18世紀(jì)時(shí)西方開始探索電的種種現(xiàn)象.美國的科學(xué)家富蘭克林(Benjamin Franklin,1706~1790)認(rèn)為電是一種沒有重量的流體,存在于所有物體中.當(dāng)物體得到比正常份量多的電就稱為帶正電;若少于正常份量,就被稱為帶負(fù)電,所謂“放電”就是正電流向負(fù)電的過程(人為規(guī)定的),這個(gè)理論并不完全正確,但是正電、負(fù)電兩種名稱則被保留下來.此時(shí)期有關(guān)“電”的觀念是物質(zhì)上的主張.
富蘭克林做了多次實(shí)驗(yàn),并首次提出了電流的概念,1752年,他在一個(gè)風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)中,將系上鑰匙的風(fēng)箏用金屬線放到云層中,被雨淋濕的金屬線將空中的閃電引到手指與鑰匙之間,證明了空中的閃電與地面上的電是同一回事.
從物質(zhì)到電場
在十八世紀(jì)電的量性方面開始發(fā)展,1767年蒲力斯特里(J.B.Priestley)與1785年庫侖(C.A.Coulomb 1736-1806)發(fā)現(xiàn)了靜態(tài)電荷間的作用力與距離成反平方的定律,奠定了靜電的基本定律.
在1800年,意大利的伏特(A.Voult)用銅片和錫片浸于食鹽水中,并接上導(dǎo)線,制成了第一個(gè)電池,他提供首次的連續(xù)性的電源,堪稱現(xiàn)代電池的元祖.1831年英國的法拉第(M.Faraday)利用磁場效應(yīng)的變化,展示感應(yīng)電流的產(chǎn)生.1851年他又提出物理電力線的概念.這是首次強(qiáng)調(diào)從電荷轉(zhuǎn)移到電場的概念.
電場與磁場
1865年、蘇格蘭的馬克斯威爾(J.C.Maxwell)提出電磁場理論的數(shù)學(xué)式,這理論提供了位移電流的觀念,磁場的變化能產(chǎn)生電場,而電場的變化能產(chǎn)生磁場.馬克斯威爾預(yù)測了電磁波輻射的傳播存在,而在1887年德國赫茲(H.Hertz)展示出這樣的電磁波.結(jié)果馬克斯威爾將電學(xué)與磁學(xué)統(tǒng)合成一種理論,同時(shí)亦證明光是電磁波的一種.
馬克斯威爾電磁理論的發(fā)展也針對微觀方面的現(xiàn)象做出解釋,并指出電荷的分裂性而非連續(xù)性的存在,1895年洛倫茲(H.A.Lorentz)假設(shè)這些分裂性的電荷是電子(electron),而電子的作用就依馬克斯威爾電磁方程式的電磁場來決定.1897年英國湯姆生(J.J.Thomson)證實(shí)這些電子的電性是帶負(fù)電性.而1898年由偉恩(W.Wien)在觀察陽極射線的偏轉(zhuǎn)中發(fā)現(xiàn)帶正電粒子的存在.
從粒子到量子
而人類一直以自然界中存在的粒子與波來描述“電”的世界.到了19世紀(jì),量子學(xué)說的出現(xiàn),使得原本構(gòu)筑的粒子世界又重新受到考驗(yàn).海森堡(Werner Heisenberg)所提出的“測不準(zhǔn)原理”認(rèn)為一個(gè)粒子的移動(dòng)速度和位置不能被同時(shí)測得;電子不再是可數(shù)的顆粒;也不是繞著固定的軌道運(yùn)行.
一九二三年,德布洛伊(Louis de Broglie)提出當(dāng)微小粒子運(yùn)動(dòng)時(shí),同時(shí)具有粒子性和波動(dòng)性,稱為“質(zhì)—波二重性”,而薛定諤(Erwin Schrodinger)用數(shù)學(xué)的方法,以函數(shù)來描述電子的行為,并且用波動(dòng)力學(xué)模型得到電子在空間存在的機(jī)率分布,根據(jù)海森堡測不準(zhǔn)原理,我們無法準(zhǔn)確地測到它的位置,但可以測得在原子核外每一點(diǎn)電子出現(xiàn)的機(jī)率.在波耳的氫原子模型中,原子在基態(tài)時(shí)的電子運(yùn)動(dòng)半徑,就是在波動(dòng)力學(xué)模型里,電子最大出現(xiàn)機(jī)率的位置.
隨著科學(xué)的演進(jìn),人類逐漸理解“電”的物理量所能取得的數(shù)值是不連續(xù)的,它們所反映的規(guī)律是屬于統(tǒng)計(jì)性的.
電如何被發(fā)現(xiàn)并被人類掌握
電如何被發(fā)現(xiàn)并被人類掌握
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