• 【宇宙迷宮】電流與電壓 (李偉才)
  • 2020-08-29    

 

電的使用為人類的生活帶來極大的方面,但眾所周知,若使用不當的話,也會帶來極大的危險,包括觸電致死和因為電器短路而引發火災。

電的特性可以分為「電流」(current)與「電壓」(voltage)兩大方面。前者的單位是「安培」(ampere)而後者則是「伏特」(volt)。香港市電供應的電壓是220伏特,美國和日本的分別是120 和100伏特,所以從美、日買回香港的電器一般不能直接使用,而必須經過變壓器(transformer,俗稱「火牛」)先將市電降壓,否則電器會嚴重受損。

無論在市區還是郊外,我們經過一些輸電裝置時,可能都見過「高壓危險」的警告字樣。顯然,如果家中的220伏特已經危險,上萬伏特的高電壓只會更加危險。相反,我們家居用的輕便儲電池(筆芯電)能夠輸出的電壓只是從1.2、9、至12伏特不等,所以從來不需要貼上危險標籤。

不知大家有沒有到過一些外國的科學博物館?其中一些(例如波士頓科學館)展示有一種名叫「起電機」(英文全名是 Van de Graaff generator)的裝置,它可以透過傳送帶將產生的靜電(static electricity)不斷傳送到一個中空的金屬球的表面,從而產生很高的電壓。而只要我們踏上一個特製的絕緣平台(多為橡膠製造)並把手放在金屬表面,我們的頭髮會直矗起來,亦即無論之前的髮型為何,都會剎那間變成了「爆炸裝」!

大家可能立即想到的兩個問題是:頭髮為什麼會矗起來?以及:我們為何不會因為高壓而觸電致死?

第一個問題的答案是:由於金屬球表面的電荷會從手部傳到我們的身體,每條頭髮亦因而帶有額外的電荷。因為電荷的「同性相拒」的特性,每根頭髮都會極力「拒斥」周遭的頭髮,結果便產生了頭髮真矗的現象。

至於第二個問題,是因為我們站在絕緣的平台上,按照電學的術語即沒有「接地」(grounding),所以電流沒有去處而不會通過我們的身軀,結果我們不會受到「電擊」(electrocution)而受到損傷。

這兒帶出了一個十分重要的認識:電之會令我們受傷甚至死亡,關鍵不在電壓而在電流,而電流的大小則由電壓與物體的「電阻」(resistance)之間的比例決定。乾燥的皮膚電阻頗高,但一但沾濕便會電阻大降易於傳電。這便是我們操作電器時必須保持乾爽的原因。

李偉才

科普達人

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