電是什么做的？

電 - 自然現(xiàn)象之一 編輯詞條

電是一種自然現(xiàn)象，是一種能量。自然界的閃電就是電的一種現(xiàn)象。電是像電子和質(zhì)子這樣的亞原子粒子之間產(chǎn)生的排斥力和吸引力的一種屬性。它是自然界四種基本相互作用之一。電或電荷有兩種:我們把一種叫做正電，另一種叫做負電。

電是個一般術(shù)語，是靜止或移動的電荷所產(chǎn)生的物理現(xiàn)象。在大自然里，電的機制給出了很多眾所熟知的效應(yīng)，例如閃電、摩擦起電、靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)等等。

基本信息

中文名稱

電

外文名稱

Electric

向左轉(zhuǎn)|向右轉(zhuǎn)

基本概念折疊編輯本段

用來稱呼許多種不同的自然現(xiàn)象，一般只需使用"電"這單字就已足以勝任。但是，用于科學領(lǐng)域，這術(shù)語的意思顯得相當模糊。必須使用更明確的術(shù)語來區(qū)分各種各樣不同的概念。

電荷:某些亞原子粒子的內(nèi)涵性質(zhì)。這性質(zhì)決定了它們彼此之間的電磁作用。帶電荷的物質(zhì)會被外電磁場影響，同時，也會產(chǎn)生電磁場。

電流:帶電粒子的移動，通常以安培為度量單位。

電場:由電荷產(chǎn)生的一種影響。附近的其它電荷會因這影響而感受到電場力。

電勢:單位電荷在靜電場的某一位置所擁有的電勢能，通常以伏特為度量單位。

電磁作用:電磁場與靜止或運動中的電荷之間的一種基本相互作用。

(一)電荷的電場

失去電子或得到電子的物體就帶有驗電器正電荷或負電荷，帶有電荷的物體稱為帶電體。在電荷的周圍存在著電場，引進電場中的電荷將受到電場力的作用。該電荷稱為試探電荷!發(fā)出電場的電荷稱為場源電荷!電場強度和電位是表示靜電場中各點性質(zhì)的兩個基本物理量。電場中某點的電場強度即是單位正電荷在該點所受到的作用力。電場強度的單位是牛頓/庫倫(N/C>o)電場中某點的電位是指在電場中將單位正電荷從該點移至電位參考點的電場力所作的功。電位的常用單位是伏特(V)或毫伏(mV )，即1V=1000mVe電場中某兩點之間的電位差稱為這兩點之間的電壓或電壓降。電壓的單位與電位的單位相同。電場強度由電場本身決定!一種物體的原子得到電子后會帶上負電，失去電子后會帶上正電。電性相反的電荷會互相吸引，電性相同的電荷會互相排斥。不帶電荷的物體是一種電中性物體。

(二)電流與電路

在電源的非靜電力作用下，同種帶電微粒會發(fā)生定向移動，正電荷向電源負極移動、負電荷向電源正極移動。帶電微粒的定向移動就是電流，一般規(guī)定正電荷移動的方向為電流的正方向。電流方向不隨時間變化的電流叫直流電，電流方向隨時間變化的電流叫交流電。區(qū)分直流和交流，僅僅是其方向而已，與其它的量無關(guān)。電流雖然有方向，但是是一個標量。電流的大小稱為電流強度，電流強度簡稱為電流，等于每秒通過電路的電荷量。電流的常用單位是安培(A)或毫安培(mA)，即1000mA=1A。電流所流經(jīng)的路徑即電路。在閉合電路中，實現(xiàn)電能的傳遞和轉(zhuǎn)換。電路由電源、連接導線、開關(guān)電器、負載及其它輔助設(shè)備組成。電源是提供電能的設(shè)備，電源的功能是把非電能轉(zhuǎn)換為電能，如電池把化學能轉(zhuǎn)換為電能，發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)換為電能，太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，核能將質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量等。干電池、蓄電池、發(fā)電機等是最常用的電源。負載是電路中消耗電能的設(shè)備，負載的功能是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。如電爐把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，電動機把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能等。照明器具、家用電器、機床等是最常見的負載。開關(guān)電器是負載的控制設(shè)備，如閘刀開關(guān)、斷路器、電磁開關(guān)、減壓起動器等都屬于開關(guān)電器。輔助設(shè)備包括各種繼電器、熔斷器以及測量儀表等。輔助設(shè)備用于實現(xiàn)對電路的控制、分配、保護及測量。連接導線把電源、負載和其它設(shè)備連接成一個閉合回路，連接導線的作用是傳輸電能或傳送電訊號。

