作者 John Mills
亲爱的年轻人：
我相信你已经对安培已经有了一个相当好的理解，即1安培意味着一个以确定的速度流动的电子流，而一个比如说是3安培的电流意味着每秒钟通过的电子流数量是前者的3倍。
在第三和第四封信中，你发现了为什么电池驱动电子绕着导线运动。你也发现，有几种不同的电池。不同电池其驱动电子的能力各不相同，因此需要用一个方便的方法来对它们进行比较。我们的方法就是测量“电驱动力”或者“电动势”，这是每个电池都具有的能力。为了表示电动势并且给出测量结果，我们必须有一些单位。我们把这个单位叫做“伏特”。
伏特这个单位是法律规定的，并且是基于我们在上一封信中提到的推荐安培这个单位的科学家团体的建议。他们通过说明怎样制作一个特定类型的电池，然后声称这个电池具有确定的伏特值的电动势，来定义伏特。人们可以购买这样的标准电池，或者这样的标准电池单元（有人喜欢这样称呼），也可以自己做这样的电池。为了确保它们是标准的，他可以把它们送到标准局，与标准局保存的标准电池单元比较。
关于标准电池单元我不打算和你讲太多，因此除非你正在非常投入地上物理课，否则你不会使用它们。它们不适合用于普通用途，因为一旦它们开始驱动电子，它们内部的状况就会发生变化，它们的电动势就会改变。它们是精致的小物品，只能作为比较其它电池的标准。而且即便作为标准电池，它们在使用时，也必须注意不要去驱动任何电子。
让我们看看它能够做什么。假设两个男孩面对面坐在地板上，并且相互顶住对方的脚。然后他们用手紧握同一根棍子，并且用力向相反的方向拉。如果两个男孩施加的“棍子驱动力”相同，这根棍子就不会移动。
现在假设我们把两个电池的负极脚——我的意思是负极端——连在一起（如图12）。然后我们用一根金属线将它们的正极端连在一起。在金属线上，会有很多自由电子准备去拉力更大的电池的正极端。如果这两个电池的电动势相等，这些电子就会呆在它们原来呆的地方。金属线上不会有电子流，而且其中的一个电池可以和另一个电池进行比较。
你在想，那好吧，但是当电池的e.m.f（电动势的缩写）不一样时，我们该怎么办？我会告诉你，因为这些内容包含了一些其它的概念，而这些概念对你阅读后面的信很有价值。
假设我们拿来几个不会因为用于工作而被损坏的电池——比如存储电池——并且将它们串联起来（如图13）。当电池串联起来时，它们就和一个单独的电力更强的电池，即一个其e.m.f等于所有串联电池的e.m.f总和的电池，完全一样。将这些电池与一条细长金属线连接（如图14）。沿着金属线会有电子流流过。下一步，将标准电池单元的负极端和存储电池的负极端连接，也就是，相互顶住对方的脚。然后，用一根金属线把标准电池单元的正极端连出来。这根金属线就像从这个电池单元的正极端伸出的一个长手臂。将这根金属线的末端，即图14中的p点，接触细长金属线的一些点，比如a。现在我们能得到什么呢？当然，就在a点上，有着一些自由电子，而且它们同时听到了两个电池的召唤。如果标准电池，即图中的S，的召唤力更强，电子就会去它那里。在这种情况下，将末端p移动到离电池B的正极更近的地方，以便电池B可以施加更大的召唤力。假设我们试了试点c，并且发现在这个点，电池B的召唤力更强。然后，我们可以往回移动，再试几个点，比如b点，两个电池在那里的召唤力相同。
为了做这样的测试，我们将一个灵敏的电流测量仪器连在从标准电池单元S的正极端引出的金属线上。而且这根金属线我们要使用又长又细的金属线（译者注：金属线越长，电阻越大；金属线越细，电阻越大），以便上面永远不会有太多的电子流流过。当两个电池产生的对电子的牵引力相等时，不会有电流通过这个电流计。
我们找到需要的设置后，就可以用一些其它的电池，比如我们打算用来与S比较的X，来代替标准电池S。我们为电池X寻找需要的设置的方法与刚才为S电池寻找设置的方法一样。假设电池X的设置是将金属线末端p接在图14的位置d，而电池S的设置是将金属线末端p接在图14的位置b。我们立刻能够看到，电池X的牵引力比电池S强。然而，问题在于，强多少。
也许，回答这个问题的更好办法是讨论一下e.m.f。只说正极在召唤电子是不公平的，我们同时也必须说，负极在驱赶电子离开负极。E.m.f这个概念同时包括了这两种作用力。细金属线中的稳定电子流起因于B电池的e.m.f，即正极的牵引力和负极的推力。
如果金属线是均匀的，即金属线上的任何一点的粗细都相同，那么电子流通过任何1英寸金属线需要的e.m.f与通过金属线其它地方的1英寸长度需要的e.m.f相同。电子流过2英寸金属线需要的e.m.f是电子流过1英寸金属线需要的e.m.f的两倍。我们知道驱动电子流从金属线的n点流到b点需要多大的e.m.f。这需要一个标准电池S能提供的那么多e.m.f，因为当S的“脚”顶住n点时，它的“手”在b点产生的拉力与电池B在b点产生的拉力一样（译者注：如果没有电池S，b点的电子就会被电池B驱赶到n点，也就是说，电池S产生的e.m.f与驱动电子从b点到达n点的e.m.f相同）。
