人类对电的认识简史

人类对电的认识在长期的实践活动中不断发展和深化，走过了漫长而曲折的道路。人们对电现象的最初理解可以追溯到公元前6世纪。希腊哲学家泰勒斯发现并记录了摩擦琥珀可以吸引光线和小物体。东汉时期，王充在他的《论衡》一书中提到，擦琥珀可以吸引光线和小物体。英国内科医生和物理学家吉尔伯特是第一个认真研究电现象的人。1600年，他发现钻石、水晶、硫磺、蜡和玻璃等物质在与呢绒、毛皮和丝绸摩擦后，也能以“琥珀力”吸引光线和小物体。他认为这可能是一种包含在所有工作物质中的无形液体，并把这种液体称为“琥珀物质”。后来，根据希腊单词“amber”的词根，一个新名词——“electric”被草拟出来。但是吉尔伯特的工作仅仅处于定性阶段。1733年，法国物理学家杜菲发现，通过悬挂两根用毛皮摩擦的琥珀棒或两根用丝绸摩擦的玻璃棒，当两根相似的棒相互靠近时，它们互相排斥，但琥珀棒和玻璃棒相互吸引。如果两者接触，就会失去它们的电特性。所以杜菲意识到有两种电:“琥珀电”和“玻璃电”；同种电互相排斥，而不同种类的电互相吸引。美国学者富兰克林简单地把这两种电称为“正电”和“负电”。他认为电是一种流体。摩擦琥珀时，电流从琥珀中流出，使琥珀带负电。摩擦玻璃时，电流流入玻璃，使其带正电；当两者接触时，电流从正流向负，直到中性平衡。富兰克林还揭示了雷电的秘密。他冒着生命危险把“天点”吸引进了莱顿瓶，令人信服地证明了“天点”和“点点”是完全一样的。然后他发明了避雷针，这是人类用现有的电学知识征服自然的第一步。电学取代了一些关于上帝的迷信，也促进了人们对电学的研究和探索。1785年，法国物理学家库仑通过实验研究利用他发明的扭转天平建立了库仑定律，即电荷间的作用定律。从那时起，人们对电现象的研究已经从定性转向定量。然而，为了进一步探索电的本质，必须有一个大的电源。18世纪末，意大利物理学家沃尔特发明了电池。伏打把浸在盐水中的银片、锌片和纸板按一定的顺序堆叠起来，形成一个名为“伏打堆”的柱子。当电池组两端的导体通过导线连接时，导线中会产生连续电流。此后，各种化学能源相继出现。在使用伏打电池的过程中，也发现了新的现象，例如英国的尼科尔森发现，用锌板和铜板制成的伏打电池，在使用锌板的过程中会产生氧气，铜板会产生氢气。伟大的物理学家法拉第通过实验发现了电解定律。在此之前，法拉第还通过实验发现了电磁感应现象，建立了电磁感应定律，为电能的开发利用开辟了一条崭新的途径。1862年，韦伯第一次用带电粒子的运动来解释电流现象，统一了“静电”和“动电”的本质。1871年，为了解释安培的分子电流假说，韦伯提出“带正电的粒子围绕负中心旋转”，这就把理解电的物质基础的范围缩小到了原子内部。化学电源出现后，人们可以获得相对稳定和连续的电流，并可以控制电压水平和电流强度。这是为了进一步研究电流本身的规律以及电流与其他物理现象之间的关系。它提供了优越的条件。奥斯特在1820年发现了电流的磁效应。奥斯特发现电流的磁效应后不久，不同类型的电流计相继研制出来，为欧姆发现电流定律做了物质准备。1826年，欧姆受到傅立叶热传导理论的启发，在实验的基础上建立了电流定律。到1848年，基尔霍夫从能量的角度分析和阐明了电势差、电动势和电场强度的概念，并将欧姆理论与静电的一些概念协调起来。在此基础上，基尔霍夫解决了支路问题，建立了基尔霍夫第一定律和第二定律。同年奥斯特发现了电流的磁效应，安培发现了载流平行导线之间的相互作用力。安培规则，即电流使磁针偏转的规则，也被发现。电和磁的联系在不断深化和发展。法拉第发现电磁感应现象后不久，冷茨独立宣布了他的发现。他清楚地指出了感应电流的方向所遵循的定律，这后来被称为伦茨定律。然而，对电的本质的进一步理解仍然是从稀薄气体放电的研究中获得的。在19世纪初，人们通过向密封在稀薄空气中的玻璃管两端施加几百伏或更高的电压来观察放电现象。然而，由于高真空技术的不成熟，这方面的研究进展甚微。直到1855年德国玻璃工人盖斯勒发明了水银气泵，他才发明了具有较高真空度的盖斯勒发光管。1859年，德国学者普鲁卡在用盖斯勒管做实验时，在阳极玻璃上发现了荧光。那时，他猜想可能有什么神奇的东西从阳极出来，击中了试管壁。这种东西受到磁场的影响，它的路径会弯曲。后来，他的学生Hitlov把一个小物体放在两个电极之间，发现当盖斯勒管放电时，这个物体的影子出现在阳极的玻璃上。科学界在1876年证实了这一发现，称阴极发出的是“阴极射线”。经过大量实验，英国物理学家约翰·汤姆森证实“阴极射线”是带负电荷的，并测量了射线中粒子的荷质比。实验表明，无论辐射管中填充的气体和用作电极的金属材料如何，所获得的辐射中粒子的荷质比都是相同的。因此，汤姆逊认为阴极射线中的负电荷粒子存在于任何元素中，并且为所有物质所共有，并把这种粒子称为“电子”。1909年，美国物理学家米利根用油滴实验测量电子的电荷值为1.6× 10-19库仑，证实了汤姆逊对电子性质的预测。电的应用现在已经在各个方面得到了广泛的应用，并且正在蓬勃发展，但是对电的认识还在不断加深。现在人们正在寻找比电子电荷更小的分数电荷，在电学发展史上书写新的篇章。