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电与生活一、电是人类文明和社会进步的象征,与我们的生活息息相关,生活，因为电而绚丽……•照•明鸟巢上海东方明珠•金•茂•大•厦•上海环球金融中心上海外滩南昌八一大桥视听数码3D摄像机微单单反相机卡片机手机苹果平板电脑ipad交通工具•轻轨高铁交通工具•动车厨房烤箱冰箱微波炉油烟机油烟机清洁工具洗衣机吸尘器二、如果生活中没有了电•全世界最大的一次停电事故，让成千上万的纽约人扮演了一种平日无法想象的角色……2003年8月14日16时11分，美国与加拿大相邻的一个变电站发生了事故，酿成北美历史上最为严重的大停电事故。从这个时刻开始，美国这个大都市一切用电力来发动的东西，全部都宣告休克。光明变成黑暗，运动变成僵死，声音变成寂静。停电波及9300平方英里，5000万人饱受断电之苦,50多万人被困在地铁的车厢里，数以万计的人被困在摩天楼里，成千上万的人涌上街头,马路上没有了红绿灯，交通秩序十分混乱,看上去像是一场由于参加人数太多而挤来挤去的“倾城马拉松”，300亿美元灰飞烟灭。不夜城纽约停电前后一则停电的新闻•没有了电，在一天夜晚•我正坐在电视机前没有了电•我查了开关和电表没有了电•我想打一个电话，没电也就没话说了•我找出手机，对不起关机了没有了电•我想看一下时间，这手表居然也停转•我想出门看看，走廊电梯铁门紧关•唉，算了吧，躺在床上，没电就像失眠•只好在睁眼数星星……•没有了电，我正在逛街•出租车全城停驶因为红绿灯不亮•乘地铁停运因为没有电成了地洞•进商店关门没有电商店怕我是贼•上银行我的银行卡被吞进取款机•唉，回家吧，回家水管放不出水•厨房里没有天然气，马桶也不通•这现代社会啊——头上不怕没有太阳•日子照样过，哪怕阴云密布九九八十一天！•假如有一天没有了电，真的有那么一天呀•人们就只好像乌龟一样开始冬眠！三、电的名字来源于生活•希腊人从波罗的海沿岸进口琥珀，用来制作手镯和首饰。当时的宝石商们都知道摩擦琥珀能吸引羽毛，不过他们认为那是神灵或者魔力的作用。琥珀是一种矿物化的黄色树胶，象金子一样地闪闪发亮，故被称为“琥珀金”（electron），由此产生了“电”（electricity）这个词。四、电的发展简史•1、简单的电现象•早在公元前585年，希腊哲学家泰勒斯已记载了用木块摩擦过的琥珀能够吸引碎草等轻小物体，后来又有人发现摩擦过的煤玉也具有吸引轻小物体的能力。•在中国，西汉末年已有“碡瑁(玳瑁)吸偌(细小物体之意)”的记载；晋朝时进一步还有关于摩擦起电引起放电现象的记载“今人梳头，解著衣时，有随梳解结有光者，亦有咤声”。•在以后的2000年中，这些现象被看成与磁石吸铁一样，属于物质具有的性质，此外没有什么其他重大的发现。泰利斯•泰利斯（天文学家、数学家）生于希腊麦尔塔斯，青少年时代他过的是商人的生活．曾经南渡埃及做生意，在留居埃及期间，由埃及神宫处获得多数学天文的知识．不久，其知识就远超过神官了．泰利斯以此知识用来测量金字塔的影长，得出金字塔的高度，在当时曾惊动国王阿马西斯(而著名，他在埃及的时候，对于数学、天文学均极感兴趣，回到希腊后仍继续此研究，随着成为世界上最早的大数学家，据传而他曾预言公元前585年5月28日有日蚀，他说：“5月28日虽在昼间，阳光却会消失，而突然变成黑夜，且天空将有星星闪烁．”当时没人相信他的话，等到5月28日，事实证明了他预言的正确;当日太阳悬空，由逐渐起缺口，而到其光全失，人们才发现泰利斯是对天文学知识最丰富的一个人．泰利斯在年轻行商的时候，最著名的一则小故事是这样的：有人订购食盐，泰利斯每次都将食盐装载在一只驴背上送去，途中需经过一条小河，有一天当他们行将渡小河之际，不意此驴脚被石头绊了脚，而跌入水中，食盐也因而有一大半流失，泰利斯虽受损失，但驴子却觉得比绊倒前之行李轻得多而暗自高兴，这只驴子体会到此法还管用，乃每次一到此小河，就重施故技，以期减轻它的负荷．因此泰利斯乃心生一计，以海棉置于驴背上，等驴子故意摔跤时，因海棉吸水，负荷就比原来带的食盐更重了，此后驴子就不敢贸然地再故技重施了．