精華！《科普知識百科全書·物理知識篇》是難能可貴的佳作！_數據鏈

今日推薦：《科普知識百科全書·物理知識篇》作者：王月霞。搜索書名開始觀看吧～

-----精選段落-----

奇妙的電與磁

無線電“天線”的發明家波波夫是南美洲人，它發明了世界上第一根無線電天線。當時人們把“天線”叫做無線電的“觸須”。波波夫用許多輕氣球系著一根銅線懸吊在天空，這是一根對電磁波感應靈敏度很高的“觸須”，它能夠感覺很遠地方的雷電。

人們早就發現一只帶正電荷的銅小球和一只帶負電荷的銅小球相互放電時會產生發射電磁波的現象。這就是電偶極子振蕩而發射的電磁波。把這對小球拉開并伸展到天空上電磁波的作用會傳得更遠。天線就是基于這種現象傳到天空中去的導線。

天線對于發射和接收都有一定的特性，就好象用傳聲筒一樣，面對的方向，叫到的聲音特別響聲。天線具有“方向性”和“響度”，在電磁學中“響度”的意思是用電磁場的“強度”或者“增蓋”來代替的。

雷達的天線象一個展開的傘，又象一只號角。電視塔的天線有的象魚骨。這都是由其在方向性方面的要求所決定的。飛機場周圍表標天線的作用是一旦飛機進入，信號燈就會自動閃亮，以警告飛機駕駛員，飛機已經進入機場范圍。天線的結構形狀千姿百態，目的是為了取得種種不同的電磁波輻射形態。

天線和普通導線不同，普通電線里的電流大小通常都一樣，而天線上每一點的電流大小是不同的。天線引導電磁波行進，天線的形狀尺寸與電磁波波長十分相關，調整天線是為了得到最大的駐波。駐波愈大，天線輻射能力就愈強。相反如果天線長短不合適，電磁波在天線上的行波就形成不了駐波。

實用的廣播天線有垂直天線，倒L型天線、T型天線和環形天線等等。

人體電波

人和生物在活動時其體內都伴有相應的電現象。這些電的電位變化十分微弱，而且呈一種突然表現的脈沖性居多。經過長時間研究發現生物和人體在健康與生病時電現象有十分明顯的對應變化，觀察這種對應變化就能進行病情診斷。

如人和動物的心臟在跳動時表現為一個完整的心電圖，如果心臟有了毛病那么心電圖的波形就會有變化。人的頭腦也隨思維活動表現出電壓的變化，醫學上稱為腦電波。這種電信號在人睡眠時很平靜，而動腦筋的時候電流波動特別大。在人的頭部外合適位置貼上如一元硬幣大小的銀質電極，引入儀器可以測出腦電波。腦電波圖可以分析腦部血管出現的各種問題，包括人的精神狀況。實驗證明人在喜、怒、哀、樂時的腦電波有十分明顯的特征。

肌肉運動也會產生肌電信號，肌電信號的電壓幅度和心臟表現的電壓幅度差不多，約為一毫伏左右，然而他們表現出的各自形態是不相同的。

一種能按照殘肢人意志做各種動作的機電假手，就是利用引出殘肢部位發出的肌電信號，經大腦感應，指揮肌電假手動作的。這種具有兩個自由度的肌電假手是一種復雜的仿生機構。它的手指能開能合，并可按所拿東西的輕重調節握力，手腕可作360°轉動。

機器人的感覺

機器人的“感覺”來自“傳感器”。機器人的自適應功能正是依賴著各式各樣的傳感器輸入所需的信息來實現的。肯定的說，沒有傳感器就沒有電子自動化，就沒有機器人。

傳感器是一種能將某種物理參數如溫度、濕度、光等非電量的變化，轉換成為另一種物理量參數，如電流、電壓等檢測裝置。傳感器廣泛應用于科學技術，上至宇宙航天，下至深海探測，無所不用。目前應用的傳感器種類極多，根據工作性質、輸出效應的性質，通常傳感器可分為兩類，第一類叫做參量式傳感器，又叫調制式傳感器。這類傳感器把各種被測物理量轉換成電路的電阻、電感、電容的變化。第二類叫做發生器式傳感器。這類傳感器本身是一種電能發生器，可以直接將被測非電量轉換為電動勢。如壓電傳感器、感應傳感器等等。其它還有光電傳感器、伺服傳感器、器件傳感器等等。所有的傳感器都必須要求考慮其精度、靈敏度、變換特性、可靠性以及在惡劣條件下能夠正常工作。

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熱敏電阻在溫度測量方面通常作為溫度傳感器，大多數熱敏電阻體是由金屬氧化物混合物做成的。如氧化鎳、氧化錳、氧化鈷、氧化鐵這些金屬氧化物都是熱敏電阻的原材料。熱敏電阻的特性在于它一旦發熱，電阻就會發生變化，有的熱敏電阻發熱電阻變小，有的熱敏電阻發熱電阻變大，各有各的用途。

