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半封信揭开电学的帷幕
热度 1 wozaikx 2020-3-20 18:05
目前意大利是海外疫情最为严重的国家。据媒体今天的消息,截至当地时间昨日18时(3月19日),意大利累计新冠肺炎确诊病例41035例,累计死亡3405例,治愈4440例。目前2498人正接受重症监护治疗。特别是24个小时内新增确诊病例5322例。这应该是意大利疫情暴发之后的单日最大涨幅,真的令人担心。衷心希望我国在抗疫工作中所取得的成功经验,能通过连日来中国派出的多个专家组以及大量医疗物资,帮助患难与共的意大利度过难关。 今天是三月二十日,今年的春分,是个特殊的日子。在科学史上,牛顿于今天过世,而有一位意大利科学家在这一天写给英国皇家学会的一封不太为后人熟知的信,揭开了人类使用的电池的序幕,并宣布了首个电池即伏打电堆的问世。这位科学家就是亚历山德罗 · 伏打(Alessandro Volta 1745-1827),来自意大利米兰附近有着丝绸之都美誉的小城科莫。当中国的蚕丝技术工艺在中世纪传到意大利并使科莫成为欧洲丝绸中心时,我猜想伏达应该也会使用摩擦过的丝绸来探索静电的奥秘吧。谨以此文纪念伏打电堆诞生220周年,也为在抗疫艰难时期的意大利和援意医务工作者加油! 1800年3月20日,亚历山德罗·伏打给伦敦皇家学会主席约瑟夫·班克斯爵士(Sir Joseph Banks)写了一封信,宣布他发明了激发电的新装置,即伏打电堆。这封从意大利寄出的信必须经过当时与英国处于战争状态的法国,出于安全因素的考虑,伏打把信分成两部分寄出。他在信中描述了在铜和锌金属圆片间垫入浸有盐水等潮湿材料的堆叠结果。信文的主题是关于通过简单地接触不同种类的导电物质而激发电流。在信中,他自信的描述道: “经过长期沉默后,我荣幸地把我获得的惊人成果向您汇报,并通过您呈交皇家学会。 …… 30、40、60或更多的铜片,银片更佳,每片再与锡片或锌片,以及等数目的水层或比纯水更利用传导的盐水、碱水等,再或者用浸有这些液体的纸片或皮革片接触两种金属……我的仪器就做成了。”当前半部分信寄到的时候,班克斯马上把它们拿给伦敦外科医生安东尼·卡里斯尔看。 这封完整的信后来也被 冠以标题发表在学会学报上。 卡里斯尔和科学家威廉·尼克尔森立即开始尝试重复伏打的实验,不久即按信中的描述制成伏打电堆并稍加改进。四月底,制成英国首块电池装置。 同年5月2日,他们首次利用这套装置成功电解水,生成氢气和氧气。 当然伏打电堆的发明与意大利医生、解剖学家伽伐尼(Luigi Galvani,1737-1798)的发现是分不开的。原来,1780年一天,伽伐尼在实验室解剖青蛙,(据说是由于他的夫人青睐蛙腿大餐…,噢,现在不应该拿野生动物当食材哟!)当伽伐尼用钢刀尖碰蛙腿上外露的神经时,他和学生惊异的发现蛙腿竟然突然痉挛起来。特别是后来他又继续研究发现铁和铜两种不同金属触碰蛙腿时也有明显抽搐。经过近十年反复实验,他把 痉挛 起因归结于动物体自身存在的电,起名叫做动物电,并在英国皇家学会宣读论文。 此时的伏打已经由于发明了代替莱顿瓶的具有储电功能的起电盘等贡献而获得科普利奖章,并成为皇家学会会员。从皇家学会的报告中得知伽伐尼的实验时,也被实验事实震惊,马上开始自己的研究。他对伽伐尼动物电的说法深表怀疑,尽管自然界确有许多生物是带电的,比如从亚里士多德就曾描述海底的电鳗。他通过实验发现,电流的产生与有无生物肌肉神经组织无关。这样迥异的观点引发了一场欧洲学界持久的争论,一方是伽伐尼和德国博物学家洪堡为代表的动物电支持者,另一方是伏打和法国物理学家库仑等人。