电学发展简史

• 电学的发展经历了漫长的时间，经过二百多年来无数科研工作者不懈的努力，从简单到复杂，从单一到多丰富，从零散到系统，从外在到本质....形成了如今一个非常重要的学科--电工学，包含有电场、直流电路、磁场、交流电路、电子电路等百十个分支体系，设计出了数以万计的电路图，研制出了成千上万的电子元件、产品，广泛渗透到工业、农业、军事、生物、医药.....，使其成为人类改造世界的重要武器，也在彻底改变着我们的生活方式，并且会进一步改变世界。可以说一个国家电子技术的水平就是国家实力的水平，以色列能够在中东吊打阿拉伯国家，凭的就是先进的电子技术，日本的电子产品横扫世界，经济实力不能小觑...。如今我们在享受电学成果的时候，不能忘记科研工作者对此做出的重要贡献，在那个物质匮乏、技术落后的年代里，能够发现、发明一些电学现象和产品，确实不易，他们的探索过程对我们今天进行科学研究乃至社会研究有较大的启迪意义。值得一提的是还有许多无名英雄为此做出了贡献，同样值得我们敬仰。
• 1.关于电磁现象，中国人在2500年左右就有了文字记载，比如摩擦起电、磁石；除过发明了指南针，其它仅仅是发现一种现象而已，没有任何实用价值，没有进行系统、深入的研究，这种情况一直持续到清朝末年，中国的封建统治者对这些科学研究鄙夷不屑，而是热衷于八股文，客观上没有进行科学研究的土壤。这一点与英国、法国、俄国等的统治者大不同，他们鼓励发现、发明电气事物，并进行演示，因此在电学方面有许多重要贡献者来自于这几个国家，这是一个重要的启示：国家的兴旺与统治者的开化程度有极大关系；
• 2.1600年，英国吉尔伯特，他是伊丽莎白女王御医、英国皇家科学院物理学家，发现了点和磁有一些不同的性质，第一个将琥珀和毛皮摩擦后吸引小物体的性质叫电，他还认真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、纸、丝绸、橡胶当中，他制作了第一只试验用验电器，为后来静电试验提供了重要的工具，对电学和磁学有较大贡献，他是将试验和研究结合的典范，是近代科学研究方法的开创者；也就是通过科学实验进行科学研究，而不是凭空想象。他发现的现象就是典型的摩擦起电现象，两个物体摩擦后一个物体上的电子转移到另一个上面。

摩擦起电

• 3.1638年，在我国某些建筑学书籍中有关于避雷的记载，屋顶的四角都被雕饰成龙头的形状，仰头、张口，在它们的舌头上有一根金属芯子，其末端入地，如有雷电击中，不会对建筑造成危害；这个发现了不起，它保护了许多古建筑免遭雷电袭击之灾，但谁也没有对此进行深入的研究，并没有大规模的普及开来，笔者在山西山区的一座有200年历史的古寺庙上见有这个装置，是用生铁打的铁板引到了地下，铁板已经锈迹斑斑了，问老人们来历，但都说不出个所以然。
• 4.1660年德国工程师奥拓.冯.格里克（马德堡市长，做过著名的马德堡半球试验），发明了一台较大的摩擦起电机，使大量电荷获得成为可能，他的这个装置就是摩擦起电；
• 5.1729年，英国的格雷发现了导体和绝缘体具有不同的导电特性；随后他又发现了导体的静电感应现象，也就是外电场使一个物体内电荷分开的过程；
• 6.1733年，法国的杜费发现了两种性质完全不同的电荷；分别命名为松脂电（负电）和玻璃电（正电），并总结出静电的基本特性:同性相斥、异性相吸，这个认识已经了不起了，我们在初中就已经学过，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电；
• 7.1745年荷兰莱顿大学教授布罗克制成了莱顿瓶，可以将电荷储存起来，供电学实验使用；莱顿瓶就是一个电容器，这是电容器的鼻祖。这个装置我们现在也可以用瓶子和导电薄膜制作，可以通过电容表测量它的电容；发明这个装置纯属偶然，布罗克被莱顿瓶储存的电荷电击了一下，他开始关注这个现象，认识到这个形状的东西可以储存电荷，后来人们渐渐的发现，不一定是莱顿瓶的形状，任何两个导体之间都可以形成储存电荷的装置。法国人诺莱特在一座巴黎大教堂前邀请了法国路易十五的皇室成员临场观看：七百名修道士手拉手排成一行，排头的修道士用手握住莱顿瓶，当莱顿瓶充电后，让排尾的修道士触摸莱顿瓶引线，顿时七百名修道士几乎同时跳了起来，在场的人都目瞪口呆，从而展示了电的巨大威力。

