1、電的發(fā)現(xiàn)之旅(II)： 電、磁、光,賴癸江 成功大學(xué)電機(jī)系通識(shí)教育 電與生活,磁(Magnetism)中國(guó)慈石,在管子等先秦古書中，曾有上有慈石者下有銅金的記載。當(dāng)時(shí)人們已覺(jué)察到磁石往往和鐵礦儲(chǔ)存在一塊。 在春秋戰(zhàn)國(guó)的著作中，便屢屢記載到磁體的吸鐵性質(zhì)了。如西元前三世紀(jì)的呂氏春秋上的磁石召鐵，時(shí)代相隔不遠(yuǎn)的鬼谷子上的磁石之取針等都是。這個(gè)時(shí)候大概已經(jīng)比較普遍地認(rèn)識(shí)到磁性了，並且把它比作為慈愛(ài)的母親對(duì)子女的吸引。 東漢的高誘在註釋呂氏春秋時(shí)說(shuō)：石是鐵的母親，但石又有慈和不慈的，慈愛(ài)的石，能吸引它的子女(鐵)，不慈的石則不能吸引。所以漢以前都把磁石寫成慈石，就是慈愛(ài)的石頭的意思。 據(jù)考古學(xué)家考據(jù)，

2、古人發(fā)現(xiàn)的磁石是以四氧化三鐵為主要成份的天然磁體。,磁鐵的性質(zhì),磁體總有兩個(gè)極，一個(gè)叫做南極，另一個(gè)叫北極。凡是異性極相接近，互相吸引，凡是同性極相接近，則互相排斥。,漢武帝時(shí)，有個(gè)方士名叫欒大，搞了兩個(gè)磁體，樣子很像是棋子，互相接近，說(shuō)不但能移相吸(相抵)，還能夠相拒不休，就是互相排斥。這就是所謂鬥棋的把戲，他把這個(gè)把戲表演給漢武帝看，可把那皇帝逗樂(lè)了，因此獲得一個(gè)五利將軍的官位。,古代磁石的應(yīng)用,三輔皇圖：阿房宮以慈石為門，懷刃者止之。 韓非子有度篇裏就有先王立司南以端朝夕的話。司南就是指南的意思，端朝夕就是正四方的意思。 我國(guó)古代的四大發(fā)明之一的指南針，就是利用磁體的指極性製成的。,北宋

3、沈括的夢(mèng)溪筆談中十分明確地記載說(shuō)，磁針能夠指南，但常微偏東，不全南也。 在歐洲，到了十三世紀(jì)才發(fā)現(xiàn)磁針指向並非正南北方，但當(dāng)時(shí)他們多誤解為磁針裝置工藝上的缺點(diǎn)。到了一四九二年，哥倫布橫渡大西洋，才真正發(fā)現(xiàn)了磁偏角，較我國(guó)遲了四百多年！,地球磁場(chǎng),太陽(yáng)表面的強(qiáng)烈爆炸，送出大量的帶電離子（稱為電漿）射向太空。這種電漿以超音速的速度直奔地球而來(lái)，稱為太陽(yáng)風(fēng)。還好地球有強(qiáng)烈的磁場(chǎng)。帶電離子只能順著磁場(chǎng)跑，而難以穿越磁場(chǎng)，因此太陽(yáng)風(fēng)無(wú)法直接打擊地球，但已足以把地球磁場(chǎng)予以嚴(yán)重扭曲。部分電漿順著磁場(chǎng)跑到離地球很遠(yuǎn)的地方後，再順著磁場(chǎng)回來(lái)，並且集中射向南、北兩磁極（和地理的南、北兩極相差不是很遠(yuǎn)），然後打擊

4、大氣上層的空氣分子，而造成極光奇景。如果沒(méi)有大氣，這些回流的電漿仍然具有相當(dāng)?shù)耐?，打擊地球上的生物?Oersted (奧斯特, 1777 - 1851)偶然是揭開奧秘的鑰匙,1777年生於丹麥小鎮(zhèn)，1799年獲博士學(xué)位，原來(lái)主修藥學(xué)和哲學(xué)，後來(lái)卻在物理和化學(xué)上大放異采。 1801年至德國(guó)留學(xué)，結(jié)識(shí)物理學(xué)家Ritter，他是電鍍工業(yè)之父、發(fā)現(xiàn)紫外光、製造出第一個(gè)乾電池、第一個(gè)蓄電池，可是個(gè)性內(nèi)向，字跡潦草，研究手稿難以閱讀，於是Oersted將Ritter的德文手稿譯成優(yōu)美的法文，使Ritter獲得法國(guó)科學(xué)競(jìng)賽的首獎(jiǎng)。 經(jīng)過(guò)三次的申請(qǐng)，才於1806年獲得哥本哈根大學(xué)的物理教職。 1808年開