伏打在争论中不断研究,还进一步通过实验得出著名的伏达序列:锌、锡、铅、铜、银、金……,在这个序列中排序在前的金属和排序在后的金属可见通过盐水、酸液等产生持续的电。他发现序列中金属距离越远,产生的电就越强。最终,于1899-1900终于制成多层结构的伏打电堆。可惜伽伐尼此时已经去世,伏打虽与伽伐尼有学术上激烈的争论,但始终对他保持尊敬,甚至想把发明的电堆命名为伽伐尼电堆,成为科学史上的又一美谈。 伏打电堆的诞生,为英国和世界电学和电化学研究拉开了帷幕。继尼克尔森之后,戴维的发现以及奥斯特、安培、毕奥、欧姆、法拉第等开展研究都离不开伏打所发明的电堆(电池),后来蓄电池和干电池也相继问世,人类终于获得了持续的电流,物理学与化学继续大步向前了。1801年拿破仑曾这样由衷赞美伏打:“伟大而神秘的自然界面前的帷幕被天才揭开了一角 ……” 再多说两句,以前常有人问,伏打和伏特是同一个人吗?嗯,这个问题其实非常简单但严谨的我却不好直接回答。因为,为纪念伏打V olta ,在十九世纪末叶人们以其姓氏正式命名电压的单位Volt, 省略了结尾的a,因而读作伏特,简称伏。所以,聪明的你该怎么回答呢?
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蒸发其实不只是个热力学过程,它更是个电学过程
热度 1 lhkcc58 2012-6-8 09:33
http://www.dizhenluntan.com/thread-8844-1-1.html 这帖子里佚名实验者的实验对气象学的冲击将是巨大的
个人分类: 地质|51 次阅读|3 个评论
电学小结
热度 1 williammilo 2010-6-20 15:56
我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站! 本文永久链接 http://xiongbox.com/电学小结/ 1.电学本身限于电现象中较为基本的内容: 电荷、电流产生的电场和磁场及其相互作用的规律,电路的导电规律,以及物质中的电效应 。电学又可称为电磁学,是经典物理学的一个分支。它是物理学中颇具重要意义的基础学科。 2. 静电学是研究静止电荷产生电场及电场对电荷产生作用力的规律。电荷只有两种,称为正电和负电。 同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。电荷遵从电荷守恒定律。电荷可以从一个物体转移到另一个物体,任何物理过程中电荷的代数和保持不变。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。 3. 电荷之间相互作用力是通过电荷产生的电场相互作用的。电荷产生的电场用电场强度E(简称场强)来描述。空间某一点的电场强度用正的单位试探电荷在该点所受的电场力来定义。电场强度遵从场强叠加原理:任意带电体在空间某点所产生的场强等于各点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和 。在带电体电荷分布已知情况下,根据库仑定律和场强叠加原理,原则上可以确定任意带电体所产生的场强分布。带电体产生的场强分布可用假想的电力线形象地图示。 4.带电体产生的电位分布可用等位面形象地图示,静电场中电力线总是与等位面正交。通常的物质,按其导电性能的不同可分两种极端情况:导体和绝缘体。 导体体内存在可运动的自由电荷;绝缘体又称为电介质,体内只有束缚电荷(严格地说,导体和绝缘体的区别应从量子理论的能带论来理解)。 在电场的作用下,导体内的自由电荷将产生移动。 5. 