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電的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展

作者:佚名   來源:本站原創(chuàng)   點(diǎn)擊數(shù):  更新時(shí)間:2013年01月21日   【字體:


 電,大家都知道,電對(duì)現(xiàn)代社會(huì)極其重要,想象一下,現(xiàn)在要是沒有了電,我們的生活將會(huì)是什么樣子?電視機(jī)無法使用,電燈無法點(diǎn)亮,空調(diào)無法工作等等,全世界的一切都會(huì)停止,人類將無法再生存下去!本人寫這個(gè)文章旨在告訴大家要節(jié)約能源,提倡環(huán)保!否則,我們一旦沒有能源,我們的生活將陷入困境!

  電是一次偶爾的時(shí)候發(fā)現(xiàn)的,事實(shí)上,電從地球出現(xiàn)的時(shí)候就有的,只是我們過去還沒有發(fā)現(xiàn),遠(yuǎn)在2500 多年前,古希臘有一個(gè)叫塞利斯的人發(fā)現(xiàn),用毛皮去摩擦琥珀(一種天然寶石),這塊被摩擦過的琥珀能吸引一些像絨毛、麥稈等一些輕小的東西。那時(shí)候的人們無法解釋這種現(xiàn)象,只好說:琥珀中存在一種特殊神力。他們把這種特殊神力稱作“電”。這個(gè)詞就是從希臘文的“琥珀”這個(gè)詞演變而來的.公元1600 年,英國(guó)醫(yī)生吉爾伯特(1544~1603)發(fā)現(xiàn)用摩擦的方法不但可以使琥珀具有吸引輕小物體的性質(zhì),而且還可以使不少別的物體如玻璃棒、硫磺、瓷、松香等具有吸引輕小物體的性質(zhì)。他把這種吸引力稱為“電力”。我們中國(guó)古代一些文章也有對(duì)類似這樣的現(xiàn)象做過相關(guān)記載,西晉張華(232~300)記述了梳子與絲綢摩擦起電引起的放電及發(fā)聲現(xiàn)象:“今人梳頭,脫著衣時(shí),有隨梳、解結(jié)有光者,亦有咤聲”。唐代段成式描述了黑暗中摩擦黑貓皮起電:“貓黑者,暗中逆循其毛,即若火星".這些現(xiàn)象說明了人類一早就認(rèn)識(shí)了電,但是還不能運(yùn)用.

  電的運(yùn)用其實(shí)是很多人的結(jié)果,不是一個(gè)人的功勞,只是可惜的都是外國(guó)人的,我們中國(guó)的基本上沒有一個(gè)對(duì)電的運(yùn)用起到作用,遺憾啊!公元1600 年,英國(guó)醫(yī)生吉爾伯特(1544~1603)發(fā)現(xiàn)用摩擦的方法不但可以使琥珀具有吸引輕小物體的性質(zhì),而且還可以使不少別的物體如玻璃棒、硫磺、瓷、松香等具有吸引輕小物體的性質(zhì)。他把這種吸引力稱為“電力”。
吉爾伯特是當(dāng)時(shí)英國(guó)女王伊麗莎白一世的御醫(yī),也是一位有代表性的科學(xué)家。他受過醫(yī)學(xué)教育,后定居倫敦,于1573 年開始做醫(yī)生,為病人治病。由于他的醫(yī)術(shù)比較高明,被召進(jìn)皇宮,于1601 年做了英國(guó)女王伊麗莎白一世的保健醫(yī)生。女王逝世后,他又被任命為詹姆斯一世國(guó)王的醫(yī)生。在他行醫(yī)期間,他又去從事物理學(xué)方面的研究。他做了多年的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了“電力”,“電吸引”等許多現(xiàn)象,并最先使用了“電力”、“電吸引”等專用術(shù)語(yǔ),因此許多人稱他是電學(xué)研究之父。他的主要著作《論磁石、磁體和地球大磁石》全面論述了對(duì)磁體和電吸引的全部研究工作。

