http://s10/middle/99096bb04bf80c6bc69f9&690

    电是一种自然现象，自然界的闪电是电的一种现象，是一种能量。电是像电子和质子这样的亚原子粒子之间的产生排斥力和吸引力的一种属性。它是自然界四种基本相互作用之一。电或电荷有两种：我们把一种叫做正电、另一种叫做负电。通过实验我们发现带电物体同性相斥、异性相吸，其吸引力或排斥力遵从库仑定律。电是个一般术语，包括了许多种由于电荷的存在或移动而产生的现象。这其中有许多很容易观察到的现象，像闪电、静电等等，还有一些比较生疏的概念，像电磁场、电磁感应等等。

 

【电对我们人类世界的影响】

  “电”一词在西方是从希腊文琥珀一词转意而来的，在中国则是从雷闪现象中引出来的。自从18世纪中叶以来，对电的研究逐渐蓬勃开展。它的每项重大发现都引起广泛的实用研究，从而促进科学技术的飞速发展。

电的发现和应用极大的节省了人类的体力劳动和脑力劳动，使人类的力量长上了翅膀，使人类的信息触角不断延伸。电对人类生活的影响有两方面：能量的获取转化和传输，电子信息技术的基础。襟抱堂网络策划机构认为，电的发现可以说是人类历史的革命，由它产生的动能现在每天都在源源不断的释放，人对电的需求夸张的说其作用不亚于人类世界的氧气，如果没有电，人类的文明现在还会在黑暗中探索。

 

【生活中的小常识】

   经过调查，男性身体比女性身体所能承受的电压要高出2—3倍。所以，为了保证电力工作的安全，在电力工作与电路维修中，男性员工要多于女性员工。包括在电器产业方面与高端电子产业方面，应当以男性员工为主。

 

【公元前的电】

                              http://s14/middle/99096bb04bf80c6ccf4bd&690

    希腊七贤中有一位名叫泰勒斯的哲学家。公元前600年前后，泰勒斯看到当明的希腊人通过摩擦琥珀吸引

羽毛，用磁钱矿石吸引铁片的现象，曾对其原因进行过一番思考。据说他的解释是：“万物皆有灵。磁吸铁，故磁有灵。”这里所说的“磁”就是磁铁矿石。

希腊人把琥珀叫做“elektron”（与英文“电”同音）。他们从波罗的海沿岸进口琥珀，用来制作手镯和首饰。当时的宝石商们也知道摩擦琥珀能吸引羽毛，不过他们认为那是神灵或者魔力的作用。

    在东方，中国人民早在公元前2500年前后就已经具有天然的磁石知识。据《吕氏春秋》一书记载，中国在公元前1000年前后就已经有的指南针，他们在古代就已经用磁针来辨别方向了。

    在中国，古人认为电的现象是阴气与阳气相激而生成的，《说文解字》有“电，阴阳激耀也，从雨从申”。《字汇》有“雷从回，电从申。阴阳以回薄而成雷，以申泄而为电”。

                             http://s12/middle/99096bb04bf80c6cb9eeb&690

 

【古代电的应用】

    通常所说的摩擦起电，在公元前人们只知道它是一种现象。很长时间里，关于这一种现象的认识并没有进展。

    中国在公元前1000年前后就已经有的指南针以及后来的指南车。

    而罗盘则在13世经就已经在航海中得到了应用。那时的罗盘是把加工成针形的磁铁矿石放在秸秆里，使之能浮在水面上。到了14世纪初，又制成了用绳子把磁针吊起来的航海罗盘。这种罗盘在1492年哥伦布发现美洲新大陆以及1519年麦哲伦发现环绕地球一周的航线时发挥了重要的作用。

 

【众多科学家关于电的研究】

（1）电与磁

    英国人吉尔伯特是伊丽莎白女王的御医，他在当医生的同时，也对磁进行了研究。他总结了多年来关于磁的实验结果，于1600年出了一本取名为《论磁学》的书。书中指出地球本身就是一块大磁石，并且阐述了罗盘的磁倾角问题。

    吉尔伯特还研究了摩擦琥珀吸引羽毛的现象，指出这种现象不仅存在于琥珀上，而且存在于硫磺，毛皮，陶瓷，火漆，纸，丝绸，金属，橡胶等是摩擦起电物质系列。把这个系列中的两种物质相互摩擦，系列中排在前面的物质将带正电，排在后面的物质将带负电。那时候，主要的研究方法就是思考，而他主张真正的研究应该以实验为基础，他提出这种主张并付诸实践，在这点上，可以说吉尔伯特是近代科学研究方法的开创者。

 

