科学：小学教师指南/电和磁
电力照亮我们的家，烹饪我们的食物，为我们的电脑、电视机和其他电子设备供电。我们每天都在与电力互动，但可能并不理解我们在打开电视或接听电话时发生了什么。本章解释了与电磁力相关的各种概念，包括静电、电流、电路以及利用磁铁发电。
所有物质都是由原子构成的，原子是由更小的粒子构成的。构成原子的三个主要粒子是质子、中子和电子。电子处于不断运动状态，围绕每个原子的中心（原子核）旋转。原子核由中子和质子构成。电子带负电，质子带正电（中子是中性的 - 它们既不带正电也不带负电）。我们电器中使用的电力是电子流的受控流动，或称为电流。例如，在铜线上，可以通过对导线施加电荷（电压）来迫使电子从一个原子转移到另一个原子。例如，当这些电子通过灯泡时，电压的势能可以转化为另一种形式的能量，如光或热。这里有一个关于电力的很好的课程的外部链接。此外，如果你想知道伏特、瓦特和安培之间的区别，这里有一个很好的解释。
静电是物体表面电荷的积累。它被称为“静电”，因为电荷在一段时间内停留在一个区域，而不是移动或“流动”到另一个区域。我们每天都会看到静电，它甚至会积累在我们身上。例如，当我们在地毯上摩擦我们的脚时，我们会收集静电荷。然后，当我们电击某物（或某人）时，我们就释放了静电荷（它在短时间内成为电流）。我们还会看到，当我们的头发带电并竖起来，或者当我们的裤腿无论我们怎么尝试都一直粘在腿上时。另一种看待静电的方式是两个物体之间的电荷差异，这两个物体被绝缘体（如空气）隔开。当积累的电荷足够多，或者物体彼此足够靠近时，静电就会快速放电，产生火花。汽车的火花塞可以每秒产生数千次火花，如这个视频所示。
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那么，静电究竟是什么呢？
在我们研究原子时，我们了解到原子是由中子、质子和电子构成的。电子绕着外面旋转。当两个表面相互接触时，电子从一个物体转移到另一个物体，就会形成静电荷。一个物体将带正电荷，另一个物体将带负电荷。快速摩擦这些物体，比如你快速摩擦气球在某物上或你的脚在地毯上，会积聚大量的电荷。带不同电荷（正负）的物体将会互相吸引，而带相同电荷（正正）的物体将会互相排斥。有点像磁铁。
闪电
当云层移动时，小冰粒会相互碰撞，产生静电。云层的整个区域开始积聚电荷（通常底部为负，顶部为正）。当负极区域和正极区域之间的吸引力足够强时，它就会克服空气的绝缘作用，并以爆炸性的闪电形式放电！大多数闪电是云对云或云内闪电，但云层底部的巨大负电荷会排斥地球表面的电子，在地球下方形成一个整体正电荷 - 因此闪电可以从云层传播到地面，走着最小的阻力路线。云对地闪电只占我们看到的闪电总数的约 20%，但这是我们担心的，因为它很危险（闪电的温度约为太阳表面的 6 倍，携带 5,000 到 50,000 安培的电流，电压为数千伏）。据估计，在任何时刻，世界上都有 2,000 场雷暴，大约每秒有 100 道闪电击中地球上的某个地方。一场大型雷暴携带的电势足够大，相当于美国在 20 分钟内使用过的所有电力！雷声是由闪电周围的空气瞬间加热产生的超音速冲击波。由于声音的传播速度远低于光速，所以我们先看到闪电，然后听到雷声（除非我们离得很近）。声音传播 1 英里大约需要 5 秒钟，因此计算闪电闪光和雷声轰鸣之间的时间，然后除以 5，就可以得到与闪电的距离。
关于静电实验的视频，适合学生观看
库仑定律指出：两个点电荷之间静电相互作用力的量级与电荷量级的标量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。
吸引和排斥是什么？
- 异性电荷互相吸引 (+) (-)
- 同性电荷互相排斥 (+) (+) 或 (-) (-)
这意味着两个带正电荷的物体将会互相排斥，而两个带负电荷的物体将会互相排斥。一个带正电荷的物体和一个带负电荷的物体将会互相吸引。带电物体之间的距离越远，吸引力和排斥力就越弱。
你可以使用金箔验电器来显示物体是否带电。
电流是电荷的流动。我们所有的电子设备都依赖于电子在路径或电路中持续流动。在电路中，这种电荷几乎总是由铜线中的移动电子携带。它也可以由电解质中的离子（如电池中）或由离子与电子共同携带（如等离子体中）。如果电路中存在间隙或绝缘体，我们称之为“开路”，电子无法流动。一旦电路闭合（例如，通过翻转开关），电子将再次流动。电流电力的例子包括给手机充电或使用它、打开灯光、在电炉上烹饪、启动汽车、玩电子游戏等等。
电力是与电荷存在和流动相关的物理现象集合。电力产生了许多众所周知的效应，如闪电、静电、电磁感应和电流。此外，电力允许创建和接收电磁辐射，如无线电波。在电力中，电荷会产生电磁场，电磁场作用于其他电荷。电力是由于几种类型的物理学产生的
电荷：某些亚原子粒子的性质，决定了它们的电磁相互作用。带电物质受电磁场的影响并产生电磁场，电荷可以是正的或负的。
