小狐貍皮皮的物理世界

曹遠(yuǎn)強(qiáng)

電流

自從小狐貍皮皮知道了電，他對(duì)電就產(chǎn)生了濃厚的興趣。他會(huì)盯著電視機(jī)看，但不是關(guān)心電視節(jié)目，而是好奇電視機(jī)是怎么用電的。看著晚上的萬(wàn)家燈火，看著一排排路燈，看著商店門口閃爍的霓虹燈，看著通上電就能燒開水的電壺，他感到電真是太神奇了！這是一個(gè)電的世界，而他對(duì)此了解得很不夠，這讓他充滿了探索的欲望。

這天，皮皮對(duì)著臺(tái)燈看了半晌，然后找來(lái)螺絲刀，想把臺(tái)燈拆開來(lái)看一看里面的電是怎么工作的。狐貍爺爺看到后制止了他，并很嚴(yán)肅地告誡他：“電是一個(gè)天使，可以使生活變得更加美好。同時(shí)，電又是一個(gè)魔鬼，使用不當(dāng)會(huì)帶來(lái)巨大災(zāi)難，會(huì)造成重大損失?！?/p>

狐貍爺爺說(shuō)得這么嚴(yán)重，皮皮害怕了，他說(shuō)：“電這么可怕嗎？您快講講吧！”

狐貍爺爺說(shuō)：“電的知識(shí)很復(fù)雜，你不要著急，今天我先來(lái)講一講電流！”

皮皮問道：“電流？這個(gè)詞我聽說(shuō)過(guò)。電是流動(dòng)的嗎？”狐貍爺爺說(shuō)：“物質(zhì)中既有正電荷也有負(fù)電荷，在一定條件下（電壓），其中的一種電荷（或兩種同時(shí)）發(fā)生定向移動(dòng)，就會(huì)形成電流。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是電荷的定向移動(dòng)形成了電流?！?/p>

接著，狐貍爺爺拿出一根帶塑料皮的銅導(dǎo)線，說(shuō)：“銅導(dǎo)線里面有大量的自由電子，這些自由電子運(yùn)動(dòng)的方向是雜亂無(wú)章的，但是加上電壓后，所有的自由電子就會(huì)向著同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，這樣就形成了電流?！?/p>

導(dǎo)休和絕緣休

皮皮點(diǎn)了點(diǎn)頭，又問：“電壓是什么呀？”

狐貍爺爺說(shuō)：“和水流動(dòng)需要有水壓一樣，電荷要定向流動(dòng)也需要有電壓?！?/p>

皮皮問：“物體有了電壓就能產(chǎn)生電流嗎？”

狐貍爺爺說(shuō)：“不是的。有的物體容易形成電流，也就容易導(dǎo)電，這種物體叫導(dǎo)體。各種金屬，還有鹽水等電解質(zhì)溶液都是導(dǎo)體，大地也是導(dǎo)體。有的物體不容易導(dǎo)電，它們就是絕緣體，比如塑料、橡膠、玻璃、干木材等?！?/p>

皮皮舉起手中的導(dǎo)線說(shuō)：“這里面包的銅絲是導(dǎo)體，而外面的塑料皮是絕緣體。”

狐貍爺爺說(shuō)：“對(duì)！用塑料皮把銅絲包起來(lái)，這樣就不容易漏電。”

皮皮說(shuō)：“哦，我明白了?！?/p>

狐貍爺爺說(shuō)：“常溫下，導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體叫半導(dǎo)體，半導(dǎo)體在無(wú)線電方面有著很廣泛的應(yīng)用?！?/p>

通路.斷路與短路

皮皮問：“有了電壓，有了導(dǎo)體，就能形成電流了嗎？”

狐貍爺爺笑了，說(shuō)：“別著急，還不行。把導(dǎo)體做成導(dǎo)線，加上電源（電池）、開關(guān)、用電器，就可以組成電流工作的路徑——電路?！?/p>

皮皮說(shuō)：“電路就是電流走的路吧，有了電路是不是就有電流了呢？”

狐貍爺爺說(shuō)：“還不行！電路有三種狀態(tài)，一種叫通路，就是電路連接是正確的，閉合開關(guān)電流工作。如果開關(guān)斷開，或者電路中有故障，比如線沒有接好，導(dǎo)致電流不能正常流動(dòng)，就叫斷路，斷路時(shí)電路中沒有電流。第三種叫短路，就是電源兩端或用電器兩端直接用導(dǎo)線連通的電路，這樣的電路中電流非常大，會(huì)燒壞用電器和電源，甚至可能引起火災(zāi)，是一種嚴(yán)重錯(cuò)誤的電路?！?/p>

皮皮驚訝地說(shuō)道：“好可怕！我們用電前一定要好好檢查電路，千萬(wàn)不能出現(xiàn)短路哇！”

