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第14章 电是个什么东西(2)

伏打电堆就是我们现今使用的电池的雏形。它的发明,提供了一种可以产生恒定电流的电源,使人们有可能从各个方面研究电流的各种效应。从此,电学进入了一个飞速发展的新时期。为了纪念伏打在电学上的贡献,科学界根据他的姓氏,把电动势、电势差、电压的单位命名为"伏特"。

人为什么会触电

说起触电,先要说两个定义,导体和绝缘体。

导体是容易导电的物体,不容易导电的物体叫绝缘体。这里需要解释一下,容易导电与不容易导电并不是能不能导电,容易导电的物体遇到特殊情况就会不容易导电,同样的道理,不容易导电的物体在遇到一定的状况时,也会导电。比如,水是导体,但是当水温达到沸腾之后,则不容易导电;一个木棍是绝缘体,但当它变成潮湿的时候,会容易导电,变成导体。

人的身体是一种导体,能够传电。

由于人的身体能传电,大地也能传电,如果人的身体碰到带电的物体,电就会通过人体传入大地,于是引起触电。但是,如果人的身体不与大地相连,比如,穿了绝缘胶鞋或站在干燥的木凳上,电流就形不成回路,人就不会触电。举个例子,这就好比自来水一样,关了水龙头,水就无法流通。

另外,如果人站在地上左手单手触电,电流就会经过身躯的心、肺,再经左脚入地,这是最危险的途径。如果是双手同时触电,电流途径是由一只手到另一只手,中间要通过心肺,电路形成一个回流,这也是很危险的。如果是一只脚触电,电流途径是由这只脚流入,另一只脚流出,危险性同样有,但对人体的伤害,要比以上两种途径轻一些。

当通过人体的电流超过人能忍受的安全数值时,肺便会受到伤害,停止呼吸,心肌也会失去收缩跳动的功能,导致心脏的心室颤动,"血泵"不起作用,全身血液循环停止。血液循环停止之后,引起胞组织缺氧,在15秒钟内,人便失去知觉;再过几分钟,人的神经细胞开始麻痹,继而死亡。

人触电伤害程度的轻重,与通过人体的电流大小、电压高低、时间长短以及人的体质状况等有直接关系。我国规定36伏及以下的是安全电压。超过36伏,就有触电死亡的危险。另外,触电时间越长,危险性越大。因为触电者无法摆脱电源时,肌肉收缩能力会很快下降,进而心力衰竭、窒息、昏迷休克,乃至死亡。对一般低压触电者的抢救工作,如果耽误的时间超过15分钟,便很难救活了。

危险的浴室好可怕

原子是组成物质的最小单位。但是原子还可以再往下分哦。原子的中心有原子核,原子核是由质子和中子组成的,在原子核的周围又分布着很多电子。电子带着(-)电荷,原子核中的质子带着(+)电荷。质子会一直停留在原子核里面,而电子则可以随意地移动。你不是说你经常听到"通电"、"有电流"这样的话吗?你还说你不知道那是什么意思呢。现在就让我来告诉你吧。电流指的是电子朝一个方向移动,而通电和有电流的意思是一样的。

电流自己是不会移动的,它需要得到电压的帮助以后才能移动,电压就是推动电流的力。所以,电压越高,电线里的电流也就越强。你现在可以去观察一下房间、卧室和厨房里的电器。你有没有发现它们上面都标着220V、110V这样的标志呢?这些就是表示电压的字母了。另外,干电池上面标着的1.5V也表示电压哦。"V"是电压的单位,数字越大表示的电压就越高。

但是,为什么每种电器的电压都不一样呢?这是因为,每个电器需要的电流的大小不同啊。

我们想象一下,如果把220V的电饭锅接到110V的电压上会出现什么样的情况呢?可能米饭煮了一个早上都不会熟,或者干脆就做不了饭了。那如果把它接到比220V更大的电压上,又会怎么样呢?这样的话,电饭锅有可能会坏掉。因为流过的电流太大了,它的元器件会因承受不了过强的电流而受损。所以,我们在使用电器之前,必须确认它所需要的额定电压。

虽然我们在前面讲过,所有的物质都由原子组成。但是,并不是所有的物体都能导电。现在你是不是觉得很奇怪呢?为什么电流不能通过所有的物体呢?我们把像金属一样容易导电的物质称为导体,把像塑料、橡胶一样不容易导电的物体称为绝缘体。

为什么绝缘体不容易导电呢?这是因为,组成绝缘体的物质在阻碍电流流动。我们把阻碍电流流动的物质称为电阻,因为绝缘体的电阻太高了,所以电流就很难通过它们。

也就是说,绝缘体的原子和分子把电子囚禁起来了,电子哪也去不了,只能乖乖待在原子和分子里面。所以,电流就很难通过它们了。但是,导体中的电子却可以轻易地在原子之间移动。

