電看起來很神秘。在現代電子世界中有很多複雜的東西需要學習。那些學習電氣工程的人會告訴你這是多麼具有挑戰性。要成為這一領域的專家，需要多年的學習、數學的嚴謹、組件行為的掌握、解決問題的能力，以及閱讀圖表的能力。
專業電工花費數年時間學習如何在家庭和企業中安全地使用電力，滿足複雜的安全守則，並遵循一個多世紀積累的智慧。這個主題本身也很容易理解，因為以前神秘的事物開始變得有意義了。
水的比喻
最重要的想法是：電線裡的電就像水管裡的水一樣。電流的載體，即電子，可以很容易地穿過金屬，就像水分子穿過管道一樣。我們說金屬是導電體。
其他物質如塑料、玻璃和空氣的作用類似於管道的內壁：它們阻擋電子。我們稱這些物質為絕緣體。在你家裡的正常情況下，電線外面的空氣是通不了電的。(閃電確實涉及電流通過空氣，但這是一個極端的情況。。)
你必須運用你的想像力，假裝空氣是一個堅固的屏障，而這個堅固的金屬就像一個空的空間，電子很容易通過。一旦你超越了這個違反直覺的真理，剩下的部分就會變得有意義。
電子之間互相排斥得很厲害。把電子壓縮在一起幾乎是不可能的。這意味著只有當電子朝同一方向運動時，才能形成電流。如果你迫使電子進入導線的一端，那麼同樣數量的電子將不得不從另一端出來以騰出空間。
這種通過導體的電子流叫做電流。電流以安培計量。如果你想像電流像水一樣在管道中流動，那麼安培數就是升每分鐘：它們告訴你水流有多快。
電壓
電的另一個基本概念是電壓。在涉及水的系統中，壓力表示某物對水的推力有多大。水壓的單位是牛頓每平方米，電壓力的單位是伏特。
如果你曾經在水下待過，你就會知道潛得越深，耳膜承受的壓力就越大。如果你一直走到遊泳池底部，它們可能會受傷。這是因為隨著深度的增加，你的上方有更多的水的重量，向內壓在你身體的每一個表面。
水塔利用這一事實來產生巨大的壓力，將水輸送到接近地面的地方。塔內水柱越高，塔底的壓力越大。同樣得，像電池或發電機這樣的設備在導體中產生電壓。就像你可以通過增加水柱的高度來製造更多的壓力，你也可以通過串聯電池來製造更多的電壓。
舉個例子，這是一張測量普通AA電池電壓的照片。
這種AA電池可以產生1.617伏特的壓力請注意，即使AA電池被標記為提供1.5伏特，這種電池的測量電壓是1.617伏特。使用電池的時間越長，電壓就越低，直到它的強度不足以為設備供電。
現在看看當我把一節AA電池的正極與另一節電池的負極接觸時，會發生什麼，並測量它們的電壓：
兩個AA電池串聯產生3.233伏特這兩個串聯的電池產生兩倍的電壓，即3.233伏特。但是你必須把它們以正確的方式連接起來，這樣兩個電池就可以互相幫助把電子推向同一個方向！如果你不這樣做，會發生以下情況：
電池之間相互作用產生1.9 mV = 0.0019伏特。看出不同了嗎？這一次兩個正極連接起來，組合電壓為1.9毫伏(mV) = 0.0019伏，非常接近於零。這些電池互相排斥。
電阻
我上面提到過，金屬可以讓電子很容易地通過它們，但是空氣阻止電子通過它。事實證明，對於一種物質是導體還是絕緣體，沒有絕對答案。有些東西，如水、石墨和人體，就導電的難易程度而言，介於空氣和金屬之間。
把電子推過一個物體的困難度叫做這個物體的電阻。電阻的單位是歐姆。如果你對一個物體施加1伏的壓力，它會使1安培的電流流過，這個物體的電阻是1歐姆。
但是如果另一個物體需要10伏特的電壓才能讓1安培的電流通過，那麼第二個物體的電阻就是10歐姆——它的電阻比較大，因為要讓同樣的電流通過比較困難。
以歐姆計的電阻是用施加的伏特除以它引起流動的安培數來計算的。換一種說法，電壓等於電流乘以電阻。良導體的電阻很低，絕緣體的電阻很高(數十億歐姆)。
功率和能量
在日常用語中，「功率」和「能量」或多或少是同義詞。但在更精確的物理學語言中，它們有不同的含義。
能量代表了可以做的大量的物理工作。例如，把40磅的食品雜貨搬上三層樓梯需要一定的能量。能量的另一個例子是當你想加熱東西的時候。把一杯水從室溫加熱到沸點需要一定的能量。
能量是用焦耳來測量的。要感受一下這個能量單位，需要1700焦耳才能把35斤重的東西搬到第三層樓，而要把350毫升的水燒開，則需要120000焦耳。功率是單位時間內的能量。它代表你傳遞或使用能量的速度。
為了區別更清楚，能量和功率之間的區別就像距離和速度之間的區別一樣。功率是能量除以時間，就像速度是距離除以時間一樣。一架飛機和一輛自行車都可以飛行10英裡，但是飛機以500英裡每小時的速度飛到那裡，比自行車以15英裡每小時的速度飛到那裡要快得多。
功率是用瓦特來計量的。瓦特的定義是一焦耳每秒。舉個例子，如果微波爐能在2分鐘內燒開那杯水，它至少需要120000焦耳除以120秒= 1000瓦特。
有關電壓、電流和功率
既然我們已經涵蓋了理解電所需要的所有基本單位，事情就變得更有趣了。讓我們來談談電壓、電流和功率之間的關係。舉個例子，你可能會問，如果微波爐消耗了1000瓦的功率，那麼流過微波爐的電流是多少?
