文／林志鴻
●靜電的觸電 麻一下 電流的觸電 持續麻
認識電學先從靜電開始，讓電荷靜止不動，研究電荷在靜止狀態下的基本概念，從日常生活中會遇到的靜電現象開始觸發動機。我發現孩子們對靜電的觸電和電流的觸電分不清楚，甚至很多孩子不曾有過觸電的經驗。靜電的觸電是麻一下，只有瞬間流過全身的痛覺及驚嚇；但電流的觸電，會一直麻下去，除非和電源分開，否則觸電的感覺不會消失。
講到觸電的經驗，我和孩子們分享了一段小時候頑皮的故事。
小學的時候，我在草叢裡捕獲了一隻霸王級的蝗蟲，大約有我小時候的手掌那麼大隻，鄰居小朋友也補獲很多隻蝗蟲，但就沒有我這隻雄偉巨大，大家都露出羨慕的眼神，看著我的霸王，這隻巨大的蝗蟲給我掙足了面子，尤其牠飛起來發出響亮的啪——啪——啪——，和鳥類振翅的聲響差不多。
霸王只在我的手裡活了兩天就過世了，拆下牠粗壯的後腿，我想到讓這肢腿通過電流，應該會像玩具一樣動起來！所以，就把那條腿插到牆壁上的插座，其實插座有一孔是有電的活線，而另一孔是沒電的地線，我剛好挑中了有電的那一孔，把霸王的腿插進去，霸王的腿沒跳，而是我一直跳……，這是我第一次觸電經驗，而我再也沒有勇氣把霸王的腿拿下來，那條腿就一直插在插座上。
小明到我家來玩，他知道我有一隻霸王，想看一下霸王，我會指向插座說：牠在那裡！小明以為我把霸王養在牆壁的電盒裡面，只有一條腿露出來，不免好奇去碰那條腿，碰了那條腿就觸電了！表情是驚嚇後大叫，然後哈哈大笑……，小明離開後，小強來玩過、再來大華也來，各個都讓我試驗了一遍，屢試不爽，表情都是驚嚇後大叫，然後又哈哈大笑！要他們幫我取出那條腿，每個人都跟我一樣，沒有勇氣再被電一次，後來大人發現了這個惡作劇，拿來有絕緣保護的尖嘴鉗拔了霸王的腿。
●庫侖 電量的實用單位 電流 每秒通過的電量
助孩子類比電的性質，第一個遇到的電學基本觀念是電量：電荷的數量。我會強調：當你遇到不懂的電學專有名稱，把「電」字換成「水」，就很容易理解。
譬如電量就用水量來類比，我們怎麼測量水量呢？可以拿量筒來量水量，看看水的體積有多少c.c.，這稱為水的實用單位，也是實驗室裡最常用來測量水量的方法。水有最小單位「水分子」，又稱為自然單位，是自然界使用的單位，如果我們再把水分子拆開會得到兩個氫原子和一個氧原子，此時水失去了水的特質。日常生活中，我們喝了一口水，不會說喝進了幾個水分子，這樣溝通起來很不方便，就好像拿牙刷去刷操場一樣，自找麻煩。只有考試的時候才會這樣問：18公克的水有幾個水分子。基本上，在實驗室裡的測量，不會用到多少個水分子的計算。
電量也是一樣，實用單位是庫侖（C），在實驗室可以用儀器測量出來，也有最小單位，稱為一個基本電荷，是一個電子或質子所帶的電量，一個基本電荷的電量是16×（10的19次方）庫侖，我們記作：1e-=-1.6×(10的19次方）C。這是學習電學第一個要了解的基本概念。
接著我們讓電量流動起來，形成電流。我們先用水流動起來，學習如何測量水流。如果我打開水龍頭，讓水流出來，要如何測量水流量的大小呢？你需要什麼儀器來幫忙測量呢？讓孩子們思考一下。
把水龍頭打開時，就要開始計時，所以需要碼錶，用來計時。譬如計時1分鐘，看有多少水流出來，要量多少水，就用量筒來測量流出多少c.c.的水量，如果量出1200c.c.的水，我們可以說水流為「每秒流出20c.c.」的水，如此可以寫出水流的公式：水流＝水量／時間
換成電量，只需要把水改成電即可：電流＝電量／時間⇨I=Q/t
