第十一章电压、电阻与欧姆定律
——自由电荷为什么能形成电流？串联电路和并联电路各有什么特点？电流、电压和电阻之间有什么关系？
昨天我们远远地看了电世界一眼，今天我们要迈出一小步，稍微走进来一下，投入奔腾的电流中。
在江河中，水流是奔流不息的水。在电路中，电流是循环往复的电荷。电荷们排着队从电源出发，沿着同样的方向，奔跑啊奔跑，最后又回到它们出发的地方。对于我们初中所学的直流电路来说，电流从电源的正极出发，在电路中走了一圈后，又来到了电源的负极。当然啦，其实在电路中真正奔跑的是电子们，它们是从负极出来的，但是因为定义了电流的方向是正电荷的移动方向，所以我们就说电流从正极出发最后回到负极了。电源是电流的起点，又是电流的终点。然后电荷们在电源内部重装上阵，再度出发。在江河中，我们不可能数清楚有多少个水分子，同样，我们也很难用一个个电荷来度量电流。我们要引入一个物理量，叫做电量。电量就是电荷的数量。电量的单位是库仑，嗯，库仑仍然是一个物理学家的名字。我们见到的大多数物理单位都是物理学家的名字。他们用智慧与汗水打开了一扇又一扇的物理大门，让我们今天可以享受这些科技成果。
知道了电量还不够。就好像一瓶可乐，用一天的时间慢慢喝完，和吨吨吨一口气喝干是两码事。单位时间里通过的电量才是关键。1秒钟内通过导体横截面的电量叫做电流强度，简称电流，单位是安培。你可以忘记库仑，但是你一定要记住安培这个名字。安培，伏特，欧姆，这三个名字将主宰你遇到的绝大多数电学物理题。
对于普通人来说，1安培的电流就已经不算小了。我们生活中的电器，在工作时电流超过1安培的有空调、电水壶和热水器等，但大多数电器在工作时，电流是比较小的。所以在电流方面，有时候会用到小一点的单位，比如毫安和微安。毫安是千分之一安培，微安是百万分之一安培。
电路中的电流是可以测量的。测量电流的仪表叫做电流表，也叫安培表。在测量电流的时候，安培表是串联在电路中的。记得吗？我们说过，电流经过串联电路时，是一起经过一个电路元件后，再一起经过下一个元件。所以，测量电流强度的时候，电流表要串联在电路中。
江河奔流，是因为存在着水位差，水位差导致了河段中不同位置水的压强不同。水压是江水“逝者如斯夫”的原因。电路中，驱动电流的是电压。电压是使自由电荷定向移动形成电流的原因。电压的单位是伏特，简称伏。一般家用电的电压是220伏特，而一节干电池的电压是1.5伏特。测量电压的仪表叫做电压表，又叫伏特表。电压表在使用的时候，要并联在待测电路的两端，它能测出这段电路两端的电压。
知道了电流和电压这两个物理量，我们再来重温一下串联和并联电路。我们已经说过，在串联电路中，电流携手一起走过一个元件，然后再走过下一个元件。也就是说，串联电路中，各处的电流相等。串联电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和。而在并联电路中，总电流等于各支路中的电流之和。并联电路中，各支路两端的电压都相等。这两点，对于串联和并联电路的计算来说，非常基础，也非常关键。
电流在导体中并非是完全畅通无阻的。一切导体都有阻碍电流的性质，这种性质叫做电阻。导体的电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的长度、横截面积和材料。同样材质和粗细的导线，越长，电阻越大。有一种叫做滑动变阻器的元件，它就是通过改变接入电路的导线长度来改变电阻，从而影响电路的。而同样材质与长度的情况下，横截面积越大，电阻越小。你可以直观地用道路来理解。路越宽，越顺畅。最后就是不同材质本身的因素。同样的尺寸，橡胶的电阻远远大于铜。我们现在经常听到的超导体，就是那些在特定条件下电阻为零的材料。
电阻怎么计算呢？物理学家欧姆总结出了这样的规律：导体中的电流，跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。这就是欧姆定律。所以，我们用导体两端的电压跟通过这段导体的电流的比值，来表示导体的电阻，单位是欧姆。如果导体两端的电压是1伏特，通过导体的电流是1安培，那么这个导体的电阻就是1欧姆。对于一个电路元件，我们可以用安培表测量经过它的电流，用伏特表测量它两端的电压，然后我们用电压除以电流，就能算出它的电阻。这个方法叫做伏安法。记住，伏安法是用来测电阻的方法。
借助欧姆定律的计算，我们也可以得出这样的结论：串联电路的总电阻等于各串联导体的电阻之和。并联电路中总电阻的倒数，等于各并联导体的电阻的倒数之和。
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