当导体的成分和温度均匀时,达到静电平衡的条件是导体内部的电场强度处处等于零。 根据这一条件,可导出导体静电平衡的若干性质:导体是等位体,导体表面是等位面;导体内部不带电荷,电荷只能分布在导体表面;当空腔导体内部没有其他带电体时,导体空腔内表面处处没有电荷,电荷只能分布在外表面,空腔内部场强为零,空腔内部电位处处相等且等于导体的电位;当导体空腔内部有其他带电体时,内表面静电感应的电荷与腔内电荷代数和为零;接地的导体空腔把空间分成内外两个区域,在每个区域内电场的分布仅由该区域内的电荷分布决定,两个区域在电性质上互不干扰,接地导体空腔的这一性质称为静电屏蔽。 6.电磁场是研究随时间变化情形下的电磁现象和规律。这是电磁学的普遍情形。 当穿过闭合导体线圈的磁通量发生变化时,线圈上产生感应电流。 感应电流的方向可由楞次定律确定,即感应电流的方向总是使得它所激发的磁场阻止引起感应电流的磁通量的变化。闭合线圈中的感应电流是感应电动势推动的结果。感应电动势遵从法拉第定律:闭合线圈上的感应电动势的大小总是与穿过线圈的磁通量的时间变化率成正比。线圈内电流变化在其自身引起感应电动势的现象叫做自感;线圈内电流变化在其他线圈中引起感应电动势的现象叫做互感。线圈的自感和互感性质,分别由自感系数和互感系数描述。感应电动势按其产生的原因不同可分为两种情况: 一种是因导线在稳恒磁场中运动切割磁力线产生的感应电动势,叫做动生电动势;另一种是导线不动,因磁场的变化产生的感应电动势,叫做感生电动势。感生电动势是变化的磁场在其周围激发电场的体现 。 7.电路包括 直流电路和交流电路的研究 ,是电学的组成部分。直流电路研究电流稳恒条件下的电路定律和性质;交流电路研究电流周期性变化条件下的电路定律和性质。直流电路由导体(或导线)连结而成,导体有一定的电阻。稳恒条件下电流不随时间变化,电场亦不随时间变化。稳恒时的电场与静电场的性质相同,同样满足静电场的高斯定理和环量定理。稳恒条件下电流必定形成闭合回路。静电场本身不可能维持稳恒电流,为了维持稳恒电流,电路中必定有非静电的电源。不管电源的具体机制如何,电源的作用是使非静电的能量转化为提高电荷的电位能。反映电源电性能的主要指标是电动势(即非静电力对单位电荷作功的值)和内阻。根据稳恒时电场的性质、导电基本规律和电动势概念,可导出直流电路的各个实用定律: 欧姆定律、基尔霍夫电路定律以及一些解决复杂电路的其他有效而简便的定理:等效电源定理、叠加定理、倒易定理、对偶定理等,这些实用定律和定理构成电路计算的理论基础。交流电路比直流电路复杂得多,电流随时间的变化引起空间电场和磁场的变化,因此存在电磁感应和位移电流,存在电磁波 。 8.当交流电的频率较高,准稳条件遭到破坏时,散布在空间的电磁场变化引起电路各部分的相互影响已不可忽略,这些影响可用 分布电容和分布电感 来表征。把它们看成等效的集中参量计入电路和方程之后,仍可近似地用准稳电路方程和概念来分析问题。 交流电的频率更高,准稳条件遭到破坏 ,位移电流的效果和电磁波沿电路的传播效应不可忽略,则准稳电路方程和概念已不适用,原则上应该用麦克斯韦方程组讨论问题。但对于传输线主波可以引入分布电感、分布电容以及横向电压概念建立电报方程。 用电报方程来讨论这种电路比起按麦克斯韦方程组来讨论要简单得多 。 物质中的电效应是电学与其他物理学科(甚至非物理的学科)之间联系的纽带 。物质中的电效应种类繁多,有许多已成为或正逐渐发展为专门的研究领域。 对于各种电效应的研究有助于了解物质的结构以及物质中发生的基本过程,此外在技术上,它们也是实现能量转换和非电量电测法的基础 。 9.利用电磁学原理已经设计制作出各种专用仪表(安培计、伏特计、欧姆计、磁场计等,见电测量指示仪表)和测量电路(各种电桥和各种电位计等),它们可满足对各种电磁学量的测量。