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电的发现与发展

作者:佚名   来源:本站原创   点击数:  更新时间:2013年01月21日   【字体:


 电,大家都知道,电对现代社会极其重要,想象一下,现在要是没有了电,我们的生活将会是什么样子?电视机无法使用,电灯无法点亮,空调无法工作等等,全世界的一切都会停止,人类将无法再生存下去!本人写这个文章旨在告诉大家要节约能源,提倡环保!否则,我们一旦没有能源,我们的生活将陷入困境!

  电是一次偶尔的时候发现的,事实上,电从地球出现的时候就有的,只是我们过去还没有发现,远在2500 多年前,古希腊有一个叫塞利斯的人发现,用毛皮去摩擦琥珀(一种天然宝石),这块被摩擦过的琥珀能吸引一些像绒毛、麦秆等一些轻小的东西。那时候的人们无法解释这种现象,只好说:琥珀中存在一种特殊神力。他们把这种特殊神力称作“电”。这个词就是从希腊文的“琥珀”这个词演变而来的.公元1600 年,英国医生吉尔伯特(1544~1603)发现用摩擦的方法不但可以使琥珀具有吸引轻小物体的性质,而且还可以使不少别的物体如玻璃棒、硫磺、瓷、松香等具有吸引轻小物体的性质。他把这种吸引力称为“电力”。我们中国古代一些文章也有对类似这样的现象做过相关记载,西晋张华(232~300)记述了梳子与丝绸摩擦起电引起的放电及发声现象:“今人梳头,脱著衣时,有随梳、解结有光者,亦有咤声”。唐代段成式描述了黑暗中摩擦黑猫皮起电:“猫黑者,暗中逆循其毛,即若火星".这些现象说明了人类一早就认识了电,但是还不能运用.

  电的运用其实是很多人的结果,不是一个人的功劳,只是可惜的都是外国人的,我们中国的基本上没有一个对电的运用起到作用,遗憾啊!公元1600 年,英国医生吉尔伯特(1544~1603)发现用摩擦的方法不但可以使琥珀具有吸引轻小物体的性质,而且还可以使不少别的物体如玻璃棒、硫磺、瓷、松香等具有吸引轻小物体的性质。他把这种吸引力称为“电力”。
吉尔伯特是当时英国女王伊丽莎白一世的御医,也是一位有代表性的科学家。他受过医学教育,后定居伦敦,于1573 年开始做医生,为病人治病。由于他的医术比较高明,被召进皇宫,于1601 年做了英国女王伊丽莎白一世的保健医生。女王逝世后,他又被任命为詹姆斯一世国王的医生。在他行医期间,他又去从事物理学方面的研究。他做了多年的实验,发现了“电力”,“电吸引”等许多现象,并最先使用了“电力”、“电吸引”等专用术语,因此许多人称他是电学研究之父。他的主要著作《论磁石、磁体和地球大磁石》全面论述了对磁体和电吸引的全部研究工作。

  在吉尔伯特之后的200 年中,又有很多人做过多次试验,不断地积累对电的现象的认识。其中,1734 年法国人杜伐,做了一些用玻璃棒与丝绸摩擦、松香与毛皮摩擦的试验,在这些试验中,他发现有两种不同性质的电,一种是把玻璃捧用丝绸摩擦,玻璃棒能吸起像纸屑、木屑之类的轻小物体,这种吸引力称为带电现象。他将这根玻璃棒用丝线悬挂起来,再将另一根与丝绸摩擦过的玻璃棒靠近它,发现这两根棒相互排斥,于是他就把玻璃棒带的电,称为“玻璃电”(即正电);另一种是把松香用毛皮摩擦也产生带电现象,把用毛皮摩擦过的松香靠近用丝绸摩擦过的玻璃棒,发现这两者相互吸引,于是他称松香所带的电为“松香电”(即负电)。这就是人们所讲的同性电相互排斥、异性电相互吸引的现象。杜伐发现了这些现象,也作了最早的理论解释。尽管这种解释很粗浅、带点形而上学的性质,但毕竟比不想去解释为好。
此后,观看电的实验成为人们的一种娱乐。在欧洲几乎每一个国家都有一大批人以进行这种带电的实验和表演这些实验让人们观赏,赚钱谋生。1745年,普鲁士(德国的前身)的一位副主教克莱斯特做了一个很有趣的实验。他利用一根导线将摩擦起电装置上的电引向装有铁钉的玻璃瓶,使瓶子充电,当他的手触及铁钉时,突然感到猛烈的一击。这是一次放电现象,铁钉上聚集的电穿过人体(人体就是一种导体),使人感受到强烈的电的震动。 1746 年,荷兰人莱顿在上述实验的启发下做成了莱顿瓶。什么是莱顿瓶?莱顿瓶是一个玻璃瓶,瓶的外面和瓶内均贴上像纸一样的银箔,把摩擦起电装置所产生的电用导线引到瓶内的银箔上面,而把瓶外壁的银箔接地,这样就可以使电在瓶内聚集起来。如果用一根导线把瓶内的银箔和瓶外壁的银箔连接起来,则产生放电现象,引起电火花,发生响声,并伴随着一种气味。 古希腊的一位科学家亚里士多德在所著的《动物志》一书中曾描述过一种能够放电击毙小动物的电鳐。18 世纪中叶有人把这种鱼带到英国,引起当时生物学家很大的兴趣,当人用手去碰这种鱼的头部或身体的下部时,便会感到猛烈的一击(即电击),于是人们就想起了刚刚发明不久的莱顿瓶,它就像这种鱼一样,只要用导线把瓶内外的银箔连接起来,就可以放电、引起电击。此后,这种电击来自放电,便没有人怀疑了。尽管18 世纪初,人们已经发明了验电器,可以判断一个物体是否带电,但在当时人们仍往往用自己的身体去检验电是否存在,甚至有不少人以能受一次电击为荣。
 