5、始研究電與磁的關(guān)係。,1810年，Ritter逝世。 1814年結(jié)婚，成立丹麥皇家科學(xué)和文學(xué)會(huì)，定期發(fā)表文學(xué)性的科學(xué)文章,1820年的一個(gè)冬夜，為六名學(xué)生展示新實(shí)驗(yàn)，意外發(fā)現(xiàn)科學(xué)史上著名的通電導(dǎo)線對(duì)磁針偏轉(zhuǎn)的影響，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為電和磁建立連繫，揭開電磁學(xué)的序幕。 Oersted是一位認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)者，發(fā)現(xiàn)這個(gè)令人興奮的驚人現(xiàn)象後，又花了三個(gè)月的時(shí)間仔細(xì)地進(jìn)一步研究；它在磁針與導(dǎo)線之間分別放置玻璃、木塊、水、石頭.等不同的物質(zhì)重複實(shí)驗(yàn)，觀察磁針的偏轉(zhuǎn)是否受影響。它又用黃銅、玻璃、橡皮.等不同材質(zhì)做成的細(xì)針代替鐵針進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以確定這是真正的磁效應(yīng)。1820年7月21日他發(fā)表了一篇拉丁文寫成的論文“關(guān)於電

6、流對(duì)磁針作用的實(shí)驗(yàn)”，從人類認(rèn)識(shí)磁與靜電開始到那個(gè)時(shí)候約有2600年相隔，他把兩種作用首先地關(guān)聯(lián)在一起，這是個(gè)創(chuàng)是之舉。,在觀察的領(lǐng)域中，機(jī)遇只偏愛(ài)有準(zhǔn)備的頭腦巴斯德論奧斯特。 為了紀(jì)念他在電磁學(xué)上的貢獻(xiàn)，後人將磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位定為奧斯特。,Oersted在晚年時(shí)認(rèn)識(shí)一個(gè)窮小子，認(rèn)為他是未來(lái)光大丹麥文學(xué)的天才，於是延聘到家當(dāng)小女兒Matilda的家教，這位年輕人就是安徒生，安徒生童話裏的女主角經(jīng)常就是Matilda。,Andre Marie Ampere (安培, 1775 - 1836 ),法國(guó)人，12歲已掌握了所有的數(shù)學(xué) ，13歲發(fā)表第一篇數(shù)學(xué)論文，1810 年 到 巴 黎 綜 合 工 科

7、學(xué) 校 當(dāng) 數(shù) 學(xué) 教 授 。 安培的少年時(shí)代，雖然是在安適的環(huán)境中度過(guò)的，但是後來(lái)卻經(jīng)歷了種種的不幸，先是在大革命中牠他父親被斬首，後是他的妻子的早喪。這使他的生活從精神到物質(zhì)都受到了極大的損害，從而也對(duì)他的科學(xué)活動(dòng)產(chǎn)生了深刻的影響。 安培智慧非凡，善於運(yùn)用數(shù)學(xué)進(jìn)行定量分析，他的學(xué)術(shù)地位也因而不斷提高。他被聘為多個(gè)學(xué)院的物理和數(shù)學(xué)分析教授，更被邀為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。 定義電流的方向 電學(xué)領(lǐng)域裏的牛頓,安培定律,1820年，奧斯特的電流磁效應(yīng)傳到法國(guó)後，安培立刻重做了奧斯特的實(shí)驗(yàn) ，不久後向法國(guó)科學(xué)院提交了第一篇論文，報(bào)告他的實(shí)驗(yàn)成果接著提出了第二篇和第三篇實(shí)驗(yàn)報(bào)告論文。 右手螺旋定則 磁是由

8、運(yùn)動(dòng)的電產(chǎn)生的 一個(gè)電流是否可以影響到另一個(gè)電流? 同向直線電流間互相吸引，異向直線電流間互相排斥 建立作用力的數(shù)學(xué)公式,如果把直導(dǎo)線繞成螺管形 世界第一個(gè)電磁鐵,後 人 為 紀(jì) 念 他 的 貢 獻(xiàn) 還 將 量 度 電 流 的 單 位 以 他 的 姓 氏 安 培 命 名 。,Michael Faraday (法拉第, 1791-1867)偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家,英國(guó)人，窮困鐵匠之子，兄弟姐妹十人，只受小學(xué)教育，十三歲就到裝釘廠當(dāng)學(xué)徒，他所有的學(xué)識(shí)完全是憑藉自修苦讀而來(lái)的。他常常利用客人還沒(méi)來(lái)拿訂好的書之前，趕快閱讀那本書，有時(shí)候裝訂剩的書，他也會(huì)留一本下來(lái)閱讀。這些書的範(fàn)圍包括了：藝術(shù)、科學(xué)、礦物

