電學超簡史



  西元前 600 年,希臘哲學家泰利斯(Thales)拿琥珀和絲綢摩擦,發現了電的存在。現今 Electricity 這個字,便是源自琥珀的希臘文 Electron。

  在 16 世紀時,英國女王的御醫吉爾伯特(Gilbert)發現有很多物質也會產生相吸或相斥的現象,他就提出了電性有正電跟負電,同性相吸、異性相斥,Gilbert 也被後世稱為「電學之父」。
  
  富蘭克林(Franklin)在 46 歲那年和兒子做實驗,想要把閃電給接到風箏來,後來發明了避雷針。現今學術界將電荷守恆定律的創建歸功於富蘭克林。富蘭克林想驗證電荷之間是否也有引力或斥力,但是沒有成功。後來法國物理學家庫侖(Coulomb),證實了電力是根據距離發生變化的,庫侖定律是電磁學史上的第一個基本定律。電荷的單位以庫侖的名字來命名。

  約莫和庫侖同時期,義大利的伏特(Volta)在 1800 年發明了人類史上第一個電池,現今電壓的單位就是以伏特來命名。1820 年,丹麥的物理學家奧斯特(Orsted)發現電流的磁效應。安培(Ampere)在 47 歲時發現了安培定律,51 歲時推導出兩種電流之間的作用力公式。安培對電磁學的研究主要集中在 1820 ~ 1827 年,也就是他在聽說奧斯特的發現之後,安培向法國科學院遞交了一篇論文,內容就是電磁方向服從右手定律,後來他又遞交一篇論文,內容是若兩條載有電流的平行導線的電流方向相同,兩條導線會互相吸引,後人稱他是電動力學的先驅。安培創造了電流這個名詞,發明了電流計。後世將奧斯特發現的電磁流效應稱為電磁學第一定律,將安培發現的電流相互作用力稱為電磁學第二定律

  歐姆(Ohm)結合了奧斯特的電流磁效應以及庫侖的扭秤裝置,設計出一個電流扭秤,計算出磁針偏轉角度與導線的電流成正比,歐姆定律的研究正是使用了該裝置。

  法拉第(Faraday)在 30 歲那年受到奧斯特啟發,發明了全世界第一台電動機,又於 10 年後提出了電磁感應定律,並發明了世界上的一台發電機。其實早在法拉第發現電磁感應的前一年,美國的物理學家亨利(Henry)就得出了一樣的結論,只不過亨利的論文比法拉第晚了一年發表。亨利的論文提到:通過電流的長導線,在斷開時會產生火花。這就是「自感」的現象,亨利後來做了許多實驗,確定了各種形狀導體的電感大小,現今,亨利是電感的單位。

  焦耳(Joule)是英國的物理學家,他研究電能轉換為熱能的現象。從 16 歲開始研究電學而且沒有上學。20 歲的時候,他把電阻絲纏繞在玻璃管上,而成為一種電熱器,再把電熱器放進裝水的瓶子裏面,去量測水的溫度。他發現電流通過導體時,所產生的熱量和電流的平方、電阻、以及通電時間成正比。不過,焦耳整理成論文發表後,學術界反應很冷,畢竟焦耳沒有上過學而且當時又太年輕阿!事隔一年,一個俄國科學家冷次(Lenz),做了和焦耳一樣的實驗,而且結論一樣,於是後來這個理論就命名為焦耳定律,後來焦耳也成為了大物理學家。
  
  克希荷夫(Kirchhoff)在 1845 年提出了 KCL 和 KVL 兩大電路學基本定律。19 世紀中期,出現了馬克士威爾(Maxwell)、黑維塞(Haviside)、湯姆遜(Thomas)與赫茲(Hertz)等巨人。其中湯姆遜是用實驗證明電子存在的人,他在 1897 年的一個實驗裡,發現了射線帶的是負電,同年提出了陰極射線不是以太波,而一種帶負電的粒子。後來的物理學家,稱這種粒子為電子。赫茲是克希荷夫和亥姆霍茲(Helmholtz)的學生,他在 1886 年證實了電磁波的存在,現今頻率的單位即是以赫茲命名,赫茲可以說是無線電之父。馬克士威爾方程組的現代形式跟黑維塞以及赫茲有關,在後面會再聊聊他們的故事。
  
 
 
 
 

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