狐貍爺爺點(diǎn)了點(diǎn)頭。

電流的方向

學(xué)習(xí)了關(guān)于電的知識(shí)后，皮皮躍躍欲試：“爺爺，您說(shuō)了這么多，我都認(rèn)真聽了，現(xiàn)在能不能讓我嘗試著連接一下電路？”

“行啊，我已經(jīng)準(zhǔn)備好了?！闭f(shuō)完，狐貍爺爺把準(zhǔn)備好的東西放在桌上，有電線、開關(guān)、小燈座、燈泡、電池盒、干電池等。狐貍爺爺說(shuō)：“這些組成電路時(shí)會(huì)用到的東西都可以稱為元件?！焙偁敔斠贿呏笇?dǎo)皮皮連接電路，一邊講解。

皮皮問：“電流一定是從電源的正極出來(lái)，然后流回電源的負(fù)極嗎？”

狐貍爺爺說(shuō)：“對(duì)！因?yàn)殡娏鞯姆较蚴沁@樣規(guī)定的：正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?。但在電路中，?shí)際流動(dòng)的是負(fù)電荷，電子從負(fù)極流向正極，因此電流方向是它的反方向?！?/p>

皮皮問：“爺爺，那電路中正電荷不流動(dòng)嗎？”

狐貍爺爺回答說(shuō)：“不流動(dòng)，流動(dòng)的是負(fù)電荷。”

皮皮看到自己連接的電路中的小燈泡亮了，感到十分高興。狐貍爺爺說(shuō)：“你可以根據(jù)連接的電路的實(shí)際情況，在紙上畫出電路圖?！?/p>

皮皮問：“怎么在紙上畫電路圖??？我不會(huì)呀！”

看著皮皮為難的樣子，狐貍爺爺笑了：“別著急，畫電路圖時(shí)是用一些簡(jiǎn)單的符號(hào)來(lái)表示元件的，不需要畫得像實(shí)物?！?/p>

說(shuō)完，狐貍爺爺畫了一些符號(hào)，并告訴皮皮它們對(duì)應(yīng)的分別是什么元件。

狐貍爺爺說(shuō)：“一個(gè)完整的電路至少要包含四部分：電源、開關(guān)、用電器、導(dǎo)線。電源是提供電能的，用電器是消耗電能的，導(dǎo)線是輸送電能的，開關(guān)是控制電路的?！?/p>

皮皮說(shuō)：“爺爺，電源就是電池，對(duì)嗎？”

狐貍爺爺說(shuō)：“電池是一種電源，除了電池，發(fā)電機(jī)等也是電源?！?/p>

皮皮在狐貍爺爺?shù)闹笇?dǎo)下，畫出了一幅最簡(jiǎn)單的電路圖。

皮皮看著正在發(fā)光的小燈泡問狐貍爺爺：“電流越大燈泡越亮，對(duì)嗎？”

狐貍爺爺說(shuō)：“是的！電流的大小叫電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱電流。單位是安培，用字母A表示?！?/p>

皮皮笑道：“安培肯定是一位科學(xué)家的名字?！?/p>

狐貍爺爺說(shuō)：“對(duì)！電壓的單位伏特，電阻的單位歐姆，都是科學(xué)家的名字。”

學(xué)習(xí)了電流的知識(shí)后，皮皮打算繼續(xù)了解電的其他知識(shí)，他向狐貍爺爺提出要求：“您再講一講電壓和電阻吧。”

狐貍爺爺說(shuō)：“不行，今天太晚了，以后再講吧！”

皮皮忽然想起了什么，對(duì)狐貍爺爺說(shuō)：“爺爺，明天晚上我們?nèi)ド鐓^(qū)游樂場(chǎng)玩吧，那里的工程竣工了，有慶祝演出?！?/p>

狐貍爺爺也想起來(lái)了：“是嗎？終于竣工啦！我們大家都參與建設(shè)了，是應(yīng)該去看看。那就這樣說(shuō)定了，明天晚上一起

去游樂場(chǎng)。”

皮皮高興地說(shuō)：“好的，那現(xiàn)在我去

睡覺了?！?/p>

電路的兩種連接方式

第二天晚上，皮皮和狐貍爺爺果然去游樂場(chǎng)了。皮皮玩得很開心，他對(duì)藝術(shù)品般的燈光裝飾特別感興趣。小橋上，一排排彩燈不停閃爍，倒映在水中，十分好看。所有的小樹上都掛著小彩燈，一會(huì)兒紅燈亮綠燈滅，一會(huì)兒綠燈亮紅燈滅。廣場(chǎng)上亮著各種霓虹燈，流光溢彩，分外漂亮。忽然，皮皮發(fā)現(xiàn)身邊的小樹上只有綠燈會(huì)亮，而那一串紅色的小燈泡卻不亮。皮皮覺得很奇怪，問道：“爺爺，這串紅色的小燈泡怎么不亮呢？”