9、、植物、地下水道、橋樑建造、甚至於論愛(ài)爾蘭豬的關(guān)節(jié)炎等，各式各樣奇怪的內(nèi)容。,其中一本 以薩華茲博士 所著的悟性的提升提到的五個(gè)讀書方法，對(duì)法拉第影響很大，成為他一直奉行的治學(xué)方法： 作個(gè)人的筆記 持續(xù)的上課 有讀書的同伴 成立讀書會(huì) 學(xué)習(xí)仔細(xì)觀察和精確的用字,筆記成為一生成就的敲門磚,筆記是求學(xué)的關(guān)鍵 上課記第一份筆記，一欄是上課大綱，另一欄是看法。 課後以自己的思路寫成第二份筆記。 1810年，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)最負(fù)盛名的科學(xué)家戴維，做連續(xù)四場(chǎng)的演講，講題是自然哲學(xué)，也就是現(xiàn)在所謂的科學(xué)，當(dāng)時(shí)法拉第也去聽(tīng)演講，並且做了完整的筆記。 後來(lái)，法拉第寫一封求職信給戴維，附上當(dāng)時(shí)整理的筆記，獲戴維的賞識(shí)

10、，法拉第得以擔(dān)任皇家學(xué)會(huì)的實(shí)驗(yàn)室助手。 但是，戴維和他的夫人，對(duì)法拉第並不友善，在到歐洲考察科學(xué)期間，法拉第被要求隨行侍候，作戴維和他夫人的僕人。這位夫人為了顯示她的高貴和權(quán)威，經(jīng)常蓄意侮辱他，不準(zhǔn)他和他們同桌吃飯，法拉第只得逆來(lái)順受，委屈求全。,初展才華,1815年，成為專任助理，開始獨(dú)立科學(xué)研究工作。 替石頭找出病變?cè)?協(xié)助戴維製造安全礦燈 後來(lái)法拉第卻宣稱這種安全燈並非絕對(duì)安全，令戴維大為惱火，造成二人交惡的開端 從印度標(biāo)槍到矽鋼 法拉第也做化學(xué)實(shí)驗(yàn)，他相信氣體也可以變?yōu)橐后w。他寫了篇論文給皇家學(xué)會(huì)，在會(huì)中宣讀了，但是戴維卻無(wú)法容忍，一個(gè)釘書匠又是男僕的法拉第，居然會(huì)得到那麼大的榮耀，

11、戴維一直認(rèn)為自己是英國(guó)最偉大的科學(xué)家，他不願(yuàn)意有人搶了他的風(fēng)釆。,電磁轉(zhuǎn)動(dòng),1820年，奧斯特發(fā)表電流磁效應(yīng)後，同年戴維和歐勒斯頓也從事電磁實(shí)驗(yàn)，不過(guò)沒(méi)有成功。 1821年，法拉第成功以實(shí)驗(yàn)証明電磁轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象，成為現(xiàn)代馬達(dá)的先驅(qū)，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為他個(gè)人帶來(lái)深沈的打擊。 法拉第一生中，只有這時(shí)候曾想放棄科學(xué)，幸好他的妻子始終給他最堅(jiān)定的鼓勵(lì)。 這段經(jīng)歷也讓法拉第後來(lái)體悟到，一個(gè)默默無(wú)聞的研究者，需要的是鼓勵(lì)而不是打壓。所以他幫助許多年輕的科學(xué)家，像是：馬克斯威爾（後來(lái)成為舉世聞名的電磁學(xué)大師）、凱爾文（絕對(duì)溫度、熱力學(xué)三定律）、焦耳等人，都直接受到法拉第的協(xié)助和影響，而有了重大的科學(xué)貢獻(xiàn)。 1824年

12、，法拉第被選為皇家學(xué)院的會(huì)友，當(dāng)時(shí)只有一票反對(duì),電磁感應(yīng)十九世紀(jì)物理學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)，電磁學(xué)裏最美麗的詩(shī)篇,1821年，要將磁轉(zhuǎn)成電 十年的努力實(shí)驗(yàn)，依然沒(méi)有結(jié)果。 神秘的振動(dòng) 金錢的抉擇 1831年9月23日，終於發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵點(diǎn)，一個(gè)移動(dòng)的磁鐵或通了電流的筒狀線圈，也可以使附近的線圈中，產(chǎn)生感應(yīng)電流 這一日後來(lái)被定為電機(jī)工業(yè)的誕生日。,法拉第是近代電磁學(xué)的奠基人，他的發(fā)現(xiàn)為電的應(yīng)用開拓了廣闊的道路。但是在電燈、電話、電動(dòng)機(jī)發(fā)明之前，不少人懷疑電的用處。一次，法拉第作完電磁感應(yīng)理論講演後，一個(gè)貴婦人有意挖苦他：教授，你講的這些東西有甚麼用處呢?法拉第詼諧地回答：夫人，你能預(yù)言剛生下的孩子有甚麼用嗎?