莱顿瓶

莱顿瓶电人试验

• 8.本杰明.富兰克林是 美国科学家，这是一个比较牛的人物，简单的说他是多才多艺，文武双全，他拥有多个头衔：政治家、物理学家、发明家、慈善家等，他对电学的贡献有：发明了避雷针，最早提出电荷守恒定律，以及电荷分正负，在1752年头进行了一项极其危险的试验;在雷雨中放风筝，以证明雷电就是一种电，它和地面的电是一回事，他写出了《电学实验和研究》，他的发现使人类认识到雷电不是电母发出的，不是神的旨意，是可以采取措施避免雷击的。后来许多人效仿他被雷电打的不见踪影；留下姓名的是1753年俄国著名电学家利赫曼在验证富兰克林的实验时，被雷电击中，为科学献出了宝贵的生命；就是富兰克林在试验中也被电死过，不过命大一会儿就苏醒了。这个试验大家千万不敢模仿啊！

富兰克林雷电试验

• 9.1750年德国埃皮诺斯发现了电荷之间的相互作用力随其距离增大而减小的现象，但他没有深入的研究下去给出定量的规定；这是一个遗憾；
• 10.1766年德国普里斯特利通过一系列实验证明，带电的空心金属球内表明没有电荷，而且对内部空间没有任何电力作用，他猜测，认为电荷之间的作用力与万有引力相似，但他仅仅停留在猜测阶段；
• 11.1769年英国的罗宾逊通过试验测出两个同种电荷之间的排斥力与距离的2.06次方成反比，他进一步猜想正确的应该是平方反比关系；
• 12.1771年-1773年，英国科学家卡文迪什进行了大量的静电试验，证明这静电情况下，导体上的电荷只分布在导体表面上；他通过数学方法证明了库伦定律，但他没有进行发表，是后来麦克斯韦整理时才发现的。
• 13.1785年法国物理学家库伦在总结前人对于电磁现象认识的基础上，提出了后人所称的“库仑定律”，即两个电荷之间的相互作用力与两个电荷电量的乘积成正比，与两个点之间的距离的平方成反比；它研究这个定律的方法很巧妙，就是扭称试验对于我们现在进行科学研究也是非常有启迪意义的。人们为了纪念他把电量的单位定位库伦（C）；这个定律的发现这库伦的高明之处在于持续的研究、巧妙的试验，果断的发表，将研究成果收入囊中，并永载史册；

库伦扭称试验装置

• 以上研究的过程都是静电，下面开始就有了动电---电流以及磁场
• 14.1800年意大利物理学家伏特研制出了化学电池，这是电池的鼻祖，第一次用人工方法获得了稳恒的电流，这是一个了不起的发明，他的发明为后来的各种电学实验提供了便利的条件，也开启了化学电源之门；这个装置是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。他还有其它发明和研究，比如静电计、起电盘等，对电学的发展有着重要的贡献，人们为了纪念他，将电压的单位定为伏特（V）；如今电池仍然广泛应用，特别是环保理念的提出，电动车已是一种取代传统能源的重要设备，追求储存电能更多，体积更小、充电更快的电池是我们的目标。他的发明与意大利科学家伽乏尼解剖青蛙试验发现有关，他对此进行了全面深入的研究，最终制成了伏打电池；

伏打电堆

• 15.1820年丹麦哥本哈根大小教授奥斯特经过试验证实了电能生磁，就是电流的磁效应，通电导体周围放一磁针会发生偏转；将电和磁联系在了一起；这个发现也是偶然性的，奥斯特在一次实验中，通电时发现导体旁边的磁针发生了转动，经过反复试验证实了电流周围能够产生磁场。他的发现如同多米诺排骨引起了连锁反应，加速了电磁学的发展应用；

