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科普 | 關(guān)于「電」的四個偉大時刻

文章來源 : 廣東優(yōu)科檢測 發(fā)表時間:2024-03-14

蒸汽機(jī)誕生于第一次工業(yè)革命,人類從此走上了能源時代,隨著時代的發(fā)展,蒸汽機(jī)的效率不足以滿足社會生產(chǎn)的需求,所以第二次工業(yè)革命的中心就是圍繞著電能,從此,電能徹底改變了人類的發(fā)展道路。

人類社會幾十萬年間的整個發(fā)展路線,無不是圍繞著能源展開的,回看人類發(fā)展最快的近200年,恰恰是從電的發(fā)現(xiàn)開始的,這不是巧合,這是因?yàn)殡姳旧淼奶攸c(diǎn)決定的。電不僅是能源,更是信息的載體。


關(guān)于「電」的四個偉大時刻.jpg


人們是如何發(fā)現(xiàn)電的?又是怎么利用的?下面就給大家介紹一下和電有關(guān)的四個偉大時刻!


01.偉大時刻(一)—— 電的發(fā)現(xiàn)

說到電,很多人都會提到本杰明·富蘭克林,其實(shí)富蘭克林身份不止是一個科學(xué)家,他還是成功的作家、商人、政治家、發(fā)明家、外交家、“美國國父”。今天我們來了解一下作為科學(xué)家的他,從小我們就從書本上知道,一個雷雨天,他冒著生命危險使用金屬線放風(fēng)箏,成功把雷電引下來,從而證明了雷電和我們生活中的靜電在本質(zhì)上是一樣的。

其實(shí)這個實(shí)驗(yàn)并沒有那么簡單,他沒有憑著自己被雷電電到麻木了,就輕易地下結(jié)論說雷電就是電,他先是通過一個自制的萊頓瓶把雷電收集起來,回到實(shí)驗(yàn)室,然后使用收集的雷電做了很多電學(xué)實(shí)驗(yàn),這才證明了雷電的本質(zhì),整個過程,有著科學(xué)嚴(yán)密的論證過程。




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在電學(xué)領(lǐng)域,他還有以下的重大成就:

1、首次提出電流的概念,推翻了電的雙向流動,確定電是單向流動的;

2、科學(xué)合理地闡述了摩擦生電的現(xiàn)象本質(zhì);

3、提出了電量守恒定律;

4、定義了正電和負(fù)電;

富蘭克林的偉大不僅在于發(fā)現(xiàn)了電并揭示了電的本質(zhì),從而開啟了一個電學(xué)新時代,更重要的在于他的科學(xué)精神一直鼓舞著后人。


02.偉大時刻(二)—— 電池的誕生

知道了電的本質(zhì),人們很自然就想著學(xué)會怎么去創(chuàng)造并使用它,但是人們發(fā)現(xiàn)這個東西存儲有些困難,于是就有了電池的誕生,這就是電學(xué)史上第二個偉大時刻。

數(shù)千年的時間里,人們對電的認(rèn)識一直停留在靜電這個層面,古希臘的人們早就知道了用毛皮摩擦琥珀后,琥珀會吸引細(xì)小的東西,但是卻沒人知道這種現(xiàn)象的本質(zhì)是什么?


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直到18世紀(jì)80年代,一次正常的青蛙解剖實(shí)驗(yàn)中,讓人類第一次發(fā)現(xiàn)了電流,當(dāng)時意大利科學(xué)家伽爾瓦尼在解剖青蛙時,意外發(fā)現(xiàn)了用兩種不同的金屬棒接觸青蛙,會產(chǎn)生微弱的電流。但是伽爾瓦尼認(rèn)為這是一種青蛙體內(nèi)的生物電。

但是意大利物理學(xué)家伏特知道了這件事后,意識到?jīng)]這么簡單,他認(rèn)為這是因?yàn)椴煌饘僦g會有電勢差,就像水從高處往抵觸流動一樣,因此才會產(chǎn)生流動的電,事實(shí)證明這是正確的,而青蛙就相當(dāng)于我們現(xiàn)在說的電解質(zhì)。


