一开始……
在我们了解电的工作原理之前，我们就已经观察并利用了它。电是与电荷流动有关的一系列现象。
请看批判性思维活动，活动1，电是什么这门课让学生们批判性地思考电是如何改变世界的，它来自哪里，以及我们如何发电和使用电。
要了解电是什么以及它是如何工作的，就需要了解原子的结构，这是17世纪到19世纪的科学家在发展他们关于电的本质的想法时所缺乏的知识。
让学生画一个原子，这将有助于教师建立对原子结构的基本理解。活动2，批判性思维和画一个原子活动就在这里。
在画出一个原子后，带学生深入研究原子和了解它的结构的科学之旅，这一旅程揭示了科学家在达到我们今天的理解之前是如何犯了很多次错误的。我们还在研究更精细的细节。
原子和电子
原子有一个核心(原子核)，由质子和中子组成。质子带电荷，中子是中性的，不带电荷。围绕着原子核的是一团被称为电子的带电粒子。电子的电荷与质子的电荷相反。
本杰明·富兰克林在1748年提出有两种相反的电荷。异性电荷相互吸引，同性电荷相互排斥。我们现在称这些电荷为正电荷和负电荷，但我们也可以简单地称它们为鲍勃和珍妮或者乒乓。当时，富兰克林没有办法衡量或量化他的想法，但事实证明他是正确的——在某种程度上是正确的。富兰克林的错误之处在于他认为电流从正极流向负极。富兰克林和他的同时代人在当时使用了字面意义上的流动概念，因为电被认为是一种无形的空灵流体。直到1897年，j·j·汤普森用一种叫做阴极射线管的装置通过实验确定了电子的存在，我们才认识到富兰克林的错误。请参阅下面的“寻找电子”一节。在发现电子后不久，我们就了解到，是原子中电子的得失以及电子被吸引到正电荷的运动产生了电路中的电荷流(电流)。但是，电荷从正极流向负极的理解惯例仍然存在，我们现在有两个惯例:传统模型(电荷从正极流向负极)和电子模型(电荷从负极流向正极)。 It can be confusing, but the important point is that the math is the same and the outcome is the same whichever model is applied. This unit will apply the electron model in its explanations and activities.
*可能是最有名的一个，并且被认为是带电粒子的想法，在本杰明·富兰克林之前，还有其他自然哲学家使用语言来描述类似富兰克林关于电荷和带电的想法的现象。一篇略为学术性的评论文章给出了电学历史的一个历史视角和概述，是《马顿和马顿，基本电荷概念的演变》。编者:L. Marton, C. Marton，《电子学与电子物理进展》，学术出版社，1980年第50卷，第449-472页。
理解原子
质子对电子说:“我感觉不舒服。”
电子:“你确定?”
质子:“我很积极。”
我们今天对原子的理解经历了几十年的反复。汤姆逊是第一个通过实验确定电子存在的人，但他的原子模型仍然基于有限的数据和理解，因此是错误的。在他的模型中，他将带电粒子(电子和质子)混合在一起，形成类似于带电汤的东西，或者被称为“李子布丁”(见图1)。后来我们了解到原子基本上是空的空间，这是我们现在对原子的理解，原子有原子核，质子和中子都在原子核里。电子以离散的能级在原子核周围随机地嗡嗡作响，电子和原子核之间有很大的空间。
想象一个网球在足球场的中心。在空心网球里面是所有的质子和中子。在观众坐着的大看台上，电子云在地面外面随机地嗡嗡作响。这是原子核和电子之间距离的粗略近似值，也是为什么原子和所有物体基本上都是真空的原因。对于年龄较大或更高级的学生，你可以谈论每个看台层代表一个不同的能级或壳层，当电子随机移动时，它们被限制在对应于给定能级的层中。一个原子的质子数决定了它是什么元素。例如，氢有一个质子，氦有两个，锂有三个，等等。当原子具有相同数量的给予中性电荷的质子和电子时，它最稳定。有些原子会失去或贡献一个电子而带正电。其他的可以得到一个电子而带负电。 Charged atoms are called ions. Oppositely charged ions can form bonds with each other. For example, Na+ (sodium) and Cl- (Chloride) when bonded make salt (NaCl).