2、电研究开始•1600年，英国物理学家吉尔伯特为了把摩擦起电与磁作用加以区别，引入“电的”(electric)一词，制作了第一只验电器。•大约在1660年，马德堡的盖利克发明了第一台摩擦起电机。他用硫磺制成形如地球仪的可转动球体，用干燥的手掌摩擦转动球体，使之获得电，在静电实验研究中起着重要的作用。•一直到了十六世纪，欧洲工艺、航海、军工在各国普遍得到新的发展，对此起了特别重大推动作用的是中国的火药、造纸、印刷术和指南针等四大发明的传入。马克思在谈到中国的三大发明(将造纸归到印刷术了)对欧洲的影响时说：“火药、指南针、印刷术—这是预告资产阶级社会到来的三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎，指南针打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术则变成新教的工具，总的来说变成科学复兴的手段，变成对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆。”吉尔伯特•他于1544年5月24日生在英国科尔切斯特市一个大法官家里。年轻时就读于剑桥大学圣约翰学院，攻读医学，获医学博士学位。毕业后已成为英国名医，担任英国女王伊丽莎白一世的御医，吉尔伯特在科学方面的兴趣，远远超出了医学范围。在化学和天文学方面有渊博的初识，但他研究的主要领域还是在物理学中。他用观察、实验方法科学地研究了磁与电的现象，并把多年的研究成果，写成名著《论磁》，吉尔伯特制成了第一台验电器。3、电荷存储•1746年，荷兰莱顿大学的教授穆欣布罗克在做电学实验时，无意中把一个带了电的钉子掉进玻璃瓶里，他以为要不了多久，铁钉上所带的电就会很容易跑掉的，过了一会，他想把钉子取出来，可当他一只手拿起桌上的瓶子，另一只手刚碰到钉子时，突然感到有一种电击式的振动。这到底是铁钉上的电没有跑掉呢，还是自己的神经太过敏呢？于是，他又照着刚才的样子重复了好几次，而每次的实验结果都和第一次一样，于是他非常高兴地得到一个结论：把带电的物体放在玻璃瓶子里，电就不会跑掉，这样就可把电储存起来。•原始的莱顿瓶（以穆欣布罗克所在大学名称命名）是一个玻璃瓶，瓶里瓶外分别贴有锡箔，瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接，棒的上端是一个金属球，这就构成以瓶子玻璃为电介质的电容器。莱顿瓶的发明使物理学第一次有办法得到很多电荷，并对其性质进行研究。•最壮观的是法国人诺莱特在巴黎一座大教堂前所作的表演，诺莱特邀请了路易十五的皇室成员临场观看莱顿瓶的表演，他让七百名修道士手拉手排成一行，队伍全长达900英尺（约275米）。然后，诺莱特让排头的修道士用手握住莱顿瓶，让排尾的握瓶的引线，一瞬间，七百名修道士，因受电击几乎同时跳起来，在场的人无不为之口瞪目呆，诺莱特以令人信服的证据向人们展示了电的巨大威力。4、对电本质的研究•富兰克林第一个提出存在正电和负电及电荷守恒定律。富兰克林所作的另一项重大贡献是统一了天电和地电。于1753年制成世界上第一个避雷针。•富兰克林用绸子做了一个大风筝，风筝上安上一根尖细的铁丝，用来捉电，并用麻绳将这铁丝相连，麻绳的末端拴一把铜钥匙，钥匙塞在莱顿瓶中间，他和儿子一起将风筝放飞到空中，一阵雷电打下来，富兰克林顿时感到一阵电麻，他赶紧用丝绸手帕把手里麻绳包起来继续捕捉天电。又一阵雷电打下来，这时麻绳上松散的麻一丝丝向四周竖起，靠近钥匙的手和钥匙之间产生了火花。天电终于捉下来了！富兰克林用这种方法使莱顿瓶充电，发现天电同样可以点酒精，可以做摩擦起电机产生的地电所做过的许多电的实验，从而证明了天电与地电的一致性。5、电池的发明•意大利生理解剖学教授伽伐尼和他的两位助手于1780年9月20日做青蛙解剖实验，一名助手不慎将手中的解剖刀的刀尖触到了桌上一只剖开的蛙腿神经上，顿时青蛙的四条腿猛烈地发生痉挛，另一名助手看到放在一旁的起电机跳了火花。•公元1799年，科学家伏打（伏特）以含食盐水的湿抹布，夹在银和锌的圆形板中间，堆积成圆柱状，制造出最早的电池－伏打电池，伏打电堆的发明，使人们第一次获得稳定而持续的电流。