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⛺️心若有所向往,何惧道阻且长

原子

世界万物都是由原子构成，那么原子是什么？一个最简单的原子模型总结一下两种特点：

1. 大量带正电荷的原子被一种叫核力的东西束缚在一起形成原子核；
2. 原子核周围环绕着若干个带负电荷的电子，同时根据库仑定律的特性：负电子被束缚在原子
   核的周围；
   ps：库仑定律特性同名电荷相斥，异名电荷相吸。
   
   当多个原子通过共用电子形成了一种状态时，我们成为这种状态叫做：共价键，处于共价键状态的
   原子核周围一般是由8个电子组成。这种物质大多是非金属材料，比如木材，塑料等非导体物
   质……
   
   形成共价键的原子结构比较稳定，原子核周围的负电子不容易挣脱束缚，负电子不会流动，所以无
   法导电。
   但在金属固体中，比如铜、铁等材料，大量的负电子在原子核周围，原子核的束缚力无法束缚那么
   多的负电子（铜的原子核外有29个负电子），导致负电子与负电子之间互相排斥拥挤，形成负电
   子流动。
   

电流的产生

电流的单位

表示电流的基本单位是安培，简称安，符号用大写字母A表示。1安培定义为：1秒钟内通过某一横
截面积的 个电荷移动所产生的电流强度。通俗一点可以理解为水管的流
量。

其他电流单位：安培A、毫安mA、微安μA，它们之间的换算关系如下：

手机充电器的电流在0.5~6A之间，大家想一想闪电的电流是多少呢

电流的方向

理解了电流的产生和单位，接下来我们来研究下电流的方向，研究电流方向首先要理解电路，电路
是电流导通的道路。

上图是一个电池和灯泡组成的一个电路，电池负极会发出电子，推着电子经过电灯泡回到电池的正
极。大量的电子经过某些特殊材料的时候会发热和发光，这就是电灯泡的原理。
ps：早期的白炽灯是以钨丝作为材料进行发光的，发现这种材料的人是爱迪生，他试验了6000多
种材料，试验了7000多次，最终带领人类进入了电灯时代。

传统电学中电流是从正极流向负极的，那时候发现电的科学家无法观察到电子，他们通过实验现象
猜测，以为电流都是从正极流向负极，所以在物理学中电学公式都是基于这个假设设计的。实际上
真实电子流动方向与传统电流方向是相反的，负电子从负极流向正极。不过这个方向问题不影响计
算的结果，后面讲电流方向还是按照传统电学从正极流向负极的方式来讲解，真实的电子流动方向
大家理解就好。

直流电

直流电简称DC，是一种大小和方向都不变的电流。直流电一般由电池和带有整流器的直流发电机
提供。一般用于手机、平板电脑、电动车等。下面是一个直流电源，可以输出0_{30V电压、0}5A
电流的直流电源。

交流电

交流电简称AC，是一种电流方向随时间作周期性变化的电流。交流电一般是由国家电网供应，电
网背后是发电厂在发电供应，大多数电厂主要依靠水力、燃油、天然气、核能等能源来发电，发出
来的电一般为正弦交流电。

煤炭气化发电，通过燃烧煤炭产生蒸汽，蒸汽的压力推动汽轮机旋转，汽轮机带动发电机旋转。核
心思想是将热能转换成机械能，通过机械能产生电能。
ps：2021年全球煤炭发电量为10244TWh，大约要用12亿吨煤左右。

堤坝式水力发电，借用堤坝水位差，水从高位向低位流动时，推动涡轮机旋转带动发电机发电。核
心思想是通过水能转换机械能再产生电能。

上面煤炭和水力发电都是通过涡轮或者汽轮发电机（turbine），产生正弦交流电。交流电一般用
于较大功耗的电器设备和机械设备。

直流&交流对比

直流电和交流电分别应用于不同的场景，各有优缺点。其中交流电可以很方便的改变电压，发电厂
出来的电都是几万伏，传输到小区后通过变压器转换成220V的家用电提供给我们日常生活使用。

开路&闭路

开路（Open circuit）和闭路（Close circuit）是相对于电路而言的，他们的区别是在电路中开关
的状态是否闭合，开关的状态直接影响了电路中的电流是否能够流通，从而影响电路中的用电设备
是否能够正常工作。

开路（Open circuit）
当电路中的开关处于断开状态，电路就处于“Open circuit”（开路）状态。这种情况下，电流
无法通过，电路中的电器设备也无法工作。
闭路（Close circuit）
当电路中的开关处于闭合状态，电路就处于“Close circuit”（闭路）状态。在这种情况下，电
流可以在电路中流通，电气设备也可以正常工作。

一个电路中的电流必须从正极出发经过含有电阻的电路，否则就会形成短路。短路会造成电源损
坏，导线、元器件温度升高产生大量热量，极容易造成火灾。
另外还要防止电流通过人体形成回路，当电流过大时，会导致灼伤，严重时可导致心脏骤停。电工
操作的安全要求就是保证电路是打开的，比如说站在木椅子上，使用绝缘手套等。