  在吉爾伯特之后的200 年中,又有很多人做過多次試驗(yàn),不斷地積累對(duì)電的現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。其中,1734 年法國(guó)人杜伐,做了一些用玻璃棒與絲綢摩擦、松香與毛皮摩擦的試驗(yàn),在這些試驗(yàn)中,他發(fā)現(xiàn)有兩種不同性質(zhì)的電,一種是把玻璃捧用絲綢摩擦,玻璃棒能吸起像紙屑、木屑之類的輕小物體,這種吸引力稱為帶電現(xiàn)象。他將這根玻璃棒用絲線懸掛起來,再將另一根與絲綢摩擦過的玻璃棒靠近它,發(fā)現(xiàn)這兩根棒相互排斥,于是他就把玻璃棒帶的電,稱為“玻璃電”(即正電);另一種是把松香用毛皮摩擦也產(chǎn)生帶電現(xiàn)象,把用毛皮摩擦過的松香靠近用絲綢摩擦過的玻璃棒,發(fā)現(xiàn)這兩者相互吸引,于是他稱松香所帶的電為“松香電”(即負(fù)電)。這就是人們所講的同性電相互排斥、異性電相互吸引的現(xiàn)象。杜伐發(fā)現(xiàn)了這些現(xiàn)象,也作了最早的理論解釋。盡管這種解釋很粗淺、帶點(diǎn)形而上學(xué)的性質(zhì),但畢竟比不想去解釋為好。
此后,觀看電的實(shí)驗(yàn)成為人們的一種娛樂。在歐洲幾乎每一個(gè)國(guó)家都有一大批人以進(jìn)行這種帶電的實(shí)驗(yàn)和表演這些實(shí)驗(yàn)讓人們觀賞,賺錢謀生。1745年,普魯士(德國(guó)的前身)的一位副主教克萊斯特做了一個(gè)很有趣的實(shí)驗(yàn)。他利用一根導(dǎo)線將摩擦起電裝置上的電引向裝有鐵釘?shù)牟A,使瓶子充電,?dāng)他的手觸及鐵釘時(shí),突然感到猛烈的一擊。這是一次放電現(xiàn)象,鐵釘上聚集的電穿過人體(人體就是一種導(dǎo)體),使人感受到強(qiáng)烈的電的震動(dòng)。 1746 年,荷蘭人萊頓在上述實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)下做成了萊頓瓶。什么是萊頓瓶?萊頓瓶是一個(gè)玻璃瓶,瓶的外面和瓶?jī)?nèi)均貼上像紙一樣的銀箔,把摩擦起電裝置所產(chǎn)生的電用導(dǎo)線引到瓶?jī)?nèi)的銀箔上面,而把瓶外壁的銀箔接地,這樣就可以使電在瓶?jī)?nèi)聚集起來。如果用一根導(dǎo)線把瓶?jī)?nèi)的銀箔和瓶外壁的銀箔連接起來,則產(chǎn)生放電現(xiàn)象,引起電火花,發(fā)生響聲,并伴隨著一種氣味。 古希臘的一位科學(xué)家亞里士多德在所著的《動(dòng)物志》一書中曾描述過一種能夠放電擊斃小動(dòng)物的電鰩。18 世紀(jì)中葉有人把這種魚帶到英國(guó),引起當(dāng)時(shí)生物學(xué)家很大的興趣,當(dāng)人用手去碰這種魚的頭部或身體的下部時(shí),便會(huì)感到猛烈的一擊(即電擊),于是人們就想起了剛剛發(fā)明不久的萊頓瓶,它就像這種魚一樣,只要用導(dǎo)線把瓶?jī)?nèi)外的銀箔連接起來,就可以放電、引起電擊。此后,這種電擊來自放電,便沒有人懷疑了。盡管18 世紀(jì)初,人們已經(jīng)發(fā)明了驗(yàn)電器,可以判斷一個(gè)物體是否帶電,但在當(dāng)時(shí)人們?nèi)酝米约旱纳眢w去檢驗(yàn)電是否存在,甚至有不少人以能受一次電擊為榮。
 