假设n点到d点（通常写成nd）是n点到b点的距离（nb）的两倍。这意味着电池X的e.m.f是电池S的两倍。你要记住，X能够出力让电子流通过长度为nd的一段金属线，就像一个大电池一样。这是电池S的能力的两倍。因此，如果我们知道标准电池的e.m.f可以被称为多少伏特的话，那么我们就能说电池X的e.m.f的伏特值是电池S的两倍。
如果我们用这种方法测量干电池，我们应该发现，每个干电池有大约1.46伏特的e.m.f。一个完全充满电的存储电池的e.m.f是2.4伏特；当被我们使用了一段时间之后，存储电池的e.m.f也许会降低到2.1伏特。
这就是比较电池，并且测量它们的e.m.f的方法，但是你看到，这要花很多时间。更简单的方法是使用“伏特表”，一种测量e.m.f的仪器。这里来介绍怎么制作一种伏特表。
首先，需要制作一个非常灵敏的电流测量仪器，这样当非常小的电流通过这个仪器时，它的指针也会显示偏转。我们可以用与上一封信提过的制作安培表同样的方法制作一个电流表，但是我以后会告诉你，还有其它更好的方法。然后，我们把很多细金属线串联起来连接这个仪器，理由我马上会告诉你。下一步，同时也是最后一步，是校正。
我们知道稳定地驱动电子流从n点到达b点需要多少伏特的e.m.f——借助于标准电池单元的e.m.f我们知道这一点。假设我们像图15那样，将我们刚做好的新仪器接在金属线的n点和b点。现在，位于n点的一些急着想离开B电池的负极的电子，可以通过新仪器的金属线最远到达b点。这些电子这样做了，并且指针摆向新的位置。在这个位置上，我们记下标准电池告诉我们的n点和b点之间的伏特值，即一个标准电池的伏特值。
如果我们将金属线的末端从b点改为接到d点，指针会指向另一个位置。在这个位置，我们记下两倍于标准电池的伏特值。我们可以接到金属线的e点，让ne的距离是nb距离的一半，然后在刻度盘上标注标准电池的一半伏特值，并且接下来为金属线的其它位置标注伏特值。这就是我们校正一个高度灵敏的电流测量仪器（当然，是添加了很多金属线的电流测量仪器），让其能够读取伏特值的方法。现在，它变成了一个伏特表。
如果我们像图16那样，将一个伏特表连在电池X上，它的指针会告诉我们X的e.m.f的伏特值，因为指针所在的位置和这个伏特表连在图15的n和d点之间时的位置一样。
在所有这些当中，我们要注意一点。我们必须注意，伏特表的设计思路是不让电子流轻易地通过它。我们只需要知道电池拉动电子有多难，因为这就是e.m.f的含义所在。当然，我们必须让一小部分电子通过伏特表，以便让指针移动。这就是为什么这种类型的伏特表是用很多细长金属线或者串联的细金属线做成的线圈和电流测量元件一起制成。对电子而言，细金属线构成了一个又长又窄的通路，因此只允许较小的电子流存在。通常我们描述这种情况的说辞是，伏特表有着很大的电阻。
在同样的长度下，细金属线对电子产生的阻碍作用大于粗大金属线。如果一根金属线具有均匀一致的截面直径，金属线越长，对电子流产生的阻碍作用越大。
你将会需要知道怎样描述金属线或者电路的任何一部分的电阻。要做到这一点，你要说它的电阻是几“欧姆”。欧姆是我们测量电路对电子流的阻碍作用的单位。
如果我告诉你一个测量电阻的简单方法，我就能给你看1欧姆是什么。假设你有一根金属线或者金属线圈，并且想知道它的电阻。像图17那样，将它与一个电池和一个安培表串行连接。同样大小的电流流过电路的所有部分，并且安倍表告诉我们电流是多少安培。现在将一个伏特表连在线圈的两端（如图）。伏特表告诉我们，驱使电流通过这个线圈使用了多大的e.m.f（单位是伏特）。用伏特值除以安培值，得到的商（答案）就是这个线圈内部产生的电阻，单位是欧姆。
假设安培表显示电流时1安培，并且伏特表显示e.m.f是1伏特。那么，1除以1等于1。这就意味着线圈的电阻是1欧姆。这也意味着，1欧姆是这样的电阻，即当其两端有1伏特时，会有1安培的电流通过它。你可以从中体会到很多含义。比如，这也意味着，1伏特就是在1欧姆的电阻上产生1安培的电流的e.m.f。
如果线圈获得5伏特后使得有2安培的电流流过，那么它的欧姆值有多大？解答：5除以2，你得到的答案是2.5。因此线圈的电阻是2.5欧姆。
再尝试一下。如果一个3欧姆的电阻上有2安培的电流通过，那么线圈两端的伏特值有多大？对1欧姆的电阻来说，1伏特会产生1安培的电流，不是吗？对于3欧姆的电阻来说，需要有3倍的伏特值才能产生1安培。要得到两倍的电流，就需要3伏特的两倍。也就是说，在3欧姆电阻上产生2安培电流，需要2X3伏特。
这里给你留了一个计算题。如果8伏特的e.m.f正在让电流通过2欧姆的电阻，电流有多大？注意，我告诉了你欧姆的数值和伏特的数值，你能告诉我什么？不要仅仅说数字；告诉我数字有多大，以及这数字代表什么。