                               http://s11/middle/99096bb04bf80c6dcfe1a&690

（2）雷和静电

    在公元前的中国，打雷被认为是神的行为。说是有五位司雷电的神仙，其长者称为雷祖，雷祖之下是雷公和电母。打雷就是雷公在天上敲大鼓，闪电就是电母用两面镜子把光射向下界。

到了亚里斯多德时代就已经比较科学了。认为雷的发生是由于大地上的水蒸气上升，形成雷雨云，雷雨云遇到冷空气凝缩而变成雷雨，同时伴随出现强光。

    认为雷是静电而产生的是英国人沃尔，那是1708年的事。

                              http://s11/middle/99096bb04bf80c6e44b2a&690

    1732年，美国的科学家富兰克林（Benjamin Franklin,1706～1790）认为电是一种没有重量的流体，存在于所有物体中。当物体得到比正常份量多的电就称为带正电；若少于正常份量，就被称为带负电，所谓“放电”就是正电流向负电的过程（人为规定的），这个理论并不完全正确，但是正电、负电两种名称则被保留下来。此时期有关“电”的观念是物质上的主张。富兰克林做了多次实验，并首次提出了电流的概念。富兰克林的这一说法，在当时确实能够比较圆满地解释一些电的现象，但对于电的本质的认识与我们现在的“两个物体互相磨擦时，容易移动的恰恰是带负电的电子”的看法却是相反。 1752年，他在一个风筝实验中，将系上钥匙的风筝用金属线放到云层中，被雨淋湿的金属线将空中的闪电引到手指与钥匙之间，证明了空中的闪电与地面上的电是同一回事。后来他根据这个原理，发明了避雷针。

    1799年，意大利科学家伏特以含食盐水的湿抹布，夹在银和锌的圆形板中间，堆积成圆柱状，制造出世界上最早的电池－伏特电池。

    1821年英国人‘法拉第’完成了一项重大的电发明。在这两年之前，奥斯特已发现如果电路中有电流通过，它附近的普通罗盘的磁针就会发生偏移。法拉第从中得到启发，认为假如磁铁固定，线圈就可能会运动。根据这种设想，他成功地发明了一种简单的装置。在装置内，只要有电流通过线路，线路就会绕着一块磁铁不停地转动。事实上法拉第发明的是第一台电动机，是第一台使用电流将物体运动的装置。虽然装置简陋，但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先。

    1831年，法拉第制出了世界上最早的第一台发电机。他发现第一块磁铁穿过一个闭合线路时，线路内就会有电流产生，这个效应叫电磁感应。一般认为法拉第的电磁感应定律是他的一项最伟大的贡献。

    1866年德国人西门子（Siemens）制成世界上第一台工业用发电机。

 

【电的收集】

    能不能用什么办法把这种静电收集起来？这个问题很多科学家都考虑过。1746年，莱顿大学教授缪森布鲁克发明了一种存贮静电的瓶子，这就是后来很有名的“莱顿瓶”。

    缪森布鲁克本来想像往瓶子里装水那样把电装进瓶子里，他首先在瓶子里灌上水，然后用一根金属丝把摩擦玻璃棒能到水里。就在他的手接触到瓶子和棒的一瞬间，他被重重地“电击”了一下。据说他曾这样说过：“就算是国王命令，我也不想再做这种可怕的实验了”。

    富兰克林联想到往莱顿瓶里蓄电的事，于1752年6月做了一个把风筝放到雷雨云里去的实验。其结果，发现了雷雨云有时带正电有时带负电的现象。这个风筝实验很有名，许多科学家都很感兴趣，也跟着做。1753年7月，俄罗斯科学家利赫曼在实验中不幸遭电击身亡。

                                       http://s9/middle/99096bb04bf80c6e98648&690

    通过用各种金属进行实验，意大利帕维亚大学教授伏打证明了锌，铅，锡，铁，铜，银，金，石墨是个金属电压系列，当这个系列中的两种金属相互接触时，系列中排在前面的金属带正电，排在后面的金属带负电。他把铜和锌做为两个电极置于稀硫酸中，从而发明了伏打电池。电压的单位“伏特”就是以他的名字命名的。19世纪初，正是法国大革命后进入拿破仑时代。拿破仑从意大利归来，在1801年把伏打召到巴黎，让他做电实验，伏打也因此获得了拿破仑授予的金质奖章和莱吉诺-多诺尔勋章。

（4）伏打电池的利用与电磁学的发展

    伏打电池发明之后，各国利用这种电池进行了各种各样的实验和研究。德国进行了电解水的研究，英国化学家戴维把2000个伏打电池连在一起，进行了电弧放电实验。戴维的实验是在正负电极上安装木炭，通过调整电极间距离使之产生放电而发出强光，这就是电用于照明的开始。