比如為了防止電器在開啟時瞬間的電流沖擊，此時的電流往往是正常工作的若干倍，很容易造成過載或工作不穩定。在電路中加上熱敏電阻，因電阻對電流的限制，起始電流不能很大，隨著電流流過，電阻發熱，電阻變小，電流就逐漸增大直至正常值。所以現在許多家電產品，如電冰箱、電視機，空調等都少不了熱敏電阻。熱敏電阻除了作電流控制或溫度補償元件還可以穩定電子線路和電動機電路。

氣體傳感器特別適合對氣體進行檢測。如煙霧傳感器可以檢測出含量極低的任何易燃氣體或蒸氣，氣體傳感器的內部是以半導體敏感元件為核心制作的。在敏感元件上裝置了可以加熱的燈絲，當燈絲加熱后半導體受熱氧化，此時敏感半導體會呈現出很高的電阻值。當檢測器與一定種類的氣體接觸時，由于這些氣體的“去氧化”作用，電阻會產生相應的下降，這就是半導體氣體傳感器的基本原理。鉑線器件是常用的氣體傳感器之一，它是利用涂復特殊材料和未涂復特殊材料的二片鉑元件，加熱后電阻值會表現出明顯差異的工作原理來作為氣體傳感器的。

光傳感器的核心是硫化鎘材料做成的光敏電阻，原理是電阻不同受光呈現的阻值不同。一般的光敏電阻在高速工作狀態時靈敏度很低，為了解決這一問題，人們把光敏電阻與半導體的放大電路做在一起，使靈敏度大大提高。一般在強光下光敏電阻的阻值只有數十歐姆，處于全暗狀態，光敏電阻的阻值可升到10兆歐姆。光敏電阻可直接對光測量，做曝光表，可以用做控制路燈隨光亮程度的自動開關，可與激光等光學設備結合在自動控制中加以應用。

利用光電器件對于不同波長的光線其反映不同進而發展出超聲波傳感器、紅外線傳感器等用途很廣泛。現在醫院做超聲波檢查用的探頭，實際上就是超聲波傳感器。而紅外傳感器常應用于各種電器遙控器的接收端。

酸堿傳感器是利用“伏打”效應制成的傳感器，原理十分簡單。在一根細玻璃管中用二根不同金屬做成電極，當這根玻璃管插入不同電解液中，由于酸堿電解液不同得到了不同的輸出電壓和極性。

壓力傳感器是利用半導體應變片元件制成的，應變電片發生形變時，會發出相應的電性能變化，它與電橋、放大器相結合可用于測量大氣壓力等等。

霍爾傳感器是利用半導體“霍爾效應”工作的傳感器，簡單說來它是半導體磁場的一種反應。當磁場進入半導體時，半導體二端會形成一定的電位差，磁場越強，電位差就越大。如磁場進入的方向相反，那末電位差的極性也就跟著反轉過來。霍爾器件傳感器用于檢測磁場強度十分理想，它的靈敏度為0.75~1.06毫伏／高斯。我們知道變化磁場用線圈也可測出，而對于恒定的磁場，線圈則無能為力，此刻霍爾傳感器則是身懷絕技了。現在電腦使用的鍵盤，就是在按鍵下面裝了一塊小型磁鐵，當磁鐵按下去的時候，磁鐵的磁場靠近了霍爾傳感器，霍爾傳感器輸出信號，打開電路。這種開關方式不會產生電接觸的噪聲。電子琴的腳踏控制板也采用了霍爾傳感器，這種在控傳感器改變音量大小，不象以往用“電位器”那樣，因電位器的電阻片磨損或污染會造成噪聲。霍爾傳感器還可以用來制造十分精密的電子指南針等等，目前實用的“磁羅盤”指南針也有采用電子射線、電子流原理式的。

濕度傳感器采用鎂、鉻陶瓷材料加入氧化鈦制成。這種傳感器材料呈現多孔、微孔分布的半導體特性。因為這種材料易于吸收水分而改變電導率，所以做為濕度傳感器，反應較靈敏。當水氣較少時，材料內部化學吸附形成電解層，當水氣增加時，導電能方明顯增高，材料內部變化為物理吸附。水氣越大，電導率越大，電阻越小。相對濕度超過30％時進入高濕區。傳感器會出現水滴，這將影響傳感器的正常工作。為此在傳感器中設置了一組加熱線，使傳感器溫度得到提高，防止了水滴的出現。

Coinbase：已上線LSETH，ALGO延遲問題已解決:金色財經報道，據Coinbase Assets在社交媒體上宣布，Liquid Staked ETH（LSETH）現已帶有“實驗標簽”在Coinbase iOS和安卓應用上線，Coinbase客戶可以登錄購買、出售、轉換、發送、接收或存儲該資產，從太平洋時間2023年3月9日星期四上午9點之后LSETH-ETH交易對將進入拍賣模式（auction mode）。

此外，Coinbase還宣布已經解決了ALGO發送和接收的延遲問題，目前轉賬交易處理均已恢復正常。[2023/3/9 12:51:08]

