科学手抄报
如今，无论人类生活、科技活动、物质生产活动都离不开电。随着科学技术的发展，一些具有专门知识的研究内容逐渐独立出来，形成专门学科，如电子学、电工学等。电学又称电磁学，是物理学中具有重要意义的基础学科。
电学的基本内容
电学研究的内容主要有静电、静磁学、电磁场、电路、电磁效应和电磁测量。
静电学是研究静电荷产生的电场及其对电荷作用规律的学科。电荷只有两种，叫做正电荷和负电荷。同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。电荷遵守电荷守恒定律。电荷可以从一个物体转移到另一个物体，电荷的代数和在任何物理过程中都保持不变。所谓带电，不过是正负电荷的分离或转移；所谓电荷消失，不过是正负电荷的中和。
静电荷间的相互作用力符合库仑定律:真空中两个静点电荷间相互作用力的大小与它们的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比；力的方向是沿着它们之间的线，相同符号的电荷相斥，不同符号的电荷相吸。
电荷之间的相互作用是通过电荷产生的电场的相互作用来实现的。电荷产生的电场用电场强度(简称场强)来描述。空间中某一点的电场强度由该点正单位探针电荷的电场力定义，电场强度遵循场强叠加原理。
普通物质根据其导电性的不同可以分为两种情况:导体和绝缘体。导体中有可移动的自由电荷；绝缘体，也称为电介质，只包含束缚电荷。
在电场的作用下，导体中的自由电荷会运动。当导体成分和温度均匀时，达到静电平衡的条件是导体内部电场强度处处等于零。根据这个条件，可以导出导体静电平衡的一些性质。
静磁学是研究电流稳定时产生的磁场以及磁场对电流的作用力的学科。
电荷的定向流动形成电流。电流之间存在磁相互作用，这种磁相互作用是通过磁场来传递的，即电流在其周围的空间中产生磁场，磁场对置于其中的电流施加作用力。电流产生的磁场用磁感应强度来描述。
麦克斯韦方程描述了电磁场的普遍规律。它与物质的介质方程、洛仑兹力公式和电荷守恒定律相结合，从原理上可以解决各种宏观电动力学问题。
从麦克斯韦方程组推导出的一个重要结果是，存在电磁波，变化的电磁场以电磁波的形式传播。电磁波在真空中的传播速度等于光速。这也说明了光也是一种电磁波。
电路，包括DC电路和交流电路，都是电的一部分。DC电路研究恒流条件下的电路规律和性质；交流电路研究电流周期性变化条件下的电路规律和性质。
直流通路由导体(或导线)连接而成，导体具有一定的电阻。在稳态条件下，电流不随时间变化，电场不随时间变化。
根据稳恒电场的性质、导电的基本定律和电动势的概念，可以推导出DC电路的各种实用定律:欧姆定律、基尔霍夫电路定律，以及解决复杂电路的一些有效而简单的定理:等效源定理、叠加定理、互易定理、对偶定理等。这些实用的规律和定理构成了电路计算的理论基础。
有电磁感应和位移电流，有电磁波。
电磁效应物质中的电效应是电学与其他物理学科(甚至是非物理学科)的纽带。物质中的电效应有很多种，其中很多已经成为或正在逐渐发展成为专门的研究领域。例如:
电致伸缩、压电效应(介电晶体受机械压力产生的电学和电学性质)和逆压电效应、塞贝克效应、珀耳帖效应(在两种不同金属或半导体的接合处，电流按某一方向通过时放出热量，电流反向时吸收热量)、汤姆逊效应(金属导体或半导体内保持温度梯度，电流按某一方向通过时放出热量，电流反向时吸收热量)， 热敏电阻(半导体材料中的电阻随温度敏感变化)、光敏电阻(半导体材料中的电阻随光照敏感变化)、光伏效应(半导体材料因光照产生的电位差)等等。