研究歷史折疊編輯本段

很久以前，就有許多術(shù)士致力于研究電的現(xiàn)象?？墒?，電塔所得到的結(jié)果真是乏善可陳，少之又少。直到十七和十八世紀，才出現(xiàn)了一些在科學方面重要的發(fā)展和突破。在那時，科學家并沒有找到什么電的實際用途。這要等到十九世紀末期，由于電機工程學的進步，把電帶進了工業(yè)和家庭里面。在這個電氣研發(fā)的黃金時代，日新月異、連綿不斷的快速發(fā)展帶給了工業(yè)和社會，難以形容、無法想像的巨大改變。做為能源的一種供給方式，電所具有的多重優(yōu)點，意味著電的用途幾乎是無可限量。例如，大眾交通、取暖、照明、電訊、計算等等，都必須用電為主要能源。來到二十一世紀，現(xiàn)代工業(yè)社會的骨干仍舊依賴著電能源。在可看見的未來，電想必是綠色科技的主角之一。

古代發(fā)現(xiàn)折疊

在對電的具體認知很多年前，人們就已經(jīng)知道發(fā)電魚(electric fish)會發(fā)出電擊。根據(jù)公元前2750年撰寫的古埃及書籍，這些魚被稱為"尼羅河的雷使者"，是所有其它魚的保護者。大約兩千五百年之后，希臘人、羅馬人，阿拉伯自然學者和阿拉伯醫(yī)學者，才又出現(xiàn)關(guān)于發(fā)電魚的記載。古羅馬醫(yī)生 Scribonius Largus 也在他的大作《Compositiones Medicae》中，建議患有像痛風或頭疼一類病痛的病人，去觸摸電鰩，也許強力的電擊會治愈他們的疾病。

阿拉伯人可能是最先了解閃電本質(zhì)的族群。他們也可能比其它族群都先認出電的其它來源。早于15世紀以前，阿拉伯人就創(chuàng)建了"閃電"的阿拉伯字 "raad"，并將這字用來稱呼電鰩。

在地中海區(qū)域的古老文化里，很早就有文字記載，將琥珀棒與貓毛摩擦后，會吸引羽毛一類的物質(zhì)。公元前600年左右，古希臘的哲學家泰勒斯(Thales, 640-546B.C.)做了一系列關(guān)于靜電的觀察。從這些觀察中，他認為摩擦使琥珀變得磁性化。這與礦石像磁鐵礦的性質(zhì)迥然不同;磁鐵礦天然地具有磁性。泰勒斯的見解并不正確。但后來，科學會證實磁與電之間的密切關(guān)系。

近代研究折疊

18世紀時西方開始探索電的種種現(xiàn)象。

1732年，美國的科學家富蘭克林(Benjamin Franklin,1706~1790)認為電是一種沒有重量的流體，存在于所有物體中。當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，就被稱為帶負電，所謂"放電"就是正電流向負電的過程(人為規(guī)定的)，這個理論并不完全正確，但是正電、負電兩種名稱則被保留下來。此時期有關(guān)"電"的觀念是物質(zhì)上的主張。富蘭克林做了多次實驗，并首次提出了電流的概念。富蘭克林的這一說法，在當時確實能夠比較圓滿地解釋一些電的現(xiàn)象，但對于電的本質(zhì)的認識與我們的"兩個物體互相磨擦時，容易移動的恰恰是帶負電的電子"的看法卻是相反。

1752年，他在一個風箏實驗中，將系上鑰匙的風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。后來他根據(jù)這個原理，發(fā)明了避雷針。