濕度傳感器廣泛應用于核反應堆、火力發電站、土砂測定、線路保護、抽濕機、影印、高壓滅菌、造紙、藥品等方面。

全新概念的“手表”

隨著時代的發展，手表已不再僅僅是一種計時工具，它已經逐步走向電子、通信、信息等領域，在更廣闊的天地中大顯神通。下面為大家介紹幾種功能奇特的手表家族的“新成員”。

能開鎖的電子表。澳大利亞制造了一種能看時間、開鎖、算帳的電子表，它可用于賓館飯店的客房管理。凡住進飯店的客人都會領到這樣一只電子表。表的記憶庫中都編有開鎖口令，表內有微型發報機，鎖內則有收報機，所以只要把表靠近鎖就能把房門打開。這種表一旦丟失，中心臺就會立刻向門鎖和計算器下達指令：不要開鎖。

電腦手表。德國在市場上推出一種電腦手表。這種新式手表大小同普通手表無異，但內裝一塊能儲存70個數據組的微芯片，每組20個符號，可以幫助用戶記憶信用卡和支票的密碼，提醒用戶的生日。另外，這種新式手表上還安裝有一組光電二極管，能同計算機進行信息交流。

新型多功能手表。美國泰梅克制表公司與世界上最大的軟件公司合作開發出一種名為“數據鏈”的新型手表。它只需簡單地把它對準計算機屏幕就能與微機聯系，并將數據顯示在與表盤合成一體的液晶顯示器上。使用這種手表的用戶可在他們的微機上輸入和編輯數據，選擇信息，然后將手表表盤在15至30厘米的距離內對準屏幕，信息就可載入表內。

具有電視電話功能的手表。荷蘭飛利浦公司正在研制一種具有電視、移動電話功能的新型手表，它代表了世界上許多高級實驗室正在研制的一種新技術。這種新技術可使手表的主人隨時與未來的信息高速公路相連，隨時與人通話，接收電視節目等。

信息手表。日本精工公司于1994年底推出了一種“信息手表”，它將BP機和調頻收音機合二為一，可以為用戶提供無線尋呼和信息傳遞服務。精工“信息手表”已在美國的洛杉礬等地區得到了應用，售價為80美元，每月須交納2.5美元的新聞服務費和9美元的尋呼服務費。專家預言：因為信息手表能夠充當多種信息的傳遞和處理工具，因此它的出現和普及是信息社會發展的必然。信息手表將是對世紀的大眾化商品。隨著社會的發展，還會有更多形式多樣的信息手表出現，從而更好地造福人類，服務社會。

具有記事本功能的手表。英國環球通信公司發明了一種具有記事本功能的手表，它的外觀和計時功能都如同普通電子表，不同的是它可存貯70條信息，可以記錄電話號碼、約會時間和其它事項，可在設定的約會時間之前發出警告聲，提醒用戶按時赴約。這種手表輸入信息時也需要借助一臺個人電腦和一張特制的軟盤。

人體保健手表。這種手表的功能相當于一個隨身的“保健醫生”，它可以隨時測出人體的血壓、脈搏、體溫以及營養狀況等參數，使人們隨時掌握自己的身體健康狀況，達到防病治病的目的。

總之，由于手表攜帶方便、使用靈巧，因此許多領域的科學家都把目光投在這方寸之地上。隨著微電子技術的不斷發展，手表的種類將會越來越多，我們的生活也將越來越方便、多彩。

功能不凡的小卡片———IC卡

1996年新年伊始，中央電視臺“東方時空”欄目向全國報道了一條讓人興奮的消息：從1996年起，海南省將在全省銀行系統推廣使用通用IC智能卡。并稱，這是我國金融領域的又一次“革命”，它的使用將為我國金融支付手段與世界接軌產生深遠的影響。

代幣化風投基金SPiCE VC公布2022年業績，內部收益率超50%:1月10日消息，完全代幣化的風投基金SPiCE VC宣布了其2022年的業績，即使經濟逆風持續存在，也為其投資者帶來了可觀的回報。SPiCE的內部收益率（IRR）估計了潛在的投資收益率，超過了50%。此外，SPiCE的投資資本倍數（MOIC）增長了6倍，是VC平均MOIC的三倍。SPiCE在四年內為其投資者實現了82%的實收資本分配 (DPI)。[2023/1/11 11:05:13]

如此功效不凡的IC智能卡到底是什么呢？這還得先從它的老前輩———磁卡說起。對于磁卡，我們并不陌生，它已進入了我們的日常生活中，我們打電話用的郵政專用貯值卡，取錢的取款卡，購物消費時用的信用卡基本上都是磁卡。目前，在全國許多大、中城市都可用信用卡購物；許多銀行、儲蓄所都設有一個外形酷似游藝機的自動取款機，用戶用取款卡就可以取到自己所需的現金，非常方便。磁卡按其構造可分為兩種，一種是在外形像一張撲克牌的塑料卡表面粘貼有一條與錄音磁帶相似的磁條卡，目前我們常用的各種信用卡，如“長城卡”、“牡丹卡”等均屬此類；另一種則是在乙烯塑料卡內層涂有一種磁性涂料的磁性卡，人們稱其為PET卡。磁卡的記錄方法與磁帶及計算機用的軟盤等相同，都是采用數字磁記錄。磁卡要完成信息傳遞的任務，就必須通過磁卡讀寫器來完成。磁卡雖然被廣泛用于金融流通、交通、通信、事務管理、民用等眾多領域，但是，由于磁卡存在著存儲容量小、功能弱、安全性差等缺點，不能滿足高速發展的信息社會的需求。隨著超大規模集成電路和大容量存儲芯片技術的發展，國外從80年代開始使用IC卡。有關專家預言，IC卡取代磁卡是社會發展的必然趨勢。

