电与磁——电流能产生磁

1.电荷与静电

一切物质都由原子构成，原子中有带（+）电荷的质子和带（−）电荷的电子。平时两种电荷的量相等，所以呈电中性。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

冬天脱毛衣时会噼啪作响，是因为摩擦使电子从一个物体转移到另一个物体，两个物体带上了不同的电荷。像这样停留在一处的电叫静电。干燥的日子更容易起静电，是因为空气中水分少，电荷不容易跑掉。

2.电流、电压与电阻

电荷沿导线移动就形成电流。单位是 A（安培），用1秒内通过导线某一横截面的电荷量来表示。按照惯例，电流的方向规定为从（+）极流向（−）极，而金属导线中实际移动的电子方向正好相反。这是因为电流方向是在电子被发现之前规定的。

电压是使电流流动的本领，单位是 V（伏特）。电阻是阻碍电流流动的程度，单位是 Ω（欧姆）。同种材料的导线，越长、越细，电阻越大。

人们常用水流来打比方：电压相当于水箱的高度差，电流相当于流过的水量，电阻相当于水管的狭窄程度。这只是帮助理解的比喻，电并不真的像水一样流动。

3.串联与并联

把电阻一个接一个连成一串，叫串联。所有电阻中通过的电流相同，总电阻等于各电阻之和。只要有一处断开，整个电路就没有电流。

把电阻并排分成几条支路连接，叫并联。各支路两端的电压相同，总电流等于各支路电流之和。支路越多，总电阻反而越小。家里的插座和电灯都是并联的，所以关掉或坏掉一个，其余的照样工作，而且都得到相同的220 V电压。

4.电能——电费按 kWh 计算

电功率（W）是1秒内消耗电能的快慢，实际消耗的能量是电功率乘以使用时间得到的电能（用电量）。电费就是按这个电能、以 kWh（千瓦时，即“度”）为单位来计算的。1 kWh 就是1,000 W的电器用1小时的电能。

所以，即使是大功率电器，只用一会儿，耗电量也不大；功率小的电器开得久了，耗电量反而大。用电水壶（2,200 W）烧3分钟水，耗电量可能远远比不上每天开几个小时的小功率电暖器。要估算电费，就用消耗的 kWh 乘以电费单上每 kWh 的价格。单价因地区和用电量档位而不同。

从能量的角度看，灯泡把电能转化为光和热。要达到同样的亮度，LED 灯泡的功率比白炽灯小得多，因为白炽灯把大部分能量以热而不是光的形式放出去了。

5.电流产生的磁场——电磁铁

导线中有电流通过时，周围就会产生磁场。在指南针旁边给导线通电，指针会偏转，就能证实这一点。把导线绕成多匝线圈，再在里面放入铁芯，磁场会强得多，这就是电磁铁。

电磁铁只要通电、断电，就能有磁性或失去磁性，还可以用电流的大小来调节磁力的强弱。它被用于吊起废铁的起重机、扬声器、门铃等。电动机（马达）是让置于磁场中的线圈通电受力而转动的装置，电风扇、洗衣机和手机振动里都有它。

6.磁场产生的电流——发电机

反过来，在线圈附近移动磁铁，或让线圈在磁场中转动，穿过线圈的磁场发生变化，线圈中就会有电流。这叫电磁感应。磁铁移动得越快、线圈匝数越多，产生的电流越大。

发电厂的发电机就是按这个原理工作的。火电厂和核电站用蒸汽，水电站用落下的水，风力发电机用风来推动涡轮转动，与涡轮相连的发电机就产生电。从能量的角度看，它是把动能转化为电能的装置。电动机是电能 → 动能，发电机是动能 → 电能，只是方向相反。

手机无线充电和电磁炉也利用电磁感应。给线圈通入快速变化的电流，产生变化的磁场；这个磁场或者在手机内的线圈中产生电流，或者在锅底产生电流而发热。