    1820年，丹麦哥本哈根大学教授奥斯特在一篇论文中公布了他的一个发现：在与伏打电池连接了的导线旁边放一个磁针，磁针马上就发生偏转。

    俄罗斯的西林格读了这篇论文，他把线圈和磁针组合在一起，发明了电报机（1831年），这可说是电报的开始。

    其后，法国的安培发现了关于电流周围产生的磁场方向问题的安培定律（1820年），法拉第发现了划时代的电磁感应现象（1831年），电磁学得到了飞速发展。

    另一方面，关于电路的研究也在发展。欧姆发现了关于电阻的欧姆定律（1826年），基尔霍夫发现了关于电路网络的定律（1849年），从而确立了电工学。

 

【电池的历史】

                                 http://s7/middle/99096bb04bf80c71e2b06&690

    1790年，伽伐尼根据解剖青蛙实验提出了“动物电”，以此为开端，伏打发现了两种金属接触就有电产生的规律，可以说这就是电池的起源。

    1799年，伏打在铜和锌之间夹入一层浸透盐水的纸，再把它们一层一层地迭起来，制成了“伏打电堆”。“电堆”的意思就是指把许多单个电池单元高高地堆在一起。

（1） 一次电池

    一次电池放完电后不能再用的电池称为一次电池。伏打对伏电电堆做了改进，制成了伏打电池。

    1836年，英国人丹尼尔在陶瓷桶里放入阳极和氧化剂，制成了丹尼尔电池。与伏打电池相比，丹尼尔电池能长时间提供电流。

    1868年，法国的勒克朗谢公布了勒克朗谢电池，1885年（明治18年）日本的尾井先藏发明了尾井乾电池。尾井乾电池是一种把电解液吸附在海绵里的特殊电池，具有搬运方便的特点。

    1917年，法国的费里发明了空气电池，1940年，美国的鲁宾发明了水银电池。

（2）二次电池

    放完电还可以充电再用的电池称为二次电池。1859年，法国的普朗泰发明了能够反复充电使用的铅蓄电池，其结构是稀硫酸中装有铅电极，这是最早的二次电池。现在，汽车里使用的就是这种类型的电池。

    1897年（明治30年），日本的岛津源藏开发出了具有10a*h容量的铅蓄电池，并把他本人名字genzosimazu的字头gs作为商品名称，取名为gs电池投放市场。

    1899年，瑞典的容纳制成了容纳电池，1905年爱迪生制成了爱迪生电池。这些电池的电解液都用的是氢氧化钾，后来就被称为碱性电池。

    1948年，美国的纽曼发明了镍镉电池。这是一种能充电的乾电池，是具有划时代意义的电池。

                              http://s13/middle/99096bb04bf80c72920ac&690

（3）燃料电池

    1939年，英国人格罗夫发现氧和氢的反应中有电能产生，并由实验证明了燃料电池的可能性。也就是说，电解水的时候消耗了电能而生成了氧和氢，反过来，从外部给阳极一侧送入氧，给阴极一侧送入氢，就能够产生电能和水。

    格罗夫当时只是做了实验，并未实用化。1958年，剑桥大学（英国）制成了5kw的燃料电池。

1965年，美国ge公司成功地开发出了燃料电池，这个电池就安装在1965年的载人飞船双子星5号上，用于供给宇航员饮用水的飞船电能。1969年登上月球的阿波罗11号飞船上的电源也使用了燃料电池作为飞船内电源。

（4）太阳能电池

    1873年，德国人西门子发明了用硒和铂丝制成的光电池。现在照相机曝光表上所用的就是这种硒光电池。

1945年，美国的夏品发明了硅太阳能电池，这是一种当太阳光或灯光照到其pn结上时能产生电能的元件，广泛用于人造卫星，太阳能汽车，钟表，台式计算器等。提高这种元件转换效率的研究与开发工作仍在进行中。

                                     http://s13/middle/99096bb04bf80c738283c&690

【电力照明的历史】

    18世纪60年代由英国兴起的产业革命使工厂进入了连续加工，批量生产的时代，夜间照明成了重要问题。前面已经讲过，英国人戴维1815年曾做过用2000个伏打电池产生电弧的有名实验。

（1）白炽灯泡

    1860年，英国人斯旺把棉线碳化后做成灯丝装入玻璃泡里，发明了碳丝灯泡。

然而，由于当时的真空技术不高，点灯时间不能过长，时间一长，灯丝就会在灯泡里氧化而烧掉。斯旺所想到的白炽灯泡的原理是现在的白织灯的起源。随着灯丝研究和真空技术的进步，白炽灯最终达到了实用化。从这点不说，斯旺的发明是一项大发明。