13、 電磁感應(yīng)是發(fā)電機(jī)的最主要原理，但是，實(shí)用的發(fā)電機(jī)卻不是那麼簡(jiǎn)單，法拉第定律之後五十年才在美國(guó)做出來(lái)?，F(xiàn)在不管是水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)電，它們的基本原理都是電磁感應(yīng)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換會(huì)成電能。,法拉第的其它重要成就,1832年，將氯氣液化 1824年，發(fā)現(xiàn)硼玻璃 1832年，提出化學(xué)當(dāng)量和法拉第定律 1835年，研究極光，開啟電漿物理學(xué) 1836年，提出介電值、電容 1840年，提出場(chǎng)的觀念 1842年，提出光的偏振 1848年，提出磁化學(xué) 1857年，提出膠體化學(xué)和膠凝理論,當(dāng)我讀到您在科學(xué)上的重要發(fā)現(xiàn)時(shí)，我深深地感到遺憾，我過(guò)去的的歲月實(shí)在浪費(fèi)在太無(wú)聊的事情上。 -這封信寄自太平洋上的一個(gè)孤

14、島聖赫勒拿島。寄信的人是一個(gè)犯人，名叫拿破崙。,不熄的燈塔,和其他科學(xué)家比較起來(lái)，法拉第最偉大的地方，就是他不曉得自己有多偉大。 1867年8月25日，法拉第坐在椅子上，安靜地走完他的一生；撒拉在喪禮上唸出法拉第最後的遺言：我的一生，是用科學(xué)來(lái)侍奉我的上帝。,場(chǎng),牛頓的萬(wàn)有引力定律提出之初，受到很多質(zhì)疑。其中之一是：很多人認(rèn)為，兩個(gè)相距遙遠(yuǎn)的物體，無(wú)所媒介，而相互牽引，是不可置信的（連牛頓本人對(duì)此也有所猶疑）。但是由於萬(wàn)有引力之大獲成功，這種超距力的概念，不久便被普遍接受了。電磁學(xué)中的庫(kù)倫、安培等力之觀念，起始時(shí)亦是這種超距力。 在牛頓前一百年的英國(guó)人吉伯特(William Gilbert,

15、1540-1603)是伊利莎白一世的御醫(yī)。他的一本論磁(De Magnete,1600) 是有系統(tǒng)地研究電磁現(xiàn)象的第一本書（大部份說(shuō)磁，因其在當(dāng)時(shí)比較有用），其重要性是揚(yáng)棄了磁性之神祕(mì)色彩，以一種客觀的自然現(xiàn)象來(lái)描述之。吉伯特之論磁中曾提出力線之觀念。這就是說(shuō)：磁性物質(zhì)發(fā)出一種力線，其他磁性物質(zhì)遇到了這力線便受到力之作用。這樣就避過(guò)了超距力的反直覺(jué)。 力線不斷、不裂、不交叉打結(jié)，但可以有起頭與終止。例如：電場(chǎng)之力線由正電荷發(fā)出，由負(fù)電荷接受。力線的數(shù)量與電荷之大小成正比。（磁場(chǎng)以磁北極為正，磁南極為負(fù)。） 力線像有彈性的線，在空中互相排斥又儘量緊繃。其密度與施力之大小成正比。 力線有方向性，電

16、力線之方向是對(duì)正電荷之施力方向（負(fù)電受力方向相反），在磁力線是對(duì)磁北極之施力方向（磁南極受力方向相反）。 法拉第則更進(jìn)一步，提出了場(chǎng)的概念：空中任意一點(diǎn)，雖然空無(wú)一物，但有電場(chǎng)或磁場(chǎng)之存在，這種場(chǎng)可使帶電或帶磁之物質(zhì)受力。而力線則是表現(xiàn)場(chǎng)的一種方式。但是，法拉第的場(chǎng)觀念，當(dāng)時(shí)也受到強(qiáng)烈的質(zhì)疑與反對(duì)。最重要的理由是這觀念不及超距力之精確。把場(chǎng)觀念精確化，數(shù)學(xué)化的是後來(lái)的麥克斯威。,磁鐵的性質(zhì),磁體總有兩個(gè)極，一個(gè)叫做南極，另一個(gè)叫北極。凡是異性極相接近，互相吸引，凡是同性極相接近，則互相排斥。,漢武帝時(shí)，有個(gè)方士名叫欒大，搞了兩個(gè)磁體，樣子很像是棋子，互相接近，說(shuō)不但能移相吸(相抵)，還能夠相拒

17、不休，就是互相排斥。這就是所謂鬥棋的把戲，他把這個(gè)把戲表演給漢武帝看，可把那皇帝逗樂(lè)了，因此獲得一個(gè)五利將軍的官位。,磁場(chǎng),電場(chǎng),Radio waves, visible light, X-rays, and all the other parts of the electromagnetic spectrum are fundamentally the same thing, electromagnetic radiation,Why Do We Have to Go to Space to See All of the Electromagnetic Spectrum?,電磁波頻譜,無(wú)線電