富蘭克林做了多次實驗，進一步揭示了電的性質(zhì)，并提出了電流這一術(shù)語。富蘭克林對電學的另一重大貢獻，就是通過1752年著名的風箏實驗，"捕捉天電"，證明天空的閃電和地面上的電是一回事。他用金屬絲把一個很大的風箏放到云層里去。金屬絲的下端接了一段繩子，另在金屬絲上還掛了一串鑰匙。當時富蘭克林一手拉住繩子，用另一手輕輕觸及鑰匙。于是他立即感到一陣猛烈的沖擊(電擊)，同時還看到手指和鑰匙之間產(chǎn)生了小火花。他的手被彈開了，這個實驗表明:被雨水濕透了的風箏的金屬線變成了導體，把空中閃電的電荷引到手指與鑰匙之間。這在當時是一件轟動一時的大事。一年后富蘭克林制造出了世界上第一個避雷針。

電流現(xiàn)象的研究，對于人們深入研究電學和電磁現(xiàn)象有著重要的意義。最早開始電流研究的是意大利的解特斯拉線圈剖學教授伽伐尼(1737-1798)。伽伐尼的發(fā)現(xiàn)源自于1780年的一次極為普通的閃電現(xiàn)象。閃電使伽伐尼解剖室內(nèi)桌子上與鉗子和鑷子環(huán)連接觸的一只青蛙腿發(fā)生痙攣現(xiàn)象。嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，使他沒有放棄對這個"偶然"的奇怪現(xiàn)象的研究。他花費了整整12年的時間，研究像青蛙腿這種肌肉運動中的電氣作用。最后，他發(fā)現(xiàn)如果使神經(jīng)和肌肉同兩種不同的金屬(例如銅絲和鐵絲)接觸，青蛙腿就會發(fā)生痙攣。這種現(xiàn)象是在一種電流回路中產(chǎn)生的現(xiàn)象。但是，伽伐尼對這種電流現(xiàn)象的產(chǎn)生原因仍然未能回答，他認為蛙腿的痙攣現(xiàn)象是"動物電"的表現(xiàn)，由金屬絲構(gòu)成的回路只是一個放電回路。

伽伐尼的看法在當時的科學界中引起了巨大的反響，但是，另一位意大利科學家伏打(伏特)(1745~1827)不同意伽伐尼的看法，他認為電存在于金屬之中，而不是存在于肌肉中，兩種明顯不同的意見引起了科學界的爭論，并使科學界分成兩大派。1799年，意大利科學家伏特以含食鹽水的濕抹布，夾在銀和鋅的圓形板中間，堆積成圓柱狀，制造出世界上最早的電池-伏特電池。1800年春季，伏特在英國皇家協(xié)會發(fā)表關(guān)于伏打電池的論文。

1821年英國人'法拉第'完成了一項重大的電發(fā)明。在這兩年之前，奧斯特已發(fā)現(xiàn)如果電路中有電流通過，它附近的普通羅盤的磁針就會發(fā)生偏移。法拉第從中得到啟發(fā)，認為假如磁鐵固定，線圈就可能會運動。根據(jù)這種設(shè)想，他成功地發(fā)明了一種簡單的裝置。在裝置內(nèi)，只要有電流通過線路，線路就會繞著一塊磁鐵不停地轉(zhuǎn)動。事實上法拉第發(fā)明的是第一臺電動機，是第一臺使用電流將物體運動的裝置。雖然裝置簡陋，但它卻是今天世界上使用的所有電動機的祖先。

1831年，法拉第制出了世界上最早的第一臺發(fā)電機。他發(fā)現(xiàn)第一塊磁鐵穿過一個閉合線路時，線路內(nèi)就會有電流產(chǎn)生，這個效應(yīng)叫電磁感應(yīng)。一般認為法拉第的電磁感應(yīng)定律是他的一項最偉大的貢獻。

1866年德國人西門子(Siemens)制成世界上第一臺工業(yè)用發(fā)電機。

認識的進步折疊

從物質(zhì)到電場

1600年，英國人吉爾伯特(William Gilbert,1544-1603)發(fā)明了驗電器，這為后來人們對電的研究提供了試驗基礎(chǔ)。1660年，德國人居里克( Ott von Guerick,1602-1686)制造摩擦起電機。

