誰都沒有直接看見過電流,但是誰都知道日常生活中許多東西離開了電不行,都知道電的威力強大無比,這就涉及到電流的各種效應,有些效應還奇特得令人難以想象。現在,我們就簡單談談這方麵的情況。
我們先談談電流的熱效應。1800年,伏打電池發明以後,人們發現電流通過導體時,導體會發熱,這就是電流的熱效應。它和哪些因素有關呢?第一個用實驗揭開這個秘密,並且做出精確的定量計算的,是英國青年物理學家焦耳。1840年,22歲的焦耳做了通電導體發熱的實驗,他巧妙地設計了實驗裝置,把通電的電阻絲放在純淨的水中,用電阻絲產生的熱量使水升高溫度,溫度升多少由溫度計測出。焦耳廢寢忘食地進行實驗,終於發現了一個重要的規律:電流通過導體放出的熱量,跟電流強度(指單位時間流過導體截麵積的電量)的平方、導體的電阻、通電時間三者成正比。1842年,俄國物理學家楞次也獨立地發現了這一定律,這就是焦耳—楞次定律的由來。
電流熱效應有著廣泛的應用。大家所熟悉的電爐、電烙鐵、電熨鬥、電烤箱、電熱器等各種電熱設備,都是以焦耳定律作為理論依據設計的。電流熱效應還被用來焊接金屬,爆破時引發炸藥,軍事上引爆地雷,現代養雞場裏用來孵化小雞,科學實驗中熱恒溫箱,電熱保暖服等。但也應注意,電流熱效應有時也會帶來危害,比如燒壞器件,甚至引起火災和人員傷亡。為了防止這些危害,人們已經能有效地采取冷卻措施和保險措施,保證了人員和設備的安全。
我們再來看一看電流的化學效應。電流通過導電溶液時,溶液會發生化學變化,這種現象就叫做電流的化學效應。在盛有硫酸銅溶液的玻璃杯裏,直立放入兩根碳棒,用導線把它們和直流電源相連接,溶液中就有電流通過。過幾分鍾以後就會看到,和電源負極相連的碳棒上出現了一層紅色的銅,這層銅就是硫酸銅溶液在電流的作用下發生化學變化後分解出來的。利用電流的化學效應,可以電鍍各種金屬製品,使它們的表麵更加光亮,提高耐磨和防鏽的能力。利用電流的化學效應,能提煉高純度的金屬,比如電解銅,可以得到純度為99999%的銅。還可以通過電解水的方法,製取氫和氧,為尋找新能源提供了條件。
溫差電效應。1821年,德國物理學家塞貝克發現了如下一種奇怪的現象:把兩根銅絲接在電流表的兩個接線柱上,使兩根銅絲的另外兩端分別與一根鐵絲的兩端相繞纏在一起。然後,把相繞纏的一端放在盛有冰水混合物的容器裏(冷接頭),保持低溫;另一端放到火焰上加熱,使它升到很高的溫度(熱接頭)。這時候就可以發現電流表的指針發生了偏轉,這說明電路裏有了電流。這種電流當時叫做熱電流,後來就叫成了溫差電流。溫差電流的大小同兩種金屬的性質有關,還與兩個接點上的溫度差有關。溫差電效應可以用來測量溫度,製成靈敏度很高的溫差電偶溫度計。對於半導體來說,這種效應用處更大,可以製備溫差電池,用來發電或作為電源使用。
電致伸縮效應。在自然界中有些物體的性能很特別,像石英、電氣石等晶體,在它們的兩個表麵上施加壓力或拉力,兩個表麵就會分別顯示出正、負電性。這種現象就叫做“壓電現象”。反過來,把這類晶體的兩個表麵和電源的正、負極相連,就會發現在電流流過晶體的時候,晶體就會發生機械形變。伸長或收縮。這種現象就叫做“電致伸縮”。利用電致伸縮原理,可以製造超聲波發生器、晶體耳機等。
最後,我們再看一看電流的生物效應。自從伽伐尼發現動物電以後,電流的生物效應越來越引起了人們的關注。在長期的研究和實踐中,人們逐漸認識到各種生物體都有生物電流的存在。大家都知道的心電圖、腦電圖,就是把人體心髒或腦部產生的電流,經過儀器處理後再顯示出來的圖像。
外界電流對人體的各個部位能產生不同程度的影響,這也是電流的生物效應。早在18世紀中葉,就有人用電治療過麻木的手指。現在,電療已成為常見的一種治療手段。有的科學家還設想,如果把聲音信號變成電信號,然後用它去刺激聾人的適當部位,就有可能使他們的聽覺得以恢複,這可能會給成千上萬的耳聾病人帶來福音。
此外,還有電流的磁效應,這也是本書主要討論的內容之一,在以後的內容中你還可以看到“電”與“磁”種種奇妙的關係。