18、波 (Radio) 無(wú)線電波是一種電磁波，在電磁波譜中，其範(fàn)圍波長(zhǎng)為15公分2公里的電磁波。無(wú)線電波常被用於長(zhǎng)距離的通訊，如電視機(jī)、收音機(jī)等頻道都是運(yùn)用到無(wú)線電波不易被阻擋、折射、變頻等特性?，F(xiàn)今也用無(wú)線電波來(lái)探索宇宙遙遠(yuǎn)處的奧秘。,微波 (Microwave) 微波是一種電磁波，在電磁波譜中，其範(fàn)圍波長(zhǎng)為0.115公分的電磁波。微波常被用於短距離的通訊或遙控，如電視機(jī)、冷氣機(jī)、音響等遙控器都是運(yùn)用到微波的原理?，F(xiàn)今也已應(yīng)用2450MHz的頻率於廚房中的烹煮食物。,可見(jiàn)光 (Optical-light) 可見(jiàn)光是一種電磁波，其範(fàn)圍波長(zhǎng)約為40007000埃。透過(guò)菱鏡可得知可見(jiàn)光的組成顏色，通常

19、界定波長(zhǎng)約為40004500埃的為紫光；波長(zhǎng)約為45005200埃的為藍(lán)光；波長(zhǎng)約為52005600埃的為綠光；波長(zhǎng)約為56006000埃的光為黃光；波長(zhǎng)約為60006250埃的光為橘光；波長(zhǎng)約為62507000埃的光為紅光。 紫外光 (Ultraviolet) 紫外光是一種電磁波，在電磁波譜中，其範(fàn)圍波長(zhǎng)為1004000埃的電磁波。這一範(fàn)圍開始於可見(jiàn)光的短波極限，而與長(zhǎng)波X射線的波長(zhǎng)相重疊。紫外光是J. W. Ritter於1801年所發(fā)現(xiàn)的。應(yīng)用上，在測(cè)定氣體或液體中如氯、二氧化硫、二氧化氮、二硫化炭、臭氧、汞等特定分子，以及各種未飽和化合物的成分的紫外吸收光譜，用途很大。,紅外光 (In

20、frared) 紅外光是一種電磁波，在電磁波譜中，其範(fàn)圍自波長(zhǎng)為7000埃(1 =10-8公分=10-4微米)的紅光到波長(zhǎng)為0.1公分的微波。紅外光是M.Herschel於1800年所發(fā)現(xiàn)的。紅外光有著顯著的熱效應(yīng)，可用溫差電偶、光敏電阻或光電管等儀器探測(cè)。按波長(zhǎng)略可分成0.753微米(1微米=10-4公分)的近紅外區(qū)、330微米的中紅外區(qū)和301000微米的遠(yuǎn)紅外區(qū)等三段。應(yīng)用紅外光譜，在研究分子結(jié)構(gòu)、固態(tài)物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)、夜視環(huán)境等，用途極大。,X射線 (X-ray) X射線是一種穿透力很強(qiáng)的電磁波，在電磁波譜中，其範(fàn)圍波長(zhǎng)為0.1100埃的電磁波。X射線是倫琴 (W. Rongen)於18

21、95年所發(fā)現(xiàn)的，所以X射線又被稱為倫琴射線。X射線通常是由高速電子與固體碰撞而產(chǎn)生的，或是強(qiáng)光照射下所產(chǎn)生的螢光效應(yīng)也會(huì)有少量的X射線呈現(xiàn)。因?yàn)樗膹?qiáng)穿透力較不會(huì)損傷周遭組成物質(zhì)，所以可用來(lái)作非破壞性物品等材料檢驗(yàn)，以及動(dòng)物的身體內(nèi)部骨骼等醫(yī)學(xué)檢查。 伽瑪射線 (-ray) 射線的特徵和X射線極為相似，是一種輻射能量高且穿透力極強(qiáng)的電磁波，在電磁波譜中，其範(fàn)圍波長(zhǎng)為0.1埃以下的電磁波。射線是維拉德 (P. Villard) 於1900年所證實(shí)的。射線通常是由極高速電子與原子核碰撞而產(chǎn)生。,電磁場(chǎng)對(duì)人體有沒(méi)有影響,從電燈到發(fā)電廠,1854-58 年，英國(guó)Univ. of Glasgow的凱爾文

22、（William Thomson，後來(lái)封爵Lord Kelvin, 1824-1907），研究越洋電纜理論，促成大西洋兩岸之電訊。他也因此發(fā)財(cái)。1876年，美國(guó)人貝爾(Alexander G. Bell,1874-1922 )發(fā)明電話。貝爾的家傳技藝是audiology(幫助聾啞的技術(shù))。他發(fā)明電話後成為鉅富，熱心公益。他的公司，至今尚存。晚年他宣稱討厭電話，隱居加拿大東北極寒之地紐芬蘭。 焦耳、凱爾文現(xiàn)在的名氣，多因其熱學(xué)上的成就，(焦耳之熱功當(dāng)量，凱爾文之絕對(duì)溫標(biāo))。而且，他們合作，發(fā)現(xiàn)了氣體膨脹時(shí)，溫度下降（Joule- Thomson Effect），這是冷凍機(jī)原理。但這發(fā)明當(dāng)時(shí)英國(guó)的

