我们的周围处处是电——对于我们大多数人来说，没有电的生活简直难以想像。下面只是其中的几个例子：

• 在整个屋子里，您或许都能够找到电源插座，可以在插座上插接各种电气设备。
• 大多数便携式设备均带有电池，电池所能提供的电力取决于它的容量。
• 下雷雨时，会有大量的电一闪一闪地从天空释放，人们称之为闪电。
• 您可能在干燥的冬天里会被静电电到，这属于超小规模放电。
• 利用太阳能电池，能很容易通过阳光来发电；也可以利用燃料电池通过氢和氧中的化学能来发电。

那么，我们称之为“电”的这种神秘物质究竟是什么？电究竟来自何处，为什么它能做那么多的事情？

我们从电源插座和电池中获取的电可以为各种设备供电。这是因为电的使用方式有上千种。例如：

• 电动机将电转换为机械运动。
• 灯泡、荧光灯和发光二极管（LED）将电转换为光。
• 计算机将电转换为信息。
• 电话将电转换为通信。
• 电视将电转换为运动画面。
• 扬声器将电转换为声波。
• 眩晕枪将电转换为痛感。
• 烤箱、电吹风和空间加热器将电转换为热量。
• 无线电广播设备将电转换为可传播到数百万公里之外的电磁波。
• X射线机将电转换为X射线。

很难想像在没有电的世界中生活的现代人是如何一番景象。如果没有电，我们将不得不倒退到依靠壁炉取暖，用烧木柴的炉子做饭，点蜡烛照明，靠尺子来计算。如果要远距离沟通，我们就得使用烟火信号或明信片。

电始于电子。如果您读过原子理论这篇文章，那么就会知道每个原子都包含一个或多个电子。您还知道，电子带有负电荷。

最简单的原子模型

在很多材料中，电子都被原子紧密地束缚着，如木头、玻璃、塑料、陶瓷、空气、棉花……在这些材料中，电子都被紧密束缚在原子之中，而且由于这些电子不运动，因此即使它们有电，导电性能也极差。这些材料属于电绝缘体。

	电的奥秘

但大多数金属的电子都可从其原子中分离出来并四处运动。这些电子被称为自由电子。金、银、铜、铝、铁等金属都带有自由电子。自由电子使得电流很容易在这些材料中流动，因此这些材料称为电导体。它们可以传导电流。运动的电子将电能从一点传送到另一点。

导体

电需要导体才能运动。此外，还需要某种能让电从导体的一点流向另一点的力量。一种让电子流动的方法是使用发电机。发电机是利用磁体来使电子产生运动的。

电和磁之间存在着一定的联系。如果让电子在导线中运动，则电子会在导线周围产生磁场。（有关详细信息，请参见电动机工作原理和电磁体工作原理。）同样，如果您在导线附近移动一块磁体，则磁场会导致导线中的电子发生运动。

发电机是一种相当简单的装置，它在导线附近移动磁体，以产生稳定的电子流。
若要了解发电机工作原理，一种简单的方法是将发电机想像成一个抽水的泵。只不过发电机抽的不是水，而是利用磁体来推动电子运动。这样说未免有点太过简单，但这个比喻的效果却很好。

水泵利用水可以做两件事：

1. 水泵使一定数量的水分子发生运动。
2. 水泵将一定的压力施加到水分子上。

同样地，发电机中的磁体也可以：

1. 推动一定数量的电子。
2. 将一定的“压力”施加到电子上。

在电路中，移动的电子数量被称为安培数或电流，以安培为单位。推动电子运动的“压力”被称为电压，以伏特为单位。因此，您可能会听到有人说：“如果你让这台发电机的转速达到1,000转/分钟（rpm），那么它在电压为6伏特时能产生1安培的电流。”1安培是指运动的电子数量（1安培的物理意义是每秒通过导线的电子数为6.24x10¹⁸），而电压则是这些电子所承受的压力。

电路

不管您是使用普通电池、燃料电池还是太阳能电池来发电，有三点始终是相同的：

• 电源将有两个端子：正极端子和负极端子。
• 电源（不管是发电机、电池还是其他可以提供电力的装置）会在一定的电压下将电子从负极端子推出。例如，一块AA电池通常需要1.5伏特的电压才能推动电子。
• 电子将需要通过一根铜导线或其他导体从负极端子流向正极端子。如果正负端子之间存在一条通路，则会形成一条电路，电子可以通过导线流动。

• 您可以在电路中连接任何类型的负载（如灯泡、电机、电视等）。电源将为其供电，这样负载就可以工作了（如发光、转动轴、生成运动画面）。

电路可能会很复杂。但即使最简单的电路中也始终会有：电源（如电池）、负载（如灯泡、电机）和在电池和负载间输送电流的两根电线。电子从电源开始移动，经过负载，然后再返回到电源。

运动的电子能产生能量。当电子从一点移到另一点时，它们会做功。例如，在白炽灯泡中，电子的能量用于产生热能，而热能又转换为光能。在电动机中，电子的能量产生磁场，磁场与其他磁体交互（通过磁的引力和斥力）而产生运动。每个电气设备都以某种方式利用电子的能量来产生有用的副效应。

闪电是什么？ 美国国家航空和航天局供图 如果说空气是绝缘体，那么闪电又是如何从云层穿过非导体物质传到大地上的呢？在发生闪电时，云层和大地之间累积的电能非常大，最终达到可以从空气的原子中剥离电子的程度。一旦这种剥离过程开始，空气就会变成一个等离子体（物质的一种分离状态，在热或者高压的作用下，物质会产生大量自由电子——请参见等离子切割机工作原理，了解关于这种状态的信息）。一旦进入等离子状态，空气就很容易利用自由电子导电，闪电则可通过等离子导体击中大地。 这个原理还可以用来解释火花塞与眩晕枪的导体之间出现瞬间放电的现象，以及电流从荧光灯管的一端传到另一端的情况。