近代在电磁测量中广泛采用电子线路改善测量技术,提高测量的灵敏度、精度和仪器的稳定性;此外测量仪器和显示技术的改进,可连续记录或直接数字显示测量结果,还可实现远距离遥测,极大地改变了测量技术的面貌。 电磁测量的另一个重要的方面是非电量(长度、速度、形变、力、温度、光强、成分等)的电测量 。它的主要原理是利用电磁量与非电量相互联系的某种效应,将非电量的测量转换为电磁量的测量。由于电测量有一系列优点: 准确度高、量程宽、惯量小、操作简便 ,并可远距离遥测和实现测量技术自动化,非电量的电测量正在不断发展。
个人分类: 物理学|4345 次阅读|0 个评论
推荐我们组的网站
zxc508 2009-10-25 13:42
博士毕业不久,幸运地加入到宁波工程学院的大家庭中。作点广告,我感觉这个学校虽然小了点,但发展潜力还是比较大的,特别是对真正想作出些工作的青年学者,学校是大力支持。最主要的是,校领导特别开明。有意思的是,与许多国内高校不同的事,这个学校作出决定的都是校长。校长是科研出身。最近,学校开展了聚英一百,说通俗一点就是招聘海外优秀人才。当然了给的待遇比我们这些国产的博士好的多。 来到这个学校,又有幸的加入到了杨为佑博士的创新团队当中。当然了,杨老师的学术和人品也是吸引我来这里的一个最主要的原因,其次是这里的待遇。我们这个团队,现在还比较小,还处在发展的阶段,不过学校大力支持。现在实验室处于基本建设期间,相应的仪器买了不少,也陆续地到位。如果全部仪器都安装起来,那么我们实验室将有接近千万元的仪器设备,理应能作出一些工作。相应的实验条件在国内也会接近中上等。接下来,就是我们挥洒汗水的时候。当然了,由于学校没有硕士点,所以对我们这些青椒要求就比较高了。一方面要上课,另一方面还要搞科研。我现在忙的是一团乱。谁有好的介意,可以分享一下。 接下来简单地介绍一下,我们的实验室。我们实验室的名字为微纳米结构与器件研究室,名字起的有点大,我们主要研究的还是SiC纳米线,随着人员的不断加入,方向也 有所展开。我呢,主要是向着石黑烯的方向发展,具体其他人的方向,大家浏览下面的网址 http://ime.nbut.cn/news_more.asp?lm=58 。如网站上所说,我们愿意在基础和应用研究以及成果转化等方面与各大学研究室和企业单位开展各种形式的交流与合作。 最后,发点感慨。作为年青人,搞科研对自己和家庭要求都很高。感谢老婆和儿子对我的支持和理解。我爱你们。顺祝我的父母健康如意。祝所有朋友开心,梦想成真。
个人分类: 碳化硅及一维半导体材料|4612 次阅读|0 个评论
谁能回答这个问题
zhangshufeng 2009-10-6 00:09
有一个问题看看谁能回答:我们都知道电子质量,就是说电子质量在可测精度内是一样的,按照现代物理学,一般而言,我们所用的电子已经存在几十亿年了。电子有质量就要发出引力波,引力波有能量,引力波能量自然就是由物质转化来的,也只能是由电子的物质转化来的,没听说物质吸收引力波再转化成自身的一部分,那么电子(其实还有质子、中子等)不断释放引力波,就必然不断减肥,即使引力波带走的物质再少,释放几十亿年总该有变化了吧,那应该存在一系列电子质量啊!同样,电子不断释放电场,电荷量也应该不断减肥而不是守恒,如何解释? 还有,由于只要有质量,就要发出引力波,那应该有:实物粒子是由引力波物质组成的,同时,如果电荷是电子(还有其它电性粒子)的属性,那么,电子至少电子的一部分是由电场物质组成的,那必然有:电子的一部分既由引力波物质组成、又是由电场物质组成,怎么解释? 有兴趣思考一下吗?