    1865年，施普伦格尔为研究真空现象而开发出水银真空泵。斯旺知道这件事后，就在1878年把玻壳内的真空度提高，又在灯丝上下了一番功夫。他先把棉线用硫酸处理，然后再碳化，最后，他公布了斯旺灯泡。斯旺的白炽灯泡曾在巴黎万国博览会上展出。

    1879年，美国的爱迪生成功地把白炽灯泡的寿命延长到了40小时以上。1880年，爱迪生发现竹子是做白炽灯灯丝的优良材料，就把日本，中国，印度的竹子收集起来反复进行实验。爱迪生把部下穆尔派到日本，在京都的八幡寻找优质竹子，若乾年后，用八幡竹子制造出了灯丝。为了制造这种竹灯丝的灯泡，1882年他在伦敦和纽约成立了爱迪生电灯公司。

    在日本，1886年（明治19年）东京电灯公司成立，明治22年起，一般的家庭开始用上了白治灯泡。

    1910年，美国的库利厅用钨丝做灯丝，发明了钨丝灯泡。

    1913年，美国的兰米尔在玻壳里充入气体以防止灯丝蒸发，发明了充气钨丝灯泡。

    1925年，日本的不破橘三发明了内壁磨砂灯泡。

    1932年，日本的三浦顺一发明了双螺旋钨丝灯泡。

    正是由于上述的不断探索，今天我们才能享受白炽灯照明的日常生活，想起来真是漫漫长路啊。

                         http://s15/middle/99096bb04bf80c748a4be&690  

（2）放电灯

    1902年，美国的休伊兹特在玻壳内装入水银蒸气，发明了弧光放电汞灯。由于这种汞灯在汞蒸气的气压较低时发出了紫外线较多，所以常作为杀菌灯使用。而当水银气压较高时，可发出很强的可见光。现在广泛用于广场照明和道路照明的高压汞灯所发出的光是一种混合光，混合光包括水银电弧放电的光和紫外线照到涂敷在玻壳内壁的荧光材料上所发出的光。

    1932年，荷兰菲利浦公司开发出了波长为590nm单色的钠灯，这种灯广泛用于公路的隧道照明。

    1938年，美国的英曼发明了现在广泛使用的荧光灯。这种灯通过用水银电弧放电发出的紫外线照射涂敷在灯管内壁的不同荧光粉而发出不同颜色的光。通常，白色荧光灯用得最多。

 

【电力设备的历史】

                              http://s5/middle/99096bb04bf80c745be24&690

    可以说，1820年奥斯特所发现的电磁作用就是电动机的起源。而1831年法拉第所发现的电磁感应就是发电机的变压器的起源。

   （1）发电机

    1832年，法国人毕克西发明了手摇式直流发电机，其原理是通过转动永磁体使磁通发生变化而在线圈中产生感应电动势，并把这种电动势以直流电压形式输出。

    1866年，德国的西门子发明了自励式直流发电机。

    1869年，比利时的格拉姆制成了环形电枢，发明了环形电枢发电机。这种发电机是用水力来转动发电机转子的，经过反复改进，于1847年得到了3。2kw的输出功率。

    1882年，美国的戈登制造出了输出功率447kw，高3米，重22吨的两相式巨型发电机。

美国的特斯拉在爱迪生公司的时候就决心开发交流电机，但由于爱迪生坚持只搞直流方式，因此他就把两相交流发电机和电动机的专利权卖给了西屋公司。

    1896年，特斯拉的两相交流发电机在尼亚拉发电厂开始劳动营运，3750kw，5000v的交流电一直送到40公里外的布法罗市。

                              http://s1/middle/99096bb04bf80c7545ad0&690

    1889年，西屋公司在俄勒冈州建设了发电厂，1892年成功地将15000伏电压送到了皮茨菲尔德。

   （2）电动机

    1834年，俄罗斯的雅可比试制出了由电磁铁构成的直流电动机。1838年，这种电动机开动了一艘船，电动机电源用了320个电池。此外，美国的文波特和英国的戴比德逊也造出了直流电动机（1836年），用作印刷机的动力设备。由于这些电动机都以电池作为电源，所以未能广泛普及。

