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电的发现-2

2012-11-14 15:24 503 0 分类: 模拟 文集: 模拟电子基础

 

“电”这个名词是由希腊语“琥珀”转来的 
 人类最早发现的电现象是摩擦起电现象。公元前600年左右,古希腊正处于文化鼎盛的时期,贵族妇女外出时都喜欢穿柔软的丝绸衣服,带琥珀做的首饰。琥珀是一种树脂化石,把它对着光就呈显出黄色或红色的鲜艳色泽,是当 时较为贵重的装饰品。人们外出时,总把琥珀首饰擦拭得干干净净。但是,不管擦得多干净,它很快就会吸上层灰尘。虽然许多人都注意到这个现象,但一时都无法解释它。有个叫 泰勒斯的希腊人,研究了这个神奇的现象。经过仔细的观察和思索,他注意到挂在颈项上 的琥珀首饰在人走动时不断晃动,频繁地摩擦身上的丝绸衣服,从而得到启发。经过多次实验,泰勒斯发现用丝绸摩擦过的琥珀确实具有吸引灰尘、绒毛、麦秆等轻小物体的能力 。于是,他把这种不可理解的力量叫做“电”。 
 爱迪生发明灯泡前已有发电机了。历史背景如下: 
 1660年居里克建造了世界上第一台转动摩擦发电机,不过产生的是静电,难有实用。 
 1780年意大利医生加法尼通过从动物组织对电流的反应开始研究化学作用而不是静电产生的电流。他宣称动物组织能产生电。虽然他的理论被证明是错的,但他的实验却促进了对电学的研究。 
 1799年意大利物理学家伏特表明,加法尼的电流不是来源于动物,把任何潮湿物体放在两个不同金属之间都会产生电流。这一发现直接导致伏特在1800年发明了世界上第一块电池。 
 1821年英国物理学家法拉第发明了世界上第一台电动机。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。这是一项重大的突破。只是它的实际用途还非常有限,因为当时除了用简陋的电池以外别无其它方法发电。 
 1831年法拉第发现当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。是法拉第的一项最伟大的贡献。并由此他发明了世界上第一台能产生连续电流的发电机。以后的发电机都是根据同样的电磁感应原理制成的。 
 从此人类进入了电器应用时代,各种实用电器开始纷纷涌现。 
 1879年爱迪生发明了世界上第一只实用的白炽灯泡。 
 自爱迪生发明了电灯后,各地的发电厂才迅速发展起来。 
 1882 年在纽约曼哈顿地区投运的珍珠街发电厂被称为世界最早的发电厂,它拥有 6 台 120 kW 的蒸汽机发电机组。 
 中国最早的发电厂也是1882年建成的,它是英国人在上海租界设立的上海电光公司。当时的发电厂就是专为电灯照明供电的。老上海人把发电厂称为电灯公司,大概就是这个原因吧
 
   法拉第在一七七一年七月二十二日出生于英国,父亲是一位制铁的工人,家境不好。法拉第没有机会进入学校进行正规教育,只能在一个书店做学徒,好学的法拉第在七年的时间内积累了大量的电学知识。一次偶然的机会使他成为当时伦敦皇家学院院长戴维的助手,从而改变了他的一生,最终成为了一名伟大的科学家。
 
   一八二0年丹麦哥本哈根大学的奥斯特,偶然中发现一条通有电流的导线,当贴近磁针时,磁针就会偏转,不再指向北极了。电流和磁石这两种奇妙的现象,原来人们以为是毫无联系的,现在竟发现有这样的联系,引起了世界科学家们的注意。法拉第也立即被这一发现吸引住。
   就在这一年戴维发现,凡是钢铁被通过电流的导线环绕时,便成为磁铁,即电磁铁。一八二一年英国化学家武拉斯吞当听到奥斯特的发现之后便想到,如果磁石的一端放进一根通电流的导线,电线就应该自行旋转起来。于是便到戴维的实验室里去作实验,结果失败了。这次失败使武拉斯吞很扫兴,便不想再继续作下去了。
   但是法拉第却觉得这是有希望的。他决定自己去作这样的实验。一八二一年九月三日,他终于第一次看到了通电的导线在磁场中发生旋转的现象。他在实验室中高叫着:“它们转动了!”他象个孩子似地围着桌子狂跳起来,并把他刚刚结婚的妻子呼唤到他的实验室里去参观他的这个成功的实验。这是法拉第在二十九岁时发生的事。
   法拉第常常问自己:电转化为磁是一种感应,为什么不能有一种反感应呢?既然由电可以产生磁,又为什么不能由磁而产生电呢?一八二二年法拉第在自己的日记中写着:“转磁为电”。这就是他需要为之奋斗的目标。法拉第也认识到电是一种很有用的东西,伏特电池虽可以获得稳定的电流,但价钱太昂贵,能花很少的钱产生出电流来,这是当时的急需。
   有一天,他得到一块圆柱形的长条磁石,长8.5英寸、厚3/4 英寸的圆柱形磁石, 又以203英尺长的铜线绕在一个空的圆筒内,铜线的两端串接一个电流计,铜线是不通电流的。他将磁石的一端挨近铜线,电流计的指针不动。忽然他把磁石完全插入铜线圈内,电流计的指针却突然动起来了。他急忙又把磁石抽了回来,指针又动了一下。难道真的有电流产生出来了吗?法拉第惊喜起来。他试了一次又一次,果然感应电流产生出来了。这是法拉第一生中最大的发现。
   法拉第又坚持研究很久才得出结论:金属线与磁石之间的相对运动是产生感应电流的必要条件。进一步他又引入了磁力线的概念,总结出被后人称为法拉第电磁感应定律的定理。为了使磁电为人类所用,他又制造了世界上第一台电磁感应发电机。当然,这一部发电机是很简陋的,却是日后复杂发电机的始祖。他把一块铜制平面板的边,放于一块有永久性磁力的磁石两端之间,又把一片狭长的铜和一片狭长的铅放,放在平面板的边上,作为收电之用,然后又装上一个电流计,当平面板旋转时,电流计上的指针也随着移动,这样,一种有变化的电流,就在铜制平面板的边中产生了。
   法拉第把这项发明公诸于世,为人类开发了一个永不枯竭的金矿,但是他放弃了任何金钱的报酬,再度回到了实验室工作。
   两百多年过去了,尽管现在发电机的种类繁多,如同步发电机、异步发电机等;容量从几微瓦到上亿瓦;发电方式各不相同,有火力发电、水力发电、风能发电、核能发电等。但是他们的原理却是与法拉第造的第一台发电机的原理是相同的,都是法拉第电磁感应原理。
   当然不可否认,科技的发展也产生新的发电原理,如磁流体发电,太阳能电池,燃料电池等,但是它们还只是停留实验室中,未被大量使用。展望未来,各种发电方法定会给我们带来更多方便、洁净的电能。
 