電流可以作這樣的定義：每秒通過導體某截面的電量有多少。
寫出電流公式後，一定要注意表一表格。在初等實驗室裡使用的電流大小，很少超過1A的，所以我們會用毫安培（mA）。1mA=1/1000A
●電擊傷害 取決因素多 電流強度 影響最直接
電流對人體造成傷害的程度取決於多個因素，包括電流的大小（強度）、通過身體的路徑、持續時間以及個體的生理狀態。一般而言，電流的強度是最直接影響傷害程度的因素。
表二是一些一般性的參考值。需要注意的是，個體差異和生理狀態也會影響對電流的敏感度。某些人可能對相同強度的電流更敏感，而有些人可能相對較不敏感。在任何情況下，都應該盡量避免電擊，因為即使微弱的電流也可能對特定人群造成嚴重的後果。
平均來講，人體的電阻大約10,000歐姆，若人體要通過20mA電流，電壓大約需要V=IR=20×10-3×10,000=200伏特。難怪小時候碰到插在插座孔的霸王斷腿，會有強烈的麻痺感，還不至於喪命，但如果是接冷氣用的220伏特，觸電就有生命危險。
●電子漂移速率很慢 電流為何速度飛快
再來談談電流的方向，電流的方向定義為正電荷移動的方向，所以由電池正極出發，經外電路到達電池的負極，再經內電路回到電池正極，形成封閉的迴路。
敏銳的孩子會舉手發問：正電荷不會移動耶！這樣的定義有問題。
的確！這是電學基礎的危機。當年湯木生發現電子時，電學的基礎已經建構完成，並沒有出現明顯的問題！而且電子在導體裡漂移的速率很慢，每秒只有前進幾公分而己，怎麼可能造成電流的流速接近光速呢？
我接著示範給孩子們看看電流和電子流的關係，我會挑選一排的同學：同學是電子，可以移動，座位是原子核，正電不能移動。
我請第一位同學離開座位和我站在一起：大家看看正電出現在第一個位置了！接著，我要第二位到最後一位同學一起站起來，向前移動一個座位再坐下，空位馬上跑到最後一個座位。看吧！同學向前進，空位會向後面跑，每個同學只要移動一個位置，空位會移動好幾個位置。
大家想想看，如果我們把這排同學排得很長很長，從這裡排到美國，玩相同的遊戲，換老師舉旗子，只要看到老師的旗子舉起來，每位同學就要向前走一個位置，這樣空位就瞬間跑到美國去了，代表正電的電流就到達美國了。
其實這個速度有極限，因為同學要看到老師舉旗子的動作，才開始前進，舉旗的動作是以光速傳播出去的，所以電流的速度是接近光速，但比光速小一點。電流和電子流的方向相反，電子漂移的速率慢，但造成的電流速度非常快，孩子們能理解這樣的類比，但要他們下結論：為什麼會這樣呢？孩子們能了解，却表達不出來。我會告訴他們，這是因為電子幾乎同時往同一個方向移動，就能造成這種效果。
●所有彈珠同向移動 造成瞬間移動假象
當年我讀國中時，我的化學老師就提出另一個例子來說明這種現象：
如果有一條裝滿彈珠的橡皮水管，橡皮水管的口徑剛好可以容納一顆彈珠的直徑，橡皮水管從地球延伸到月球，水管裡頭塞滿了一顆接著一顆的彈珠。當我在地球這端的水管用力擠進去一顆彈珠，在月球那一端馬上就有一顆彈珠掉出來。感覺起來，彈珠移動得很快，因為彈珠長得一模一樣，我們分辨不出兩顆彈珠的差異，但兩者並非是同一顆彈珠，只要所有彈珠同時往同一個方向移動，就能達成彈珠好像瞬間移動的效果。
最後，還是要跟孩子們強調，這是我們理解自然界的簡單模型，並非真實的情況，電子在導體內的漂移，並不是我們想像的這麼簡單！就像昆德拉寫的一樣：「人類一思考，上帝就發笑。」
原文出自《好讀周報》753期