  其實(shí)真正對(duì)電有貢獻(xiàn)的是富蘭克林,富蘭克林的第一個(gè)重大貢獻(xiàn),就是發(fā)現(xiàn)了“電流”。他在1747 年給朋友的一封信中提出關(guān)于電的“單流說”。他認(rèn)為電是一種沒有重量的流體,存在于所有的物體之中。如果一個(gè)物體得到了比它正常的份量更多的電,它就被稱之為帶正電(或“陽(yáng)電”).如果一個(gè)物體少于它正常份量的電,它就被稱之為帶負(fù)電(或“陰電”).
富蘭克林對(duì)電學(xué)的另一重大貢獻(xiàn),就是通過1752 年著名的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn),“捕捉天電”,證明天空的閃電和地面上的電是一回事。他用金屬絲把一個(gè)很大的風(fēng)箏放到云層里去。金屬絲的下端接了一段繩子,另外金屬絲上還掛了一串鑰匙。當(dāng)時(shí)富蘭克林一手拉住繩子,用另一手輕輕觸及鑰匙。于是他立即感到一陣猛烈的沖擊(電擊),同時(shí)還看到手指和鑰匙之間產(chǎn)生了小火花。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明:被雨水濕透了的風(fēng)箏的金屬線變成了導(dǎo)體,把空中閃電的電荷引到手指與鑰匙之間。這在當(dāng)時(shí)是一件轟動(dòng)一時(shí)的大事。很多人都在重復(fù)富蘭克林的這一實(shí)驗(yàn)。為什么富蘭克林的這一實(shí)驗(yàn)會(huì)引起這樣的轟動(dòng)?因?yàn)楫?dāng)時(shí)社會(huì)上對(duì)于雷電有一種恐懼心理,大多數(shù)人認(rèn)為雷電是“上帝之火”,是天神發(fā)怒的表現(xiàn)。富蘭克林在美國(guó)費(fèi)城的實(shí)驗(yàn)驚動(dòng)了教會(huì),他們斥責(zé)他冒犯天威,是對(duì)上帝和雷公的大逆不道。然而,他仍然堅(jiān)持不懈,而且在一年后制造出世界上第一個(gè)避雷針;終于制服了天電。由于教堂高高聳立的塔尖常被雷電所擊,教會(huì)為了保護(hù)教堂,最終也不得不采用了這個(gè)“冒犯天威”的裝置。以前電一直被人們當(dāng)作一種娛樂手段,從此總算找到了實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。
富蘭克林的這個(gè)實(shí)驗(yàn),不僅在美國(guó)有很大的影響,而且影響到世界其他國(guó)家。1753 年,俄國(guó)科學(xué)家里希曼在屋頂上裝了一根導(dǎo)線通到實(shí)驗(yàn)室,想用驗(yàn)電器來觀察雷電現(xiàn)象。那時(shí)正逢雷雨交加,一個(gè)火球從上面?zhèn)髁讼聛恚Y(jié)果里希曼遭雷擊而死亡。因此,富蘭克林的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)的影響,足以使每個(gè)電學(xué)家避免這種無謂的犧牲。

  現(xiàn)在我們知道,電流就是電荷向一定方向的移動(dòng)。在金屬導(dǎo)體中的電流是靠自由電子的運(yùn)動(dòng)來形成的。電流通過電路時(shí),會(huì)產(chǎn)生許多新的效應(yīng)。如電流通過電燈的時(shí)候,電燈就發(fā)熱發(fā)光;電流通過電風(fēng)扇的時(shí)候,電風(fēng)扇就能轉(zhuǎn)動(dòng)。電流可使蓄電池充電;可帶動(dòng)電伽機(jī)作功??。這些現(xiàn)象表明,電流也是一種能量傳輸過程,電能可以通過各種特定的器件轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。
電流可存在于固體、液體或氣體中。雷電現(xiàn)象,就是人們最早注意到大氣中的電流現(xiàn)象。富蘭克林傳奇式的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)使人們了解到雷電和摩擦帶電的關(guān)系。隨著避雷針的發(fā)明,逐漸消除了人們對(duì)雷電的恐懼心理。但在18世紀(jì)末之前,人們對(duì)電流現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)也僅到此為止,基本上仍然是一無所知。