23、工業(yè)界不感興趣。焦耳去世較早。凱爾文1892之封爵，也是因越洋電纜。 為什麼冷凍機(jī)原理當(dāng)時(shí)引不起英國(guó)工業(yè)界的興趣？為什麼用途廣泛的電馬達(dá)（其原理祗是安培定律）沒(méi)有很早的發(fā)展？其中重要原因之一是這些都要大量的電力，而當(dāng)時(shí)還沒(méi)有一個(gè)便宜的發(fā)電方法（電池發(fā)電太貴了）。因此，用電量較小的通訊器材（電報(bào)、電話），就率先發(fā)達(dá)。對(duì)當(dāng)時(shí)的一般民眾而言，生活中用電還是少見(jiàn)的事。電報(bào)是緊急時(shí)才用的，而電話也只有少數(shù)有錢人才裝得起。 要等發(fā)電機(jī)成功之後，用電量大的器材，才能發(fā)展。而電器之普及，也才能實(shí)現(xiàn)。,愛(ài)迪生與供電系統(tǒng),1881年，計(jì)劃在紐約市建立發(fā)電廠。 需要克服的困難 讓大家接受電燈 市政府批準(zhǔn) 經(jīng)費(fèi) 設(shè)廠

24、設(shè)備、零件 為解決問(wèn)題，不斷的發(fā)明 1882年9月4日完成。,1896尼加拉瀑布水力發(fā)電開始。世界的電化，從此展開。,供電系統(tǒng)電流之爭(zhēng)直流電、交流電?,美國(guó)各地紛紛建立發(fā)電廠。 愛(ài)迪生的發(fā)電廠送出的電力是直流電，它的缺點(diǎn)是電力不能傳送太遠(yuǎn)，因此必須在各地建立小規(guī)模的電廠。 蒂斯拉(Tesla)原本是愛(ài)迪生的助手，因?yàn)橐患虑槟Σ?，憤而離開愛(ài)迪生，投入威斯汀豪斯旗下，於1888年，蒂斯拉成功地建成了一個(gè)交流電電力傳送系統(tǒng)。他設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)比直流發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)單、靈便，而他的變壓器又解決了長(zhǎng)途送電中的固有問(wèn)題。利用變壓器，可將輸入線路的電壓提高，在送入家庭用戶或工廠之前，再把電壓降下來(lái)。(變壓器 P=IV

25、; 電力線 P=I2 R) 為了維護(hù)自己的系統(tǒng)，愛(ài)迪生和威斯汀豪斯(Westinghouse)在雜志、刊物上進(jìn)行論戰(zhàn) 以及大量的政治游說(shuō)。 一開始，交流電系統(tǒng)受到嚴(yán)重的打擊，甚至成為死神的同義語(yǔ) ，但在其後的幾年，交流電的發(fā)展和應(yīng)用迅速擴(kuò)大，逐漸占領(lǐng)用戶市場(chǎng)，取得最後的勝利。 1912年，蒂斯拉被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。但是，當(dāng)他得知將與愛(ài)迪生一起分享這一榮譽(yù)時(shí)，他表示不接受授獎(jiǎng)，這樣獎(jiǎng)金便轉(zhuǎn)發(fā)給了瑞典物理學(xué)家尼爾斯古斯塔夫達(dá)倫。,電磁感應(yīng)十九世紀(jì)物理學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)，電磁學(xué)裏最美麗的詩(shī)篇,1821年，要將磁轉(zhuǎn)成電 十年的努力實(shí)驗(yàn)，依然沒(méi)有結(jié)果。 神秘的振動(dòng) 金錢的抉擇 1831年9月23日，終於

26、發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵點(diǎn)，一個(gè)移動(dòng)的磁鐵或通了電流的筒狀線圈，也可以使附近的線圈中，產(chǎn)生感應(yīng)電流 這一日後來(lái)被定為電機(jī)工業(yè)的誕生日。,愛(ài)迪生(Edison, 1847-1931)天才是一分的天份，加上九十九分的後天努力,問(wèn)題兒童 小時(shí)候的他超喜歡問(wèn)為什麼？，而且超喜歡親自試驗(yàn)。 想學(xué)母雞孵蛋，結(jié)果壓碎了一窩蛋。 捉兩隻大貓，想使?fàn)瓊兊拿せハ嗄Σ辽姡Y(jié)果是落得滿身抓傷。 有一天，愛(ài)迪生終於問(wèn)起火藥是怎麼做的？結(jié)果 愛(ài)迪生真正受過(guò)的學(xué)校教育只有三個(gè)月，因?yàn)樗菒?ài)發(fā)問(wèn)的習(xí)慣，令學(xué)校老師大為光火，母親只好把他帶回家，自己教導(dǎo)。,與電結(jié)緣 12歲在火車上賣報(bào)；車廂上做化學(xué)實(shí)驗(yàn)，引起火災(zāi)，被忿怒的車長(zhǎng)打成一隻耳聾。