对各种电效应的研究有助于理解物质的结构和发生在物质中的基本过程。此外，在技术上，它们也是实现能量转换和非电测量的基础。
电磁测量也是电学的一个组成部分。测量技术的发展与该学科的理论发展密切相关，理论发展促进了测量技术的提高；测量技术的进步在新的基础上验证理论，促进新理论的发现。
电磁测量包括所有电磁量和其他相关量(交流电的频率和相角等)的测量。).各种专用仪器(电流表、电压表、欧姆表、磁场计等。)和测量电路，可满足各种电磁量的测量。
电磁测量的另一个重要方面是非电量(长度、速度、变形、力、温度、光强、成分等)的电测量。).其主要原理是利用电磁量与非电量的相关性的某种效应，将非电量的测量转化为电磁量的测量。由于电测量具有精度高、量程大、惯性小、操作简单、遥测距离远、测量技术自动化等一系列优点，非电测量不断发展。
电力的其他分支
磁学、电学、电动力学
物理学的其他分支
物理学、力学、热学、光学、声学、电磁学、核物理、固体物理概述。
电力发展史
1.公元前的琥珀和磁铁
希腊七贤中有一位哲学家叫泰勒斯。公元前600年前后，泰勒斯看到明朝希腊人通过摩擦琥珀吸引羽毛，用磁性钱矿石吸引铁片的现象，一度思考原因。据说他的解释是:“万物有灵。磁吸铁，故磁有灵。”这里说的“磁性”就是磁铁矿。
希腊人称琥珀为“elektron”(与英语“电”谐音)。他们从波罗的海沿岸进口琥珀来制作手镯和珠宝。当时的珠宝商也知道搓琥珀可以吸引羽毛，但他们认为这是神灵或魔法的作用。
在东方，中国人早在公元前2500年左右就有了关于磁铁的自然知识。据《鲁春秋》记载，中国在公元前1000年左右就有了指南针，他们在古代用磁针辨别方向。
2.磁性和静电
所谓的摩擦起电在公元前只被认为是一种现象。长期以来，对这一现象的认识一直没有进展。
自13以来，指南针一直用于导航。当时的指南针是将针状的磁铁矿放入稻草中，使其漂浮在水面上。14世纪初，用绳子悬挂磁针制成了航海罗盘。
这种罗盘在1492年哥伦布发现美洲新大陆和1519年麦哲伦发现绕地球航线中发挥了重要作用。
(1)磁性、静电和吉尔伯特
英国人吉尔伯特是伊丽莎白女王的医生。当他是医生时，他也研究磁学。他总结了多年的磁学实验成果，于1600年出版了《论磁学》一书。该书指出地球本身就是一块大磁铁，并阐述了指南针的磁倾角。
吉尔伯特还研究了摩擦琥珀吸引羽毛的现象，指出这种现象不仅存在于琥珀中，还存在于硫磺、毛皮、陶瓷、蜡、纸、丝绸、金属、橡胶等摩擦起电物质中。当这一系列中的两种物质相互摩擦时，该系列前面的物质将带正电，后面的物质带负电。
当时主要的研究方法是思维，他主张真正的研究要以实验为基础。他提出了这个想法，并付诸实践。在这一点上，吉尔伯特可以说是现代科学研究方法的先驱。
(2)雷电和静电
在公元前的中国，打雷被认为是天意。据说有五位神仙掌管雷电。他们的长辈叫雷祖，雷祖下面是雷公和电母。雷的意思是雷公在天上敲鼓，闪电的意思是电母用两面镜子把光射到下面的世界。
到了亚里士多德时代，它更科学了。人们认为，打雷的发生是由于地球上水汽上升，形成雷雨云，遇到冷空气凝结成雷暴，并伴有强光。
是一个英国人认为打雷是静电，那是在1708。1748年，富兰克林基于同样的认识设计了避雷针。
有什么方法可以收集这种静电？这个问题被很多科学家思考过。1746年，莱顿大学教授苗森·布鲁克发明了一种储存静电的瓶子，后来成为著名的“莱顿瓶”。
苗森布鲁克本来想把电装进瓶子里就像水装进瓶子里一样。他先把瓶子装满水，然后用一根铁丝把擦玻璃棒放进水里。就在他的手碰到瓶子和棍子的时候，他被重重地“电击”了一下。据说他曾经说过:“我不想再做这个可怕的实验了，哪怕是国王下令。”