“IC”是英文IntegratedCircuit的縮寫。IC卡即為裝有一個或多個集成電路芯片的塑料卡，所以又稱為電子卡。IC卡又分為存儲卡和智能卡兩種。它們的區別在于：前者未裝微電腦的CPU，因而只有存儲功能；而后者裝有一個形狀大小類似于硬幣的芯片———CPU，它既可以存儲信息，又可以處理信息。由于智能卡具有CPU、存儲器及輸入／輸出等組成部分，因此，一張智能卡可以說就是一臺微小的計算機。

與磁卡相比，IC卡有以下一些優點。

可靠。IC卡是由讀寫設備的接觸頭與卡片上集成電路的接觸點相接觸進行信息讀寫，無任何移動部件，不會出現吃卡、塞卡等現象。另外，IC卡抗干擾能力強，具有防磁、防靜電的功能。

安全。IC卡的所有需保密的信息以及用于安全控制的程序都設置在不可復制的防止外界入侵的存儲區中，從而保證了信息的安全性和保密性。在制作過程中，在卡的內部設立相應的密碼，從而可以有效地防止假冒。除利用對持卡人密碼進行驗證以保證使用安全外，還可以采用生物認證技術進一步增加安全性。例如通過對持卡人的指紋、筆跡、聲音等進行識別來證實卡的有效性。

存儲量大。IC卡的存儲容量一般是磁卡的1000倍以上。通常可存儲3000個字節，現在科學家還準備將它再增加3倍。因此它可以存儲大量的各類信息，可以做到一卡多用。

靈活。IC智能卡可以進行邏輯操作，因而可在不與中心計算機相連的情況下進行安全認證、操作權限認證。此外，用戶可要求修改存儲在IC卡的個人數據資料，查詢剩余額等。

由于IC卡的以上優點，使得它在許多領域都得到了廣泛的應用。其中主要有：

———電子付款：如銀行金融交易卡、電話付費卡、移動電話卡、電視卡、保健卡、公路收費卡等。

———計算機安全控制：實現對非法進入個人計算機和工作站、非法存取磁盤文件及病侵害等問題進行有效的控制及防護。

———電子資料簿：存儲個人、設備或部門的多種信息，并可根據用戶要求對信息進行分級保護。

———身份驗證及人事管理：可用于員工證，對員工的身份進行驗證，還可記錄員工的出勤情況、休假情況和工作業績等信息。

IC存儲卡的使用在國外始于80年代初。IC智能卡的使用始于80年代后期，最先使用它的是法國電信公司，短短十多年，IC卡以驚人的速度得到了長足的發展，給我們的生活帶來了極大的方便。目前，不少IC卡都具有“一卡多能”的特點，比如我國海南省通用的IC卡就同時具有電子錢包、電子存折和電子信用三種功能。在不久的將來，我們只要在口袋里裝幾張薄薄的卡就可以外出了。IC卡將真正使人類實現“一卡在手，走遍天下”的理想。

萬事達卡將推出加密欺詐識別工具Crypto Secure:10月4日消息，萬事達卡 (MA.N) 將于周二推出一款名為 Crypto Secure 的新工具，該工具將幫助銀行識別其支付網絡上與加密交易平臺相關的犯罪行為。

Crypto Secure 由區塊鏈情報公司 CipherTrace 開發，該公司于 2021 年被萬事達卡收購。CipherTrace 將使用復雜的人工智能算法來評估基于區塊鏈和加密交易公共記錄等數據的加密欺詐風險。CipherTrace 總部位于加利福尼亞州門洛帕克，主要幫助企業和官方機構調查涉及加密貨幣的非法交易，其主要競爭對手是 Chainalysis 和 Elliptic。[2022/10/4 18:39:20]

與你同心———心臟起搏器

如果要在人體的各個器官中評“勞模”，那么第一名非心臟莫屬。它一直按照自己特有的節律跳動，伴隨人走完風風雨雨的一生。從科學的角度講，心臟之所以能跳動，是由于心臟位于兩個心房之間的頂端有一個稱為竇房結的結構，它可以發出電信號，信號沿著心房向心室傳導，最后經過一種叫浦肯野氏纖維的組織到達心肌，從而使心肌有節奏地收縮和舒張，形成心臟的搏動。因此，一旦竇房結工作不正常，心房和心室間的心電傳導失靈，就會發生心律失常，出現頭昏。乏力、心慌、突然昏迷、抽搐、心跳驟停等一系列癥狀。對于這類心臟病，既不能手術，藥物治療效果也不滿意，那么，如何攻克這種最危險也是人體最重要部位的疾病呢？