    1887年，前面所讲过的特斯拉两相电动机作为实用化感应电动机的发展计划开始启动。1897年，西屋公司制成了感应电动机，设立专业公司致力于电动机的普及。

   （3）变压器

    发电端在向外输送交流电的时候，要先把交流电压升高，到了用电端，又得把送来的交流电压降低。因此，变压器是必不可少的。

    1831年，法拉第发现磁可以感应生成电，这就是变压器诞生的基础。

    1882年，英国的吉布斯获得了“照明与动力用配电方式”专利，其内容就是将变压器用于配电，当时所用的变压器是磁路开放式变压器。

    西屋引进了吉布斯的变压器，经过研究，于1885年开发出了实用的变压器。

    此外，在此前一年的1884年，英国的霍普金森制成了闭合磁路式变压器。

                                 http://s8/middle/99096bb04bf80c75a72d7&690

 （4）电力设备和三相交流技术

    两相交流电是用四根电线输电的技术。德国的多勃罗沃尔斯基在绕组上想出了窍门，从绕组上每隔120度的三个地方引出抽头，得到了三相交流电。

    1889年，利用这种三相交流电的旋转磁场，制成了功率为100w的最早的三相交流电动机。

    同年，多勃罗沃尔斯基又开发出了三相四线制交流接线方式，并在1891年的法兰克福输电实验（150va三相变压器）中获得了圆满成功。

 

【电子电路元器件的历史】

    当代，是包括计算机在内的电子学繁荣昌盛的时代，其背景与电子电路元器件由电子管-晶体管=集成电路的不断发展有着密切的关系。

                               http://s13/middle/99096bb02f7b07c9801ec&690 

（1）电子管

    电子管是沿着二极管-三极管-四极管-五极管的顺序发明出来的。

    二极管：前面曾经讲过，爱迪生发现了电灯泡灯丝发射电子的“爱迪生效应”。1904年，英国人弗莱明到“爱迪生效应”的启发，发明了二极管。

                                   http://s12/middle/99096bb04bf80c774186b&690

    三极管：1907年，美国的福雷斯特发明了三极管。当时，真空技术尚不成熟，三极管的制造水平也不高。但在反复改进的过程中，人们懂得了三极管具有放大作用，终于拉开了电子学的帷幕。振荡器也从上面所讲过的马可尼火花装置发展为三极管振荡器。三极管有三个电极，阳极，阴极和设置在二者之间的控制栅极，这个控制栅极是用来控制阴极所发射的电子流的。

    四极管：1915年，英国的朗德在三极管的控制栅极与阳极之间又加了一个电极，称为帘栅极，其作用是解决三极管中流向阳极的电子流中有一部分会流到控制栅极上去的问题。

    五极管：1927年，德国的约布斯特在阳极与帘栅极之间又加了一个电极，发明了五极管。新加的电极被称为抑制栅。加入这个电极的原因是：在四极管中，电子流撞到阳极上时阳极会产生二次电子发射，抑制栅就是为抑制这种二次电子发射而设置的。

    此外，1934年美国的汤绿森通过对电子管进行小型化改进，发明了适用于超短波的橡实管。管壳不用玻璃而采用金属的st管发明于1937年，经小型化后的mt管发明于1939年。

  （2）晶体管

    半导体器件大致分为晶体管和集成电路（ic）两大部分。第二次世界大战后，由于半导体技术的进步，电子学得到了令人瞩目的发展。

                        http://s13/middle/99096bb04bf80c775dc8c&690

    晶体管是美国贝尔实验室的肖克莱，巴丁，布拉特在1948年发明的。这种晶体管的结构是使两根金属丝与低掺杂锗半导体表面接触，称为接触型晶体管。

    1949年，开发出了结型晶体管，在实用化方面前进了一大步。

    1956年开发出了制造p型和n型半导体的扩散法。它是在高温下将杂质原子渗透到半导体表层的一种方法。

    1960年开发出了外延生长法并制成了外延平面型晶体管。外延生长法是把硅晶体放在氢气和卤化物气体中来制造半导体的一种方法。有了半导体技术的这些发展，随之就诞生了集成电路。

   （3）集成电路

                                   http://s7/middle/99096bb04bf80c7828e76&690

    大约在1956年，英国的达马就从晶体管原理预想到了集成电路的出现。

    1958年美国提出了用半导体制造全部电路元器件，实现集成电路化的方案。

    1961年，得克萨斯仪器公司开始批量生产集成电路。

    集成电路并不是用一个一个电路元器件连接成的电路，而是把具有某种功能的电路“埋”在半导体晶体里的一个器件。它易于小型化和减少引线端，所以具有可靠性高的优点。

    集成电路的集成度在逐年增加。元件数在100个以下的小规模集成电路，100~1000个的中规模集成电路，1000~100000个大规模集成电路，以及100000个以上的超大规模集成电路，都已依次开发出来，并在各种装置中获得了广泛应用。

 