富兰克林想把电储存在莱顿瓶里。1752年6月，他做了一个实验，把风筝放在雷雨云里。结果发现雷雨云有时带正电，有时带负电。这个风筝实验很有名，很多科学家都很感兴趣，纷纷效仿。1753年7月，俄罗斯科学家李奇曼在实验中不幸触电身亡。
意大利帕维亚伏打大学教授通过对各种金属的实验，证明了锌、铅、锡、铁、铜、银、金、石墨是一个金属电压系列。当该系列中的两种金属相互接触时，该系列中前排的金属带正电，后排的金属带负电。他将铜和锌作为两个电极放入稀硫酸中，从而发明了伏打电池。电压单位“伏特”就是以他的名字命名的。
19世纪初，正是法国大革命之后，拿破仑进入时代。拿破仑从意大利回来，1801年，伏打被叫到巴黎做电学实验，伏打被拿破仑授予金质奖章和Legino-Donoll奖章。
(3)光电池的利用和电磁学的发展。
伏打电池发明后，各国都用这种电池进行了各种实验和研究。德国进行电解水的研究，英国化学家大卫将2000个伏打电池连接在一起，进行了电弧放电实验。大卫的实验是在正负电极上安装木炭，调节电极之间的距离，使其放电并发出强光。这是用电照明的开始。
1820丹麦哥本哈根大学教授奥斯特在一篇论文中发表了他的发现:当一根磁针放在连接伏打电池的导线旁边时，磁针会立即偏转。
俄罗斯Sillinger看了这篇论文。他把线圈和磁针结合在一起，发明了电报(1831)，可以说是电报的开端。
后来法国的安培发现了关于电流周围磁场方向的安培定律(1820)，法拉第发现了划时代的电磁感应现象(1831)，电磁学迅速发展。
另一方面，对电路的研究也在发展。欧姆发现了关于电阻的欧姆定律(1826)，基尔霍夫发现了关于电路网络的定律(1849)，从而建立了电工学。
3.有线通信的历史
有人说科技发展是因为军事需要，这有一定的历史事实。
害怕拿破仑进攻，英国用桁架通信机向己方部队报告法军动向。瑞典、德国、俄罗斯等国也建立了由这种通信机组成的通信网络用于军事目的，据说都投入了巨额预算。
把这种通信机器改造成电通信方式的想法，大概就是有线通信的开始。
(2)莫尔斯电报机
1837年，莫尔斯电报机在美国研制成功，发明者是以莫尔斯电码闻名的莫尔斯。莫尔斯电码是一种由点和破折号编码的信号。
莫尔斯最初想成为一名画家，所以他在伦敦学习。1815年，他在回美国的船上听了波士顿大学教授杰克逊关于电报的一次演讲，摩尔斯电码和电报的想法由此产生。为了铺设电报线路，莫尔斯成立了电磁电报公司，并于1846开通了纽约-波士顿、费城-匹兹堡、多伦多-布法罗-纽约之间的电报业务。
莫尔斯的事业非常成功，于是他在美国各地创办了电报公司，电报业务逐渐扩大。
1846年，莫尔斯电报机配备了音频接收器，使用起来更加方便。
(3)电话和交换机
1876 2月14日，两位美国发明家贝尔和格雷分别提交了他们的电话专利申请。Bell的申请和Bigret的申请提前了两个小时到达，因此Bell获得了专利权。
1878年，贝尔成立电话公司，制造电话，全力发展电话业。
自从电话业务发展以来，交换机一直肩负着重要的任务。1877左右的道岔称为召唤道岔。当一个操作员收到一个呼叫请求时，他把这个呼叫交给另一个操作员。
后来经过反复改进，开发了框图开关，再后来开发了自动切换模式(1879)。
1891，史端乔自动交换机研制成功。至此，实现了自动交换的愿望。之后继续研究，经过几个阶段才达到现在的电子交易所。
(4)海底通信电缆
随着陆地通信网络的完善，人们开始考虑在海底铺设通信电缆，实现隔海国家之间的通信。1840左右，惠斯通已经考虑过海底电缆的问题。