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[原创]电荷潜能
lixie6110532 2008-8-17 17:38
电荷潜能 成都飞机设计研究所 李燮 1. 质电方程 万有引力定律表述。假设二个质量同为 M 的质点相距为 R ,每个质点作用于对方的万有引力分别为 F 和 F ,由牛顿万有引力定律可得 │ F │ =│ F │= GM 2 /R 2 式中, G 为万有引力常数, G = 6.67 10 -11 米 3 / 秒 2 千克。 库仑定律表述。保持距离 R 不变,把质点系统换成二个电量同为 Q 的点电荷,每个点电荷作用于对方的电性力分别为 f 和 f ,由库仑定律可得 │ f │ =│ f │= KQ 2 /R 2 式中, K 为比例系数, K = 9.00 10 9 牛顿米 2 / 库仑 2 。 我们知道,电性力与万有引力的数学表达式有些相似。但是万有引力总是相互吸引,而电性力却随电荷的同性或者异性而有吸引和排斥之分。同性电荷相互排斥,异性电荷相互吸引。 针对万有引力和电性力的上述特点,引入一个突破传统力学思维的全新定义,即吸引力定义为正,排斥力定义为负。 按照这个定义,万有引力总是相互吸引,所以万有引力表达式不变,即 F = GM 2 /R 2 电性力则以下三种情况: 第一种情况,二个点电荷同为正电荷,其相互作用力是排斥力- f ,即 - f = KQ Q/R 2 f =- KQ Q/R 2 第二种情况,二个点电荷同为负电荷,其相互作用力也是排斥力- f ,即 - f = K (- Q )(- Q ) /R 2 f =- KQ Q/R 2 第三种情况,二个点电荷同为一正、一负,其相互作用力则是吸引力 f ,即 f = K (- Q ) Q/R 2 f =- KQ Q/R 2 三种情况下电性力的运算结果都是同一个表达式,即 f =- KQ Q/R 2 当质点系统相互间的作用力与点电荷系统相互间的作用力相等时,本文认为二个系统对宇宙的作用等效。即 F = f GM 2 /R 2 =- KQ Q/R 2 简化上式得 M = i ( K/G ) 1/2 Q 或者 Q = i ( G/K ) 1/2 M 式中 i 为虚数,即 i =(- 1 ) 1/2 令 Y =( K/G ) 1/2 ,并代入 K 、 G 的值得 Y = 1.1616 10 10 千克 / 库仑 令 y =( G/K ) 1/2 ,并代入 K 、 G 的值得 y = 0.861 10 - 10 库仑 / 千克 于是 M = iYQ 以及 Q = iyM 这就是质量与电荷之间的换算关系,本文称之为质电方程。 在作用力等效的模型下,质电方程具有二个方面的含义。第一,引力质量和库仑电荷互为虚实;第二,每库仑电荷相当于一百多万吨引力质量。 2. 电荷潜能 按照相对论的质量与能量的等效关系,质量潜能 E = MC 2 代入 M = iYQ 得 E = iYQC 2 上式即为电荷潜能的表达式。 电荷潜能表达式同样具有二个方面的含义。第一。电荷潜能与质量潜能互为虚实;第二,每库仑电荷的潜能相当于一百多万吨引力质量的潜能。 业余研究,水平有限,本着百花齐放,百家争鸣的原则,电荷潜能的论述不管是对是错,我都恭敬地欢迎各位老师指教,恭敬地期待各位老师点评。 成都飞机设计研究所 李燮 1999 年 7 月 19 日 2008 年 8 月 17 日 星期日发表于本人博客
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