发明电灯和发明电的人,是不是同一个人?(
电的发现:
古代发现
在中国,古人认为电的现象是阴气与阳气相激而生成的,《说文解字》有“电,阴阳激耀也,从雨从申”。《字汇》有“雷从回,电从申。阴阳以回薄而成雷,以申泄而为电”。在古籍论衡(Lun Heng,约公元一世纪,即东汉时期)一书中曾有关于静电的记载,当琥珀或玳瑁经摩擦后,便能吸引轻小物体,也记述了以丝绸摩擦起电的现象,但古代中国对于电并没有太多了解。
西元前600年左右,希腊的哲学家泰利斯(Thales,640-546B。C。)就知道琥珀的摩擦会吸引绒毛或木屑,这种现象称为静电(static electricity)。而英文中的电(Electricity)在古希腊文的意思就是...全部
电的发现:
古代发现
在中国,古人认为电的现象是阴气与阳气相激而生成的,《说文解字》有“电,阴阳激耀也,从雨从申”。《字汇》有“雷从回,电从申。阴阳以回薄而成雷,以申泄而为电”。在古籍论衡(Lun Heng,约公元一世纪,即东汉时期)一书中曾有关于静电的记载,当琥珀或玳瑁经摩擦后,便能吸引轻小物体,也记述了以丝绸摩擦起电的现象,但古代中国对于电并没有太多了解。
西元前600年左右,希腊的哲学家泰利斯(Thales,640-546B。C。)就知道琥珀的摩擦会吸引绒毛或木屑,这种现象称为静电(static electricity)。而英文中的电(Electricity)在古希腊文的意思就是“琥珀”(amber)。
希腊文的静电为(elektron)
近代探索
18世纪时西方开始探索电的种种现象。美国的科学家富兰克林(Benjamin Franklin,1706~1790)认为电是一种没有重量的流体,存在于所有物体中。
当物体得到比正常份量多的电就称为带正电;若少于正常份量,就被称为带负电,所谓“放电”就是正电流向负电的过程,这个理论并不完全正确,但是正电、负电两种名称则被保留下来。此时期有关“电”的观念是物质上的主张。
富兰克林做了多次实验,并首次提出了电流的概念,1752年,他在一个风筝实验中,将系上钥匙的风筝用金属线放到云层中,被雨淋湿的金属线将空中的闪电引到手指与钥匙之间,证明了空中的闪电与地面上的电是同一回事。
从物质到电场
在十八世纪电的量性方面开始发展,1767年蒲力斯特里(J。B。Priestley)与1785年库仑(C。A。Coulomb 1736-1806)发现了静态电荷间的作用力与距离成反平方的定律,奠定了静电的基本定律。
在1800年,意大利的伏特(A。Voult)用铜片和锡片浸于食盐水中,并接上导线,制成了第一个电池,他提供首次的连续性的电源,堪称现代电池的元祖。1831年英国的法拉第(M。 Faraday)利用磁场效应的变化,展示感应电流的产生。
1851年他又提出物理电力线的概念。这是首次强调从电荷转移到电场的概念。
电场与磁场
1865年、苏格兰的马克斯威尔(J。 C。 Maxwell)提出电磁场理论的数学式,这理论提供了位移电流的观念,磁场的变化能产生电场,而电场的变化能产生磁场。
马克斯威尔预测了电磁波辐射的传播存在,而在1887年德国赫兹(H。Hertz)展示出这样的电磁波。结果马克斯威尔将电学与磁学统合成一种理论,同时亦证明光是电磁波的一种。
马克斯威尔电磁理论的发展也针对微观方面的现象做出解释,并指出电荷的分裂性而非连续性的存在,1895年罗伦兹(H。
A。Lorentz)假设这些分裂性的电荷是电子(electron),而电子的作用就依马克斯威尔电磁方程式的电磁场来决定。1897年英国汤姆生(J。J。Thomson)证实这些电子的电性是带负电性。
而1898年由伟恩(W。Wien)在观察阳极射线的偏转中发现带正电粒子的存在。
从粒子到量子
而人类一直以自然界中存在的粒子与波来描述“电”的世界。到了19世纪,量子学说的出现,使得原本构筑的粒子世界又重新受到考验。
海森堡(Werner Heisenberg)所提出的“测不准原理”认为一个粒子的移动速度和位置不能被同时测得;电子不再是可数的颗粒;也不是绕著固定的轨道运行。
一九二三年,德布洛伊(Louis de Broglie)提出当微小粒子运动时,同时具有粒子性和波动性,称为“质─波二重性”,而薛定谔(Erwin Schrodinger)用数学的方法,以函数来描述电子的行为,并且用波动力学模型得到电子在空间存在的机率分布,根据海森堡测不准原理,我们无法准确地测到它的位置,但可以测得在原子核外每一点电子出现的机率。
在波耳的氢原子模型中,原子在基态时的电子运动半径,就是在波动力学模型里,电子最大出现机率的位置。
电灯的发明:
一般认为电灯是由美国人汤马士·爱迪生所发明。但倘若认真的考据,另一美国人享利·戈培尔(Heinrich Göbel)比爱迪生早数十年已发明了使用相同原理和物料、而且可靠的电灯泡,而在爱迪生之前很多其他人亦对电灯的发明作出了不少贡献。
1801年,英国一名化学家Humphry Davy 将铂丝通电发光。他在1810年亦发明了电烛,利用两根碳棒之间的电弧照明。1854年享利·戈培尔使用一根炭化的竹丝,放在真空的玻璃瓶下通电发光。
他的发明今天看来是首个有实际效用的白炽灯。他当时试验的灯泡已可维持400小时,但是并没有即时申请设计专利。
1850年,英国人约瑟夫·威尔森·斯旺 (Joseph Wilson Swan)开始研究电灯。
1878年,他以真空下用碳丝通电的灯泡得到英国的专利,并开始在英国建立公司,在各家庭安装电灯。
1874年,加拿大的两名电气技师申请了一项电灯专利。他们在玻璃泡之下充入氦气,以通电的碳杆发光。
但是他们无足够财力继发展这发明,于是在1875年把专利卖给爱迪生。
爱迪生购下专利后,尝试改良使用的灯丝。1879年他改以碳丝造灯泡,成功维持13个小时。到了1880年,他造出的炭化竹丝灯泡曾成功在实验室维持1200小时。
但是在英国,斯旺控告爱迪生侵犯专利,并且获得胜诉。爱迪生在英国的电灯公司被迫让斯旺加入为合伙人。但后来斯旺把他的权益及专利都卖了给爱迪生。在美国,爱迪生的专利亦被挑战。美国专利局曾判决他的发明已有前科,属于无效。
最后经过多年的官司,爱迪生才取得碳丝白炽灯的专利权。
爱迪生的最大发现是使用钨代替碳作为灯丝。之后在1906年,通用电器发明一种制造电灯钨丝的方法。最终廉价制造钨丝的方法得到解决,钨丝电灯泡被使用至今。
电灯泡的最大问题是灯丝的蒸发。因为钨丝上细微的电阻差别造成温度不一,在电阻较大的地方,温度升得较高,钨丝亦蒸发得较快,于是造成钨丝变幼,电阻进一步增大的循环;最终令钨丝烧断。后来发现以惰性气体代替真空可以减慢钨丝的蒸发。
今天多数的电灯泡内都是注入氦、氩或氪气。
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