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后來,伏特在做實(shí)驗(yàn)的過程中把青蛙換成了鹽水,然后用銅和鋅兩種不同的金屬放到鹽水中,很自然就產(chǎn)生了電流。由于銅和鋅之間的電勢差比較小,只有0.7伏左右,但是伏特很巧妙地把6個這樣的裝置串聯(lián)在一起,就獲得了大約4伏的電流,從此電池就誕生了,電學(xué)的研究在此基礎(chǔ)上取得了更多重大的突破。

后來,人們?yōu)榱思o(jì)念伏特在電學(xué)上做出的重大貢獻(xiàn),就用他的名字作為電壓的單位。電池除了在生活和科研中有一些特定的用途,其實(shí)還揭示了能量是可以互相轉(zhuǎn)化的這一自然規(guī)律,可惜的是,當(dāng)時由于時代的限制,人們還沒有清晰地認(rèn)識這一點(diǎn)。


03.偉大時刻(三)—— 電能的利用

隨著社會的發(fā)展,人們對電的研究越發(fā)深入,在搞清楚它的原理和本質(zhì)后,接下來就是向電能的利用方向邁進(jìn)了。這就是電學(xué)史上第三個偉大時刻——利用電能。

電能的利用需要用到發(fā)電機(jī)和電動機(jī),發(fā)電機(jī)是將其他能源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽妱訖C(jī)則是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌茉?,不管是發(fā)電機(jī)還是電動機(jī),都是建立在電磁學(xué)理論上的,因此電磁學(xué)成為了利用電能的重中之重。

1820年,丹麥物理學(xué)家奧斯特在給學(xué)生上課后收拾儀器時,無意間發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線旁邊的磁針動了一下,因此發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng),這也是電動機(jī)的工作原理。


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這之后的法拉第,接著奧斯特的發(fā)現(xiàn)繼續(xù)研究,最終發(fā)現(xiàn)了磁生電現(xiàn)象,這極大推動了發(fā)電機(jī)的研究。后來,天才的麥克斯韋,將前人的研究成果通過數(shù)學(xué)理論推理,從而建立了現(xiàn)代的電磁學(xué)的基礎(chǔ),完成了電、磁、光的大一統(tǒng),這就是麥克斯韋方程組。

愛因斯坦稱贊麥克斯韋是對20世紀(jì)影響最大的19世界的物理學(xué)家。人們也將麥克斯韋視為牛頓之后最偉大的科學(xué)家。


04.偉大時刻(四)—— 電能的普及和應(yīng)用

隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展,各種行業(yè)都發(fā)展到了一定的瓶頸,同時關(guān)于電能的研究理論也趨近成熟,這是電能普及的前提條件。

推動這一偉大時刻的并不是那些科學(xué)家,而是來自于德國和美國的一大批企業(yè)家,他們出于企業(yè)發(fā)展的思考,將電能和各種產(chǎn)業(yè)進(jìn)行深度融合,極大拓展了電能的應(yīng)用前景。


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來自德國的商業(yè)巨頭西門子發(fā)明了世界上第一臺真正能夠應(yīng)用在工作中的交流電發(fā)電機(jī),他的發(fā)明更多地是想提升企業(yè)的利潤,但是就是這種最初的動力,才迫使更多的企業(yè)家投身于電能的普及。

他也是受到法拉第的研究啟發(fā),才發(fā)明了發(fā)電機(jī),之后他的公司開始批量生產(chǎn),從此電能快速進(jìn)入人們的生活,整個社會由此進(jìn)入了電力時代。


05.總結(jié)

電,從被發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在也就短短200多年,但是對人類社會產(chǎn)生的影響是巨大而深遠(yuǎn)的,遠(yuǎn)不是過去幾萬年間人類社會發(fā)展進(jìn)步所能比的,特別是生產(chǎn)力的提高。

隨著人類對科學(xué)進(jìn)步的重視程度不斷加深,各種各樣的發(fā)明和創(chuàng)造被用來服務(wù)人類社會,整個社會的進(jìn)步速度不斷提高,誰也不知道人類社會發(fā)展的盡頭是什么?

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