  那么,最早開始電流研究的是哪一位科學(xué)家呢?意大利的解剖學(xué)教授伽伐尼(1737~1798)被人們認(rèn)為是最早開始電流研究的人。據(jù)記載,伽伐尼的發(fā)現(xiàn)是一次偶然性的發(fā)現(xiàn)。1780 年的一次極為普通的閃電現(xiàn)象,引起了他的思考。這次閃電使伽伐尼解剖室內(nèi)桌子上與鉗子和鑷子環(huán)接觸的一只青蛙腿發(fā)生痙攣現(xiàn)象。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度使他沒有放棄對(duì)這個(gè)“偶然”的奇怪現(xiàn)象的研究,他花費(fèi)了整整12 年的時(shí)間,研究像青蛙腿這種肌肉運(yùn)動(dòng)中的電氣作用。最后,他發(fā)現(xiàn)如果使神經(jīng)和肌肉同兩種不同的金屬(例如銅絲和鐵絲)接觸,青蛙腿就會(huì)發(fā)生痙攣。這種現(xiàn)象是在一種電流回路中產(chǎn)生的現(xiàn)象。在這里,蛙腿的肌肉是導(dǎo)體回路的一部分,肌肉和兩種不同的金屬絲構(gòu)成了世界上第一個(gè)電流回路。肌肉的痙攣表明有電流通過,起到了電流指示器的作用。根據(jù)這種現(xiàn)象,他還制成了“伽伐尼電池”。但是,伽伐尼對(duì)這種電流現(xiàn)象的產(chǎn)生原因仍然未能回答,他認(rèn)為蛙腿的痙攣現(xiàn)象是“動(dòng)物電”的表現(xiàn),由金屬絲構(gòu)成的回路只是一個(gè)放電回路。
伽伐尼的看法在當(dāng)時(shí)的科學(xué)界引起了巨大的反響,人們自然地聯(lián)想到海洋當(dāng)中的一些帶電的魚,如電鰻、電,人們?cè)诤V腥绻贿@種魚觸及身體,也會(huì)有電擊的感覺。這說明在一些動(dòng)物體內(nèi)也貯存著電。但是,另一位意大利科學(xué)家伏打(1745~1827)不同意伽伐尼的看法,他認(rèn)為電存在于金屬之中,而不是存在于肌肉中,他于1782 年在寫給朋友的信中說:“關(guān)于所謂動(dòng)物電,您是怎樣考慮的呢?我相信一切作用都是由于金屬與某種潮濕的東西相接觸才發(fā)生的”。兩種明顯不同的意見引起了科學(xué)界的爭(zhēng)論,并使科學(xué)界分成兩大派,他們的論戰(zhàn)十分激烈,每一方都指責(zé)對(duì)方是異端邪說,標(biāo)榜自己觀點(diǎn)的正確。爭(zhēng)論的結(jié)果是伏打的見解占了優(yōu)勢(shì)。但很可惜,因?yàn)橘しツ嵊?798 年就因病去世了,他再也不能知道這場(chǎng)爭(zhēng)論的勝負(fù),再也聽不到爭(zhēng)論的結(jié)果了。