6、库仑定律的确立•1785年，库仑设计了精巧的扭秤实验，直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与它们之间的距离二次方成反比，与它们的电量乘积成正比。7、电流的磁效应•1820年4月，在一次讲演快结束的时候，奥斯特抱着试试看的心情又作了一次实验。他把一条非常细的铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方，接通电源的瞬间，发现磁针跳动了一下。这一跳，使有心的奥斯特喜出望外，竟激动得在讲台上摔了一跤。•奥斯特的发现揭示了长期以来认为性质不同的电现象与磁现象之间的联系，电磁学立即进入了一个崭新的发展时期，法拉第后来评价这一发现时说：“它猛然打开了一个科学领域的大门，那里过去是一片漆黑，如今充满光明。”人们为了纪念这位博学多才的科学家，从1934年起用“奥斯特”的名字命名磁场强度的单位。8、安培定律及分子电流说•奥斯特发现电流磁效应的实验，引起了安培注意，使他长期信奉库仑关于电、磁没有关系的信条受到极大震动提出了磁针转动方向和电流方向的关系及从右手定则的报告，以后这个定则被命名为安培定则。于1821年元月，提出了著名的安培分子电流说，创造了「电流」这个名词。•1827年，德国电学家欧姆发表《动电电路的数学研究》，提出了著名的欧姆定律。9、电磁感应规律•1831年发现电磁感应现象，“电动生磁，磁动生电”。紧接着他做了许多实验确定电磁感应的规律，他发现当闭合线圈中的磁通量发生变化时，线圈中就产生感应电动势，感应电动势的大小取决于磁通量随时间的变化率。•法拉第电磁感应定律的重要意义在于，一方面，依据电磁感应的原理，人们制造出了发电机，电能的大规模生产和远距离输送成为可能；另一方面，电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。人类社会从此迈进了电气化时代。9、电磁理论的建立•1860年，麦克斯韦特意去拜访了法拉第。这位实验大师年近七旬，两鬃斑白，比麦克所韦年长40岁。但他们一见如故，亲切地交谈起来。两人的科学方法很不相同，法拉第专于实验探索，麦克斯韦擅长理论概括，但两位科学巨匠对物质世界的看法却产生了共鸣。法拉第沉吟道，“但你不应停留于用数学来解释我的观点，而应该突破它！”法拉第的话，象一盏明灯，照亮了麦克斯韦前进的道路。•1864年，麦克期韦总结了前人的和他自己的对电磁理论的研究成果，提出了“电磁场理论，变化的电磁场以波的形式向空间传播。”10、现代通讯技术•1888年德国物理学家赫兹用实验证明了电磁波的存在及其具有的反射、折射和干涉等性质，这就为麦克斯韦电磁理论的最终确立提供了可靠的实验证据。•电磁波的发现所产生的巨大影响，连赫兹本人亿没有料到。在他发现电磁波的第二年，曾有人问他可否用来作无线通讯，赫兹不敢肯定，而且也没有在实用方面作进一步的探索，仍然是在基础研究的其它方面做工作。这之后六年，即1894年—1896年间，意大利物理学家马可尼和俄国的波波夫分别实现了无线电的传播和接收，这使英国人惠斯通、德国人韦伯和美国人莫尔所根据电流的磁效应发明的电磁式电报机和有线电报，进一步发展成为无线电通讯。•1906年出现了无线电广播，1911年有了无线电导航，1916年有了无线电话，1921年出现了短波通讯，1923年有了无线电传真。第二次世界大战期间，由于雷达的发明与应用，又促进了微波技术助蓬勃发展。战后，在此基础上发展起来了微波多路通信，并已做到在一条微波通信信道上同时能通几千路甚至几万路无线电话，这使无线电通讯水平有了很大提高。50年代初，出现了微波接力通讯技术，现已发展为高频宽频带的大容量、远距离脉冲编码调制传输系统，可以用它进行数字传输。60年代以后，无线电通信进入一个新的发展时期—卫星通讯时代。11、经典电子理论•经典电子论是1895年由洛伦兹提出的，它把电磁波与物质相互作用归结为电磁波与物质中电子的相互作用，把经典物理学推上了它所能达到的最后高度。洛伦兹的坐标变换公式几乎涉及到了爱因斯坦的狭义相对理论，但由于他受到了牛顿绝对时空观根深蒂固的影响，最终还是跟相对论失之交臂。12、电力技术与电力工业发展简史