 、人类早在公元前600年左右就已经知道电和磁的自然形态了。如:用力摩擦过的琥珀能吸住羽毛,天然磁铁石能吸牢小铁片,指南针的使用等。但第一个真正证明磁和电与魔术无关的,是英国物理学家和医学家威廉.吉尔伯特(1540-1603)。他科学地检验了磁力,并在公元1600年他的《认磁》一书中发表了以下理论:地球是具有两个极的大磁体,它使指南针的磁针始终指向北方。 
 2、美国政治家及科学家杰明.富兰克林(1706-1790)把自然界的闪电解释为大气层向地球的放电现象并为此做了一次危险的风筝实验。这次实验导致避雷针的发明,并证实了在这以前80多年居列克关于电与闪电一致性的看法。 
 3、在电学研究上首先遇到的困难是,较大的电量无法贮存起来。1746年,荷兰莱顿发明的莱顿瓶解决了这人问题。随后,威.华生用这些莱顿瓶使大约2公里长的导线通电,虽然不流不稳定。这一事实导致后来意大利物理学家亚历山大罗.伏特(1745-1827)研制成功最早的电池(组),它是人们电学研究中的一个重要突破。 
 4、利用稳定电源——电池(组)进行卓有成效研究工作的科学家之一是汉弗.戴维(1778-1829)。他的贡献有:(1)发现了苏打官司碳酸钠)经通电后分解成金属钠和水;(2)发明了矿工用的安全灯;(3)发现了笑气(氧化亚氮)的麻醉性;(4)作出的最大贡献是在化学键的电性方面取得的研究成果。戴维的助手迈克尔.法拉第后来继续了他的工作。 
 5、法拉第(1791-1867)的重要贡献是完全证实了电和磁之间的关系,从此他奠定了电化学、现代原子科学和电子学的基础。 
 6、大约在法拉第发现的30年后,苏格兰物理学家詹.克.麦克斯韦(1831-1879)根据法拉第的实验结果建立了反映磁和电之间关系的方程组。他的重要观点和发现包括:(1)预言了电磁波的存在,认为振荡着的电荷会产生电磁波,这种波兼具电的性质和磁的性质;(2)从理论上计算了电磁波的速度,发现它与光速是一样的,因此断定光本身就是一种电磁现象。 
 7、德国物理学家赫兹(1857-1894)在1888年最后证明了电磁波的存在。根据他的证明,所得重要结论有二:(1)电磁波(除频率较低者外)与光和热辐射具有同样的性质;(2)有一个完整的电磁波光谱存在着,电磁波的波长比光波长得多。赫兹的研究成查,为无线电的发展铺平了道路。 
 8、1879年,英国化学家兼物理学家克鲁克斯(1832-1919)制成了高真空度(10-7大气压)放电管,随后科学家们对由此而来的阴极射线和粒子说展开过辩论。在争论的基础上,德国科学家伦琴(1845-1923)开展了一系列实验研究工作,终于在1895年发现了一种直线传播、穿透力强、看不见的射线,他用数学上表示示知数的X取名,称之为“X射线”。“X射线”的发现,使伦琴在1901年成为荣获世界上第一个诺贝尔奖的物理学家。由于“X射线”不随磁场而偏转,从而又在电磁波的领域之内,大大地扩展了人们的科学视野,将人们引入一个完全陌生却又色彩斑谰的微观世界。
 
 现在生活和生产上的电,主要有这几种方法产生: 
   1、电池:是将化学能转变成电能。 
   2、太阳能电池:是将太阳的光能转变成电能。 
   3、发电机:将机械能转变成电能。推动发电机的,可以是燃烧煤、水力、核能、风能、波浪能等。 
   4、温差发电:将热能直接转变成电能。
 
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