  其实真正对电有贡献的是富兰克林,富兰克林的第一个重大贡献,就是发现了“电流”。他在1747 年给朋友的一封信中提出关于电的“单流说”。他认为电是一种没有重量的流体,存在于所有的物体之中。如果一个物体得到了比它正常的份量更多的电,它就被称之为带正电(或“阳电”).如果一个物体少于它正常份量的电,它就被称之为带负电(或“阴电”).
富兰克林对电学的另一重大贡献,就是通过1752 年著名的风筝实验,“捕捉天电”,证明天空的闪电和地面上的电是一回事。他用金属丝把一个很大的风筝放到云层里去。金属丝的下端接了一段绳子,另外金属丝上还挂了一串钥匙。当时富兰克林一手拉住绳子,用另一手轻轻触及钥匙。于是他立即感到一阵猛烈的冲击(电击),同时还看到手指和钥匙之间产生了小火花。
这个实验表明:被雨水湿透了的风筝的金属线变成了导体,把空中闪电的电荷引到手指与钥匙之间。这在当时是一件轰动一时的大事。很多人都在重复富兰克林的这一实验。为什么富兰克林的这一实验会引起这样的轰动?因为当时社会上对于雷电有一种恐惧心理,大多数人认为雷电是“上帝之火”,是天神发怒的表现。富兰克林在美国费城的实验惊动了教会,他们斥责他冒犯天威,是对上帝和雷公的大逆不道。然而,他仍然坚持不懈,而且在一年后制造出世界上第一个避雷针;终于制服了天电。由于教堂高高耸立的塔尖常被雷电所击,教会为了保护教堂,最终也不得不采用了这个“冒犯天威”的装置。以前电一直被人们当作一种娱乐手段,从此总算找到了实际的应用价值。
富兰克林的这个实验,不仅在美国有很大的影响,而且影响到世界其他国家。1753 年,俄国科学家里希曼在屋顶上装了一根导线通到实验室,想用验电器来观察雷电现象。那时正逢雷雨交加,一个火球从上面传了下来,结果里希曼遭雷击而死亡。因此,富兰克林的风筝实验的影响,足以使每个电学家避免这种无谓的牺牲。

  现在我们知道,电流就是电荷向一定方向的移动。在金属导体中的电流是靠自由电子的运动来形成的。电流通过电路时,会产生许多新的效应。如电流通过电灯的时候,电灯就发热发光;电流通过电风扇的时候,电风扇就能转动。电流可使蓄电池充电;可带动电伽机作功??。这些现象表明,电流也是一种能量传输过程,电能可以通过各种特定的器件转化为其他形式的能量。
电流可存在于固体、液体或气体中。雷电现象,就是人们最早注意到大气中的电流现象。富兰克林传奇式的风筝实验使人们了解到雷电和摩擦带电的关系。随着避雷针的发明,逐渐消除了人们对雷电的恐惧心理。但在18世纪末之前,人们对电流现象的认识也仅到此为止,基本上仍然是一无所知。