  【电学的发展简史】

    大约在1660年，马德堡的盖利克发明了第一台摩擦起电机。他用硫磺制成形如地球仪的可转动球体，用干燥的手掌摩擦转动球体，使之获得电。盖利克的摩擦起电机经过不断改进，在静电实验研究中起着重要的作用，直到19世纪霍耳茨和推普勒分别发明感应起电机后才被取代。

    18世纪电的研究迅速发展起来。1729年，英国的格雷在研究琥珀的电效应是否可传递给其他物体时发现导体和绝缘体的区别：金属可导电，丝绸不导电，并且他第一次使人体带电。格雷的实验引起法国迪费的注意。1733年迪费发现绝缘起来的金属也可摩擦起电，因此他得出所有物体都可摩擦起电的结论。他把玻璃上产生的电叫做“玻璃的”，琥珀上产生的电与树脂产生的相同，叫做“树脂的”。他得到：带相同电的物体互相排斥；带不同电的物体彼此吸引。

    1745年，荷兰莱顿的穆申布鲁克发明了能保存电的莱顿瓶。莱顿瓶的发明为电的进一步研究提供了条件，它对于电知识的传播起到了重要的作用。

    差不多同时，美国的富兰克林做了许多有意义的工作，使得人们对电的认识更加丰富。1747年他根据实验提出：在正常条件下电是以一定的量存在于所有物质中的一种元素；电跟流体一样，摩擦的作用可以使它从一物体转移到另一物体，但不能创造；任何孤立物体的电总量是不变的，这就是通常所说的电荷守恒定律。他把摩擦时物体获得的电的多余部分叫做带正电，物体失去电而不足的部分叫做带负电。

    严格地说，这种关于电的一元流体理论在今天看来并不正确，但他所使用的正电和负电的术语至今仍被采用，他还观察到导体的尖端更易于放电等。早在1749年，他就注意到雷闪与放电有许多相同之处，1752年他通过在雷雨天气将风筝放入云层，来进行雷击实验，证明了雷闪就是放电现象。在这个实验中最幸运的是富兰克林居然没有被电死，因为这是一个危险的实验，后来有人重复这种实验时遭电击身亡。富兰克林还建议用避雷针来防护建筑物免遭雷击，1745年首先由狄维斯实现，这大概是电的第一个实际应用。

                            http://s7/middle/99096bb04bf80c78c1b56&690

    18世纪后期开始了电荷相互作用的定量研究。

    1776年，普里斯特利发现带电金属容器内表面没有电荷，猜测电力与万有引力有相似的规律。1769年，鲁宾孙通过作用在一个小球上电力和重力平衡的实验，第一次直接测定了两个电荷相互作用力与距离二次方成反比。1773年，卡文迪什推算出电力与距离的二次方成反比，他的这一实验是近代精确验证电力定律的雏形。

    1785年，库仑设计了精巧的扭秤实验，直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与它们之间的距离二次方成反比，与它们的电量乘积成正比。库仑的实验得到了世界的公认，从此电学的研究开始进入科学行列。1811年泊松把早先力学中拉普拉斯在万有引力定律基础上发展起来的势论用于静电，发展了静电学的解析理论。

    18世纪后期电学的另一个重要的发展是意大利物理学家伏打发明了电池，在这之前，电学实验只能用摩擦起电机的莱顿瓶进行，而它们只能提供短暂的电流。1780年，意大利的解剖学家伽伐尼偶然观察到与金属相接触的蛙腿发生抽动。他进一步的实验发现，若用两种金属分别接触蛙腿的筋腱和肌肉，则当两种金属相碰时，蛙腿也会发生抽动。

                                    http://s2/middle/99096bb04bf80c788f2c1&690    

    1792年，伏打对此进行了仔细研究之后，认为蛙腿的抽动是一种对电流的灵敏反应。电流是两种不同金属插在一定的溶液内并构成回路时产生的，而肌肉提供了这种溶液。基于这一思想，1799年，他制造了第一个能产生持续电流的化学电池，其装置为一系列按同样顺序叠起来的银片、锌片和用盐水浸泡过的硬纸板组成的柱体，叫做伏打电堆。

    此后，各种化学电源蓬勃发展起来。1822年塞贝克进一步发现，将铜线和一根别种金属(铋)线连成回路，并维持两个接头的不同温度，也可获得微弱而持续的电流，这就是热电效应。

                                           http://s8/middle/99096bb04bf80c7a389f7&690      

    化学电源发明后，很快发现利用它可以作出许多不寻常的事情。1800年卡莱尔和尼科尔森用低压电流分解水；同年里特成功地从水的电解中搜集了两种气体，并从硫酸铜溶液中电解出金属铜；1807年，戴维利用庞大的电池组先后电解得到钾、钠、钙、镁等金属；1811年他用2000个电池组成的电池组制成了碳极电弧；从19世纪50年代起它成为灯塔、剧院等场所使用的强烈光电源，直到70年代才逐渐被爱迪生发明的白炽灯所代替。此外伏打电池也促进了电镀的发展，电镀是1839年由西门子等人发明的。

