移动中的电流   

电荷一旦运动起来,它就从静电变为了电流,电流就是运动中的电荷。也许,你曾经在学校学过这些有关电的基本术语(或许你已经把它们忘在脑后了)。伏特是电压的单位。你可以将它看成是作用于电子的一种“推力”。电子是一种带电微粒,它绕着原子核旋转。当这些电子开始运动时,电流就产生了,人们用安培(Amps)记做电流的单位。我们对“电流”这种称呼早已习以为常,导致人们往往容易忽视类似于“流”(current)和“流量”(flow)这类有关电的术语通常是用来描述水的。不过,电和水还是有些许不同之处的。(幸运的是,我们有电源插座可以防止漏电。)

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当一堆有关电的术语被放在一起时,你或许会疑惑它们到底想表达什么。法拉第(Michael Faraday)和那些与他同时期的科学家们甚至都不知道原子的存在,就更不用说电子了。他们只知道,某些东西(实际上就是电流)是可以像水一样流动的,他们把电从正电极端子输送到负电极端子,然后大致地判断出电流的去向。事实上,当电子被发现后,人们才意识到自由电子移动的方向与电流标注的方向相反,不过这个发现来得太晚,很多事情已经来不及改变了。

有了电流也就有了功率。功率是描述做功快慢的物理量。它也指能量从一个地方被输送到另一个地方的速度。正如瓦特描述的是发动机的功率,电功率的单位也是瓦特,它等于电压(伏特)乘以电流(安培)——相当于作用于电子的“推力”乘以电流总量。我们短暂的电学术语介绍的最后一个名词就是焦耳(Joules)。上文中我们提到了许多关于能量的单位,它们有些是电能的单位,有些描述的是让汽车飞驰的能源,有些则与食物中蕴含的热量有关。我们往往用卡路里(Calories)来表达食品的热量,它是一个更早确立的热量单位(食品标注中,1大卡(kilocalorie)=1000小卡(calories),这样的转换总是会让消费者感到困惑),而焦耳则是一个标准热量单位。1焦耳相当于1瓦特功率1秒时间所做的功。因此,一只100瓦的灯泡每秒钟将消耗100焦耳的能量。

闪电释能放出惊人的能量。1安培的电流通过范德格拉夫起电机后能产生100万伏特的电压,因此,它产生的电能很小(瓦特×安培)。闪电电击有着超高的电压,而它产生的电流能达到30000安培,释放出高达5亿焦耳的能量——这相当于一座大规模发电站1秒钟发电量的总和。

当如此巨大的能量击穿空气时,空气分子就开始急速运动起来。空气中的温度将瞬间飙升至20000摄氏度,这甚至远远超过了太阳表面的温度。这种急剧的温度变化生成压力波,现实中,这种冲击波强大的威力与爆炸无异,在这种冲击波将空气撕裂的瞬间,我们耳边就传来了雷声。