科學家們經過多年研究，根據電流可以引起肌肉收縮的原理，終于制造出了一種隨身的心臟“救護神”———心臟起搏器。

心臟起搏器外形只有火柴盒大小，可以用手術的方法埋在病人的胸部或腰部的皮下組織內，成為病人的“隨身醫生”。起搏器由低頻脈沖發生器、刺激電極和導線、電源等三部分組成。其中振蕩器是心臟起搏器的核心，供心臟跳動的電就由此發出。它以恒定不變的電流向電容器充電，當電壓升高到一定程度時，晶體管構成的開關便自動接通，把電荷放掉，然后再充電，如此周而復始，形成低頻脈沖電流。心臟起搏器有兩個電極，一個由起搏器的外殼代替，一個是埋在心臟內膜的電極導管。心內膜的電極導管把起搏器發出的電流脈沖引到心臟，從而幫助心臟有規律地跳動。

心臟起搏器雖然個頭小，結構卻十分復雜，具有很高的技術性能和工藝要求。它采用了先進的集成電路工藝和鋰系列電池。鋰電池的能量密度高，自放電很少，可以全密封，無漏液、脹氣現象，它體積小，重量輕，可以在體內使用10年，甚至可以成為終生能源。它的外殼由化學性能穩定又不受人體排斥的稀有金屬鈦制成，重量輕，密封性好，可以保證電路不受腐蝕。起搏器的電導管則是由光滑無，對人體親和力好的生物材料制成的，可以與人體器官和睦相處。

心臟起搏器經過多年發展，已經形成了固定頻率起搏器、心房同步型起搏器、心室同步型起搏器、房室順序型起搏器、全自動型起搏器及程序控制起搏器等多種品種系列。目前臨床使用最多的是按需型和多功能型起搏器。按需型是一種當心律失常時它就工作，心律恢復正常后就停止輸電的起搏器，它可以大大節約用電，延長使用時間。多功能型起搏器可以借助體外的自動控制裝置，根據不同人的心律對電流的敏感程度，及時調整起搏脈沖的頻率和幅度，使心律自動調節。除此之外，人們正在研制微電腦起搏器，這種起搏器可以隨病人的情緒、體溫、血液循環等情況的變化而自動調節，它的起搏脈沖與心臟自然起搏過程非常相似，從而使病人感覺更舒服。

早期的靜電研究

1660年左右，德國馬德堡市的市長格里克創制了一種機械裝置，可以連續摩擦生電。他取一只兒童腦袋一般大的圓形玻璃燒瓶，把碎硫磺放進瓶里，一起加熱，使硫磺融溶，在加熱過程中不斷加硫磺，最后，瓶里充滿融化了的硫磺。再插入一根木柄，等硫磺冷卻后，打破玻璃，得到一個漂亮對稱的硫磺球。他把硫磺球支在木架上，讓硫磺球轉動，同時把一只手按在球上摩擦，于是硫磺球就會顯示地球吸引萬物的特性。另外一張圖實驗者正舉著帶電的硫磺球，球體移到哪里，那里一切輕質物體都受到吸引。紙片、羽毛紛紛朝它飛來，水珠滾動，枯葉搖晃。手指靠近，閃光、爆破聲，與雷電無異。

英國奢侈品牌Burberry在Roblox上推出虛擬手袋:金色財經消息，英國奢侈品牌Burberry表示，它已在社交游戲平臺Roblox上推出了虛擬手袋，其靈感來自該品牌的一個實體手袋設計。Roblox上的社區成員可以購買并使用這些手袋來裝扮他們的化身。據悉，這些虛擬手袋的價格只有幾美元，以平臺貨幣Robux支付，而實體包的售價超過1000美元。此外，每個手包都有一個專屬表情，即化身在Roblox上可以執行的動作，如懸浮或跳舞。這些手袋是與數字時尚設計師SamuelJordan合作創建的，他在22歲時就已在該平臺上銷售了超過2500萬件自己的作品。（The Block）[2022/7/13 2:10:28]

為什么格里克會想到做一個旋轉的硫磺球來做實驗呢？原來他并不是單純為了演示電現象，而是為了證明地球吸引力乃是某種“星際的精氣”，他曾做過許多真空實驗，也和這個總目標有關。著名的馬德堡半球實驗就是他在1654年做的，在這個實驗中，他演示了抽空的兩個半球在大氣壓的作用下用十六匹馬也沒有拉開。

格里克的硫磺球實驗確實模擬了地球的吸引作用，甚至他還顯示了硫磺球的引力比地球吸引力大。然而，他也發現兩者有不同之處。在硫磺球周圍，也會有物體被排斥，羽毛在硫磺球和地板之間會上下跳動。格里克開始領悟到，重力并不能歸結于電力，它們各有特點。接著，格里克又做了許多電學實驗，其中包括電的傳導和靜電感應，可惜沒有得到別人的重視。