在十八世紀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平方成反比的定律，奠定了靜電的基本定律。

在1800年，意大利的伏特(A.Voult)用銅片和鋅片浸于食鹽水中，并接上導線，制成了第一個電池，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、蘇格蘭的麥克斯韋(J. C. Maxwell)提出電磁場理論的數(shù)學式，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。麥克斯韋預(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)果麥克斯韋將電學與磁學統(tǒng)合成一種理論，同時證明了光是電磁波的一種。

麥克斯韋電磁理論的發(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)，而電子的作用就依麥克斯韋電磁方程式的電磁場來決定。1897年英國湯姆生(J.J.Thomson)證實這些電子的電性是帶負電性。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，量子學說的出現(xiàn)，使得原本構(gòu)筑的粒子世界又重新受到考驗。海森堡(Werner Heisenberg)所提出的"測不準原理"認為一個粒子的移動速度和位置不能被同時測得;電子不再是可數(shù)的顆粒;也不是繞著固定的軌道運行。

一九二三年，德布羅意(Louis de Broglie)提出當微小粒子運動時，同時具有粒子性和波動性，稱為"質(zhì)─波二重性"，而薛定諤(Erwin Schrodinger)用數(shù)學的方法，以函數(shù)來描述電子的行為，并且用波動力學模型得到電子在空間存在的機率分布，根據(jù)海森堡測不準原理，我們無法準確地測到它的位置，但可以測得在原子核外每一點電子出現(xiàn)的機率。在波耳的氫原子模型中，原子在基態(tài)時的電子運動半徑，就是在波動力學模型里，電子最大出現(xiàn)機率的位置。

隨著科學的演進，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)計性的。

分類折疊編輯本段

分類    

靜電

直、交流電

現(xiàn)象

靜止的電荷(通常存在于絕緣體內(nèi)，如橡膠、毛皮、琥珀、云層)

流動的電荷

放電時間

瞬間放電(皮秒~微秒)，通常是由于擊穿絕緣體導致的放電。

持續(xù)放電(通常是存在于電路中的)

能量

由大到小可為:閃電、脫毛衣、塑料尺等

由大到小可為:億萬伏發(fā)電機輸出電、工業(yè)用電、民用電、電池等

人體感覺

通常不易感(除閃電外)

36V以上即可對人體造成傷害

電磁效應(yīng)折疊編輯本段

概念解釋折疊

物質(zhì)中的電效應(yīng)是電學與其他物理學科(甚至非物理的學科)之間聯(lián)系的紐帶。物質(zhì)中的電效應(yīng)種類繁多，有許多已成為或正逐漸發(fā)展為專門的研究領(lǐng)域。比如:

電致伸縮、壓電效應(yīng)(機械壓力在電介質(zhì)晶體上產(chǎn)生的電性和電極性)和逆壓電效應(yīng)、塞貝克效應(yīng)、珀耳帖效應(yīng)(兩種不同金屬或半導體接頭處，當電流沿某個方向通過時放出熱量，而電流反向時則吸收熱量)、湯姆孫效應(yīng)(一金屬導體或半導體中維持溫度梯度，當電流沿某方向通過時放出熱量，而電流反向時則吸收熱量)、熱敏電阻(半導體材料中電阻隨溫度變化而變化)、光敏電阻(半導體材料中電阻隨光照靈敏變化)、光生伏打效應(yīng)(半導體材料因光照產(chǎn)生電位差)，等等。

對于各種電效應(yīng)的研究有助于了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)中發(fā)生的基本過程，此外在技術(shù)上，它們也是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和非電量電測法的基礎(chǔ)。

電磁測量折疊

也是電學的組成部分。測量技術(shù)的發(fā)展與學科的理論發(fā)展有著密切的聯(lián)系，理論的發(fā)展推動了測量技術(shù)的改進;測量技術(shù)的改善在新的基礎(chǔ)上驗證理論，并促成新理論的發(fā)現(xiàn)。

電磁測量包括所有電磁學量的測量，以及有關(guān)的其他量(交流電的頻率、相角等)的測量。利用電磁學原理已經(jīng)設(shè)計制作出各種專用儀表(安培計，伏特針、歐姆計、磁場計等)和測量電路，它們可滿足對各種電磁學量的測量。

