[科普中國]-電學(xué)史

根據(jù)記載，電的歷史可以追溯到公元前六世紀(jì)，古希臘學(xué)者M(jìn)iletus觀察到用布摩擦后的琥珀會(huì)吸引如羽毛等輕小的東西。英國人Stephen Gray(1696～1736)發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)可以分為導(dǎo)體和絕緣體。1733年法國人Charles du Fay發(fā)現(xiàn)摩擦產(chǎn)生的電有“像琥珀所生的電”和“像玻璃所生的電”兩種；擁有玻璃電的物質(zhì)會(huì)排斥帶電絲線，而擁有琥珀電的物質(zhì)會(huì)吸引帶電絲線。1747年3月11日，富蘭克林描述了“尖端放電”現(xiàn)象，并利用這一原理制造出避雷針。1785年，法國人夏爾·庫侖發(fā)現(xiàn)了庫侖定律。

1826年，法國化學(xué)家安德烈-瑪麗·安培提出安培定律。1831年，邁克爾·法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。1859年，德國物理學(xué)家尤利烏斯·普呂克將真空管兩端的電極之間通上高壓電，制成陰極射線。1897年，約瑟夫·湯姆森做實(shí)驗(yàn)證實(shí)，陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成，并稱之為電子。1887年德國物理學(xué)者海因里?！ず掌澯^察到光電效應(yīng)。1947年，在通用電器實(shí)驗(yàn)室，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了同步輻射。

簡介根據(jù)記載，電的歷史可以追溯到公元前六世紀(jì)，古希臘學(xué)者M(jìn)iletus觀察到用布摩擦后的琥珀會(huì)吸引如羽毛等輕小的東西。英國人Stephen Gray(1696～1736)發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)可以分為導(dǎo)體和絕緣體。1733年法國人Charles du Fay發(fā)現(xiàn)摩擦產(chǎn)生的電有“像琥珀所生的電”和“像玻璃所生的電”兩種；擁有玻璃電的物質(zhì)會(huì)排斥帶電絲線，而擁有琥珀電的物質(zhì)會(huì)吸引帶電絲線。1747年3月11日，富蘭克林描述了“尖端放電”現(xiàn)象，并利用這一原理制造出避雷針。1785年，法國人夏爾·庫侖發(fā)現(xiàn)了庫侖定律。

1826年，法國化學(xué)家安德烈-瑪麗·安培提出安培定律。1831年，邁克爾·法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。1859年，德國物理學(xué)家尤利烏斯·普呂克將真空管兩端的電極之間通上高壓電，制成陰極射線。1897年，約瑟夫·湯姆森做實(shí)驗(yàn)證實(shí)，陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成，并稱之為電子。1887年德國物理學(xué)者海因里?！ず掌澯^察到光電效應(yīng)。1947年，在通用電器實(shí)驗(yàn)室，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了同步輻射。

古代早在對于電有任何具體認(rèn)知之前，人們就已經(jīng)知道發(fā)電魚（electric fish）會(huì)發(fā)射電擊。根據(jù)公元前2750年撰寫的古埃及書籍，這些魚被稱為“尼羅河的雷使者”，是所有其它魚的保護(hù)者。大約兩千五百年之后，根據(jù)紀(jì)錄，希臘、羅馬、后來的阿拉伯，在這些地方的自然學(xué)者、醫(yī)生等等，對于電鯰和地中海的電鰩所散發(fā)出的強(qiáng)烈電擊仍舊感到極為困惑。。古代羅馬醫(yī)生斯克力邦尼·拉格斯（Scribonius Largus）在著作《醫(yī)學(xué)精選》（Compositiones Medicae）里建議，患有像痛風(fēng)或頭疼一類病痛的病人去觸摸電鰩，或許強(qiáng)勁的電擊會(huì)治愈他們的疾病。

阿拉伯人可能是最先了解閃電本質(zhì)的族群。他們也可能比其它族群都先找出電的其它來源。早于15世紀(jì)以前，阿拉伯人就創(chuàng)建了“閃電”的阿拉伯字 “raad”，并將這字用來稱呼電鰩。