狐貍爺爺說(shuō)：“可能是這串紅色的小燈泡中有一個(gè)燈泡的燈絲斷了。這些小燈泡是串聯(lián)在一起的，只要有一個(gè)燈泡的燈絲斷了，電流不通，這一串燈泡就都不會(huì)亮了?！?/p>

皮皮問：“串聯(lián)是怎么回事？”

狐貍爺爺說(shuō)：“回去我用家里的小燈泡演示給你看?！?/p>

該回家了，皮皮和狐貍爺爺走在寬闊的馬路上，路燈為他們照亮了路。突然，皮皮指著一盞路燈說(shuō)：“爺爺，那盞路燈怎么壞了？”

狐貍爺爺看了看，說(shuō)：“可能是溫度過(guò)高，路燈自動(dòng)斷電了，也可能是電路發(fā)生了斷路?！?/p>

皮皮說(shuō)：“這樣一來(lái)，電流就流不過(guò)去了！”

狐貍爺爺說(shuō)：“是的，這種情況需要電工來(lái)修理?！?/p>

皮皮看著這一排路燈，忽然想到一個(gè)問題：“爺爺，這一盞路燈出現(xiàn)了斷路，那整個(gè)電路就應(yīng)該不通了啊，為什么這一排的其他路燈還亮著呢？”

“哦，這是因?yàn)樗鼈兊倪B接方式不是串聯(lián)，而是并聯(lián)。因此，這一盞路燈的通與斷不會(huì)影響其他路燈?！焙偁敔斀忉屨f(shuō)。

皮皮說(shuō)：“剛才您說(shuō)那一串小燈泡是串聯(lián)，現(xiàn)在又說(shuō)這一排路燈是并聯(lián)，而它們的情況又這么的不同，這到底是怎么回事?。课叶己坷?！”

狐貍爺爺說(shuō)：“等你弄懂了這兩種連接方式，知道了它們的特點(diǎn)，就不會(huì)糊涂了。走，回家去，我演示給你看?！庇谑撬麄兗涌炝嘶丶业哪_步。

回到家，皮皮趕緊把元件擺在桌子上，狐貍爺爺指導(dǎo)他把兩個(gè)小燈泡按順次，首尾連接接入電路，組成一個(gè)串聯(lián)電路，并在紙上畫出了串聯(lián)電路的電路圖。

狐貍爺爺說(shuō)：“電路有串聯(lián)和并聯(lián)兩種基本連接形式。復(fù)雜一些的電路，既有串聯(lián)也有并聯(lián)?，F(xiàn)在你連接的就是一個(gè)串聯(lián)電路，在這個(gè)電路中電流只有一條路徑，它依次通過(guò)用電器，因此它有一個(gè)特點(diǎn)：只要有一處斷了，整個(gè)電路中就沒有電流了，因此所有的用電器都不能工作了?！?/p>

皮皮把一個(gè)小燈泡擰松，讓它滅掉，果然另一個(gè)小燈泡也不亮了。

皮皮說(shuō)：“我明白了，今天晚上那一串紅色的小彩燈是串聯(lián)的，因此，當(dāng)一個(gè)小燈泡壞了，燈絲斷了，所有的紅色小燈泡就都不亮了?！?/p>

皮皮在狐貍爺爺?shù)闹笇?dǎo)下，又用元件組成了一個(gè)并聯(lián)電路：把兩個(gè)小燈泡并排接入電路，這樣一來(lái)，電流到此處就會(huì)分成兩條路徑。狐貍爺爺在每個(gè)燈泡的后面都接上了一個(gè)開關(guān)，然后又將兩條導(dǎo)線匯合在一起，接到另一個(gè)開關(guān)上，最后再接到了電源上。

皮皮對(duì)這個(gè)電路進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)每個(gè)和燈泡直接連接的開關(guān)只管這個(gè)燈泡，不能控制另外一個(gè)燈泡，而另外一個(gè)單獨(dú)的開關(guān)則能控制這兩個(gè)燈泡。

狐貍爺爺說(shuō)：“并聯(lián)電路有干路、支路之分，干路就是電流流出未分開的部分，以及電流匯合后回到電源的部分，支路就是電流分開的這幾條分路。干路開關(guān)控制整個(gè)電路，支路開關(guān)只能控制它所在的支路，無(wú)法控制另外的支路。因此，并聯(lián)電路最大的好處就是，如果有一條支路發(fā)生故障斷開了，不會(huì)影響其他支路的工作，因此生活中絕大多數(shù)用電器都是并聯(lián)的?！?/p>

皮皮恍然大悟：“哦，我明白了，路燈是并聯(lián)的，因此一盞壞了，其他的燈不受影響。”

狐貍爺爺欣慰地點(diǎn)了點(diǎn)頭。