電磁測量的另一個重要的方面是非電量(長度、速度、形變、力、溫度、光強、成分等)的電測量。它的主要原理是利用電磁量與非電量相互聯(lián)系的某種效應(yīng)，將非電量的測量轉(zhuǎn)換為電磁量的測量。由于電測量有一系列優(yōu)點:準確度高、量程寬、慣量小、操作簡便，并可遠距離遙測和實現(xiàn)測量技術(shù)自動化，非電量的電測量正在不斷發(fā)展。

電池折疊編輯本段

我們用的電池和伏特當初所制造的電池組，是運用相同的原理。電池的外殼都是由鋅制成;鋅的外面再會覆蓋一層塑料或洋鐵皮，以防止電池發(fā)生滲漏的情形。在電池里沒有銀片或銅片，而是在正中央有一根碳棒(像很粗的鉛筆芯)。電池里的碳棒和鋅的外殼之間裝的是濃稠的糊狀化學物質(zhì)(電解液)。

應(yīng)用折疊編輯本段

電的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用極大的節(jié)省了人類的體力勞動和腦力勞動，使人類的力量長上了翅膀，使人類的信息觸角不斷延伸。電對人類生活的影響有兩方面:能量的獲取轉(zhuǎn)化和傳輸，電子信息技術(shù)的基礎(chǔ)。電的發(fā)現(xiàn)可以說是人類歷史的革命，由它產(chǎn)生的動能每天都在源源不斷的釋放，人對電的需求夸張的說其作用不亞于人類世界的氧氣，如果沒有電，人類的文明還會在黑暗中探索。

消費類電子產(chǎn)品在不同發(fā)展水平的國家有不同的內(nèi)涵，在同一國家的不同發(fā)展階段有不同的內(nèi)涵。

電箱中國消費類電子產(chǎn)品是指用于個人和家庭與廣播、電視有關(guān)的音頻和視頻產(chǎn)品，主要包括:電視機、影碟機(VCD、 SVCD、DVD)、IPTV、錄像機、攝錄機、收音機、收錄機、組合音響、電唱機、激光唱機(CD)等。而在一些發(fā)達國家，則把電話、個人電腦、家庭辦公設(shè)備、家用電子保健設(shè)備、汽車電子產(chǎn)品等也歸在消費類電子產(chǎn)品中。隨著技術(shù)發(fā)展和新產(chǎn)品新應(yīng)用的出現(xiàn)，數(shù)碼相機、手機、PDA等產(chǎn)品也在成為新興的消費類電子產(chǎn)品。從二十世紀九十年代后期開始，融合了計算機、信息與通信、消費類電子三大領(lǐng)域的信息家電開始廣泛地深入家庭生活，它具有視聽、信息處理、雙向網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件(如顯示卡、存儲介質(zhì)、IC卡或信用卡的讀取設(shè)備)、嵌入式操作系統(tǒng)以及應(yīng)用層的軟件包組成。廣義上來說，信息家電包括所有能夠通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)交互信息的家電產(chǎn)品，如PC、機頂盒、HPC、DVD、超級VCD、無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備、視頻游戲設(shè)備、WEBTV等。音頻、視頻和通訊設(shè)備是信息家電的主要組成部分。電冰箱、洗衣機、微波爐等也發(fā)展成為了信息家電，并構(gòu)成智能家電的組成部分。

現(xiàn)代的電力供應(yīng)由于常規(guī)能源的日益減少而出現(xiàn)了供應(yīng)危機，世界各國均以新能源作為發(fā)展方向，主要推廣的有風能、太陽能、地熱能等，隨著技術(shù)的進步，電力供應(yīng)的常規(guī)能源消耗將被取代!人類的生活環(huán)境會得到改善!但也造成了污染。

注意事項折疊編輯本段

經(jīng)過調(diào)查，男性身體比女性身體所能承受的電壓要高出2-3倍。所以，為了保證電力工作的安全，在電力工作與電路維修中，男性員工要多于女性員工。包括在電器產(chǎn)業(yè)方面與高端電子產(chǎn)業(yè)方面，應(yīng)當以男性員工為主。

雖然如此，維修電路時適當?shù)姆雷o是必不可少的，電工手套等設(shè)備都是為了增大電阻，減小通過人體的電流。同時，一些小技巧，如維修電路時背著左手都可減小觸電的危險。