27、 有一次因?yàn)榫攘苏鹃L(zhǎng)的兒子，而被安排成報(bào)務(wù)員，自此接觸的電的知識(shí)。 自製一臺(tái)自動(dòng)定時(shí)發(fā)報(bào)機(jī) ，被車務(wù)主任發(fā)現(xiàn)而被炒魷魚 。 成為發(fā)明家 21歲到紐約找到電報(bào)機(jī)維修的工作，闖出了名聲，成了發(fā)明家，取得許多的專利，後來(lái)成立了自己的工程公司，專門製造和改良一些事務(wù)機(jī)器 。 1876年，愛(ài)迪生在紐約南方的夢(mèng)羅園，成立了他的實(shí)驗(yàn)發(fā)明中心，就是我們一般所說(shuō)的愛(ài)迪生發(fā)明工廠。這裡擁有精密的設(shè)備儀器，還有一批才華卓越的各類專家。1876年到1887年間，這一群以愛(ài)迪生為首的科學(xué)家，在這裡進(jìn)行系統(tǒng)的、複雜的、品類繁多的科學(xué)研發(fā)工作。,發(fā)光的原理,愛(ài)迪生的電燈之路,愛(ài)迪生決心發(fā)明白熾燈，他查閱200多冊(cè)的書籍，記

28、下大量的筆記，認(rèn)為關(guān)鍵是燈絲。 碳絲：發(fā)生燃燒 抽空氣去氧：自製抽氣機(jī)、玻璃燈泡；亮8分鐘 其它導(dǎo)體：鈾、白金、鐵絲等共1600 多次耐熱材料 綿線燒成的碳絲：亮45小時(shí)(1879年) 600 多種植物纖維的實(shí)驗(yàn) 竹子燒成的碳絲：1200小時(shí)(1880年)，第一只實(shí)用的電燈。 從開始到成功，總共是13年。 可是要讓燈普及，還有一段路要走。,氣體放電燈與日光燈,人們?cè)谘芯繗怏w放電時(shí)，發(fā)現(xiàn)水銀蒸氣有很奇特的作用。在燈管內(nèi)充入水銀，使它的氣壓只有大氣壓力的百萬(wàn)分之一，放電電流大於0.1安培時(shí)，這種燈的放電比較強(qiáng)烈，是一種弧光放電，不過(guò)它有60%的功率都轉(zhuǎn)為紫外光，發(fā)光效率比白熾燈還低。 能不能將這些

29、紫外光變成可見(jiàn)光呢? 1939年，一種新式的燈管出現(xiàn)，它在內(nèi)壁塗上螢光物質(zhì)，居然發(fā)出白光，而且可以和白熾光發(fā)出一樣亮度的光，可是耗電卻少了許多。 這就是螢光燈，屬於低壓水銀螢光燈，我們?nèi)粘Ｒ?jiàn)到的日光燈就是這類的燈，除了水銀蒸氣外，還摻入了少量的氬氣以幫助放電，而燈絲上也塗有易放電的物質(zhì)，如氧化鉀或氧化鈣 。兩端通以高電壓，迫使氬氣放電。這些氬氣所放出的電子，高速撞擊水銀原子，使水銀原子提升到一個(gè)高能量狀態(tài)（叫做電子激發(fā)態(tài)）。高能量的激發(fā)態(tài)原子非常不穩(wěn)定，因此，很快就放出光來(lái)而回到原來(lái)的安定狀態(tài)。當(dāng)水銀回到 最穩(wěn)定狀態(tài)(Ground State)時(shí), 釋放出波長(zhǎng)為 2540埃的紫外光。 可是 這

30、些紫外光可是無(wú)法穿透日光燈管壁的,霓虹燈(Neon Light),在1898年,英國(guó)化學(xué)家雷姆賽(Sir William Ramsay)和特拉弗(Dr Morris Travers)兩人,把空氣中的氧和氮用化學(xué)方法移除後,在液態(tài)空氣中發(fā)現(xiàn)了一種奇怪又稀少的氣體。這種氣體無(wú)、無(wú)味、無(wú)嗅,而且不會(huì)被燃燒。但當(dāng)他們把這種氣體密封在一條半真空的玻璃管中,在玻璃管的兩端通上電流,原來(lái)沒(méi)有任何顏色的玻璃管,卻會(huì)射出鮮艷可愛(ài)的紅光來(lái)。就是這樣,世界上第一支霓虹燈誕生了。他們面對(duì)著這種奇異的氣體和這美麗的光彩下,他們稱這種新發(fā)現(xiàn)的氣體為 “氖”(Neon), 氖(Neon)在希臘文中的意思是 “新”。 充在燈