格里克發明摩擦起電機的消息和他的真空泵一起在歐洲各國傳開了。人們竟相仿制并改進他的起電機。人們發現，格里克的摩擦起電機其實不必把玻璃瓶打碎，甚至不用硫磺，直接用玻璃瓶就可以做實驗。很多人對電感興趣，有的是為了研究電的性質，有的則是用于表演魔術，讓王宮貴族取樂。但是人們在有意無意的探索活動中，逐漸摸清了電的性質。

牛頓對電學也很感興趣。1675年他用玻璃球起電機研究了電的吸力和斥力、火花放電等現象。1703年12月5日，英國皇家學會熱鬧非凡，這一天他們有兩件新鮮。事。一件是牛頓就任皇家學會主席，一件是牛頓任命他的助手豪克斯比咀任實驗師，牛頓希望在皇家學會提倡實驗，恢復實驗風氣。豪克斯比當眾表演了精彩的真空放電實驗。他用摩擦起乞機使真空發出輝光，說明真空也會產生電的現象。

進一步，豪克斯比還用棉線顯示了電力，演示了“電風”。他做了一塊玻璃圓柱體，長7英寸，直徑也為7英寸，周圍是一根木箍，上面等距離地連著許多條棉線，當他旋轉并摩擦圓柱體時，棉線沿半徑方向伸直，趨向一個中心。豪克斯比沒有忘記他的恩師，他把這一事實聯系到牛頓的宇宙學說，解釋說：這些線條就像是受到了重力，沿直線方向吸向中心。

1720年，又有一位英國人格雷，他對電的傳導進行了研究，發現摩擦過的玻璃棒所帶的電可以轉移到木塞上，再經細繩傳到20米以外的骨質小球。他還讓一個小孩做人體帶電試驗。他用絲繩把小孩吊在頂篷下，在小孩身下放許多輕質物體，例如羽毛之類。然后將摩擦過的玻璃管接觸小孩腿部，結果小孩的手和頭部都能吸引羽毛。

格雷通過實驗，發現了電的傳導性，而且分清了導體與絕緣體。

下一步進展是法國的杜菲作出的。格雷的實驗引起了他很大的興趣，他總結了前人的經驗，提出了許多問題，例如：

1.是不是所有物體都可以靠摩擦帶電，電是不是物質的普遍屬性？

2.是不是所有物體當接解或靠近帶電體時都可以獲得電？

3.哪些物體會使電的傳遞停滯，哪些利于電的傳遞？哪些物體最容易被帶電體吸引？

4.斥力和吸力之間有什么關系？它們之間是否有聯系，抑或是完全獨立的？

5.在虛空處在壓縮空氣中，在高溫下，電的強度是增還是減？

6.電和產生光的能力之間有什么關系？這一關系可以得出什么結論？

為了解答這些問題，杜菲進行了一系列實驗。他首先發。現能夠帶電的不僅限于琥珀之類的物品，任何東西，包括金屬都可以帶電，于是糾正了前人將物體分為“電的”，和“非電的”兩類的做法。為了證實一切物體都可以帶電，杜菲以自己的身軀做實驗。他讓助手用繩子把自己懸吊在天花板上，然后帶上電；當另一個人接近他時，從他身上發出電火花，產生噼噼啪啪的聲響。

杜菲最大的貢獻是分清兩種電。他把兩小塊軟木包上金箔，用絲線懸掛在天花板下，取一玻璃棒，用絲綢摩擦后，分別接觸這兩塊軟木，結果軟木互相排斥。他又做了一個實驗，取一松香棒，用羊皮摩擦后接觸一軟木，而用絲綢摩擦后的玻璃棒接觸另一軟木，結果發現兩塊軟木互相吸引。他再用其他許多材料繼續實驗，發現有的相互吸引，有的互相排斥。于是杜菲認定電有兩種。他把玻璃產生的電稱為“玻璃電”，松香產生的電叫“松香電”。

萊頓瓶的發明使電學研究又上了一個臺階。1745年，德國的克萊斯特做了一個實驗。他用鐵釘把電通到窄口藥瓶中，瓶中盛水，瓶子與其他物體絕緣。原來他是想把電存在水中。讀者也許會覺得他的想法太幼稚，請不要譏笑他，原始的觀念往往導致科學的重大發明，克萊斯特試驗果然有一定效果，他再用鐵釘將瓶內的水和外界接通時，出現了強烈的放電現象。

克萊斯特沒有放過這一現象，而是進一步尋找儲存電的規律。他發現，瓶口及外表面必須干燥；如果瓶里裝的是水銀或酒精，效果更好。

克萊斯特把這一發現寫信告訴了好幾位友人，他們都回信說重復做了實驗卻沒有能夠得到同樣的結果，原來克萊斯特在信中少說了一句話：實驗者在用釘子通電時，要手持瓶子的外表面，人站在地上。由于這個原因，克萊斯特的發現沒有引起注意。