海底电缆有许多问题需要解决。电缆的机械强度、绝缘和敷设方式与陆上电缆不同。
1845年，海峡海底电报公司成立，开始了从英国到加拿大，跨越多佛海峡到法国的海底电缆铺设工程。
海底电缆铺设遇到过断缆等重大问题，但铺设海底电缆是时代的要求，各国都有所贡献。
1851年，铺设了最早的加莱-多佛海底电缆，成功实现了通信。借此机会，在欧洲和美国东部铺设了许多电缆。
现在，世界上的海洋布满了通讯电缆。
4.无线通信的历史
来自世界任何地方的信息都可以在电视上显示出来，电视是通过无线电波带给我们的。
最早的无线电波实验是德国的赫兹在1888年进行的。赫兹通过实验发现，电波和光一样，有线性传播、反射和折射。
频率单位赫兹来自他的名字。
(1)马可尼的无线电设备
意大利人马可尼在杂志上看到关于赫兹实验的文章，于1895年研制出最早的无线电装置，并利用该装置在相距约3公里的地方进行了莫尔斯电码通信实验。他想到把无线通信做成企业，于是成立了无线电报信号公司。
虽然马可尼在无线通信领域取得了许多成功，但他在纽芬兰设立无线电报局的意图却因为与海底电缆公司的利益冲突而遭到反对，马可尼的反对者也不在少数。
(2)无线电话
如果不是莫尔斯信号而是人类语言，那就需要一个载波来承载信号。载波必须是高频波。
1906年，美国通用电气(GE)公司的alexanderson制作了80KHZ高频信号发生器，并首次成功进行了无线电话实验。
为了通过无线电话传输语音并收听它，必须具有用于传输的高频信号发生器和用于接收的检测器。费森登设计了一种多差接收机，并在1913中测试成功。
Dader设计了一种接收器，以保尔森电弧发射器为发射装置，以电解检测器为接收装置。当时由于使用火花振荡器，噪音很大，实验阶段是成功的，但离实用化还很远。
为了使产生的无线电波稳定，接收的噪声小，我们不得不等待电子管的出现。
(3)二极管和三极管
1903年，爱迪生发现从灯泡的热丝中飞溅出来的电子熏黑了灯泡的一部分。这种现象被称为爱迪生效应。
1904年，弗莱明受爱迪生效应的启发，做了一个二极管，用于探测。
1907，美国D。福里斯特在二极管的阳极和阴极之间增加了一个叫做栅极的电极，发明了三极管。
这种晶体管可以用来放大信号电压，也可以配合适当的反馈电路产生稳定的高频信号，可以说是划时代的电路元件。
进一步改进后，三极管可以产生短波、超短波等高频信号。此外，三极管具有控制电子流的功能，随后出现的阴极射线管和示波器也与此密切相关。
5.电池的历史
1790年，加尔瓦尼根据解剖青蛙的实验提出了“动物电”。由此出发，伏打发现了两种金属接触产生电的规律，可以说是电池的起源。
1799年，伏打在铜和锌之间夹了一层浸透盐水的纸，然后把它们一层层叠起来，做成“伏打叠”。“电堆”就是很多单体电池高高堆在一起。
(1)主电池
放电后不能再用的电池称为原电池。伏打改进了伏打堆，制成了伏打电池。
1836年，英国人丹尼尔把一个阳极和一种氧化剂放在一个陶瓷桶里，制成了丹尼尔电池。与伏打电池相比，丹尼尔电池可以长时间提供电流。
1868年，法国人莱克兰彻公布了莱克兰彻电池，1885年(明治18年)，日本尾井干电池由Kenzo发明。Tailwell干电池是一种将电解液吸附在海绵中的特殊电池，具有搬运方便的特点。
1917年，法国的费里发明了空气电池，1940年，美国的鲁宾发明了水银电池。
(2)二次电池
放电后可以再充电的电池称为二次电池。1859年，法国的普朗泰发明了可充电的铅蓄电池。其结构是铅电极安装在稀硫酸中，这是最早的二次电池。现在，这种电池被用在汽车上。
