電如何走進(jìn)生活
作者： ${content.author} 時間：2021-09-13 瀏覽量：2,814電作為一種自然現(xiàn)象，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比生命的出現(xiàn)得早。2500年前，古希臘的塞利斯發(fā)現(xiàn)，用毛皮摩擦琥珀能吸引像絨毛，麥稈等輕小的東西。當(dāng)時人們無法解釋這一現(xiàn)象，認(rèn)為是一種神力。“電”這一詞就是從古希臘文“琥珀”演變而來的。那我們用的電是怎么被發(fā)現(xiàn)呢？又是怎么走進(jìn)我們的生活的呢？我們通過幾個展項(xiàng)來了解一下電的發(fā)展史。
我要介紹的第一件展品是手蓄電池。我們可以看到，這個展品有兩張手型的金屬板，它們分別是金屬鋁和銅做成的，中間連接了一塊電流表。當(dāng)我們把雙手分別放到兩塊金屬板上，神奇的現(xiàn)象發(fā)生了！你會發(fā)現(xiàn)電流表指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，這說明有電流通過。但當(dāng)我們單手或雙手放到同一塊金屬板上時，并不會發(fā)生以上現(xiàn)象。這是因?yàn)槭稚系暮挂号c金屬板之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。由于鋁比銅要活潑，所以鋁容易失去外層電子，電子會通過導(dǎo)線經(jīng)過電流表流向銅板，電子的定向移動就形成了電流。
這一現(xiàn)象最早被意大利的解剖學(xué)家伽伐尼率先發(fā)現(xiàn)。伽伐尼在解剖青蛙時用不同的金屬器械觸碰青蛙腿，青蛙腿發(fā)生了抽搐。他對此產(chǎn)生了濃厚的興趣，并做了大量實(shí)驗(yàn)力圖解開其中的奧秘。但最后伽伐尼錯誤地認(rèn)為這是一種“動物電”現(xiàn)象。同時期的意大利科學(xué)家伏打并不認(rèn)同他的結(jié)論，他認(rèn)為電存在于金屬之中，是由于金屬與某種潮濕的東西接觸才發(fā)生的，兩種明顯不同的意見引起科學(xué)界的爭論，爭論的結(jié)果是伏打占了優(yōu)勢。伏打依此理論發(fā)明了著名的“伏打電堆”，這是由一系列的圓形鋅片和銀片相互交迭而成的裝置，每一對鋅片和銀片之間，用一種在鹽水或其他導(dǎo)電溶液中浸泡的紙板隔開，由于不同金屬有電勢差就構(gòu)成了電流回路，我們的展品“手蓄電池”就是基于這個原理，并且我們現(xiàn)在用的干電池也是一種伏打電堆 。
“伏打電堆”的發(fā)明為后來的電流磁效應(yīng)的應(yīng)用開創(chuàng)了前景，并很快成為進(jìn)行電磁學(xué)和化學(xué)研究的有力工具。我們輔導(dǎo)的第二件展品就是這件“通電線圈與磁力線”。當(dāng)我們按下按鈕時，大家請觀察小磁針的變化。小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，這說明通電線圈產(chǎn)生了磁場。并且電流方向的變化會改變磁場的方向，這便是電流的磁效應(yīng)。1820年，著名的丹麥科學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)線與電池連接時，靠近導(dǎo)線的指南針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并且兩者之間存在直接關(guān)系。奧斯特使用的電池正是“伏打電堆” ，但奧斯特?zé)o法解釋這種現(xiàn)象，很快安培通過實(shí)驗(yàn)揭開了其中的奧秘。他重復(fù)了奧斯特的實(shí)驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)了電流的方向和磁場的關(guān)系。力作用的大小與電流的大小、導(dǎo)線的長度相關(guān)。為了方便學(xué)生了記憶，安培提出了著名的“右手定則”，即如果為導(dǎo)線通電，四指緊握拇指伸直，大拇指代表了電流的方向，而四指則為磁場的方向。同樣，如果通電的是螺旋線圈，那四指代表電流的方向，拇指代表磁場的方向，也就是說磁場與電場方向始終是垂直的。所以，展品中的螺旋線圈安培的研究開創(chuàng)了電動力學(xué)的新紀(jì)元，為發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的發(fā)明提供了理論基礎(chǔ)。
當(dāng)年奧斯特的發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的新聞引起了引起了法拉第對電磁學(xué)的極大興趣。法拉第想要解決的問題是：通電線圈可以產(chǎn)生磁場，那反過來，磁場是否也能產(chǎn)生電流呢？法拉第進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把普通的條形磁鐵在線圈中拿進(jìn)拿出時，只要磁鐵在線圈中移動就會產(chǎn)生電流。知道了這些，我再來看下第三件展項(xiàng)“線圈中的磁鐵”，它真實(shí)地還原了法拉第的偉大發(fā)現(xiàn)。當(dāng)我們利用手輪轉(zhuǎn)動磁鐵會發(fā)生什么？展品產(chǎn)生了電流，當(dāng)我們用手柄推動磁鐵，將磁鐵完全置于線圈中，對比下前后的不同，我們會發(fā)現(xiàn)這樣產(chǎn)生電流的效果更理想?？偨Y(jié)起來，導(dǎo)體均勻地在磁場中切割磁力線會產(chǎn)生電流，這就是“電磁感應(yīng)”原理。
為了這個想法得到證實(shí)，法拉第進(jìn)行了艱苦的實(shí)驗(yàn)，最初他的想法是將磁鐵放在螺旋線管中而產(chǎn)生電流，但是沒有獲得成功。1831年他發(fā)現(xiàn)。只有磁鐵插入或者拔出螺線管的過程中才會產(chǎn)生電流，在螺線管中靜止不動時，沒有電流產(chǎn)生。法拉第終于明白，只有在運(yùn)動和變化的過程中，磁鐵才能產(chǎn)生電流。也就是說閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場里做切割磁感線的運(yùn)動時，導(dǎo)體就會產(chǎn)生電流，這就是著名的電磁感應(yīng)定律，根據(jù)安培的右手螺旋定則，就可以確定電流的方向。法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律并制造了第一臺發(fā)電機(jī)的原型。1832年，法國人畢克西受啟發(fā)發(fā)明了世界第一臺手搖式直流發(fā)電機(jī)，之后的幾十年的時間里，發(fā)電機(jī)得到了不斷的改進(jìn)，性能優(yōu)良的發(fā)電機(jī)得到了應(yīng)用，這也標(biāo)志著人類開始進(jìn)入了電氣時代。
進(jìn)入20世紀(jì)以來，電能已經(jīng)充分滲透到了工業(yè)生產(chǎn)、社會生活的各個方面。電氣化也曾經(jīng)被看成是人類最理想化的生活形態(tài)。同時我們也要看到，科學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了不同時期，是通過不同科學(xué)家努利鉆研才完成的，這是一個不斷總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)又不斷創(chuàng)新的過程。希望通過今天的輔導(dǎo)，大家不僅能學(xué)到科學(xué)知識，更要體會到科學(xué)史中體現(xiàn)的科學(xué)精神，發(fā)揚(yáng)科學(xué)家大膽假設(shè)、小心求證的科學(xué)方法，將來用你們的智慧服務(wù)社會、改變未來。
