黃河《電(下)》2016/3/18
前一週介紹過原子、分子，以及原子結合成分子的過程中會產生自由電子。
本週繼續往下講。
電流
如果分子內的自由電子夠多，在「外電場」作用下，自由電子朝固定方向流動便形成電流。
形成電流最簡單的概念如圖一。
圖一：快速移動磁鐵，磁場可推動銅線中的自由電子流動。
發電機就是利用這原理產生電流(請參閱圖二)──磁鐵N極與S極之間安裝轉動線圈，當線圈高速旋轉切割磁力線，磁場便會推動線圈中的自由電子流動。
圖二：發電機示意圖。
如何推動「轉動線圈」旋轉？
如果利用水流由上往下的沖擊力量，那就是水力發電。
如果利用大型風車的轉動力量，那就是風力發電。
如果燃燒煤炭和石油使水沸騰，進而釋放蒸氣驅動渦輪機，那就是火力發電。
也別忘了萬事萬物追求穩定的大原則：自由電子由導體某個區域流出，隨即有等量的電子從其他區域流入；因而導線雖持續存在流動的電流，然而導線本身始終保持電中性。
另外，由於電線包覆在絕緣塑膠內，所以除非漏電，自由電子無法脫離導線，它們始終在導體內部流動。
如果把電線想像成一條管路，自由電子是塞滿管路的撞球，典型的電流通路便如圖三：
圖三：電路示意圖。
電就是推動撞球移動的力量。也因此電又稱「電力」，因為它是力量的一種。
自由電子「推力」的來源是發電機。
在推力作用下自由電子加速進入燈泡，撞擊鎢絲產生熱能，此時自由電子不會消失也不會減損，只是流動的力量因撞擊而減弱。
對工作端(燈泡)而言，自由電子必須有「進口」與「出口」，所以電線都是2條，電路也必須為「迴路」。
切記「迴路」這兩個字！
所謂迴路就是：從頭到尾連成一個圓。
迴路是電路工作的第一個條件。
第二個條件是推力，或更正確地說為「電壓」──電的流入端與流出端具備壓差。
沒有壓差就不會形成電流。
也因此，站在高壓電線上的小鳥雙腳即使形成迴路，然而由於流入端與流出端的電壓相同，所以電流不會通過小鳥的身體，沒有安全顧慮。
圖四：小鳥可以安全地停在電線上休息。
但假如小鳥的兩隻腳橫跨在兩條電線，而這兩條電線的電壓不同，大量電流便會通過小鳥的身體造成觸電。
直流電與交流電
直流電的概念很單純──導線形成迴路，推力始終朝同一個方向加壓，自由電子始終在迴路中保持同一個流動方向。
觀念雖單純，不知讀友心中是否有以下疑問：發電廠離住家如此遙遠，難不成「單一迴路」從發電廠一直連到住家使用的電器？
如此一來交流電的作用原理又是什麼？
自由電子在迴路中「一會兒前、一會兒後」，這不會抵消彼此的動能嗎？
想要了解這問題，首應明白從發電廠到家用電器之間存在許多迴路(請參考圖五)，每一個迴路傳送的都是「壓差」，而為了減少傳輸過程中的功率損失，越接近發電廠的壓差越高，然後依序下降，直降到家庭使用的110伏特。
圖五：發電廠到家用電器「迴路」示意圖。
電的傳送流程就是一個迴路接著另一個迴路作用。此外，電之所以有作用，主要原因是自由電子具備速度(動能)，能撞擊電器的電阻而產生熱能。
至於直流電，它的迴路有如水管的水流，自由電子始終朝同一個方向流動(圖六)。
圖六：直流電的流向示意圖。
請注意圖六，插頭插進插座的目的就在形成完整的「迴路」。
交流電則像瓶子裡面裝了半瓶水，使用者上、下反覆搖動水瓶，自由電子同樣可以產生動能。當然，此狀況在自由電子轉換流動方向的剎那電流歸零。不過，由於家用電的頻率為60Hz──每秒上、下搖動60次，此短暫停頓對電器有何差異？
就如同拍攝影片，每秒取24格便很精細，看起來不是和連續畫面一模一樣？
也因為交流電是反覆變換流動方向，所以沒辦法使用電池儲存其能量，也因而市面不存在交流電的電池。
所有電池都是直流電池。
至於交流電與直流電哪一個比較危險？
這問題的關鍵是電壓。
電壓越高就越危險。
由於家用交流電一般在110V ~ 120伏特，直流電池通常只有幾伏特，所以我們常錯誤地認為直流電比交流電安全。
其實只要電壓夠高，兩者都很危險；或電壓夠低，兩者都很安全。
又假如電壓相同，好比都是110伏特，何者較危險呢？
由於人體觸及交流電時，因電流反覆變換方向會產生「連續的肌肉症攣性收縮」，使得觸電以後人體會因失去控制而難以離開電源。
直流電只會在觸碰的瞬間收縮，不會重複收縮，相對來說比較安全。
講到這就是我對電的了解，希望對你能有所幫助，進而讓你對這個奧妙的宇宙多一分認識。
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