1897年(明治30年)，日本岛津玄宗研制出容量为10A*H的铅酸电池，并把自己名字玄宗司马祖的前缀GS作为商品名称投放市场。
1899年瑞典造出了住宿电池，1905年爱迪生造出了爱迪生电池。这些电池的电解液是氢氧化钾，后来被称为碱性电池。
1948年，美国的纽曼发明了镍镉电池。这是一款可充电干电池，具有划时代的意义。
(3)燃料电池
1939年，英国人格罗夫发现氧和氢反应产生了电，并通过实验证明了燃料电池的可能性。也就是说，当水被电解时，电能被消耗，氧气和氢气被生成。相反，通过从外部向阳极侧供给氧气并向阴极侧供给氢气，可以产生电能和水。
格罗夫当时只做实验，并不实用。1958年，英国剑桥大学做了一个5KW的燃料电池。
1965年，美国GE公司研制成功燃料电池，安装在1965年载人飞船双子座5号上，为航天员提供饮用水的电能。1969年登月的阿波罗11的电源也是用燃料电池作为飞船内的电源。
(4)太阳能电池
1873年，德国西门子发明了由硒和铂丝制成的光伏电池。现在相机曝光台用的就是这种硒光电池。
1945年，美国的夏品发明了硅太阳能电池，这是一种当太阳光或光线照射到其PN结上时能产生电能的元件，广泛应用于卫星、太阳能汽车、钟表、台式计算器等。提高该组件转换效率的研发工作仍在进行中。
6.照明的历史
65438+20世纪60年代英国兴起的工业革命使工厂进入了连续加工和大规模生产的时代，夜间照明成为一个重要问题。
如前所述，英国人David 1815曾做过一个著名的实验，用2000个伏打电池产生电弧。
(1)白炽灯泡
1860年，英国人斯旺将棉线碳化，制成细丝放入玻璃灯泡，发明了碳丝灯泡。
但由于当时的低真空技术，光照时间不宜过长。时间长了，灯丝会在灯泡里氧化燃烧。
斯万关于白炽灯泡的想法是今天白色编织灯的起源。随着灯丝研究和真空技术的发展，白炽灯终于有了实际用途。从这个角度来说，斯万的发明是一个伟大的发明。
1865年，Sprengel为了研究真空现象，研制了水银真空泵。知道这一点后，天鹅在1878提高了玻壳内的真空度，在灯丝上做了一些努力。他先用硫酸处理棉线，然后碳化，最后，他公布了天鹅灯泡。天鹅的白炽灯泡在巴黎世界博览会上展出。
1879年，美国爱迪生成功地将白炽灯泡的寿命延长到40小时以上。1880年，爱迪生发现竹子是制作白炽灯灯丝的优良材料，于是他收集了日本、中国和印度的竹子进行反复实验。
爱迪生派下属摩尔去日本京都八幡寻找优质竹子。几年后，他用八幡竹做了一根细丝。为了用竹丝制作这种灯泡，他于1882年在伦敦和纽约创立了爱迪生电气公司。
在日本，东京电力公司成立于1886年(明治19年)，从明治22年开始，普通家庭开始使用白色灯泡。
1910年，美国的库利霍尔使用钨丝，发明了钨丝灯泡。
1913年，美国的朗缪尔用气体填充玻璃灯泡，防止灯丝蒸发，发明了充气式钨丝灯泡。
1925年，日本的布布·唐三发明了内壁磨砂灯泡。
1932年，日本的米乌拉俊一发明了双螺旋钨丝灯泡。
正是因为有了上述的不断探索，我们才能享受到今天白炽灯照明的日常生活，这真的是一个很长的路要走。
(2)放电灯
1902年，美国的Huyzt将汞蒸气放入玻璃灯泡中，发明了电弧放电汞灯。因为这种汞灯在汞蒸气压力较低时会发出较多的紫外线，所以常被用作杀菌灯。当水银压力高时，它能发出强烈的可见光。
目前广泛应用于广场照明和道路照明的高压汞灯发出的光是一种混合光，包括汞弧放电的光和紫外线照射在玻壳内壁涂有的荧光材料上发出的光。
1932年，荷兰飞利浦公司研制出波长为590nm的单色钠灯，广泛用于公路隧道照明。