與時同時，另外有一位實驗家在荷蘭也做了類似的實驗。他是萊頓大學物理學教授穆欣布羅克。他把金屬槍管懸掛在空中，與起電機聯接，另從槍管引出一根銅線，浸入盛水的玻璃瓶中，助手一只手拿著玻璃瓶，穆欣布羅克在一旁搖摩擦起電機。正在這時，助手無意識地將另一只手碰到槍管，頓時感到電擊。于是穆欣布羅克自己來拿瓶子，當他一只手碰到槍管時，果然也遭到強烈電擊。

穆欣布羅克不久寫信給友人，信中寫道：“蒙上帝憐憫，我才免于一死。我就是為法蘭西王國也不愿再冒這個險了。”信中他詳細描述了實驗的條件，所用器材和人的姿勢。寫得如此真切，令有冒險精神的讀者無不躍躍欲試。后來這封信公開發表。許多人重復了萊頓的實驗，萊頓瓶也由此得名。

在用萊頓瓶做試驗的人當中，有一位法國電學實驗家叫諾勒特最出色。他改進了萊頓瓶，大大提高了電的容量。1748年他在巴黎讓二百多名僧人在巴黎修道院前手拉手排成圓圈，讓領頭的和排尾的手握萊頓瓶的引線，當萊頓瓶放電時，幾百僧人同時跳起來，使在場的貴族們無不目瞪口呆。諾勒特組織的表演使電的聲威達到了高潮。

萊頓瓶的神奇不脛而走，消息傳到了美利堅合眾國，又引出一番轟轟烈烈韻情景，這時有一位有名的人物做了許多實驗。他就是美國駐英大使富蘭克林。

富蘭克林的發現

1746年，在美國波士頓舉行的電學實驗講演會上，有一位聽眾入神地聽著萊頓瓶實驗的故事，他就是富蘭克林，這時已40歲。他是美國著名的活動家和外交家，原先當過印刷學徒工，自學成才，對自然科學很有興趣，但直到40多歲，才有工夫從事電學研究。

他第一個提出電荷概念，用數學上的正負概念來表示兩種電荷的性質，并且通過實驗確定電荷守恒定律。大家都知道，避雷針是富蘭克林的一項重大發明，由于有了避雷針，人類避免了許多自然災害。富蘭克林這項研究成果，不僅對電學的發展有重大意義，而且有助于破除人們對自然的迷信，了解雷電的真實性質。

自古以來，天電、地電互不相關，地面上人們已經進行了許多實驗，對電的性質已有了解，但天上的雷電卻仍是神秘莫測。到18世紀葉葉，不少人認為閃電和電火花類似。富蘭克林也和他們一樣，通過對此說明兩者的相似性，不過富蘭克林的認識比別人深刻，例如：他在一封書信中列舉了十二條：

“電流體與閃電在如下特點上一致：發光；光的顏色；彎曲的方向；快速運動；被金屬傳導；爆發時有霹靂聲或噪聲；在水中或冰中仍能維持；劈開它所通過的物體；殺死動物；熔化金屬；使易燃物燃燒；硫磺氣味。”然而他又認為，僅僅靠對比，還不足以作出科學論斷。要確證天電、地電的一致性，最好的證據是捉住天電，也就是把天電引到地面上來做對比實驗。為此他提出了一個方案，在高處安一崗亭，利用尖端把低云掠過時所帶的電引到地面上來。

第一個按照富蘭克林建議進行實驗的是法國的達里巴爾德。他在巴黎近郊馬里村的高地上建造了一所崗亭，崗亭上樹立起高44英尺的鐵桿。1752年5月10日，黑云壓天，雷雨將臨，達里巴爾德和他的同事成功地把天電引進了萊頓瓶。5月13日，他向法國科學院報告了這一實驗，并且說，實驗的成功不但證明了閃電和電的等同性，還表明可以利用富蘭克林的方法保護房屋建筑免遭雷擊。

從此，到處都在重復金屬尖端做避雷器的試驗。富蘭克林則認為，巴黎實驗用的鐵桿還不夠高，難以證明電是從云端引下來的，一個新的思想掠過他的腦海，何不用風箏把天電引下來做試驗呢？于是，他用兩根輕的杉木條做成小十字架，把絲綢手帕蒙上，扎好。取一根尖細鐵絲固定在十字架的一頭，伸出一尺多長，拴上牽風箏的亞麻繩，亞麻繩的下端接絲綢帶，在接頭處掛一把鑰匙。在他兒子的陪同下，把風箏放上天，只等雷雨天氣的到來。1752年10月19日，他在給友人柯林孫的信中描述了實驗的情況。由于雨水打濕了風箏和牽引風箏的亞麻繩，云層中的電沿濕繩傳到萊頓瓶里。等雨過后，拆下萊頓瓶，再按通常的方法使萊頓瓶放電，放出的電跟用摩擦起電機產生的電毫無兩樣。富蘭克林寫道：“由此即可完全證明電物質和閃電純屬同一回事。”