在地中海區(qū)域的古老文化里，很早就有文字記載，將琥珀棒與貓毛摩擦后，會(huì)吸引羽毛一類的物質(zhì)。公元前600年左右，希臘的哲學(xué)家泰勒斯做了一系列關(guān)于靜電的觀察，從這些觀察中，他推論摩擦?xí)圭曜兊么判曰?。這與像磁鐵礦一類礦石的性質(zhì)大不相同；磁鐵礦天然地具有磁性。泰勒斯的見解并不正確；但后來，科學(xué)會(huì)證實(shí)磁與電之間的密切關(guān)系。

近代十七世紀(jì)幾千年來，電只不過是學(xué)者們好奇的智慧玩意兒，直到1600年，由于威廉·吉爾伯特的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度，才開始對于電與磁的現(xiàn)象出現(xiàn)系統(tǒng)性研究。吉爾伯特是英國女王伊麗莎白一世的皇家醫(yī)生，他對于電和磁特別有興趣，撰寫了第一本闡述電和磁的科學(xué)著作《論磁石》。這是一本具有現(xiàn)代科學(xué)精神的書籍，著重于從實(shí)驗(yàn)結(jié)果論述。吉爾伯特指出，琥珀不是唯一可以經(jīng)過摩擦產(chǎn)生靜電的物質(zhì)，鉆石、藍(lán)寶石、玻璃等等，也都可以演示出同樣的電學(xué)性質(zhì)，在這里，他成功地?fù)羝屏绥甑奈κ瞧鋬?nèi)秉性質(zhì)這持續(xù)了2000年的錯(cuò)誤觀念，將電學(xué)和磁學(xué)現(xiàn)象區(qū)分開來。

吉爾伯特制成的靜電驗(yàn)電器可以敏銳的探測靜電電荷，當(dāng)帶電物體接近金屬指針的尖端時(shí)，因?yàn)殪o電感應(yīng)，異性電荷會(huì)移動(dòng)至指針的尖端，指針與帶電物體會(huì)互相吸引，從而使得指針轉(zhuǎn)向帶電物體。在之后的一個(gè)世紀(jì)，這是最優(yōu)良的探測靜電電荷的儀器。先前，意大利數(shù)學(xué)家和醫(yī)生吉羅拉莫·卡爾達(dá)諾列出一些電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的不同之處。從卡爾達(dá)諾的結(jié)果，吉爾伯特得到很多啟發(fā)，他提出更多分歧之處：帶電物質(zhì)會(huì)吸引所有其它物質(zhì)，而磁石只會(huì)吸引鐵器；琥珀需要磨擦才能產(chǎn)生電性，而磁石不需要任何動(dòng)作；磁石會(huì)將物體按照某定向排列，而帶電物質(zhì)則只會(huì)吸引其它物質(zhì)。。吉爾伯特創(chuàng)建了新拉丁術(shù)語“electrica”（類似琥珀，從“?λεκτρον”，“elektron”，希臘文的“琥珀”），意思為像琥珀的吸引方式一般的那些物質(zhì)。由于他在電學(xué)的眾多貢獻(xiàn)，吉爾柏特被后人尊稱為“電學(xué)之父”。后來，從“electricus”又衍生了英文字“electric”和“electricity”，這兩個(gè)英文字最先出現(xiàn)于托馬斯·布朗的1646年著作《世俗謬論》（Pseudodoxia Epidemica，英文書名《Vulgar Errors》）。

德國科學(xué)家奧托·馮·格里克于1663年發(fā)明的摩擦起電裝置。用手磨擦黃色的硫磺球后，硫磺球可以吸引羽毛等小物體。居里克當(dāng)時(shí)并不清楚其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的本質(zhì)，他認(rèn)為硫磺球?qū)ζ渌矬w的吸引力類似于地球的引力。之后，羅伯特·波義耳、史蒂芬·葛雷（Stephen Gray） 、查理·杜費(fèi)（Charles du Fay） 等等，都做了更進(jìn)一步的研究。

