电是谁发明的(历史上是谁发明了电)

电是谁发明的(历史上是谁发明了电)

古代发现

早在对于电有任何具体认知之前,人们就已经知道发电鱼(electric fish)会发射电击。根据公元前2750年撰写的古埃及书籍,这些鱼被称为“尼罗河的雷使者”,是所有其它鱼的保护者。大约两千五百年之后,根据纪录,希腊、罗马、后来的阿拉伯,在这些地方的自然学者、医生等等,对于电鲶和地中海的电鳐所散发出的强烈电击仍旧感到极为困惑。古代罗马医生斯克力邦尼·拉格斯(Scribonius Largus)在著作《医学精选》(Compositiones Medicae)里建议,患有像痛风或头疼一类病痛的病人去触摸电鳐,或许强劲的电击会治愈他们的疾病。

阿拉伯人可能是最先了解闪电本质的族群。他们也可能比其它族群都先找出电的其它来源。早于15世纪以前,阿拉伯人就创建了“闪电”的阿拉伯字 “raad”,并将这字用来称呼电鳐。

在地中海区域的古老文化里,很早就有文字记载,将琥珀棒与猫毛摩擦后,会吸引羽毛一类的物质。公元前600年左右,希腊的哲学家泰勒斯做了一系列关于静电的观察,从这些观察中,他推论摩擦会使琥珀变得磁性化。这与像磁铁矿一类矿石的性质大不相同;磁铁矿天然地具有磁性。泰勒斯的见解并不正确;但后来,科学会证实磁与电之间的密切关系。

几千年来,电只不过是学者们好奇的智慧玩意儿,直到1600年,由于威廉·吉尔伯特的严谨治学态度,才开始对于电与磁的现象出现系统性研究。吉尔伯特是英国女王伊丽莎白一世的皇家医生,他对于电和磁特别有兴趣,撰写了第一本阐述电和磁的科学著作《论磁石》。这是一本具有现代科学精神的书籍,着重于从实验结果论述。吉尔伯特指出,琥珀不是唯一可以经过摩擦产生静电的物质,钻石、蓝宝石、玻璃等等,也都可以演示出同样的电学性质,在这里,他成功地击破了琥珀的吸引力是其内秉性质这持续了2000年的错误观念。吉尔伯特制成的静电验电器可以敏锐的探测静电电荷。在之后的一个世纪,这是最优良的探测静电电荷的仪器。先前,意大利数学家和医生吉罗拉莫·卡尔达诺列出一些电现象与磁现象的不同之处。从卡尔达诺的结果,吉尔伯特得到很多启发,他提出更多分歧之处:带电物质会吸引所有其它物质,而磁石只会吸引铁器;琥珀需要磨擦才能产生电性,而磁石不需要任何动作;磁石会将物体按照某定向排列,而带电物质则只会吸引其它物质。吉尔伯特创建了新拉丁术语“electrica”(类似琥珀,从“ήλεκτρον”,“elektron”,希腊文的“琥珀”),意思为像琥珀的吸引方式一般的那些物质。由于他在电学的众多贡献,吉尔伯特被后人尊称为“电学之父”。后来,从“electricus”又衍生了英文字“electric”和“electricity”,这两个英文字最先出现于托马斯·布朗的1646年著作《世俗谬论》(Pseudodoxia Epidemica,英文书名《Vulgar Errors》)。之后,科学家奥托·冯·格里克、罗伯特·波义耳、史蒂芬·葛雷(Stephen Gray) 、查理·杜费(Charles du Fay) 等等,都做了更进一步的研究。

十八世纪

1752年6月,自学有成的本杰明·富兰克林做了一个古今闻名的风筝实验;他与儿子在雷雨中放风筝,将空中的闪电吸引过来,在风筝线另一端捆绑的一只金属钥匙与富兰克林的手之间,产生一系列的电花,他同时感受到麻电的滋味,这证实了闪电是电的一种现象。富兰克林又做实验发现了电荷守恒定律,即在任何孤立系统里,总电量不变。

1767年,约瑟夫·普利斯特里做实验发现,在带电金属容器的内部,电作用力为零。从这实验结果,他准确猜测,带电物体作用于彼此之间的吸引力与万有引力都遵守同样的定律。1785年,查尔斯·库仑用扭秤(torsion balance)做实验证实了普利斯特里的猜测,两个带电物体施加于彼此之间的作用力与距离成平方反比。他奠定了静电的基本定律,即库仑定律。于此,电的研究已提升成为一种精密科学。

