第三章 电和磁-中国青少年科学探索百科全书（上卷）

在人们的日常生活中，电和磁的现象无所不在，除了大自然的太阳光和闪电 外，各种电器用品，甚至广播电台、电视台、 卫星通信等使用的电磁波，都广泛存在于我 们的生活中，所以人们实际上和电磁波是朝 夕相处的。然而两百多年前，电与磁被认为 是两种不相干的现象。直到19世纪中叶，这 些现象才被安培、法拉第等人一一揭示。这 样，世人才对电和磁的理解有了一个革命性 的飞跃，知道电和磁之间有非常密切的关系， 并称之为电磁感应。电和磁不可分割，它们 始终交织在一起，简单地说，就是电生磁、磁 生电。20世纪以后，人们进一步知道：微观 物质的形成都是由于电磁作用力的结果。现 在人们知道电和磁的关系是如此紧密，以致 于当物理学家对自然力进行排列时，常常将 电和磁视为一件事。 电 和 磁 63 中国青少年科学探索百科全书 62 Encyclopedia of Science for Youth 神奇的电 电是一种看不见的能，储存在电子和质子中间。电子和质子是原子中的微小 粒子，而原子构成了所有的物质。带负电荷 的电子和带正电荷的质子之间出现平衡时就会产 生电。电子在电线中流动形成电流，而静电中的电子 则保持静止不动。电的威力强大，用处广泛，但也极 为危险。对于人类来说，电是一种巨大的能源，人类 的生产、生活都离不开它，但必须善加利用。 电的种类 电主要有两种：静电和电 流电。静电是不流动的电，它在 物体表面逐渐积累起来。例如 积雨云中的静电积累到一定的 数量就会产生闪电，物体摩擦 也产生静电，有时摩擦产生的 静电足以生出火花。电流电是 指电线中的电流所带的电。 电场 使用一个带电体接近 另一个带电体时，虽然彼此 并未接触在一起，但却会彼 此发生作用力，这是因为在 带电体周围的空间已经有 这个带电体所产生的作用 力，并形成了一个类似势力 范围的空间。 带静电的物体有以下规律： 不同电荷相互吸引，而相同 电荷则互相排斥。 电场的用途 电场可以使带电的粒子聚集成束和产生偏转。在电器内通常通过加 热的阴极灯丝来生成电场。电视机内的电子枪用很强的正电荷吸引电 子，将电子加速到3.6×108千米/小时。心电图仪就用到了这种电子 射束的控制原理。心脏发出的信号被电极接收后传到示波器上，示波器 内就会产生一个电场，控制反映心跳图像的电子束。 金箔验电器 可以张合 的箔片 电的存储——电容器 电容器的构造很简单。由两块相互用空气、 塑料或其他绝缘材料隔绝的金属板组成，电流不 能在两块板之间流过。若将两块板通上电源，那 么一块板就引起电子过剩，另一块板上引起电子 不足，这时的电容器就成了电荷储存器。正电荷 与负电荷相互吸引，慢慢地就形成很高的电压。 电容器储存电荷的能量被称作“容量”，数个电容 器并联后能提高容量。 电荷守恒 通常物体中正负电荷的数量相等， 物体就表现出不带电的性质。由于物体 的种类不同，对核外电子的束缚能力也 不同，所以当物体由于某种原因失去一 部分电子时，物体就带正电，获得电子 时就带负电。无论是摩擦起电，还是发 电机发电，都是使物体得到或者失去电 子而带电。电荷既不能创造，也不能被 消灭，它只能从一个物体转移到另一个 物体，或者从一个部分转移到另一个部 分，这就是电荷守恒定律。 电荷是不会消失的，它只是从一物体转移到另一物体。 静电感应 当带电物体靠近其他材料 (如纸)时，静电力使这种物质内 的电荷产生位移，这种现象称为感 应。比如，在带负电荷的聚乙烯棒吸引 纸片的实验中，由于纸片中的负电荷移 动了位置，因此纸片上最接近聚乙烯 棒的边缘带了正电荷，并被吸到 带负电荷的聚乙烯棒上。 摩擦起电 所有物质都由原子组成。每个原子 带有数目相等的电子和质子。电子带负 电荷，质子带正电荷。这些电荷互相保 持平衡，使物体呈中性(不带电)。如果 发生摩擦，例如把气球和上衣相摩擦， 上衣的电子就会跳到气球上，使气球 带有静电。这时气球上的电子数超过质 子数，因而带负电；而上衣上的质子数超 过电子数，因而带正电。 静电感应式发电机 静电的发生装置中有一种是利用静电感应性质生电的静电感应式发 电机。这种发电机是英国人哈姆斯特发明的，至今仍在使用。静电感应 式发电机旋转的金属棒呈放射状排列。被金属棒引 开的正、负电分别经聚电刷储存于两张金属板构 成的电容器。当电量累积很多时，位于机器 右前方的两个球间就会迸出火花。 这是经过改良的现代静 电感应式发电机。 闪电的成因 闪电是自然界放电的引人注目的例子。 气流升降时在积雨云中产生摩擦，使积雨 云中的电荷增加。当电荷增加到一定程度 就会以巨大亮光的形式向地面释放，这就 是闪电。闪电不仅放出耀眼的强光，而且 温度非常高。闪电周围的空气因受热而迅 速膨胀，引起爆炸，这就是隆隆的雷声。 高压放电现象 摩擦生电这一现象在日常生活中经常