一、不懂舔狗,谈什么电磁学
如果你经历过九年义务教育,那一定被这张图深深地伤害过:
电流、电压、电阻……每个电字辈的脚下,都倒着无数亡魂。
而这本书的开篇,混子哥就来扒一扒,这些惨案背后的始作俑者们。
这出好戏还得从两千五百年前说起。
序幕:电的发现
话说很久以前,科学发现纯靠人眼识别。有一天,泰勒斯一时手痒,拿着琥珀与皮毛摩擦。
泰勒斯
古希腊哲学家,被称为科学的祖师爷。
结果他发现这种半透明的小石头,居然产生了吸引轻小物体的魔力。
面对这个现象,老泰开始怀疑人生,但始终没整明白其中的原理。
直到16世纪,一个不务正业的英国医生吉尔伯特突然发现:
琥珀和皮毛摩擦生电,关键词不是琥珀!
是摩擦!
他做了些实验,发现不只琥珀,其他玩意儿也能摩擦生电。
比如石头界的颜值担当——水晶。
于是为了加以区别,吉尔伯特就在原先的基础上,给这个现象起了个正经名字。
从此,电学研究成了热门话题榜的常客。各路名人都纷纷开始追热点。
比如,德国马德堡的市长盖里克,就发明了一台摩擦起电机。
这也是人力发电的处女秀,堪称人工智能的鼻祖。
又比如,荷兰莱顿城的某个实验室,发明了一种可以储存电的装置,这就是大名鼎鼎的莱顿瓶。
不过这些发现只是让电现象的研究变得更方便。另一个问题才真正直击大伙儿的灵魂深处:
当你搞懂电的本质,就会发现发电这事儿:
光有爱情还不够,
关键得会当舔狗。
第一幕 电的本质之静电与电流
话说大伙儿知道摩擦能生电后,逮着东西,不管三七二十一,就是一顿摩擦。
正当所有人都感叹这神奇“摩法”的时候,有个英国匠人,却发现了另一个奇怪的现象:
电不仅会产生,还会传导!
斯蒂芬·格雷
英国发明家,晚年闲得无聊,专门研究电,发现了电传导现象。
简单解释一下电传导:就是带电的物体,通过中介,把电传给另一个物体。
这样即使不摩擦,原本不带电的物体也有了吸引力。
那些立场不坚定,给电就传电的物体,我们就称之为导体;
而那些不易传导,半天打不出一个屁的物体,我们称之为绝缘体。
为此,格雷还做过一个实验:把小孩吊在空中,用摩擦过的带电玻璃棒接触小孩,发现小孩的身体也能吸引羽毛。
格雷就用这种丧心病狂的方式,证明了人也是导体。
而又过了几十年,在大洋彼岸的美国有个中二大叔,根据电传导现象,做了个大胆的预测。
本杰明·富兰克林
美国物理学家,专业建国,业余搞学术,兴趣爱好是放风筝。
富建国放风筝这事儿大家都熟,但老实讲没啥依据。不过认为天上打雷和摩擦生电是一回事儿的,他倒是头一个。
关于电的传导,建国同志是这么想的:
既然电可以产生,也可以转移,那——
后来咱们知道,他指的这个东西,就是电荷。
咱们虽然把电荷画成狗,但人家并不是单身狗。
富兰克林是这么解释的:
原本不带电的物体里正负电荷数量相等,维持着平衡。
但是在摩擦的时候,电荷发生了转移。
这与咱们现在认为的“两个物体摩擦时,容易移动的是带负电的电子”这一看法恰恰相反。
这种转移后,电赖着不动了,就叫静电。
除此之外,前面说了,电还会在导体里传导,富建国为这个现象取了个好名字。
当然现在对于电流,有了一个更专业的定义:
电荷的定向移动就是电流。
总结一下,咱们平时常说的静电和电流,其实就是电荷的两种状态:
现在我们知道,电荷性格难以捉摸,动如雷霆,不动如死狗。
那到底怎么才能让电荷持续稳定地跑呢?
第二幕 电的本质之电压
科学家们早期用于实验的电流又短又快,如何让电流稳定持久一直是个难题。
最先注意到持续电流的是一个意大利医生——伽伐尼。
伽伐尼
意大利医生,动物学家,日常解剖动物,偶然给隔壁电磁学做贡献。
话说有一天,伽大夫正在处理一只死青蛙,手术刀接触到解剖台上的青蛙时,这个青蛙居然抽搐了起来。
伽大夫认为,青蛙抽搐的样子很像触电,结合电鳗的特点,他觉得动物本身就是带电的。
于是他发表了一篇论文,提出了动物电的概念。
可惜,伽伐尼猜对了结果,但搞错了原理。
关于动物电,有个嚣张的小哥站了出来,咔咔咔就是一顿怼。
这小哥嚣张到什么地步呢?连名字都透露出一股浓烈的社会气息。
伏打发现,青蛙腿会动根本不是因为青蛙有电,而是因为两块金属的相遇。
伏打电池一问世,立马成了网红爆款,甚至引得拿破仑都跑来参观。
那为啥电池可以提供持久的电流呢?一个德国大叔给了我们答案。
乔治·西蒙·欧姆
德国物理学家,当过老师,当过校长,是奋斗在教育一线的科学家。
他是这么解释的:
咱们知道,水流的流动是因为高度差。
热流的流动是因为温度差。
那电流呢?都是流字辈儿的,不是一回事儿吗?一定也得有个差。
电池提供的这个差,就叫电势差,在这里也叫电压。
顺便提一嘴,电压的单位就是V(伏),伏打(也叫伏特)的伏。
如果说电荷是条舔狗,那电压就是根肉骨头。
电压给电荷提供了动力,让它可以持续稳定地跑起来。
第三幕 电的本质之电阻
咱们已经知道电压与电流就好比骨头与舔狗,那它俩有啥关系呢?
反之亦然。
所以欧校长就根据这个性质,做了些实验,并总结出了一个公式。
而公式里的这位R兄弟,就是电流与电压的见证人——电阻。
没错,电阻的单位就是欧姆。
电阻,顾名思义,是电荷移动时的阻碍,就好比康庄大道上的一个狗洞。
要注意的是,电阻的大小是由导体本身的性质决定的,和电压电流没啥关系。
好了,电学这出大戏,就先介绍到这儿。
咱们今天说起电,总绕不开它的官配CP:磁。
电与磁究竟是什么关系呢?
咱们下回再聊。