    虽然早在1750年富兰克林已经观察到莱顿瓶放电可使钢针磁化，甚至更早在1640年，已有人观察到闪电使罗盘的磁针旋转，但到19世纪初，科学界仍普遍认为电和磁是两种独立的作用。与这种传统观念相反，丹麦的自然哲学家奥斯特接受了德国哲学家康德和谢林关于自然力统一的哲学思想，坚信电与磁之间有着某种联系。经过多年的研究，他终于在1820年发现电流的磁效应：当电流通过导线时，引起导线近旁的磁针偏转。电流磁效应的发现开拓了电学研究的新纪元。

    奥斯特的发现首先引起法国物理学家的注意，同年即取得一些重要成果，如安培关于载流螺线管与磁铁等效性的实验；阿喇戈关于钢和铁在电流作用下的磁化现象；毕奥和萨伐尔关于长直载流导线对磁极作用力的实验；此外安培还进一步做了一系列电流相互作用的精巧实验。由这些实验分析得到的电流元之间相互作用力的规律，是认识电流产生磁场以及磁场对电流作用的基础。

                              http://s10/middle/99096bb04bf80c7a0a8d9&690     

    电流磁效应的发现打开了电应用的新领域。1825年斯特金发明电磁铁，为电的广泛应用创造了条件。1833年高斯和韦伯制造了第一台简陋的单线电报；1837年惠斯通和莫尔斯分别独立发明了电报机，莫尔斯还发明了一套电码，利用他所制造的电报机可通过在移动的纸条上打上点和划来传递信息。

    1855年汤姆孙(即开尔文)解决了水下电缆信号输送速度慢的问题，1866年按照汤姆孙设计的大西洋电缆铺设成功。1854年，法国电报家布尔瑟提出用电来传送声音的设想，但未变成现实；后来，赖斯于1861年实验成功，但未引起重视。1861年贝尔发明了电话，作为收话机，它仍用于现代，而其发话机则被爱迪生的发明的碳发话机以及休士的发明的传声器所改进。

                                http://s15/middle/99096bb04bf80c7c1a44e&690      

    电流磁效应发现不久，几种不同类型的检流计设计制成，为欧姆发现电路定律提供了条件。1826年，受到傅里叶关于固体中热传导理论的启发，欧姆认为电的传导和热的传导很相似，电源的作用好像热传导中的温差一样。为了确定电路定律，开始他用伏打电堆作电源进行实验，由于当时的伏打电堆性能很不稳定，实验没有成功；后来他改用两个接触点温度恒定因而高度稳定的热电动势做实验，得到电路中的电流强度与他所谓的电源的“验电力”成正比，比例系数为电路的电阻。

    由于当时的能量守恒定律尚未确立，验电力的概念是含混的，直到1848年基尔霍夫从能量的角度考查，才橙清了电位差、电动势、电场强度等概念，使得欧姆理论与静电学概念协调起来。在此基础上，基尔霍夫解决了分支电路问题。

    杰出的英国物理学家法拉第从事电磁现象的实验研究，对电磁学的发展作出极重要的贡献，其中最重要的贡献是1831年发现电磁感应现象。紧接着他做了许多实验确定电磁感应的规律，他发现当闭合线圈中的磁通量发生变化时，线圈中就产生感应电动势，感应电动势的大小取决于磁通量随时间的变化率。后来，楞次于1834年给出感应电流方向的描述，而诺埃曼概括了他们的结果给出感应电动势的数学公式。

                                http://s16/middle/99096bb04bf80c7b6ce5f&690    

    法拉第在电磁感应的基础上制出了第一台发电机。此外，他把电现象和其他现象联系起来广泛进行研究，在1833年成功地证明了摩擦起电和伏打电池产生的电相同，1834年发现电解定律，1845年发现磁光效应，并解释了物质的顺磁性和抗磁性，他还详细研究了极化现象和静电感应现象，并首次用实验证明了电荷守恒定律。

    电磁感应的发现为能源的开发和广泛利用开创了崭新的前景。1866年西门子发明了可供实用的自激发电机；19世纪末实现了电能的远距离输送；电动机在生产和交通运输中得到广泛使用，从而极大地改变了工业生产的面貌。