电场（见静电学）：电荷周围存在电场。电场对其他电荷产生力。电场变化以光速传播。
电势：电场对电荷做功的能力，通常以伏特为单位测量。
电流：带电粒子的运动或流动，通常以安培为单位测量。
电磁体：移动的电荷会产生磁场。电流会产生磁场，变化的磁场会产生电流。这里有一个关于如何大规模发电的教程：http://americanhistory.si.edu/powering/generate/gnmain.htm
电子可以被驱动从一个原子移动到另一个原子。当电子在物质的原子之间移动时，就会产生电流。这就是在金属导线中发生的事情。电子从一个原子传递到另一个原子，从而在两端之间产生电流。某些物质比其他物质更容易导电。电阻测量了物质导电的程度。有些物质非常紧密地抓住它们的电子。电子不容易通过它们移动。这些物质被称为绝缘体。橡胶、塑料、布料、玻璃和干燥的空气是良好的绝缘体，具有非常高的电阻。
电力必须有一条从电源到用电器的完整路径。如果这条路径断开，电路就不完整。不完整的电路称为开路电路。除非电路完整，否则电力无法流动。完整的电路称为闭合电路。
串联连接，灯泡以一种电流必须先通过一个灯泡才能到达下一个灯泡的方式连接。并联连接，每个灯泡都独立于其他灯泡接收电流。 http://www1.curriculum.edu.au/sciencepd/electricity/images/elec_ill76.gif
这里有一个关于串联电路和并联电路的链接：https://learn.sparkfun.com/tutorials/series-and-parallel-circuits
有四种众所周知的强磁性材料
- 铁
- 钢
- 镍
- 钴
被磁铁吸引的物体通常包含上述四种材料中的一种或多种。
磁铁可以是天然的也可以是人工制造的。天然磁铁通常被称为磁石。人工制造的磁铁是用特殊的材料组合制成的，但必须包含其中一种磁性材料。铝经常被包括在内，因为它重量轻但仍然非常有效。你可以通过用硬物（如锤子）敲击磁铁或将其掉落在硬表面（如混凝土）上来削弱磁铁。极度高温，例如火炬，可以有效地使永磁铁退磁。
当一个磁铁的北极靠近另一个磁铁的南极时，它们相互吸引。如果它们被放在一起，它们就会相互排斥。
导体和绝缘体
允许电子流过的材料称为导体。阻碍电子流动的其他材料称为绝缘体。在使用电流时，两者都是必需的。一些良好的导体是铜、银、铝、铁和大多数金属。一些良好的绝缘体是玻璃、橡胶、木材和干燥的空气。
磁铁在两极最强。磁力线从两极向各个方向延伸，它们占据的空间称为磁场。例如，当把一张卡片或一块玻璃放在磁铁上，并在卡片上撒上铁屑时。
在日常生活中可能遇到的正磁场的例子包括：电视机、电脑、手机、闹钟、马达、办公设备、电线、微波炉、电热毯、电线、无线电和手机塔、荧光灯、智能电表、Wi-Fi
- 地球作为一个磁铁
- 指南针
由一小块磁性材料组成，悬挂在一个允许它自由旋转的地方。
可以用来检测任何磁铁（包括地球）的南北极。
- 避免敲击或掉落它们
- 远离高温
- 妥善存放它们
- 帮助它们保持磁性
带电物体的行为取决于它是由导电材料还是非导电材料制成。导体是允许电子从一个粒子自由地流向另一个粒子的材料。由导电材料制成的物体将允许电荷在整个物体表面上传输。如果在特定位置将电荷转移到物体上，则该电荷会迅速分布到整个物体表面。电荷的分布是电子运动的结果。由于导体允许电子从一个粒子传输到另一个粒子，所以带电物体将始终分布其电荷，直到多余电子之间的总排斥力最小化。如果将带电导体接触到另一个物体，则导体甚至可以将其电荷转移到该物体上。如果第二个物体是由导电材料制成，则物体之间电荷的转移会更容易发生。导体允许通过电子的自由运动来转移电荷。
与导体相反，绝缘体是阻碍电子从原子到原子以及从分子到分子自由流动的材料。如果在特定位置将电荷转移到绝缘体上，则多余的电荷将保留在初始充电位置。绝缘体的粒子不允许电子自由流动；因此，电荷很少均匀地分布在绝缘体的表面。
虽然绝缘体不适合转移电荷，但它们在静电实验和演示中起着至关重要的作用。
为了使电流流动，电源（电池、电源插座等）的负极和正极之间必须存在连续的导电路径。断开的导线或“开路”（关闭）开关都会在电路中留下间隙，阻止电子从电源一侧流向另一侧。因此，电子不会流动。这种情况称为开路电路。
闭合（开启）开关意味着通过开关的电路是连接的。因此，你有一个闭合电路（一个没有间隙的电路）。电流从电源的正极（例如，电池）流向连接到电路中的负载（灯泡、风扇等），然后回到电源的负极。
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质子是一种带正电的亚原子粒子，位于原子核内。原子核中质子的数量决定了元素的原子序数。
电子是一种带负电的亚原子粒子。它可以是自由的（不与任何原子结合），也可以与原子核结合。