  1800 年春季,即19 世紀(jì)第一個(gè)年頭的春天,有關(guān)電流起因的爭(zhēng)論有了進(jìn)一步的突破。怎么會(huì)引起這種突破呢?這又要從伏打說起,伏打在他自己看法的指導(dǎo)下發(fā)明了著名的“伏打電池”。這種電池是由一系列圓形鋅片和銀片相互交迭而成的裝置,在每一對(duì)銀片和鋅片之間,用一種在鹽水或其他導(dǎo)電溶液中浸過的紙板隔開。銀片和鋅片是兩種不同的金屬,鹽水或其他導(dǎo)電溶液作為電解液,它們構(gòu)成了電流回路,F(xiàn)在看來,這只是一種比較原始的電池,是由很多鋅電池連接而成為電池組。但在當(dāng)時(shí)的歷史時(shí)期,伏打能發(fā)明這種電池確實(shí)是很不容易的。 伏打電池可以說是伏打贈(zèng)給19 世紀(jì)的寶貴禮物。他的這個(gè)發(fā)明為電流效應(yīng)的應(yīng)用開創(chuàng)了前景,并很快成為進(jìn)行電磁學(xué)和化學(xué)研究的有力工具。由此,伏打和與他同時(shí)代的別的國(guó)家的不少科學(xué)家,得出了各種有趣的結(jié)果,當(dāng)時(shí)的報(bào)紙和雜志上不時(shí)登出各種各樣新發(fā)現(xiàn)的消息。有了電池,英國(guó)的化學(xué)家戴維(1778~1829)才有可能奠定電離理論基礎(chǔ),并且分離出鈉、鉀、鍶、 硼、鈣、氯、氟、碘等元素,促進(jìn)了化學(xué)的發(fā)展,并進(jìn)而促使他的助手法拉第建立了電解定律。
伏打雖然發(fā)明了電池裝置,但并不了解這種裝置的道理。戴維闡明了這種裝置的道理,指出這類電池的電流來自化學(xué)作用。但不管怎樣,伏打的發(fā)明使人們第一次獲得了可以人為控制的持續(xù)電流,為今后電流現(xiàn)象的研究提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。伏打本人由于這項(xiàng)貢獻(xiàn),被許多國(guó)家的科學(xué)院選為院士,據(jù)說1801 年法國(guó)的拿破侖曾親臨現(xiàn)場(chǎng)觀看了伏打的實(shí)驗(yàn)表演,并授予他一枚特制的金質(zhì)獎(jiǎng)?wù),以表彰他發(fā)現(xiàn)電流的貢獻(xiàn)。
上面說的是人類對(duì)電的初步認(rèn)識(shí),但是還不能真正了解其作用.接下來講述一系列科學(xué)家它的開發(fā)與運(yùn)用.
1821年英國(guó)人‘法拉第’完成了一項(xiàng)重大的電發(fā)明。在這兩年之前,奧斯特已發(fā)現(xiàn)如果電路中有電流通過,它附近的普通羅盤的磁針就會(huì)發(fā)生偏移。法拉第從中得到啟發(fā),認(rèn)為假如磁鐵固定,線圈就可能會(huì)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這種設(shè)想,他成功地發(fā)明了一種簡(jiǎn)單的裝置。在裝置內(nèi),只要有電流通過線路,線路就會(huì)繞著一塊磁鐵不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。事實(shí)上法拉第發(fā)明的是第一臺(tái)電動(dòng)機(jī),是第一臺(tái)使用電流將物體運(yùn)動(dòng)的裝置。雖然裝置簡(jiǎn)陋,但它卻是今天世界上使用的所有電動(dòng)機(jī)的祖先。 1831年,法拉第制出了世界上最早的第一臺(tái)發(fā)電機(jī)。他發(fā)現(xiàn)第一塊磁鐵穿過一個(gè)閉合線路時(shí),線路內(nèi)就會(huì)有電流產(chǎn)生,這個(gè)效應(yīng)叫電磁感應(yīng)。一般認(rèn)為法拉第的電磁感應(yīng)定律是他的一項(xiàng)最偉大的貢獻(xiàn)。1866年德國(guó)人西(Siemens)制成世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)!

