第一章电场电流 的负极相连,就能使两个极板分别带上等量的异种电荷。这个过程叫 做电容器的充电 +o 充电后的电容器两个极板上,分别带有等量异号电荷(图1.4-5)。 -0 由于两极板相对且靠得很近,正负电荷互相吸引。电容器以这种方式 图1.4-5电容器能存 储存电荷 储电荷(示意图) 照相机的闪光灯,在不到106的短暂时间内发出强烈闪光,瞬 时电流很大,各种电池都不能承受。在实际中,常常用电容器帮助闪 光灯实现它的功能。拍照前先用较长的时间(一般是几秒)给电容器 充电,拍照时触发闪光灯,使电容器通过灯管放电,发出耀眼的白光。 图146照相机的闪光灯 然后电源又给电容器充电,为下次闪光做准备。 Eyads 图1,4-7各种电容器 图1.48可变电容器。两组铝片之间是互相绝缘的 动片旋入得越多,正对面积越大,电容也就越大 电容器的电容电容器带电时,两个极板间有电压。在一定的电压下,不同电容器的极 板上储存的电荷有多有少,也就是电容器的电容有大有小。 般来说,电容器极板的正对面积越大、极板间的距离越近,电容器的电容就越大。极板 间电介质的性质也会影响电容器的电容量。 在国际单位制中,电容的单位是法拉arad),简称法,符号是F。法拉这个单位太大,实 际上常用较小的单位:微法(pF)和皮法(pF)。它们的关系是 1μF=106F lpF=10“F 问题和练习 1.找来几个常见的电容器,了解它们的用途及外面所写符 号、数字的意义。 2图1.4-9中几个电容器的电容各是多少? 3请说出你家里的哪几种家用电器中有电容器。 4关于雷电的利用,你有什么“异想天开”的建议? 图1.4-9这几个电容器的电容各是多少?
第一章电场电流 五、电流和电源 18世纪末,很多人都在致力于产生令人激动的电火花。意大利 医学教授伽伐尼(L. Galvani,1737-1798)发现,用相连的两种 金属分别接触青蛙肌肉的两个位置,会引起肌肉的收缩,伽伐尼认 为这是一种“动物电”现象。金属只是起 ITALIA 了导电的作用。他当时并不知道,这一发 图1.5-1意大利在19年发现奏响了电磁学辉煌发展的序曲。 行的纪念伽伐尼的邮票 意大利化学和物理学家伏打(A Volta,1745-1827)在重复了伽伐尼的实验后提出,产生电流的关键 在于两种不同金属的连接,青蛙肌肉只是起到了检验作用。 基于这种思考伏打于1800年春发明了能够提供持续电流的“电图15-2伏打电塘:在锌片 和铜片之间夹上浸透了盐水 堆 最早的直流电源。他的发明为科学家们由静电转入电流的或碱水的厚纸,市片或皮革 研究创造了条件,揭开了电力应用的新篇章。 再把几十个这样的单元叠置 起来。 「电流]电荷的定向移动形成电流 electric current)。要形成电流,必须有 能够自由移动的电荷—自由电荷。一切 导体中都有自由电荷。例如,金属中的自 甲无电压时,导体中的自 乙有电压时,导体中的自 由电荷做无规则热运动,在 由电荷在电场作用下做定向 由电子,酸、碱、盐水溶液中的正、负离一段时间内向左、向右穿过 运动。 子,都是自由电荷。 横截面的白由电荷数相等。 什么条件下自由电荷才能做定向移 图15-3自由电荷的运动与电流的形成 动呢? 把导体的两端分别接到电源的两极上,导体两端有了电压,这时导体中也有了电场。导体 中的自由电荷在电场的作用下发生定向移动,形成电流。 干电池、蓄电池、发电机等电源,它们在电路中的作用是保持导体上的电压,使导体中有 持续的电流。 导体中的电流可以是正电荷的定向移动,也可以是负电荷的定向移动。习惯上规定正电荷 定向移动的方向为电流的方向。常用的导线是金属制成的。在金属中,能够移动的是自由电 子,电子带负电,所以,金属中电流的方向与电子定向移动的实际方向相反(图1.5-4 e电子 电流方向 图1.5-4金属中自由电子的运动 图15-5外电路中电流的方向
第一章电场电流 在电源外部的电路中,电流从电源的正极流向负极(图1.5-5)。 电流有强弱的不同。如果在一定时间内通过导体横截面的电荷比较多,那么电流就比较 强。物理学中用通过导线横截面的电荷量Q与所用时间t的比值来描述电流的强弱,这个物 理量叫做电流 electric current,用玳表: Q 在国际单位制中,电流的单位是安培( ampere),简称安,符号是A。电流的常用单位还有 毫安(mA)和微安pA): I mA=10A 1uA=106A 图156心电图 身体內也有电流。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动,血液才能在循环系统中 不停地流动。心脏在机械性收缩之前,心肌会产生微小电流并经过身体组织传导到体表。如果 在体表放置心电图机上的电极,就能按时间顺序将体表的电压记录下来,形成连续的曲线,这 就是心电图。