图1。原子模型从1904年J.J.汤普森的李子布丁到1926年薛定谔的电子云。
网络上有很多不同原子模型的图片，它们是随着时间发展而形成的。这是一个
试试这个活动，制造一个原子，了解更多关于电荷性质的细节以及制作可食用原子模型的机会。随着活动的进行，我们还将详细阐述收费的概念。学生将更多地了解一些参与初步发现的科学家，这些发现导致了我们对电的当前理解。
在你更详细地探索电的本质之前，让学生们思考一下他们认为电是什么。见活动4，电是什么?画一个电路这就建立了对电路和电学的基本理解。这可以与他们在选定活动结束时的理解相比较，学生们可以建立一个真正的电路。现在我们再往前追溯，看看我们最初是如何认识电的概念的。
我们如何建立对静电的理解
除了我们对闪电的观察，古希腊人可能是第一个至少记录了他们自己用布摩擦琥珀产生静电的经验的人。如下文所述，当时我们并不知道闪电是电，也不知道它和琥珀发出的火花是同一件事。这种理解是在很久以后才发生的。
Francis Hauksbee是18世纪早期的一位科学仪器制造商，他是最早制造出一台机器来证明静电概念的人之一。他制造了一台机器，旋转一个中空的玻璃球，空气被气泵吸出(也是Hauksbee设计的)。当你把手放在旋转的玻璃球上时，机器会产生静电，可以被视为球体内的光环。它被展示给英国皇家学会的观众，这是第一个证明电可以作为娱乐以外的东西的演示之一，尽管最初使用Haukebee的机器的是娱乐人员，他们使用电来表演我们认为的魔术表演。
那时候，试验电或利用电进行娱乐的人自称电工。
斯蒂芬·格雷被称为“电之父”。在18世纪20年代和30年代，他用霍克斯比的一个旋转球体证明了他可以产生电荷并将电荷转移到另一个物体上，而且电可以通过某些材料传导，但不能通过其他材料。为了更深入的了解检查英国皇家学会博客．
在这之后不久，本杰明·富兰克林提出了一个实验，法国人实际进行了这个实验，证明闪电实际上是电，和格雷、霍克斯比和古希腊人制造的东西是一样的。他们在框架中竖起一根长长的金属棒，一端指向天空，另一端与框架中的地面绝缘。然后他们等待暴风雨的到来。一个闪电击中了金属棒，将一些电能储存在了金属棒中。就在闪电击中杆子之后，一个勇敢的法国人跑了出来，把手靠近杆子，电流就穿过杆子跳到他的手上，给这个可怜的不幸的人带来了电击和轻微的烧伤，但最终证明了闪电确实是电。正是这些实验和观察证实了本·富兰克林的假设，并最终发展出了避雷针，我们现在所有的建筑物上都有避雷针，以保护它们免受雷击。
我们仍然不知道电是如何工作的。我们仍然只是在观察现象。
我们现在所知道的是，静电或任何电都是电荷(通常是电子)在物质中的运动。在静电的作用下，电子在物体或区域上聚集，直到有足够的势能或吸引力使电荷(电子)跳到整体带正电荷的区域。这是以火花的形式表现出来的。在静电的情况下，电子的运动是通过空气，空气是一个很好的绝缘体，这就是为什么在闪电的情况下，你需要大量的电子在云层中聚集，然后它们才能使爆炸性的跳跃(一个非常大的火花)一直到地面，而地面是带正电的物体(或比带电子的天空大气的负电荷小)。
又过了一个世纪，我们才开始了解电是如何工作的，以及它与磁的密切联系。参见下面关于电和磁的部分。
见活动5和6，静态，粘性和飘动的塑料,水本德观察静电的作用，并帮助学生认识电荷和电荷的运动。
导体、绝缘体和电阻
我们已经注意到，电子与原子结合的紧密程度影响着它们导电的好坏。这种迁移率是基于在最外层价电子层(离原子核最远的电子)的电子离开原子并在材料中移动的容易程度。
绝缘体是一种材料，其原子的电子紧紧地束缚在原子核上，不能轻易地释放自己流过材料来发电。
导体是一种外层有电子的材料，电子与原子松散地结合在一起，当施加电作用力(电压)时，电子可以很容易地流过材料。因此，金属是良导体。但即使是良导体也有一定程度的电阻，会阻碍电子在材料中的流动。
电阻
电阻是材料的一种特性，它会阻碍电子的流动。因此，一种材料的电阻越大，让电子流过该材料所需的能量就越多，移动的电子就越少。电荷流动会减少。在有电阻的地方——总是有一些——电子中的能量以热的形式损失掉，而不是被用来执行我们想要的任务，比如为电视或电脑供电。当电子流过材料，与其他原子相互作用并使其偏转，并将其动能传递给原子时，就会产生热量。相互作用越多，阻力越大，能量损失越大。由于难以产生任何电荷流，高电阻的材料可以制成良好的绝缘体。低电阻材料是良导体，因为它只需要低电压或低能量就能使电子运动并产生电能。
活动7,没有阻力的生活，让学生们批判性地思考，如果我们可以无电阻导电，这意味着什么。
阻力是我们所谓的“补偿排放”背后的原因。这些排放是额外电力的结果——通常来自化石燃料——需要补偿由于电阻而在整个电网中损失的能量。据计算，在全球范围内，补偿排放相当于每年近10亿吨二氧化碳当量，与重型卡车或整个化学工业的年排放量相同。
根据国家的不同，仅通过传输造成的能源损失就在2-50%之间。［链接］
在澳大利亚，通过传播损失的能量约为10%。你离源头越远，这个数字就越大。［链接］
在活动八中引导，隔离，抵抗:舞蹈，学生可以通过“行为、隔离、抵抗”舞蹈，活跃起来，并对抵抗的工作原理有一个概念。
图2。电子与其他原子的相互作用越大，电子与原子的结合越紧密，电阻就越大。
引进下一代技术，零阻力
有些材料在冷却到极低的温度(大约零下170摄氏度)时，会以零电阻导电。这些材料被称为超导体。事实上，它们只有在如此低的温度下才会表现出这种行为，这使得它们在大多数用途中不切实际，但该领域研究人员的目标是开发出在室温下可以超导的材料。
FLEET正在研究的二维材料和超流体将在室温下以接近零的电阻传导，是超导体的替代品。但我们才刚刚开始了解这些材料的潜力，在我们实现这种潜力并使用这些材料开发节能电子产品之前，还有很多研究要做。看到FLEET研究和对下一代电子产品的需求．
去本单元的下一个部分，电与磁