  那么,最早开始电流研究的是哪一位科学家呢?意大利的解剖学教授伽伐尼(1737~1798)被人们认为是最早开始电流研究的人。据记载,伽伐尼的发现是一次偶然性的发现。1780 年的一次极为普通的闪电现象,引起了他的思考。这次闪电使伽伐尼解剖室内桌子上与钳子和镊子环接触的一只青蛙腿发生痉挛现象。严谨的科学态度使他没有放弃对这个“偶然”的奇怪现象的研究,他花费了整整12 年的时间,研究像青蛙腿这种肌肉运动中的电气作用。最后,他发现如果使神经和肌肉同两种不同的金属(例如铜丝和铁丝)接触,青蛙腿就会发生痉挛。这种现象是在一种电流回路中产生的现象。在这里,蛙腿的肌肉是导体回路的一部分,肌肉和两种不同的金属丝构成了世界上第一个电流回路。肌肉的痉挛表明有电流通过,起到了电流指示器的作用。根据这种现象,他还制成了“伽伐尼电池”。但是,伽伐尼对这种电流现象的产生原因仍然未能回答,他认为蛙腿的痉挛现象是“动物电”的表现,由金属丝构成的回路只是一个放电回路。
伽伐尼的看法在当时的科学界引起了巨大的反响,人们自然地联想到海洋当中的一些带电的鱼,如电鳗、电,人们在海中如果被这种鱼触及身体,也会有电击的感觉。这说明在一些动物体内也贮存着电。但是,另一位意大利科学家伏打(1745~1827)不同意伽伐尼的看法,他认为电存在于金属之中,而不是存在于肌肉中,他于1782 年在写给朋友的信中说:“关于所谓动物电,您是怎样考虑的呢?我相信一切作用都是由于金属与某种潮湿的东西相接触才发生的”。两种明显不同的意见引起了科学界的争论,并使科学界分成两大派,他们的论战十分激烈,每一方都指责对方是异端邪说,标榜自己观点的正确。争论的结果是伏打的见解占了优势。但很可惜,因为伽伐尼于1798 年就因病去世了,他再也不能知道这场争论的胜负,再也听不到争论的结果了。

  1800 年春季,即19 世纪第一个年头的春天,有关电流起因的争论有了进一步的突破。怎么会引起这种突破呢?这又要从伏打说起,伏打在他自己看法的指导下发明了著名的“伏打电池”。这种电池是由一系列圆形锌片和银片相互交迭而成的装置,在每一对银片和锌片之间,用一种在盐水或其他导电溶液中浸过的纸板隔开。银片和锌片是两种不同的金属,盐水或其他导电溶液作为电解液,它们构成了电流回路。现在看来,这只是一种比较原始的电池,是由很多锌电池连接而成为电池组。但在当时的历史时期,伏打能发明这种电池确实是很不容易的。 伏打电池可以说是伏打赠给19 世纪的宝贵礼物。他的这个发明为电流效应的应用开创了前景,并很快成为进行电磁学和化学研究的有力工具。由此,伏打和与他同时代的别的国家的不少科学家,得出了各种有趣的结果,当时的报纸和杂志上不时登出各种各样新发现的消息。有了电池,英国的化学家戴维(1778~1829)才有可能奠定电离理论基础,并且分离出钠、钾、锶、 硼、钙、氯、氟、碘等元素,促进了化学的发展,并进而促使他的助手法拉第建立了电解定律。
伏打虽然发明了电池装置,但并不了解这种装置的道理。戴维阐明了这种装置的道理,指出这类电池的电流来自化学作用。但不管怎样,伏打的发明使人们第一次获得了可以人为控制的持续电流,为今后电流现象的研究提供了物质基础。伏打本人由于这项贡献,被许多国家的科学院选为院士,据说1801 年法国的拿破仑曾亲临现场观看了伏打的实验表演,并授予他一枚特制的金质奖章,以表彰他发现电流的贡献。
上面说的是人类对电的初步认识,但是还不能真正了解其作用.接下来讲述一系列科学家它的开发与运用.
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(Siemens)制成世界上第一台发电机!

  有了电,人类开始使用电了,并进入电气化时代,在这个时期,又出现了很多重大发明,,其中,最伟大的莫过于发明大王--爱迪生,他改进了电灯!为什么不是发明?事实上,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,点亮不能过长,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。所以他是改进了电灯而不是发明!
        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。
电灯的发明使人类进入光明时代,随后电灯被不断改进,现在最先进是LED发光二极管!电灯的发明揭示电的重要性,人类不断改进发电机,不断出现电的产品,包括电动机\电视机\电脑\电冰箱\电影\等等,都是以电开头的,从此,人类进入电器时代,并且离不开了!但是电是一种能量,按照能量守恒定律,它是要消耗其他能源来换取的,现在发电的方法主要还是火电厂,就是燃烧燃料来换取电能,这个对大气是有污染的;另外就是核能发电站,这个虽然效率高,但是 有辐射.还有水力发电,这个相对环保很多,但是不是所有的地方都能用,必须有水流急的地方,像中国的三峡,小浪底,都江堰等,现在还有风能发电,太阳能发电,这些技术都还不是很 成熟,目前都不能很好利用.所以,我们要节约能源,不能浪费电能!
 

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