通过心电图,医生可以了解心脏的工作是否正常。 「电源和电动势一个闭合电路由电源、用 电器和导线、开关构成。电源的种类比较多,干 电池、蓄电池、发电机等都是电源。把电源接到 导体两端,导体中就建立了电场,电场使导体中 的自由电荷做定向运动,就形成了持续的电流。 电池是生活中最常用的电源之一。它有两个 极,两极间有一定的电压。不同的电源,两极间 图1.57形形色色的化学电池 电压的大小不一样。不 接用电器时,常用干电池两极间的电压大约是1.5V,铅蓄电池两极 间的电压大约是2V。电源两极间电压的大小是由电源本身的性质决 定的。电源的这种特性,物理学中用电动势( electromotive force) 图1.5-8积层电池电池外壳 来描述,电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。电动 上的“9V字样,表示它的势的符号是E,单位与电压的单位相同,也是伏特。 电动劳是9V
第一章电场电流 演示》 当电池不接用电器时,直接用电压表来触接电池的两个极,我们会发现不同电池的电 动势不同。下面是一组测量结果。 1号千电池 5号干电池 铅蓄电池 手机锂电池纽扣电池 1.5V 1.5V 2 V 干电池的电动势约为1.5V,可充电的镍氢电池的电动势约为12V。 电源把其他形式的能转化为电能,提供给用电器使用。各种化学电池把化学能转化为电 能,发电机把机械能转化为电能,太阳电池把太阳能转化为电能。 探索者 水果电池 像图1.5-9那样的水果电池,我们也可以自制一个。 同学们可以找来几种不同的水果和铜丝、铁丝,分别做 做。再用电压表测出它们的电动势。比较不同的水果电池的电 动势大小。 水果电池具有普通电池的所有特征,而且取材方便,又不 会污染环境,但是实际电路都不用水果电池。这是什么原因? 图1.5-9水果电池 地电流 把两根相同的铁棒插在潮湿的地里,相 距10m以上,用导线把它们连接到一只比 较灵敏的电流表上,可以看到有电流通过。 这就是地电流。两根铁棒的距离不同,它们 接地点连线的方向不同,电流也不一样。 我们知道,如果电路中有电流,就一定 要有电源。莫非两根相同的金属棒也可以成 为一个电池的电极?不对!因为一个电池的 两个电极,一定是用不同材料制作的。那么, 这个电流是从哪里来的?地电流的成因非常 图1.5-10测量地电流 复杂,请你查阅资料,尝试做出解释。 一般说来地电流是比较稳定的,随昼夜、季节有缓慢的变化。有的资料表明,地电流的突 然大幅度变化可能与即将发生的地震有某种联系。 18
第一章电场电流 问题和练习一 L.你知道以下电流大概是多少吗? 锂离子电池 一般手电筒中通过小灯泡的电流 固配:63188.3288.3388手机 b电子手表工作时的电流 翻号:3188LB550 电压:37 入火中 c彩色电视机工作时电源的电流 器量550mAh 可能带 充电阻制电压:421 d人体能长时间承受的安全电流 执行标星aGB16287-2000 2同学们在日常生活和学习中使用了哪些不同种类 意 在温使用放 和型号的电池?为什么不同的电器使用不同的电池?如果 记,天电不国毒 6物指行件开电 电子手表停了,修表师傅怎样判断是否需要换电池? 导理走进行准 3到市场上做调查,看看常用的可充电电池(包括手 图1.5-11一种手机电池的标签 机使用的电池)有哪些种类,并从它们每次充电后可使用 的时间、电池寿命、重量、价格、对环境的影响等方面进行比较。 4相连的两种金属丝分别接触青蛙的肌肉,会引起肌肉的收缩。对北,伏打和伽伐尼的认识有 什么不同? 5图1.5-11是一块手机电池的标签。你从这个标签中可以了解关于电池的哪些信息? 六、电流的热效应 电阻与电流的热效应白炽灯泡通电以后,一会儿就热得烫手,电饭锅通电以后能把生 米煮成熟饭。电流通过导体时能使导体的温度升高,电能变成内能,这就是电流的热效应。 导体通电时发热的多少与哪些因素有关?有什么关系? 最容易想到的是,发热的多少与通电的时间有关,通电时间越长,发热越多。我们还很容 易想到,发热的多少与电流的大小有关,在其他条件一定时,电流越大,发热越多。 难以猜想的是另外一个问题:发熱的多少与电阻有什么关系?在其他条件一定时,电阻越 大,发热越多吗?电阻是阻碍电流的因素,怎么会是“电阻越大,发熱越多”呢? 难道是“电阻越小,发热越多”吗?导线的电阻都很小,电炉丝的电阻比较大,通电时电 炉丝热得发红,而导线的温度并不会明显上升 这些疑问要通过实验解决。 演示 研究导体通电时发热的规律 实验装置和电路图如图1.6-1所示,实验步骤如下。 1.陧值不同的电阻丝A、B分别浸在质量初等的煤油里,两者串联起来,通过变阻器