电的发展史
古希腊七贤中有一位名叫泰勒斯的哲学家。公元前600年前后,泰勒斯看到当时的希腊人通过摩擦琥珀吸引羽毛,通过磁性钱矿石吸引铁片的现象,一度思考原因。据说他的解释是:“万物有灵。磁吸铁,故磁有灵。”这里说的“磁性”就是磁铁矿。希腊人称琥珀为“elektron”(与英语“电”谐音)。
在东方,据《吕春秋》一书记载,中国在战国时期用磁铁制作指南针。在古代,他们用指南针的磁针来辨别方向。1.磁性和静电
所谓的摩擦起电在公元前只被认为是一种现象。长期以来,对这一现象的认识一直没有进展。
自13以来,指南针一直用于导航。当时的指南针是将针状的磁铁矿放入稻草中,使其浮在水面上。14世纪初,用绳子悬挂磁针制成了航海罗盘。
这种罗盘在1492年哥伦布发现美洲新大陆和1519年麦哲伦发现绕地球航线中发挥了重要作用。
2.雷电和静电
在公元前的中国,打雷被认为是天意。据说有五位神仙掌管雷电。他们的长辈叫雷祖,雷祖下面是雷公和电母。雷的意思是雷公在天上敲鼓,闪电的意思是电母用两面镜子把光射到下面的世界。
到了亚里士多德时代,它更科学了。人们认为,打雷的发生是由于地球上水汽上升,形成雷雨云,遇到冷空气凝结成雷暴,并伴有强光。
是一个英国人认为打雷是静电,那是在1708。1748年,富兰克林基于同样的认识设计了避雷针。
电的真正开始
1600年,英国物理学家吉尔伯特发现,不仅琥珀、煤玉石摩擦后能吸引轻小物体,相当多的物质摩擦后也具有吸引轻小物体的性质。他注意到这些物质在摩擦后不具有磁铁指向南北的特性。为了表示与磁性的区别,他用琥珀的希腊字母拼音将这种性质称为“电”。吉尔伯特在实验中制作了第一个验电器,它是一根中心固定的细金属棒,当它靠近摩擦过的琥珀时可以旋转。
大约1660年,德国马德堡的格利克发明了第一台摩擦电机。他用硫磺制作了一个形状像地球仪的可旋转球体,用干燥的手掌摩擦它就可以获得电力。经过不断改进,Gelik的摩擦起动器在静电实验研究中发挥了重要作用,直到19世纪Holtz和Tippler分别发明了感应起动器才被取代。
18世纪的电学研究发展迅速。1729年,英国的格雷在研究琥珀的电效应能否传导到其他物体时,发现了导体和绝缘体的区别:金属可以导电,丝不能,他第一次给人体充电。格雷的实验引起了法国迪费的注意。1733年,迪费发现绝缘的金属也可以通过摩擦带电,于是他得出结论:所有物体都可以通过摩擦带电。他把玻璃上产生的电叫做“玻璃”,琥珀上产生的电和树脂产生的电是一样的,所以叫做“树脂”。他得到:电荷相同的物体相互排斥;电荷不同的物体相互吸引。
1745年,荷兰莱顿的穆申布鲁克发明了可以省电的莱顿瓶。莱顿瓶的发明为电学的进一步研究提供了条件,对电学知识的传播起到了重要作用。
大约在同一时期,美国的富兰克林做了很多有意义的工作,丰富了人们对电的认识。1747年,他根据实验提出,电是正常情况下以一定量存在于一切物质中的元素;电和流体一样,可以通过摩擦从一个物体转移到另一个物体,但不能被创造出来;任何孤立物体的总电量是不变的,这就是俗称的电荷守恒定律。他把一个物体摩擦时获得的电的多余部分称为正电,把物体失去电而不足的部分称为负电。
严格来说,这个关于电的一维流体理论在今天并不正确,但他所使用的正电和负电的术语在今天仍然被采用。他还观察到导体的尖端更容易放电。早在1749,他就注意到闪电和放电有很多相似之处。1752年,他在雷雨天气将风筝放入云中进行雷击实验,证明闪电是一种放电现象。这个实验最幸运的是富兰克林没有被电死,因为这是一个危险的实验,后来有人在重复这个实验的时候被电死了。富兰克林还建议使用避雷针来保护建筑物免受雷击。1745最早是杜威实现的,这大概是电的第一次实际应用。
富兰克林想把电储存在莱顿瓶里。1752年6月,他做了一个实验,把风筝放在雷雨云里。结果发现雷雨云有时带正电,有时带负电。这个风筝实验很有名,很多科学家都很感兴趣,纷纷效仿。1753年7月,俄罗斯科学家李奇曼在实验中不幸触电身亡。
意大利帕维亚伏打大学教授通过对各种金属的实验,证明了锌、铅、锡、铁、铜、银、金、石墨是一个金属电压系列。当该系列中的两种金属相互接触时,该系列中前排的金属带正电,后排的金属带负电。他将铜和锌作为两个电极放入稀硫酸中,从而发明了伏打电池。电压单位“伏特”就是以他的名字命名的。
19世纪初,正是法国大革命之后,拿破仑进入时代。拿破仑从意大利回来,1801年,伏打被叫到巴黎做电学实验,伏打被拿破仑授予金质奖章和Legino-Donoll奖章。
伏打电池的利用与电磁学的发展
伏打电池发明后,各国都用这种电池进行了各种实验和研究。德国进行电解水的研究,英国化学家大卫将2000个伏打电池连接在一起,进行了电弧放电实验。大卫的实验是在正负电极上安装木炭,调节电极之间的距离,使其放电并发出强光。这是用电照明的开始。
1820丹麦哥本哈根大学教授奥斯特在一篇论文中发表了他的发现:当一根磁针放在连接伏打电池的导线旁边时,磁针会立即偏转。
俄罗斯Sillinger看了这篇论文。他把线圈和磁针结合在一起,发明了电报(1831),可以说是电报的开端。
后来法国的安培发现了关于电流周围磁场方向的安培定律(1820),法拉第发现了划时代的电磁感应现象(1831),电磁学迅速发展。
另一方面,对电路的研究也在发展。欧姆发现了关于电阻的欧姆定律(1826),基尔霍夫发现了关于电路网络的定律(1849),从而建立了电工学。