結果是一個簡單的關係：在任何電子設備中，無論多麼簡單或複雜，電壓(伏特)乘以電流(安培)等於功率(瓦特)。中國的一個家用插座提供220伏電壓。已知220伏特乘以未知電流等於1000瓦，我們可以用1000瓦除以220伏特得出電流大約是4.5安培。
讓我們進一步來看這個例子。現在我們知道微波爐從插座接收4.5安培的電流，我們可能想知道在同一電路中我們可以同時運行多少個這樣的微波爐。
為了解決這個問題，我們還需要知道保護電路的斷路器。如果你打開你的開關盒，你會看到很多這樣的開關:
斷路器有助於保護您的家庭和電器。每個開關上都有一個數字，如上圖中的15、20或30。這個數字是每個電路能夠安全處理的最大電流，單位是安培。如果所有插入該電路的設備所使用的總電流遠遠超過額定電流，斷路器將「跳閘」，或自動斷開電壓。
如果發生這種情況，您將看到開關移動到中間位置，位於「ON」和「OFF」之間。這將切斷所有電路的電力，以保護你的家不受火災的影響，以防你的家的線路出了問題，或者你的電器有危險的故障。
假設這個電路有一個20安培的斷路器保護。然後你可以同時安全地操作4個微波爐(4乘以4.5安培= 18安培)，但5個可能會導致斷路器跳閘(22.5安培)。
電費
假設住宅用電的典型價格是每千瓦時0.7元。
但是什麼是千瓦時呢？聽起來像功率，而不是能量。是的，1千瓦是功率單位，但是千瓦時是你運行一個千瓦設備一小時所消耗的能量。另一種理解方法是：1千瓦時等於1000瓦乘以3600秒(1小時)，也就是360萬焦耳。
現在您可以估計運行一個給定設備的成本。對於像微波爐或冰箱這樣的大型電器，通常在背後有一個標籤，告訴你設備使用了多少電流(安培)，或者它使用了多少功率(瓦特)，或者兩者兼而有之。如果它只告訴你安培數，你可以乘以220伏特得到瓦特數。
一旦你知道了這個設備使用的瓦特數，除以1000得到千瓦，然後乘以你要運行這個設備的小時數。這個公式計算出總能源使用量(千瓦時)。將能源使用量乘以本地使用成本，得到運行設備的成本。假設有一個1000瓦的微波爐，你每運行一個小時就要花費0.7元。
閃電
之前我說空氣是絕緣體。還記得我說過絕緣體就像管道的內壁嗎？每根管子都有極限。如果生活在一個足夠寒冷的氣候中，你可能一生中至少遇到過一次冰凍的管道。水管裡的水結冰時會膨脹。如果水無處可逃，這種膨脹就會產生巨大的壓力，導致管道破裂。
同樣的事情也會發生在空氣這樣的絕緣體上。在雷暴中，數百萬伏特的壓力會在平流層和地面之間積聚起來。當大氣和地面之間的電壓足夠強時，它就能把電子從大氣中的氮和氧分子上扯下來，使它們開始飛行。
這些飛行的電子也能撞擊其他氣體分子中的電子並將它們撞飛。在幾微秒內，大量電子高速通過天空和地面之間的彎曲路徑，將空氣加熱成高導電性的等離子體。
白熱的電弧突然間有大量的自由電子高速飛行，因此在閃電存在的短暫時間內導電效果很好。這允許更多的電流流動。一個巨大的電流浪湧迅速地消散了累積的電壓。一旦電壓力被釋放，電流就會停止，空氣迅速冷卻，它就會重新成為絕緣體。
想了解更多精彩內容，快來關注老胡說科學