而帶正電，得到電子的物體因為有多余電子而帶等量的負電。

可見，摩擦起用并不是創造了電荷，只是電荷從一個物體轉移到另一個物體，使正負電荷分開。

第三節電流

水在在水管中沿著一定方向流動，水管中就有了水流，電荷在電路中沿著一定方向移動，電路中就有了電流，電荷的定向移動形成電流。

實驗照圖4-6那樣，把小燈泡與干電池連接起來，合上開關，小燈泡就持續發光（圖甲）；打開開關，小燈泡就熄滅了（圖乙）。

小燈泡持續發光，表示有持續電流通過小燈泡的燈絲。這個持續電流是由于電池提供的，像干電池這樣能夠提供持續電流的裝置，叫做電源。干電池是電源，實驗室里用的蓄電化也是電源（圖4-7）。

電源有兩個極，一個正極，一個負極。電源的作用是在電源內部不斷地使正極聚集正電荷，以持續對外供電。摩擦起電是用摩擦的方法，使正負電荷分開的。干電池和蓄電池是用化學的方法，使正負電荷分開的，從能量轉化的觀點來看，電源是把其他形式的能量轉化為電能的裝置，干電池、蓄電池對外供電時，電池內部發生化學變化，化學能轉化為電能。

大量用電時的電源，是發電站里的發電機。發電機通過電線把電送給工廠、農村以及千家萬戶。發電機發出的時候，機械能轉化為電能，它的原理，我們將在第十二章學習。

電流的方向又是怎樣的呢？

電荷有兩種，電路中有電流時，發生定向移動的電荷可能是正電荷，也可能是負電荷，還可能是正負電荷同時向相反方向發生定向移動。在19世紀初，物理學家剛剛開始研究電流時，并不清楚在不同的情況下究竟是什么電荷在移動，當時就把正電荷移動的方向規定為電流的方向，這規定一直沿用至今。

按照這個規定，在電源外部，電流的方向是從電源的正極向負極（圖4-8）。