1791年,路易吉·伽伐尼发现,假设将青蛙与静电发电机连结成闭合电路,然后开启静电发电机,则青蛙肌肉会颤动。这实验演示出,神经细胞倚赖电的媒介将信号传达到肌肉。他因此创建了生物电学术领域。1800年,亚历山大·伏打伯爵将铜片和锌片浸于食盐水中,并接上导线,制成了第一个电池:伏打电池,堪称是现代电池的元祖。伏打电池给予科学家一种比静电发电机更稳定的电源,能够连续不断的供给电流。

十九世纪

1820年,汉斯·奥斯特在课堂做实验时意外发现,电流能够偏转指南针的方向,演示出电流周围会生成磁场,即电流的磁效应。稍后,安德烈-玛丽·安培对于这现象做定量描述,给出安培力定律与安培定律。他们两个人的研究成果成功地将电与磁现象连结在一起,共称为“电磁现象”。应用这理论,可以制作出来磁性超强劲于天然磁石的电磁铁。1827年,格奥尔格·欧姆发展出一套精致的数学理论来分析电路。

1831年,麦可·法拉第与约瑟·亨利分别独立地发现了电磁感应──磁场的变化可以生成电场。1865年,詹姆斯·麦克斯韦将电磁学加以整合,提出麦克斯韦方程组,并且推导出电磁波方程。由于他计算出来的电磁波速度与测量到的光速相等,他大胆预测光波就是电磁波。1887年,海因里希·赫兹成功制成并接收到麦克斯韦所描述的电磁波。麦克斯韦将电学、磁学与光学统合成一种理论。

1859年,德国物理学家尤利乌斯·普吕克将真空管两端的电极之间通上高压电,制成阴极射线。物理学者发现,阴极射线是以直线传播,但其传播方向会被磁场偏转。阴极射线具有可测量的动量与能量。1897年,约瑟夫·汤姆孙做实验证实,阴极射线是由带负电的粒子组成,称为电子,因此他发现了电子。

十九世纪早期见证了电磁学快速蓬勃,如火如荼的演进。到了后期,应用电磁学的先进知识,电机工程学开始了一段突破性的发展。例如,亚历山大·贝尔发明了电话、汤玛斯·爱迪生设计出优良的白炽灯和直流电力系统、尼古拉·特斯拉发展完成感应电动机和发现交流电、卡尔·布劳恩改良成功装置在显示器或电视机里的阴极射线管。由于这些与其他众多发明家所做出的贡献,电已经成为现代生活的必需工具,更是第二次工业革命的主要动力。

二十世纪

德国物理学者海因里希·赫兹于1887年发现,照射紫外线于电极可以帮助产生更多电花。这就是光电效应所产生的现象。包括约瑟夫·汤姆孙、菲利普·莱纳德在内的物理学者们,对于光电效应的做了很多理论研究与实验研究。1905年,阿尔伯特·爱因斯坦发表论文对于光电效应的众多实验数据给出解释。爱因斯坦主张,光束是由一群离散的量子(现称为光子)组成,而不是连续性波动。假若光子的频率大于某极限频率,则这光子拥有足够能量来使得金属表面的电子逃逸,造成光电效应。这个重要发现展开了量子物理的大门。

1901年,古列尔莫·马可尼从英国发射无线电讯号,越过大西洋,传送至加拿大。5年后,“无线电之父”李·德富雷斯特研究出真空三极管。这重大发明推动电子时代急速向前推进,使得无线电与长途电话科技不再是遥不可及的梦想。到了1940、1950年代,固态元件开始出现在越来越多个场合,这标记着真空管科技的快速没落与半导体科技的崛起。1947年,贝尔实验室的威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布喇顿工作团队发明了晶体管。这是二十世纪最重要的发明之一,凡是电子器具大多都须要用到晶体管。杰克·基尔比于1958年和罗伯特·诺伊斯于1959年分别独立发明集成电路。现今,大量晶体管、二极管、电阻器、电容器等等电子元件都可以被装配在单独的集成电路里。

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