[忽软忽硬] 动手做电脑 002 什么是电

对人类来说,电已经是和食物,水,空气差不多重要的东西了,可 能还是要低一个档次。如果没有电,我们这个社会马上会瘫痪。所以, 每个人好像都很了解电,但是实际情况却不是这样,关于电,仍然有大 量的未解之谜。幸好,虽然对电学的知识了解的越多越好,但是在计 算机中,我们不需要成为电科学家也可以稍微的了解一下其中的原理。

人类发现电非常的早,早在公元前 2800 年,古埃及的哲学家已经 发现了电蟃,并且把这种能放电的鱼称之为“尼罗河的雷神”。通过这 种描述,我们可以隐约的感觉到古埃及人已经意识到电蟃可能和天上的闪电有某种程度的联系,否则不会称之为“尼罗河的雷公”。当然没 有证据证明古埃及人对电有更深入的研究。

电的英文单词是 electricity,其来源是古希腊文 elekton,这个单 词在古希腊的意思是琥珀。我们上学时候都知道的故事之一就是琥珀 和毛皮摩擦会产生静电。随着时代的发展,有很多人试图解释电的原 理。但是都没有给出令人信服的解释。直到最近 200 年的科学大发展 时代。

出生在英国的约瑟夫·约翰·汤姆逊(Thomson,Joseph John,1856年—1940 年)提出了一个模型叫作原子的汤姆逊模型,在他的模型之 中,他认为正电荷均匀的分布在一个球体之中,负电荷则集中于球体 的中心。如下图Figure 2.1所示

后来在 1909 年,汉斯·盖革和欧内斯特·马斯登在欧内斯特·卢瑟福 指导下于英国曼彻斯特大学做的一个著名散射实验,这个实验被称之 为盖革-马士登实验,一个更为人所知的名字叫卢瑟福散射实验。

在这个实验里,用 粒子轰击各种金属箔纸,发现绝大多数 粒子的 偏向很小,但少数的偏向角很大甚至大于 90 度。由此可以证明,一个 原子大部分的体积是空的空间,这由没有被弹回的粒子充分说明。

这个实验推翻了约瑟夫·汤姆孙创建的汤姆森模型,随后卢瑟福和 波尔建立了自己的原子模型,为建立现代原子核理论打下了坚实基础。卢瑟福—波尔模型认为正电荷位于

中心,电子位于行星式的轨道上。像 下图Figure 2.2所示。

这个模型也有自己不能解释的东西,量子力学又对原子的稳定性 给予解释,但是对我们要研究电脑的电路来说,这些知识已经足够了。

在秋冬季节,我们脱毛衣或者拉门把手的时候,经常会看到电火花 或者被电一下,这是因为只有当电子和质子处于相同数目的时候,是 最平衡的。当我们被电了一下的时候,电子是从地球跑到了我们的身 体中。我为什么要讲这些呢,是因为有一根非常重要的线叫接地线。地 球是一个巨大的导体,我们可以把地球当作是一个无穷的电子存储仓, 电子在地球中是取之不尽,用之不竭的。

要记住这个符号: 这是接地的符号。接地在电路中的用处非常 大,像树莓派的针脚里,标有 Ground 的针脚就是接地的。以后这系 列视频中要用到的芯片,也都有 GND 这个引脚是接地的,还有一个 叫 VCC 的引脚则是给芯片供电的。

在说完了电以后,我们再来看看电流为什么会流动起来,如果只 有电线的话,灯不会亮,树莓派也不会运行,这一切都要归功于电源。

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