十八世紀(jì)1745年左右，馮· 克萊斯特和穆森布羅克分別獨(dú)立發(fā)明了最早的電容器萊頓瓶，其名稱來源于穆森布羅克所在的城市萊頓城。1752年6月，自學(xué)有成的本杰明·富蘭克林做了一個(gè)古今聞名的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)；他與兒子在雷雨中放風(fēng)箏，將空中的閃電吸引過來，在風(fēng)箏線另一端捆綁的一只金屬鑰匙與富蘭克林的手之間，產(chǎn)生一系列的電花，他同時(shí)感受到麻電的滋味，這證實(shí)了閃電是電的一種現(xiàn)象。富蘭克林又做實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電荷守恒定律，即在任何孤立系統(tǒng)里，總電量不變，并在1758年發(fā)明了萊頓瓶電池組。富蘭克林是最早用Battery這個(gè)單詞來描述電池組的（之前Battery指的是軍事上的排炮）。

1753年讓-安托萬·諾萊于發(fā)明了一臺(tái)靜電發(fā)電機(jī)。用手或者皮毛磨擦快速旋轉(zhuǎn)的空心玻璃球體可以在玻璃表面產(chǎn)生大量的靜電荷。1767年，約瑟夫·普利斯特里做實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在帶電金屬容器的內(nèi)部，電作用力為零。從這實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他準(zhǔn)確猜測，帶電物體作用于彼此之間的吸引力與萬有引力都遵守同樣的定律。1785年，查爾斯·庫侖用扭秤（torsion balance）做實(shí)驗(yàn)，來測量兩個(gè)點(diǎn)電荷彼此互相作用的靜電力，證實(shí)了普利斯特里的猜測，兩個(gè)帶電物體施加于彼此之間的作用力與距離成平方反比。他奠定了靜電的基本定律，即庫侖定律。于此，電的研究已提升成為一種精確科學(xué)（exact science）。

1791年，路易吉·伽伐尼發(fā)現(xiàn)，假設(shè)將青蛙與靜電發(fā)電機(jī)連結(jié)成閉合電路，然后開啟靜電發(fā)電機(jī)，則青蛙肌肉會(huì)顫動(dòng)。這實(shí)驗(yàn)演示出，神經(jīng)細(xì)胞倚賴電的媒介將信號傳達(dá)到肌肉。他因此創(chuàng)建了生物電學(xué)術(shù)領(lǐng)域。

1800年，亞歷山大·伏打伯爵將銅片和鋅片浸于食鹽水中，并接上導(dǎo)線，制成了第一個(gè)電池：伏打電池，堪稱是現(xiàn)代電池的元祖。伏打電池給予科學(xué)家一種比靜電發(fā)電機(jī)更穩(wěn)定的電源，能夠連續(xù)不斷的供給電流，極大推動(dòng)了電化學(xué)和電磁學(xué)的進(jìn)展。

十九世紀(jì)1820年，漢斯·奧斯特在課堂做實(shí)驗(yàn)時(shí)意外發(fā)現(xiàn)，電流能夠偏轉(zhuǎn)指南針的方向，演示出電流周圍會(huì)生成磁場，即電流的磁效應(yīng)。稍后，安德烈-瑪麗·安培對于這現(xiàn)象做定量描述，給出安培力定律與安培定律。他們兩個(gè)人的研究成果成功地將電與磁現(xiàn)象連結(jié)在一起，共稱為“電磁現(xiàn)象”。應(yīng)用這理論，可以制作出來磁性超強(qiáng)勁于天然磁石的電磁鐵。1827年，格奧爾格·歐姆發(fā)展出一套精致的數(shù)學(xué)理論來分析電路。