    对于电磁现象的广泛研究使法拉第逐渐形成了他特有的“场”的观念。他认为：力线是物质的，它弥漫在全部空间，并把异号电荷和相异磁板分别连结起来；电力和磁力不是通过空虚空间的超距作用，而是通过电力线和磁力线来传递的，它们是认识电磁现象必不可少的组成部分，甚至它们比产生或“汇集”力线的“源”更富有研究的价值。

    法拉第的丰硕的实验研究成果以及他的新颖的场的观念，为电磁现象的统一理论准备了条件。诺埃曼、韦伯等物理学家对电磁现象的认识曾有过不少重要贡献，但他们从超距作用观点出发，概括库仑以来已有的全部电学知识，在建立统一理论方面并未取得成功。这一工作在19世纪60年代由卓越的英国物理学家麦克斯韦完成。

                                  http://s12/middle/99096bb04bf80c7cf070b&690      

    麦克斯韦认为变化的磁场在其周围的空间激发涡旋电场；变化的电场引起媒质电位移的变化，电位移的变化与电流一样在周围的空间激发涡旋磁场。麦克斯韦明确地用数学公式把它们表示出来，从而得到了电磁场的普遍方程组——麦克斯韦方程组。法拉第的力线思想以及电磁作用传递的思想在其中得到了充分的体现。

    麦克斯韦进而根据他的方程组，得出电磁作用以波的形式传播，电磁波在真空中的传播速度等于电量的电磁单位与静电单位的比值，其值与光在真空中传播的速度相同，由此麦克斯韦预言光也是一种电磁波。

    1888年，赫兹根据电容器放电的振荡性质，设计制作了电磁波源和电磁波检测器，通过实验检测到电磁波，测定了电磁波的波速，并观察到电磁波与光波一样，具有偏振性质，能够反射、折射和聚焦。从此麦克斯韦的理论逐渐为人们所接受。

    麦克斯韦电磁理论通过赫兹电磁波实验的证实，开辟了一个全新的领域——电磁波的应用和研究。1895年，俄国的波波夫和意大利的马可尼分别实现了无线电信号的传送。后来马可尼将赫兹的振子改进为竖直的天线；德国的布劳恩进一步将发射器分为两个振荡电路，为扩大信号传递范围创造了条件。1901年马可尼第一次建立了横跨大西洋的无线电联系。电子管的发明及其在线路中的应用，使得电磁波的发射和接收都成为易事，推动了无线电技术的发展，极大地改变了人类的生活。

                                  http://s2/middle/99096bb04bf80c7d522d1&690      

    1896年洛伦兹提出的电子论，将麦克斯韦方程组应用到微观领域，并把物质的电磁性质归结为原子中电子的效应。这样不仅可以解释物质的极化、磁化、导电等现象以及物质对光的吸收、散射和色散现象；而且还成功地说明了关于光谱在磁场中分裂的正常塞曼效应；此外，洛伦兹还根据电子论导出了关于运动介质中的光速公式，把麦克斯韦理论向前推进了一步。

    在法拉第、麦克斯韦和洛伦兹的理论体系中，假定了有一种特殊媒质“以太”存在，它是电磁波的荷载者，只有在以太参照系中，真空中光速才严格地与方向无关，麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式也只在以太参照系中才严格成立。这意味着电磁规律不符合相对性原理。

                                    http://s12/middle/99096bb04bf80c7de496b&690    

    关于这方面问题的进一步研究，导致了爱因斯坦在1905年建立了狭义相对论，它改变了原来的观点，认定狭义相对论是物理学的一个基本原理，它否定了以太参照系的存在并修改了惯性参照系之间的时空变换关系，使得麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式有可能在所有惯性参照系中都成立。狭义相对论的建立不仅发展了电磁理论，并且对以后理论物理的发展具有巨大的作用。

    20世纪，随着原子物理学、原子核物理学和粒子物理学的发展，人类的认识深入到微观领域，在带电粒子与电磁场的相互作用问题上，经典电磁理论遇到困难。虽然经典理论曾给出一些有用的结果，但是许多现象都是经典理论不能说明的。经典理论的局限性在于对带电粒子的描述忽略了其波动性方面，而对于电磁波的描述又忽略了其粒子性方面。

    按照量子物理的观点，无论是物质粒子或电磁场都既有粒子性，又具有波动性。在微观物理研究的推动下，经典电磁理论发展为量子电磁理论。

 

【现代电的产生方式】

    现在我们生活中离不开电的存在，电的产生方式也是多种多样：火力发电、风力发电、水力发电、潮汐发电、核电等等。

             http://s11/middle/99096bb04bf80c80b45fa&690

             http://s6/middle/99096bb04bf80c82210a5&690

 

 

 

本博客推荐文章：http://blog.sina.com.cn/s/blog_99096bb00100z5ma.html