电流磁效应试验

• 16.1822年法国的安培经过试验进一步证实了有电流必有磁场，并提出了磁性起源假说，把磁现象统一到电现象之中；他对电磁学的贡献很大，被麦克斯韦称为电学中的牛顿，人们为了纪念他将电流的单位定为安培（A），在奥斯特发现电流的磁效应之后，安培就致力于电流方向和磁场方向关系的研究，并提出了右手定则，后来被称为安培定则。安培通过试验提出了电流间相互作用力的公式，就是著名的安培定律。
• 17.1825年德国科学家欧姆得出了一个重要的电路定律，就是现在说说的欧姆定律，他指出了电阻、电压、电流之间的关系，这是电学中最基础的公式。当时经过有了伏打电池，但对于定量研究还是不够稳定，包括电流大小的测定也没有合适的工具，欧姆一一克服了这些困难。他还提出了影响电阻的因数就是现在的电阻定律中的几个物理量。欧姆定律发现初期，许多物理学家对此怀疑和批评，导致研究成果搁浅，经济困难，使欧姆精神抑郁，知道1841年英国皇家学会授予他最高荣誉的科普利奖章，才引起德国科学界的重视。后来人们为了纪念他，将电阻的单位定为欧姆（Ω）；
• 18.1825年斯特金发明了电磁铁；这是一个重要的发明。
• 19.1831年英国的法拉第提出了电磁感应定律，这个定律有两层意思：第一变化的磁场可以尝试并设计了第一台感应发电机；这是19世纪的一项重大发现，意义深远，他的发现使人类可以制造强大的电流使用。他是电磁场理论的奠基人，他首先提出了磁力线、电力线的概念，建立了电场、磁场的概念；法拉第的发现也是偶然的，当时已经知道了电流的磁效应，就是电能生磁，那么磁能不能生电就是人们探讨的问题，开始法拉第在铁心上缠绕了绝缘导线，电流计没有反应，增加导线匝数，仍然没有反应，一次偶然将磁铁靠近了线圈，电流计发生了转动！从而发现了感应电流，并进一步研究。人们为了纪念他将电容的单位定为法（F）；
• 20.1832年亨利发现了自感现象，1829年，亨利改进了电磁铁，他用绝缘导线密绕在铁芯上，制成了能提一吨重物的强电磁铁，同年他在实验证明不同长度的导线对电磁铁吸力的影响时，发现了电流的自感现象；他还发现了变压器工作的基本定律；实际上在1830年亨利在试验中就观察到了电磁感应现象，这比法拉第要早一年，但是当时亨利正在集中精力研究更大的电磁铁，没有及时发表这一成果，失去了发明权。后人为了纪念他的贡献，将电感的单位定为亨利（H）；
• 21..1833年俄国物理学家楞次经过试验提出了磁通变化与感应电流方向之间的关系，这就是后人所说的楞次定律，明确了感应电流与磁通之间的关系，这是对法拉第电磁感应定律的完善，两个定律结合起来就是完整的电磁感应定律，楞次定律反映了电磁感应是遵循能量守恒定律的。他的发现；其后他致力于电机理论的研究，并阐明了电机可逆性的原理。1844年他与英国的物理学家焦耳分别独立的确定了电流的热效应定律。
• 22.1833年高斯和韦伯制作了第一台简陋的单线电报；人们为了纪念他们，将磁感应强度的单位定为高斯Gs（现在为特斯拉），磁通的单位定为韦伯Web
• 23.1834年俄国的雅可比制造出了世界上第一台电动机，从而证明了实际应用电能的可能性；
• 24..1837年美国画家莫尔斯设计出比较实用的、用电码传输信息的电报机，他还发明了一套电码，利用它所制造的电报机可通过这移动的纸条上打上点和划来传递信息，又在华盛顿与巴尔的摩城之间建立了世界上第一条电报线路；
• 25.1840年，英国科学家焦耳提出了电流热效应的计算公式，这就是后人称作的焦耳定律，就是电流的热效应与电流、电阻、时间的定量关系；但楞次也宣布发现了这一定律，因此合称为焦耳-楞次定律；人们为了纪念焦耳将能量的单位定为焦耳（J）
• 26.1848年德国科学家基尔霍夫提出了基尔霍夫电路理论；一个是基尔霍夫电流定律，一个是基尔霍夫电压定律，这两个定律是我们进行电路研究遵循的重要规则，这两个定律反映了物质守恒与能量守恒同样适用于电学。
• 27.1876年美国的贝尔发明了电话，实现了人类最早的模拟通信，在1880年以后，用有线电报和有线电话来传输信息开始得到了应用；
• 28..1831年英国的麦克斯韦总结了前人的工作，提出了电磁理论，表现为四个微分方程，这就是后人所称的麦克斯韦方程组；他通过理论推断了电磁波的存在，这个推导是具有划时代意义的；人们为了纪念他将磁通的单位定为麦克斯韦Mex（现在为韦伯）
• 29.1887年德国赫兹通过试验证实了电磁波的存在；他用放电线圈做火花放电试验，偶然发现旁边未闭合的绝缘导电线圈中有火花跳过，意识到这是电磁共振现象，通过试验验证了电磁波是横波 ，具有与光类似的性质，如反射、折射、衍射等，并且通过试验证实了电磁波的干涉，证实了电磁波的传播速度和光速一致，从而全面证实了麦克斯韦的电磁理论的正确性；他开创了无线电电子技术的新纪元；赫兹的发现也是偶然的。后人为了纪念他，将频率单位定为赫兹（Hz）；
• 30.1866年德国的西门子发明了使用电磁铁的发电机，为电力工业开辟了道路；人们为了纪念他将电导的单位定为西门子。
• 31.1879年，美国发明家爱迪生发明了电灯；1883年爱迪生发现了热电子效应；爱迪生是著名的发明大王，我们了解最多的是他发明了电灯，并且为了寻找合适的材料试验了上千种物质，他发明的留声机、电影摄影机、电灯对世界影响很大。他一生发明有两千多项，拥有的专利一千多项，至今无人能够打破他的记录。

