小狐狸皮皮的物理世界

曹远强

电流

自从小狐狸皮皮知道了电，他对电就产生了浓厚的兴趣。他会盯着电视机看，但不是关心电视节目，而是好奇电视机是怎么用电的。看着晚上的万家灯火，看著一排排路灯，看着商店门口闪烁的霓虹灯，看着通上电就能烧开水的电壶，他感到电真是太神奇了！这是一个电的世界，而他对此了解得很不够，这让他充满了探索的欲望。

这天，皮皮对着台灯看了半晌，然后找来螺丝刀，想把台灯拆开来看一看里面的电是怎么工作的。狐狸爷爷看到后制止了他，并很严肃地告诫他：“电是一个天使，可以使生活变得更加美好。同时，电又是一个魔鬼，使用不当会带来巨大灾难，会造成重大损失。”

狐狸爷爷说得这么严重，皮皮害怕了，他说：“电这么可怕吗？您快讲讲吧！”

狐狸爷爷说：“电的知识很复杂，你不要着急，今天我先来讲一讲电流！”

皮皮问道：“电流？这个词我听说过。电是流动的吗？”狐狸爷爷说：“物质中既有正电荷也有负电荷，在一定条件下（电压），其中的一种电荷（或两种同时）发生定向移动，就会形成电流。简单地说，就是电荷的定向移动形成了电流。”

接着，狐狸爷爷拿出一根带塑料皮的铜导线，说：“铜导线里面有大量的自由电子，这些自由电子运动的方向是杂乱无章的，但是加上电压后，所有的自由电子就会向着同一个方向运动，这样就形成了电流。”

导休和绝缘休

皮皮点了点头，又问：“电压是什么呀？”

狐狸爷爷说：“和水流动需要有水压一样，电荷要定向流动也需要有电压。”

皮皮问：“物体有了电压就能产生电流吗？”

狐狸爷爷说：“不是的。有的物体容易形成电流，也就容易导电，这种物体叫导体。各种金属，还有盐水等电解质溶液都是导体，大地也是导体。有的物体不容易导电，它们就是绝缘体，比如塑料、橡胶、玻璃、干木材等。”

皮皮举起手中的导线说：“这里面包的铜丝是导体，而外面的塑料皮是绝缘体。”

狐狸爷爷说：“对！用塑料皮把铜丝包起来，这样就不容易漏电。”

皮皮说：“哦，我明白了。”

狐狸爷爷说：“常温下，导电性能介于导体和绝缘体之间的物体叫半导体，半导体在无线电方面有着很广泛的应用。”

通路.断路与短路

皮皮问：“有了电压，有了导体，就能形成电流了吗？”

狐狸爷爷笑了，说：“别着急，还不行。把导体做成导线，加上电源（电池）、开关、用电器，就可以组成电流工作的路径——电路。”

皮皮说：“电路就是电流走的路吧，有了电路是不是就有电流了呢？”

狐狸爷爷说：“还不行！电路有三种状态，一种叫通路，就是电路连接是正确的，闭合开关电流工作。如果开关断开，或者电路中有故障，比如线没有接好，导致电流不能正常流动，就叫断路，断路时电路中没有电流。第三种叫短路，就是电源两端或用电器两端直接用导线连通的电路，这样的电路中电流非常大，会烧坏用电器和电源，甚至可能引起火灾，是一种严重错误的电路。”

皮皮惊讶地说道：“好可怕！我们用电前一定要好好检查电路，千万不能出现短路哇！”

狐狸爷爷点了点头。

电流的方向

学习了关于电的知识后，皮皮跃跃欲试：“爷爷，您说了这么多，我都认真听了，现在能不能让我尝试着连接一下电路？”

“行啊，我已经准备好了。”说完，狐狸爷爷把准备好的东西放在桌上，有电线、开关、小灯座、灯泡、电池盒、干电池等。狐狸爷爷说：“这些组成电路时会用到的东西都可以称为元件。”狐狸爷爷一边指导皮皮连接电路，一边讲解。

皮皮问：“电流一定是从电源的正极出来，然后流回电源的负极吗？”

狐狸爷爷说：“对！因为电流的方向是这样规定的：正电荷定向移动的方向为电流的方向。但在电路中，实际流动的是负电荷，电子从负极流向正极，因此电流方向是它的反方向。”

皮皮问：“爷爷，那电路中正电荷不流动吗？”

狐狸爷爷回答说：“不流动，流动的是负电荷。”

皮皮看到自己连接的电路中的小灯泡亮了，感到十分高兴。狐狸爷爷说：“你可以根据连接的电路的实际情况，在纸上画出电路图。”

皮皮问：“怎么在纸上画电路图啊？我不会呀！”

看着皮皮为难的样子，狐狸爷爷笑了：“别着急，画电路图时是用一些简单的符号来表示元件的，不需要画得像实物。”

说完，狐狸爷爷画了一些符号，并告诉皮皮它们对应的分别是什么元件。

狐狸爷爷说：“一个完整的电路至少要包含四部分：电源、开关、用电器、导线。电源是提供电能的，用电器是消耗电能的，导线是输送电能的，开关是控制电路的。”

皮皮说：“爷爷，电源就是电池，对吗？”

狐狸爷爷说：“电池是一种电源，除了电池，发电机等也是电源。”