你有没有发现电线的外面裹着一层塑料皮呢?为什么电工叔叔们工作的时候,总要戴上橡胶手套呢?其实,这都是为了防止触电。这些都是利用了绝缘体的性质。

那么,我们的身体是导体还是绝缘体呢?我们的身体可神奇了呢,既可以成为导体,也可以成为绝缘体。我们在前面讲过,电压越高电流越强,电阻越小电流越强。但是我们身体的电阻并不固定,会因情况的不同而变化。

爸爸妈妈是不是经常跟我们说手湿的时候不要触摸电器呢?因为他们担心我们触电。皮肤沾上水以后,电阻就会减小,会比干燥时小得多,电阻减小以后,电流的强度就会增强,很容易出现触电事故。

要是电器进水的话,会怎么样呢?当然是会漏电了。电器和人体一样,沾到水以后电阻就会减小,流经它的电流就会变强。这样的话,电流就会跑到电器表层来。所以,我们触摸时才会感觉酸酸的、麻麻的,严重的时候还会触电呢。

我们把电流流到电线以外的地方的现象称为漏电。电线老旧以后,它的塑胶皮不会脱落,所以很容易漏电。电器使用的时间太长也可能会漏电。所以,我们应该经常检查电线、插座和电器的插头,看看有没有损坏的地方。另外,家里的漏电断路器也需要一个月检查一两次。漏电断路器是一种自动断开电流的装置,当电路中漏电流超过预定值时,它就会自动断开电流。我们在通电正常时,按下漏电断路器的按钮,开关朝下就说明漏电断路器正在正常地工作。

漏电是很危险的,不仅会让人触电,甚至还会引起为灾呢。所以我们在像浴室这样的地方使用电器时,应该格外小心。

原来是静电在作怪

公路上,一辆卡车在急驶,突然间一声巨响,从后面的槽厢里喷出一个火球,随即点燃了油箱。在司机刚刚跳出驾驶室的一瞬间,一声巨响,汽车报废了,司机也受了重伤。

造成这一不幸事故的原因,要从一塑料桶汽油说起,因为爆炸是从那里开始的。原来,为了长途行车,司机用塑料桶装了一桶汽油放在车后面。行驶过程中,桶里的汽油在不断的晃动中和塑料桶壁摩擦、撞击,由于汽油和塑料桶都是电的不良导体,摩擦产生的电荷不断地积累,而且越积越多。塑料桶壁和汽油之间开始放电,产生火花,就像打了一个小的闪电。就是这个小小的火花,点燃了汽油桶上面的汽油蒸气与空气的混合气体,引起了爆炸。

静电火花不仅会引起汽油的爆炸,砂糖、面粉、茶叶末、奶粉、咖啡粉、煤粉、铝粉、木粉等,如果在空气中悬浮的数量达到一定的程度,也都会因为静电火花或其他火花而产生爆炸。在工业史上,面粉厂、铝制品厂因为空中的粉尘太多发生爆炸的事常有发生。静电是在摩擦中产生的,在干燥的冬天用梳子梳头,常常可以听到噼噼啪啪的声音。这是梳子和头发之间在放电,我们从地毯上走过去摸铁门柄,常会在手指和门柄之间打一个火花。

如果你的手距离门柄1厘米左右就开始放电打火的话,那么你身上的电压至少等于电视机显像管阳极上的电压,也就是一万多伏,这个电压大约是我们点电灯的电压的50倍。既然人身上有这么高的电压,可为什么不会被电死呢?

这是因为,人被电死不能只看电压的高低,还要看通过人体的电流的大小,由于在一般情况下摩擦产生的静电电量很小,所以通过人体的电流也极小,对身体无害。

但是在一些工厂里,例如电缆制造厂,在卷绕电缆的过程中因摩擦带电,电压可以高达10万伏,积累的电量也很多,不小心用手去触摸电缆的人,有的被击倒在地,不省人事。

这些都是静电有害的一面。因此,很久以来,人们一直在和静电作斗争。消除静电的方法是把摩擦产生的电荷用异种电荷中和掉或导入地下。物理老师在给学生表演静电实验的时候,最怕的是阴雨天,因为潮湿的雾气中含有大量的水蒸气,实验中产生的静电在不知不觉中就被潮湿的空气导走了,这样实验也就不灵了。所以在易爆炸的工厂里应该保持空气的湿度,使产品上的电荷积累不起来。有的时候,在机器旁边放几大桶水就可以,这是一种很少被人想到而又很有效的办法。当然也可以使用一种阴离子发生器,使空气里带有大量的负电荷去中和摩擦产生的正电荷。总之,还有许多方法,这里不再一一举例了。