富蘭克林還做過一個有名的金屬桶實驗，目的是設法從帶電的金屬桶內取出電來，他用木髓球與金屬桶的內表面接觸，看木髓球是否帶電，可是無論如何都無法使木髓球帶電。富蘭克林只好寫信給他的英國朋友請教，這一請教，竟導致了一個新定律的發現。這個新定律甚至奠定了電學的基礎。這就是所謂的庫侖定律。

能裝電的瓶子

17世紀中葉，根據摩擦起電的道理，人們制造了能夠攜帶大量電荷的靜電起電機。但是那時人們還不知道怎樣保存電荷，每次用電時都使用靜電起電機起電，很不方便。這時，有的人就在思考：糧食可以裝在麻袋里，水可以裝在水桶里，電是看不見、摸不著的東西，能不能也想個什么辦法把它裝起來呢？

1745年，荷蘭萊頓大學的馬森布羅克在做電學實驗的時候，無意中把一根帶電的鐵釘放在了玻璃瓶里。不一會兒，當他要把鐵釘取出來時，一手拿著瓶子，另一個手剛觸及到鐵釘，意外地感受到了電的刺激。馬森布羅克又重復實驗了多次，每次都有這樣的感覺。后來，他把起電機攜帶的電荷用金屬線引出來，通進一個玻璃瓶子里。當把起電機拿走以后，他一手握瓶、一手觸及金屬線時，竟然受到了更加強烈的電刺激，他說“手臂和身體產生了一種無法形容的恐怖感覺，我以為自己的命要沒了”。

不久，馬森布羅克公布了自己這個意外的發現：把帶電的物體放進玻璃瓶里，就可以把電保存起來。多少年來，有多少人為找存放電荷的方法冥思苦想沒有成功，而馬森布羅克卻在無意中解決了這個難題。這真是“有心栽花花不開，無意插柳柳成陰”。

馬森布羅克的發現，誕生了電學史上第一個保存電荷的容器。它是一個玻璃瓶，瓶里瓶外分別貼有錫箔，瓶里的錫箔通過金屬鏈跟金屬棒連接，棒的上端是一個金屬球，露在瓶的外面。由于這個裝置是在萊頓城首先制成的，所以叫做萊頓瓶。

萊頓瓶充電時，讓帶電體跟萊頓瓶上的金屬球接觸，瓶里的錫箔會通過金屬鏈帶上與帶電體同性的電荷。由于靜電感應的原因，在瓶外錫箔的內表面將出現與瓶里錫箔異性的電荷，而瓶外錫箔的外表面將出現與瓶里錫箔同性的電荷。田接地的導線與瓶外錫箔的外表面接觸就可以把外表面的電荷引入大地，再把這個導線撤去，這樣就使瓶外錫箔內表面的電荷保留了下來。然后將帶電體撤走以后，瓶里錫箔所帶的電荷就可以保留一段比較長的時間了。

如果我們用一個有絕緣把的金屬叉，使它的一端接觸萊頓瓶外的錫箔，另一端靠近金屬球，這時就會出現電火花。這就是里外錫箔的異性電荷發生的中和放電現象。在放電以后，萊頓瓶上就不再帶有電荷了。

直到今天，萊頓瓶作為最簡單的貯電容器，仍然是電學實驗中的一種重要的儀器。后來，在萊頓瓶基礎上發展起來的電容器，廣泛應用在無線電技術的各個方面，成為發展現代科學技術不可缺少的電器元件。

神奇的電流效應

誰都沒有直接看見過電流，但是誰都知道日常生活中許多東西離開了電不行，都知道電的威力強大無比，這就涉及到電流的各種效應，有些效應還奇特得令人難以想象。現在，我們就簡單談談這方面的情況。

我們先談談電流的熱效應。1800年，伏打電池發明以后，人們發現電流通過導體時，導體會發熱，這就是電流的熱效應。它和哪些因素有關呢？第一個用實驗揭開這個秘密，并且做出精確的定量計算的，是英國青年物理學家焦耳。1840年，22歲的焦耳做了通電導體發熱的實驗，他巧妙地設計了實驗裝置，把通電的電阻絲放在純凈的水中，用電阻絲產生的熱量使水升高溫度，溫度升多少由溫度計測出。焦耳廢寢忘食地進行實驗，終于發現了一個重要的規律：電流通過導體放出的熱量，跟電流強度的平方、導體的電阻、通電時間三者成正比。1842年，俄國物理學家楞次也獨立地發現了這一定律，這就是焦耳—楞次定律的由來。

電流熱效應有著廣泛的應用。大家所熟悉的電爐、電烙鐵、電熨斗、電烤箱、電熱器等各種電熱設備，都是以焦耳定律作為理論依據設計的。電流熱效應還被用來焊接金屬，爆破時引發炸藥，軍事上引爆地雷，現代養雞場里用來孵化小雞，科學實驗中熱恒溫箱，電熱保暖服等。但也應注意，電流熱效應有時也會帶來危害，比如燒壞器件，甚至引起火災和人員傷亡。為了防止這些危害，人們已經能有效地采取冷卻措施和保險措施，保證了人員和設備的安全。

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