1831年，法拉第與約瑟·亨利分別獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)──磁場的變化可以生成電場。1865年，詹姆斯·馬克士威將電磁學(xué)加以整合，提出馬克士威方程組，并且推導(dǎo)出電磁波方程式。由于他計(jì)算出來的電磁波速度與測量到的光速相等，他大膽預(yù)測光波就是電磁波。1887年，赫茲成功制成并接收到馬克士威所描述的電磁波。麥克斯韋將電學(xué)、磁學(xué)與光學(xué)統(tǒng)合成一種理論。

1859年，德國物理學(xué)家尤利烏斯·普呂克將真空管兩端的電極之間通上高壓電，制成陰極射線。物理學(xué)者發(fā)現(xiàn)，陰極射線是以直線傳播，但其傳播方向會(huì)被磁場偏轉(zhuǎn)。陰極射線具有可測量的動(dòng)量與能量1897年，約瑟夫·湯姆森做實(shí)驗(yàn)證實(shí)，陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成，稱為電子，因此他發(fā)現(xiàn)了電子。

十九世紀(jì)早期見證了電磁學(xué)快速蓬勃，如火如荼的演進(jìn)。到了后期，應(yīng)用電磁學(xué)的先進(jìn)知識(shí)，電機(jī)工程學(xué)開始了一段突破性的發(fā)展。例如，亞歷山大·貝爾發(fā)明了電話、湯瑪斯·愛迪生設(shè)計(jì)出優(yōu)良的白熾燈和直流電力系統(tǒng)、尼古拉·特斯拉發(fā)展完成感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、卡爾·布勞恩改良成功裝置在顯示器或電視機(jī)里的陰極射線管。由于這些與其他眾多發(fā)明家所做出的貢獻(xiàn)，電已經(jīng)成為現(xiàn)代生活的必需工具，更是第二次工業(yè)革命的主要?jiǎng)恿Α?

二十世紀(jì)德國物理學(xué)者海因里?！ず掌澯?887年發(fā)現(xiàn)，照射紫外線于電極可以幫助產(chǎn)生更多電花。這就是光電效應(yīng)所產(chǎn)生的現(xiàn)象。包括約瑟夫·湯姆森、菲利普·萊納德在內(nèi)的物理學(xué)者們，對于光電效應(yīng)的做了很多理論研究與實(shí)驗(yàn)研究。1905年，阿爾伯特·愛因斯坦發(fā)表論文對于光電效應(yīng)的眾多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出解釋。愛因斯坦主張，光束是由一群離散的量子（現(xiàn)稱為光子）組成，而不是連續(xù)性波動(dòng)。假若光子的頻率大于某極限頻率，則這光子擁有足夠能量來使得金屬表面的電子逃逸，造成光電效應(yīng)。這個(gè)重要發(fā)現(xiàn)展開了量子物理的大門。

1901年，古列爾莫·馬可尼從英國發(fā)射無線電訊號，越過大西洋，傳送至加拿大。5年后，“無線電之父”李·德富雷斯特研究出真空三極管。這重大發(fā)明推動(dòng)電子時(shí)代急速向前推進(jìn)，使得無線電與長途電話科技不再是遙不可及的夢想。到了1940、1950年代，固態(tài)原件開始出現(xiàn)在越來越多個(gè)場合，這標(biāo)記著真空管科技的快速?zèng)]落與半導(dǎo)體科技的崛起。1947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的威廉·肖克利、約翰·巴丁和沃爾特·布喇頓工作團(tuán)隊(duì)發(fā)明了晶體管。這是二十世紀(jì)最重要的發(fā)明之一，凡是電子器具大多都須要用到晶體管。杰克·基爾比于1958年和羅伯特·諾伊斯于1959年分別獨(dú)立發(fā)明集成電路?，F(xiàn)今，大量晶體管、二極管、電阻器、電容器等等電子原件都可以被裝配在單獨(dú)的集成電路里。1

參見物理學(xué)史

約瑟夫·普利斯特里著《電的歷史與現(xiàn)前狀態(tài)》（1767年）

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李嘉騫 - 博士 - 同濟(jì)大學(xué)