不过,自然界中任何一种现象都不是绝对有害的。静电现象在我们的生活中也有许多可以应用的地方,例如静电除尘,还有一种点煤气灶用的"枪",用手一扣扳机,前端"枪筒"上就打一个火花,点燃了煤气灶。煤气枪里有一种特殊的物质叫压电体,扣扳机的时候对它产生了压力,于是在这个物质的两个表面上就会产生几万伏的高电压,产生火花放电,这也是静电的一种应用。

"飞鸽传书"的秘密

在古装电视剧上我们经常看到侠客或亲友间"飞鸽传书"以诉衷肠或者传递消息。"飞鸽传书"是一种古老的传递信息的方式,其速度之快、方位之准,令人叹为观止。那么,鸽子历经长途跋涉,是怎样辨别方向的呢?到底有没有信鸽这一回事呢?

信鸽

研究表明,确有此事。地球是一块巨大的磁体,能够产生影响范围很大的磁场。科学家发现在鸽子颅骨下方的前脑中具有长约0.1微米的针状磁铁,它能够感受到地磁场及其方向,因而,不管遇到的是高山峻岭,还是险恶天气,鸽子都能顺利返巢。同时,有实验表明,当给鸽子的头上加上一块具有特定极性的人工磁铁后,鸽子不能对飞行进行正确的定向;每当太阳质子活动剧烈时,地球磁场受到干扰,鸽子的返巢率也随之大大降低。这无疑说明,鸽子是根据地球磁场来为自己的飞行定向的。类似的动物还有蜜蜂,养蜂人将成箱的蜂群放飞,让它们去采蜜,它们一般都能顺利返回。

鸽子、蜜蜂可以利用太阳的磁场来辨别方向,那么,人们开始研究的未来飞船,是不是也有望利用太阳的磁场来飞行呢?

人造卫星

根据美国宇航局先进概念研究所支持的一项计划,未来的宇宙飞船可能在地球和其他星球的磁场中上演"冲浪"壮举,并沿着太阳系周围先前不曾涉足的路线进行探索。这种充电式飞船不需要火箭或其他任何类型的推进装置。

位于纽约伊萨卡的康纳尔大学的梅森·派克(MasonPeck)已获得任命,对这一超前的想法进行研究。让飞船"冲浪"的想法立足于磁场对带电物体施加力的作用这种现象。派克表示,一颗卫星能够在1天之内自行完成充电,它或者通过向太空发射带电粒子束,或者仅靠允许一个放射性同位素放射带电粒子的方式就能完成这一过程。充电后的卫星会被地球旋转磁场"温柔"地推动,从而具备改变轨道,甚至"逃往"行星际空间的能力。

派克说,他设计的飞船在到达轨道之后将有一个缓慢的启动过程,大约需要1年时间才能摆脱地球引力的控制。然而一旦远离地球,这个磁场"冲浪者"便将朝着它天然的家园--木星进发,因为木星所拥有的磁场在强度上要远远超过我们的地球。

根据派克的建议,未来的木星任务应该是将木星的磁场作为一个制动器,以减少所需的推进力,进而节省资金。除了可以充当制动器外,木星也可以被用作飞船在太阳系"休息"时的一个补给站。从理论上说,一艘飞船能够利用这个行星中的"大块头"的磁场进行急转弯,而不是单纯地依靠磁场产生的"引力弹弓"。真是不得不惊叹人类的智慧和大自然的奇妙啊!

雷达也能煮肉吗

一天,美国雷西恩公司的一位名叫珀西·斯潘塞的工程师正在全神贯注地做雷达起振的实验。忽然,他的同事看到他胸前的衣兜上渗出暗黑色的血迹,就慌忙地说:"你受伤了,上衣袋那儿渗出血了!"

珀西用手一摸,湿乎乎的,脸色立刻变得煞白。可是这时他突然明白了,是上衣袋里的巧克力糖融化了,真是一场虚惊。

珀西换了一件干净的衬衣又继续工作,但是巧克力糖为什么能融化呢?

珀西正在研究波长为25厘米雷达电波在空间分布的状况,此时雷达天线正在发射着强大的电波。

这件事情引起他极大的兴趣,他在思考,是不是雷达波的作用。忽然,脑子一亮,他想通了,一定是!

我们知道,世界上的物质都是由带电粒子组成的。电磁波是变化的电场和磁场组成的。电磁场的方向不断地变来变去,巧克力内部的分子来回振荡,分子间激烈地彼此碰撞产生热量,温度升高,巧克力便融化了。

这种加热方式和传统的加热完全不同。当我们在锅里煮一个鸡蛋或一块肉的时候,热量是从外面慢慢传进去的。外面的蛋清已经煮老了,里面的蛋黄还没有太热,为了把整个鸡蛋

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