31、管中能發(fā)出紅光的種氣體是氖氣。若要霓虹燈產(chǎn)生不同的色彩,這時(shí)需要請(qǐng)綠、黃色，藍(lán)色、白色的螢光粉來(lái)幫助。例如,將藍(lán)色的螢光粉塗在玻璃管的內(nèi)壁上,把玻璃管彎製成所需要的文字或花紋圖案後,裝上電極,並把玻璃管內(nèi)的空氣抽乾淨(jìng),再充進(jìn)氖氣,就成了粉紅色的霓虹燈了。如果塗上了藍(lán)色螢光粉的燈管中充入氬氣和水銀,就成了藍(lán)色的霓虹燈;要是塗有綠色螢光粉的燈管中充入氖氣,就成橙紅色;如果把氖氣改為氬氣和水銀,便會(huì)成為綠色霓紅燈。,使用日光燈的知識(shí),日光燈管的壽命通常取決於電極的消耗。當(dāng)放電時(shí)，電極的原子會(huì)被高能量的水銀離子撞擊(sputtering)出來(lái)而損耗。而這種損耗在啟動(dòng)時(shí)最嚴(yán)重，（兩極間有高電壓存在）。

32、所以日光燈用久了，兩頭會(huì)黑黑 的。 氣壁原來(lái)塗了螢光劑，被蓋住後，還能轉(zhuǎn)換紫外光為可見(jiàn)光嗎？ 通常經(jīng)過(guò)幾千次啟動(dòng)後電極便失效。所以應(yīng)該避免常常開關(guān)日光燈。 日光燈平均壽命約兩年，更換時(shí)兩根一起換 日光燈橫放可使壽命增長(zhǎng)且不易損壞 餐廳間採(cǎi)全面照明或局部照明，廁所或洗臉臺(tái)則使用鎢絲燈泡 灰塵是照明器具的大敵，必須勤於保養(yǎng) 日光燈須取下擦拭，待乾了之後再裝上 因?yàn)槿展鉄艄苁情L(zhǎng)期不容易腐化以及含有有害物質(zhì)成份之一般廢棄物。而且因?yàn)槲覈?guó)相關(guān)處理技術(shù)尚未成熟，也沒(méi)有全面執(zhí)行回收作業(yè)。因此我國(guó)的業(yè)者，目前已經(jīng)朝低汞產(chǎn)品方面來(lái)研發(fā)。以降低廢棄後造成環(huán)境污染的程度，因此家中如果有廢棄的日光燈管，可以交由地方的

33、清潔隊(duì)清理。(但是請(qǐng)注意不要打破喔！可以用報(bào)紙包起來(lái)，以免割傷清潔人員。),省電燈泡,不過(guò)是有著燈泡外型的日光燈 17W的日光燈原本就相當(dāng)於 3倍多燈泡亮度,發(fā)光效率（ Lm/W）,每一消耗電力（WATT）所輸出光的能量（lm），稱為發(fā)光效率（lm/w）。每一消耗電力輸出的光源愈多，就表示光源效率愈高，亦即愈省電，發(fā)光效率依功率大小、種類、使用狀況而異。 發(fā)光效率比較表,眩光眩光是由較高輝度的光源、燈具或窗戶等所造成。在有刺眼的光源存在時(shí)，會(huì)使眼睛產(chǎn)生不舒服的感覺(jué)，或是造成眼睛對(duì)於物品辨識(shí)能力的下降。為避免眩光的干擾，在視界範(fàn)圍內(nèi)，應(yīng)移開高輝度的光源，例如採(cǎi)用有遮光的燈具、提高燈具安裝高度、降

34、低燈具與周圍之輝度比。對(duì)於由太陽(yáng)所產(chǎn)生的眩光可用窗簾或遮陽(yáng)板來(lái)防止陽(yáng)光的直射。 全般照明與局部照明全般照明指在室內(nèi)空間內(nèi)，使用適當(dāng)數(shù)量的照明設(shè)備，使整個(gè)空間內(nèi)均有均勻的照明，通常家庭中客廳、臥房.等全般照明在70150Lux之間即可。若有需要較高照度的活動(dòng)時(shí)，可另以檯燈、壁燈等作為局部照明，提供必要的照度。採(cǎi)用全般照明與局部照明相互配合的照明方式，除可使室內(nèi)照明更加活潑與多樣化，並可減少照明用電，達(dá)到節(jié)約用電的目的。,照度 照度的定義為被照體單位面積所受的光通量，其單位為勒克斯(LUX)。每一不同使用目的的場(chǎng)所，均有其合適的照度來(lái)配合實(shí)際需要。例如，一般家庭書房的全般照明照度約為100 LUX，閱讀時(shí)則需要照度600 LUX，此時(shí)可用檯燈作為局部照明，以達(dá)到所需照度。照度太低時(shí)，容易導(dǎo)致眼睛疲勞造成近視，照度太高則過(guò)分明亮刺眼，形成電力浪費(fèi)。,色溫度 不同光色的光，有不同的色溫度，例如當(dāng)光源色溫度在3000度K以下時(shí)，光色開始有偏紅的現(xiàn)