  有了電,人類開始使用電了,并進(jìn)入電氣化時(shí)代,在這個(gè)時(shí)期,又出現(xiàn)了很多重大發(fā)明,,其中,最偉大的莫過于發(fā)明大王--愛迪生,他改進(jìn)了電燈!為什么不是發(fā)明?事實(shí)上,1860年,英國(guó)人斯旺把棉線碳化后做成燈絲裝入玻璃泡里,發(fā)明了碳絲燈泡。然而,由于當(dāng)時(shí)的真空技術(shù)不高,點(diǎn)亮不能過長(zhǎng),時(shí)間一長(zhǎng),燈絲就會(huì)在燈泡里氧化而燒掉。斯旺所想到的白熾燈泡的原理是現(xiàn)在的白織燈的起源。隨著燈絲研究和真空技術(shù)的進(jìn)步,白熾燈最終達(dá)到了實(shí)用化。從這點(diǎn)不說,斯旺的發(fā)明是一項(xiàng)大發(fā)明。
        1865年,施普倫格爾為研究真空現(xiàn)象而開發(fā)出水銀真空泵。斯旺知道這件事后,就在1878年把玻殼內(nèi)的空度提高,又在燈絲上下了一番功夫。他先把棉線用硫酸處理,然后再碳化,最后,他公布了斯旺燈泡。斯旺的白熾燈泡曾在巴黎萬國(guó)博覽會(huì)上展出。
        1879年,美國(guó)的愛迪生成功地把白熾燈泡的壽命延長(zhǎng)到了40小時(shí)以上。1880年,愛迪生發(fā)現(xiàn)竹子是做白熾燈燈絲的優(yōu)良材料,就把日本,中國(guó),印度的竹子收集起來反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。所以他是改進(jìn)了電燈而不是發(fā)明!
        愛迪生把部下穆爾派到日本,在京都的八幡尋找優(yōu)質(zhì)竹子,若乾年后,用八幡竹子制造出了燈絲。為了制造這種竹燈絲的燈泡,1882年他在倫敦和紐約成立了愛迪生電燈公司。
        在日本,1886年(明治19年)東京電燈公司成立,明治22年起,一般的家庭開始用上了白治燈泡.1910年,美國(guó)的庫(kù)利廳用鎢絲做燈絲,發(fā)明了鎢絲燈泡。
        1913年,美國(guó)的蘭米爾在玻殼里充入氣體以防止燈絲蒸發(fā),發(fā)明了充氣鎢絲燈泡。
        1925年,日本的不破橘三發(fā)明了內(nèi)壁磨砂燈泡。
        1932年,日本的三浦順一發(fā)明了雙螺旋鎢絲燈泡。
        正是由于上述的不斷探索,今天我們才能享受白熾燈照明的日常生活,想起來真是漫漫長(zhǎng)路啊。
電燈的發(fā)明使人類進(jìn)入光明時(shí)代,隨后電燈被不斷改進(jìn),現(xiàn)在最先進(jìn)是LED發(fā)光二極管!電燈的發(fā)明揭示電的重要性,人類不斷改進(jìn)發(fā)電機(jī),不斷出現(xiàn)電的產(chǎn)品,包括電動(dòng)機(jī)\電視機(jī)\電腦\電冰箱\電影\等等,都是以電開頭的,從此,人類進(jìn)入電器時(shí)代,并且離不開了!但是電是一種能量,按照能量守恒定律,它是要消耗其他能源來?yè)Q取的,現(xiàn)在發(fā)電的方法主要還是火電廠,就是燃燒燃料來?yè)Q取電能,這個(gè)對(duì)大氣是有污染的;另外就是核能發(fā)電站,這個(gè)雖然效率高,但是 有輻射.還有水力發(fā)電,這個(gè)相對(duì)環(huán)保很多,但是不是所有的地方都能用,必須有水流急的地方,像中國(guó)的三峽,小浪底,都江堰等,現(xiàn)在還有風(fēng)能發(fā)電,太陽(yáng)能發(fā)電,這些技術(shù)都還不是很 成熟,目前都不能很好利用.所以,我們要節(jié)約能源,不能浪費(fèi)電能!
 

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