皮皮在狐狸爷爷的指导下，画出了一幅最简单的电路图。

皮皮看着正在发光的小灯泡问狐狸爷爷：“电流越大灯泡越亮，对吗？”

狐狸爷爷说：“是的！电流的大小叫电流强度，简称电流。单位是安培，用字母A表示。”

皮皮笑道：“安培肯定是一位科学家的名字。”

狐狸爷爷说：“对！电压的单位伏特，电阻的单位欧姆，都是科学家的名字。”

学习了电流的知识后，皮皮打算继续了解电的其他知识，他向狐狸爷爷提出要求：“您再讲一讲电压和电阻吧。”

狐狸爷爷说：“不行，今天太晚了，以后再讲吧！”

皮皮忽然想起了什么，对狐狸爷爷说：“爷爷，明天晚上我们去社区游乐场玩吧，那里的工程竣工了，有庆祝演出。”

狐狸爷爷也想起来了：“是吗？终于竣工啦！我们大家都参与建设了，是应该去看看。那就这样说定了，明天晚上一起

去游乐场。”

皮皮高兴地说：“好的，那现在我去

睡觉了。”

電路的两种连接方式

第二天晚上，皮皮和狐狸爷爷果然去游乐场了。皮皮玩得很开心，他对艺术品般的灯光装饰特别感兴趣。小桥上，一排排彩灯不停闪烁，倒映在水中，十分好看。所有的小树上都挂着小彩灯，一会儿红灯亮绿灯灭，一会儿绿灯亮红灯灭。广场上亮着各种霓虹灯，流光溢彩，分外漂亮。忽然，皮皮发现身边的小树上只有绿灯会亮，而那一串红色的小灯泡却不亮。皮皮觉得很奇怪，问道：“爷爷，这串红色的小灯泡怎么不亮呢？”

狐狸爷爷说：“可能是这串红色的小灯泡中有一个灯泡的灯丝断了。这些小灯泡是串联在一起的，只要有一个灯泡的灯丝断了，电流不通，这一串灯泡就都不会亮了。”

皮皮问：“串联是怎么回事？”

狐狸爷爷说：“回去我用家里的小灯泡演示给你看。”

该回家了，皮皮和狐狸爷爷走在宽阔的马路上，路灯为他们照亮了路。突然，皮皮指着一盏路灯说：“爷爷，那盏路灯怎么坏了？”

狐狸爷爷看了看，说：“可能是温度过高，路灯自动断电了，也可能是电路发生了断路。”

皮皮说：“这样一来，电流就流不过去了！”

狐狸爷爷说：“是的，这种情况需要电工来修理。”

皮皮看着这一排路灯，忽然想到一个问题：“爷爷，这一盏路灯出现了断路，那整个电路就应该不通了啊，为什么这一排的其他路灯还亮着呢？”

“哦，这是因为它们的连接方式不是串联，而是并联。因此，这一盏路灯的通与断不会影响其他路灯。”狐狸爷爷解释说。

皮皮说：“刚才您说那一串小灯泡是串联，现在又说这一排路灯是并联，而它们的情况又这么的不同，这到底是怎么回事啊？我都糊涂啦！”

狐狸爷爷说：“等你弄懂了这两种连接方式，知道了它们的特点，就不会糊涂了。走，回家去，我演示给你看。”于是他们加快了回家的脚步。

回到家，皮皮赶紧把元件摆在桌子上，狐狸爷爷指导他把两个小灯泡按顺次，首尾连接接入电路，组成一个串联电路，并在纸上画出了串联电路的电路图。

狐狸爷爷说：“电路有串联和并联两种基本连接形式。复杂一些的电路，既有串联也有并联。现在你连接的就是一个串联电路，在这个电路中电流只有一条路径，它依次通过用电器，因此它有一个特点：只要有一处断了，整个电路中就没有电流了，因此所有的用电器都不能工作了。”

皮皮把一个小灯泡拧松，让它灭掉，果然另一个小灯泡也不亮了。

皮皮说：“我明白了，今天晚上那一串红色的小彩灯是串联的，因此，当一个小灯泡坏了，灯丝断了，所有的红色小灯泡就都不亮了。”

皮皮在狐狸爷爷的指导下，又用元件组成了一个并联电路：把两个小灯泡并排接入电路，这样一来，电流到此处就会分成两条路径。狐狸爷爷在每个灯泡的后面都接上了一个开关，然后又将两条导线汇合在一起，接到另一个开关上，最后再接到了电源上。

皮皮对这个电路进行了研究，发现每个和灯泡直接连接的开关只管这个灯泡，不能控制另外一个灯泡，而另外一个单独的开关则能控制这两个灯泡。

狐狸爷爷说：“并联电路有干路、支路之分，干路就是电流流出未分开的部分，以及电流汇合后回到电源的部分，支路就是电流分开的这几条分路。干路开关控制整个电路，支路开关只能控制它所在的支路，无法控制另外的支路。因此，并联电路最大的好处就是，如果有一条支路发生故障断开了，不会影响其他支路的工作，因此生活中绝大多数用电器都是并联的。”

皮皮恍然大悟：“哦，我明白了，路灯是并联的，因此一盏坏了，其他的灯不受影响。”

狐狸爷爷欣慰地点了点头。