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环球物理【名家说】!
前面我们已经分享电的发现,
今天我们将继续跟大家分享——闪烁的能量
这一节我们介绍能量的第一次革命——存储
人类较早就发现有两种不同的电荷,它们互相吸引,相互抵消。为什么不同的电可以相互抵消,科学家们提出了电是可以流动的说法。
1732年,富兰克林提出电是从一种电荷流向另一种电荷,也就是说单向流动。而几乎同时法国科学家迪非则认为电的流动是双向的。为了方便描述,富兰克林将玻璃摩擦后产生的电荷称为正电,而把琥珀摩擦后产生的电荷称为负电,同时,他定义电流动的方向是由正电到负电。当然,富兰克林并不知道电子的存在,而且按照他的定义电子所带的电荷成了电,否则他可能会反过来定义正负电。富兰克林的这些贡献其实早于他对雷电和电是同一种东西的认识。在了解了雷电的性质后,富兰克林发明了避雷针。
就在人类了解电的基本性质后,要进一步研究电的特性却遇到了一个大问题,那就是如何获得电。
靠摩擦生电显然是不够的,而利用雷电不仅难度大,而且不安全。解决这个问题的是意大利物理学家伏特,他发明了电池。伏特把锌板和铜板浸泡在盐水中,两个金属板之间就产生了0.7伏左右的电压,这么低的电压做不了太多事情,于是他把6个这样的单元串联在一起,就获得了超过4伏的电池。虽然这在今天看起来算不上什么,但是相比在此之前莱顿瓶(图48-1)中储存的那一点可怜的电量,伏特电池已经可以为科学实验提供足够的电能,,它保证了电气研究的起步。当时意大利正处在四分五裂状态,大部分领土属于拿破仑帝国,1800年,拿破仑在巴黎接见了伏特,为了表彰他对科学所作出的贡献封为伯爵,而且奖励了他一大笔奖金。后来“伏特”也被作为电压的单位,沿用至今。
有了伏特电池,科学家们就可以借此来做一些科学实验了,但是要指望电池提供的电能取代当时的水能和煤炭成为主要动力来源,却不现实。
在19纪初,世界上还没有发电机和电动机—前者将其他能源转变成电能,后者将电能转变成机械能推动机器,而这两种机器工作的基本原理,都是建立在电磁学理论之上的。因此,发电机和电动机都是在搞清楚了电磁原理之后发明的。
在古代和近代,人们多少已经认识到一些电和磁的共性,两者都能产生引力,但是人们除了记录一些现察到的现象,还无法搞清楚电和磁的关系。
最早发现电流磁效应的是丹麦物理学家汉斯﹒奥斯特,不过把电和磁紧密结合起来并进行定量研究的则是法国著名物理学家安培。1820年,就在奥斯特刚刚发现电磁效应后,安培就把他的精力转到了这方面。几周后,安培通过实验发现了通电线圈和磁铁的相似性,并且接下来连续进行了几个著名的实验。通过这些实验,安培总结出很多著名的电磁学定律,比如安培右手定律。随后他连续发表了几篇重要的论文,介绍了他的研究成果。第二年,安培提出了分子电流假设(当时他还不知道有电子)并且创立了电动力学,这些内容记述在安培1827年出版的《电动力学现象的数学理论》一书中。这本书是电磁学史上的一部经典论著,奠定了电磁学的发展基础。正是为了表彰安培在电学上所做出的杰出贡献,我们用安培作为电流的单位。安培对电磁作用的研究,结束了此前人们关于电和磁分离的认识,不仅为之后几十年电磁学的发展打下了基础,而且为后来利用电磁效应发电提供了理论依据。电动力学的另一位奠基人麦克斯韦称安培的研究是“科学史上最辉煌的成就之一”。
安培除了对电磁学理论的贡献外,还发明了测量电流大小的电流表,也称为安培表。
在安培工作的基础上,两位远隔大西洋的发明家,几乎是在同一时间各自独立地发现了电磁感应现象,他们的研究成果直接导致了实用电动机和发电机的诞生。这两个人便是英国科学家和发明家法拉第以及美国发明家亨利。
法拉第和亨利的生活完全不同,但是有一点是相同的,就是两个人都命运多舛。
先说说亨利。约瑟夫·亨利出生在纽约州奥尔巴尼市一个贫穷的工人家庭。13岁因为家贫而失学,后来在钟表铺当学徒。他刻苦自学,考进了奥尔巴尼学院。在当时,医生是一种高收入的职业,他原本打算当一名医生,却阴差阳错当上了一名大学教授。1832年,亨利成为了新泽西学院的教授,这所学院应该很少有人听说过,不过今天它有个非常响亮的名字一普林斯顿大学,1827年,亨利还在当讲师时,就发明了强电流磁铁,他用纱包铜线围着一个铁芯缠了几层,然后在铜线中通上电流,这个小小的电磁铁居然能吸起是它自身重量上百倍的铁块,比天然磁铁的吸引力要强得多。他对电磁铁稍加改进,一个体积不大的电磁铁,居然就能吸起一吨多重的铁块。强电磁铁是今天发电机和电动机中最核心的部分。
今天就先跟大家分享到这里,明天我们继续为大家分享!
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