1938年，美国的因曼发明了现在广泛使用的荧光灯。这种灯通过用汞弧放电发射的紫外线照射涂覆在灯管内壁上的不同磷光体来发射不同颜色的光。一般白色荧光灯用的最多。
7.动力设备的历史
可以说奥斯特在1820年发现的电磁作用是电机的起源。
法拉第在1831发现的电磁感应是发电机的变压器的起源。
(1)发电机
1832年，法国人毕克·韦斯特发明了手持式DC发电机。其原理是通过旋转永磁体改变磁通量，在线圈中产生感应电动势，并将这种电动势以DC电压的形式输出。
1866年，德国西门子公司发明了自励DC发电机。
1869年，比利时的克制作了环形电枢，发明了环形电枢发电机。这种发电机利用水力来转动发电机的转子。经过反复完善，在1847获得。2KW输出功率。
1882年，美国的戈登制造了一台输出功率为447KW，高3米，重22吨的两相巨型发电机。
美国的特斯拉在爱迪生公司的时候就决心研发交流电机，但是爱迪生坚持只有DC模式，于是把两相交流发电机和电机的专利权卖给了西屋公司。
1896年，特斯拉的两相交流发电机开始在尼亚拉发电厂运行，3750KW，5000V的交流电送到了40公里外的布法罗。
1889年，西屋公司在俄勒冈州建造了一座发电厂，1892年，它成功地向皮茨菲尔德送去了15000伏的电压。
(2)电机
1834年，俄国的雅可比试制了由电磁铁组成的DC电机。1838年，这种电机启动了一艘船，电机的电源用了320节电池。此外，美国的温波特和英国的德比森也建造了DC电机(1836)，用作印刷机的动力设备。因为这些电机是由电池供电的，所以应用并不广泛。
1887年，上面提到的特斯拉两相电机作为实用感应电机的开发计划启动。1897年，西屋公司做出了感应电机，并成立了专业公司推广电机。
(3)变压器
当发电端向外输送交流电时，需要先提高交流电压，然后在用电端需要降低输送的交流电压。所以，变压器是必不可少的。
1831年，法拉第发现磁性可以感应出电，这是变压器诞生的基础。
1882年，英国的吉布斯获得了“照明和电力的配电方式”专利，其内容是利用变压器进行配电。当时使用的变压器是开磁路变压器。
西屋公司进口了吉布斯的变压器，经过研究在1885研制出了实用的变压器。
另外，前一年的1884，英国的霍普金森做出了闭合磁路变压器。
8.电子电路元件的历史
现在电子包括计算机都很繁荣，其背景与电子电路元件从电子管-晶体管=集成电路的不断发展密切相关。
(1)电子管
电子管是按照二极管-三极管-四极-五极管的顺序发明的。
二极管:如前所述，爱迪生发现了电灯泡灯丝发射电子的“爱迪生效应”。1904年，英国人弗莱明受爱迪生效应的启发，发明了二极管。
三极管:1907年，美国的福里斯特发明了三极管。当时真空技术不成熟，三极管制造水平不高。但在反复改进的过程中，人们明白了三极管具有放大功能，终于拉开了电子学的帷幕。
振荡器也从上面提到的马可尼火花器件发展到三极管振荡器。三极管有三个电极，阳极、阴极和设置在它们之间的控制栅极。该控制栅极用于控制阴极发射的电子流。
五极管:1927年，约布斯特在阳极和帘栅之间增加了另一个电极，发明了五极管。新增加的电极称为抑制栅。之所以加这个电极，是因为电子流在四极管中撞击阳极时，阳极会产生二次电子发射，而设置抑制栅就是为了抑制这种二次电子发射。
另外，1934年，美国的汤姆逊通过对电子管的小型化改进，发明了适用于超短波的橡子管。
1937年发明了金属外壳代替玻璃的ST管，1939年发明了小型化的MT管。
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