发明大王爱迪生

• 32.说到爱迪生，不得不提及另一位伟大的科学家-尼古拉.特斯拉先生，1882年，他继爱迪生发明直流电（DC）后不久，即发明了交流电（AC），并制造出世界上第一台交流电发电机，并始创多相传电技术。 1895年，他替美国尼加拉瓜发电站制造发电机组，致使该发电站至今仍是世界著名水电站之一。 1897年，他使马可尼的无线传讯理论成为现实。 1898年，他又发明无线电摇控技术并取得专利（美国专利号码#613.809）。 1899年，他发现了X光（X-Ray）摄影技术。其他发明包括：收音机、雷达、传真机、真空管、霓虹光管……等甚至以他名字而命名的磁力线密度单位（1 Tesla = 10,000 Gause）更表明他在磁力学上的贡献。尼古拉.特斯拉的故事广为流传，人们说他是外星人、天才，因为他的想法、他的发明超前于人类的想象力和理解力。他制造的人造闪电几百英里的人们都能看到，点亮了天空，现在许多电子爱好者仍然仿效。据说通古斯大爆炸就是特斯拉制造的。他热衷于交流电技术发展与应用，这与爱迪生格格不入，两人为此互怼，历史证明，特斯拉的交流电的研究是成功的，实用的。他的遗憾之处就是没有将技术商业化，这一点远不如爱迪生，因此尽管他贡献非常大但名气不大。好在有一个公正的社会，美国最高法院撤销马可尼胜诉的原判，裁定特斯拉为无线电的发明者。1975年他被正式引入美国国家发明家名人堂。

特斯拉闪电试验

• 33.1895年意大利马可尼成功的进行了2.5公里无线电报试验；以其在无线电领域的成就，于1909年获得了诺贝尔物理学奖；俄国的波波夫也成功的进行了通信试验
• 34.1899年，无线电报跨越英吉利海峡的试验成功；
• 35.1901年，跨越大西洋3200公里的试验成功；
• 36.1904年费来明利用电子的热效应制成了电子二极管，并证实其具有单向导电作用，首先被用于无线电检波；

真空电子二极管

• 37.1906年美国的德弗雷斯在弗莱明的二极管中放进了第三个电极-栅极，三极电子管诞生了，这是具有里程碑意义的事情；
• 38.1948年美国的贝尔实验室的几位科研人员发明了晶体管；
• 39之后出现了集成电路、大规模集成电路，电学的发展更加迅猛。各种电器设备如雨后春笋般被制造了出来。
• 40.1910年邓伍迪和皮卡尔德发明了矿石收音机；
• 41.1912年费森登着改进原有接收机的研究中发明了外差式电路，1913年美国无线电工程师阿姆斯特朗发明了超外差电路，同年法国人吕西安、莱维利用超外差电路制造了收音机并申请了专利；1924年超外差式收音机首次投入市场；1925年美国的阿姆斯特朗发明了调频收音机。
• 42.1924年第一台电视机问世，是由英国的电子工程师约翰.贝尔德发明的，到1928年美国的RCA电视台率先播出第一套电视片。
• 后来大量的应用电路、电器产品被研制出来，本质上都是各种电子元件的搭配组合，有些申请了专利，有些是若干人不断改进完善的结果，只见产品不知创造者。
• 通过以上回顾得出以下结论
• 一、有许多发现具有偶然性，是不经意间发现的；对于偶然的现象不能放过，应该继续探索；
• 二、有许多发现是通过试验获得的；通过试验会发现许多问题，也会证明许多问题；
• 三、科学研究是一件严谨细致的工作，需要坚忍不拔的意志和坚持不懈的精神；不能粗枝大叶、遇到困难就退缩；
• 四、发现一些现象应该继续深入研究，不能想当然或鄙夷不屑；
• 五、善于学习、利用别人的成果，在他们的基础上继续研究；
• 六、将发现的现象经过分析，总结写出论文进行发表，将实际的东西上升到理论的层次；
• 七、有些发现是通过思考、分析得出来的，典型的就是麦克斯韦方程组；
• 八、将发现的现象，研究的成果应用到实践当中；
• 九、社会对科学技术的重视、国家对科学技术的重视、对发明专利的尊重是国家兴旺的重要体现，而戏子被捧上了天或者观念陈旧这是民族的悲哀，国家的不幸。
• 十、我们踩在前人的成果之上，有着较好的试验仪器，元件，有着较为全面系统的理论知识，没有任何理由不进行新的创新研究；