电如何走进生活

作者: ${content.author} 时间:2021-09-13 浏览量:2,322

电作为一种自然现象,远远比生命的出现得早。2500年前,古希腊的塞利斯发现,用毛皮摩擦琥珀能吸引像绒毛,麦秆等轻小的东西。当时人们无法解释这一现象,认为是一种神力。“电”这一词就是从古希腊文“琥珀”演变而来的。那我们用的电是怎么被发现呢?又是怎么走进我们的生活的呢?我们通过几个展项来了解一下电的发展史。

我要介绍的第一件展品是手蓄电池。我们可以看到,这个展品有两张手型的金属板,它们分别是金属铝和铜做成的,中间连接了一块电流表。当我们把双手分别放到两块金属板上,神奇的现象发生了!你会发现电流表指针发生了偏转,这说明有电流通过。但当我们单手或双手放到同一块金属板上时,并不会发生以上现象。这是因为手上的汗液与金属板之间发生了化学反应。由于铝比铜要活泼,所以铝容易失去外层电子,电子会通过导线经过电流表流向铜板,电子的定向移动就形成了电流。

这一现象最早被意大利的解剖学家伽伐尼率先发现。伽伐尼在解剖青蛙时用不同的金属器械触碰青蛙腿,青蛙腿发生了抽搐。他对此产生了浓厚的兴趣,并做了大量实验力图解开其中的奥秘。但最后伽伐尼错误地认为这是一种“动物电”现象。同时期的意大利科学家伏打并不认同他的结论,他认为电存在于金属之中,是由于金属与某种潮湿的东西接触才发生的,两种明显不同的意见引起科学界的争论,争论的结果是伏打占了优势。伏打依此理论发明了著名的“伏打电堆”,这是由一系列的圆形锌片和银片相互交迭而成的装置,每一对锌片和银片之间,用一种在盐水或其他导电溶液中浸泡的纸板隔开,由于不同金属有电势差就构成了电流回路,我们的展品“手蓄电池”就是基于这个原理,并且我们现在用的干电池也是一种伏打电堆  。

“伏打电堆”的发明为后来的电流磁效应的应用开创了前景,并很快成为进行电磁学和化学研究的有力工具。我们辅导的第二件展品就是这件“通电线圈与磁力线”。当我们按下按钮时,大家请观察小磁针的变化。小磁针发生了偏转,这说明通电线圈产生了磁场。并且电流方向的变化会改变磁场的方向,这便是电流的磁效应。1820年,著名的丹麦科学家奥斯特发现,当导线与电池连接时,靠近导线的指南针会发生偏转,并且两者之间存在直接关系。奥斯特使用的电池正是“伏打电堆” ,但奥斯特无法解释这种现象,很快安培通过实验揭开了其中的奥秘。他重复了奥斯特的实验,并发现了电流的方向和磁场的关系。力作用的大小与电流的大小、导线的长度相关。为了方便学生了记忆,安培提出了著名的“右手定则”,即如果为导线通电,四指紧握拇指伸直,大拇指代表了电流的方向,而四指则为磁场的方向。同样,如果通电的是螺旋线圈,那四指代表电流的方向,拇指代表磁场的方向,也就是说磁场与电场方向始终是垂直的。所以,展品中的螺旋线圈安培的研究开创了电动力学的新纪元,为发电机和电动机的发明提供了理论基础。  

当年奥斯特的发现电流磁效应的新闻引起了引起了法拉第对电磁学的极大兴趣。法拉第想要解决的问题是:通电线圈可以产生磁场,那反过来,磁场是否也能产生电流呢?法拉第进一步发现,当把普通的条形磁铁在线圈中拿进拿出时,只要磁铁在线圈中移动就会产生电流。知道了这些,我再来看下第三件展项“线圈中的磁铁”,它真实地还原了法拉第的伟大发现。当我们利用手轮转动磁铁会发生什么?展品产生了电流,当我们用手柄推动磁铁,将磁铁完全置于线圈中,对比下前后的不同,我们会发现这样产生电流的效果更理想。总结起来,导体均匀地在磁场中切割磁力线会产生电流,这就是“电磁感应”原理。

为了这个想法得到证实,法拉第进行了艰苦的实验,最初他的想法是将磁铁放在螺旋线管中而产生电流,但是没有获得成功。1831年他发现。只有磁铁插入或者拔出螺线管的过程中才会产生电流,在螺线管中静止不动时,没有电流产生。法拉第终于明白,只有在运动和变化的过程中,磁铁才能产生电流。也就是说闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体就会产生电流,这就是著名的电磁感应定律,根据安培的右手螺旋定则,就可以确定电流的方向。法拉第发现了电磁感应定律并制造了第一台发电机的原型。1832年,法国人毕克西受启发发明了世界第一台手摇式直流发电机,之后的几十年的时间里,发电机得到了不断的改进,性能优良的发电机得到了应用,这也标志着人类开始进入了电气时代。

进入20世纪以来,电能已经充分渗透到了工业生产、社会生活的各个方面。电气化也曾经被看成是人类最理想化的生活形态。同时我们也要看到,科学的发展经历了不同时期,是通过不同科学家努利钻研才完成的,这是一个不断总结前人经验又不断创新的过程。希望通过今天的辅导,大家不仅能学到科学知识,更要体会到科学史中体现的科学精神,发扬科学家大胆假设、小心求证的科学方法,将来用你们的智慧服务社会、改变未来。

 


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