DPZ - 電的旅程

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DPZ - 電的旅程

發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:19 pm

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回復: DPZ - 電的旅程

發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:19 pm

我在博客中每天一篇介紹一些我認為值得一讀的書,從開始介紹股神華倫.畢菲特;投資專家彼得.林治;後來重點轉向勵志的書;以及人際交往技巧,積極的人生觀等等。在社交心理介紹完了以後,仔細想了幾天,再寫同類的東西必有重覆,必定會覺得厭倦。我開始想到不如介紹給網友一些基礎的科學知識,在增長知識的同時,我們可學習那些大科學家思維的方法,孜孜不倦探尋真理的精神。
本來我想到了提出「進化論」的達爾文,介紹達爾文的一生,他的研究精神,他的創新精神。此時書架上一本新書,書名叫「電的旅程」吸引了我的注意,這是我弟弟張大凱博士在退休以後寫的一本科學普及知識的書,主題是「探索人類駕馭電子的歷史過程」,這是一本非常有趣的書,從人類敬畏雷鳴閃電一直寫到資訊時代,並展望了電子發展前景,書中提及了幾十位里程碑式的大發明家,他們的努力,他們的成就及他們的逸問趣事。
我想讓我先向大家介紹這一本「電的旅程」,網友們應該會有興趣。
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:19 pm

作者簡介:張大凱 (DEREK CHEUNG)
張大凱,生於上海,在香港中學畢業赴美,在普度大學獲電機學學士,後又入史丹福大學攻讀,獲電機學碩士及博士。
1969年至1972年,在美國快捷半導體研究所半工半讀,後到羅克威爾公司科學中心任研究員,專研究紅外線成像技術。
1997年升任羅克威爾公司研究中心主管,兼羅克威爾公司研究和開發副總裁,統管公司在航天,電子,軟體等各方面的科學研究及技術轉移,1999年將該研究中心轉型為自負盈虧的獨立的高科技公司,任執行長多年,2006年功成身退。
退休後加入加州大學,創建了該校:INSTITUTE FOR TECHNOLOGY ADVANCEMENT,促進大學的科研成果有效應用及轉移。
本人嗜好是研究電子技術的發展歷史,本書是張大凱博士多年研究心得的總結。
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:22 pm

「序」
<電磁科技發展的「資治通鑑」- 李嗣涔 (國立台灣大學校長)>
張大凱是我的師兄,我們同樣在史丹福大學電機系皮爾森教授指導下獲得博士學位,他1974年畢業,我1977年進入皮爾森教授門下,所以唸書的3年中並沒有見過師兄,但是他的博士論文是我做研究時研讀最仔細、最詳盡,依賴最深的參考資料,讀的時候有種「過癮」、「豁然而通」的暢快,甚至1982年我回到台大電機系任教時,也把它帶回台灣。我一直好奇,師兄為什麼寫得出那麼有深度的論文?30多年後的今天,讀到他的新書以後 (我在2010年畢業30年後才第一次見到大凱),我終於知道了原因,原來他在1960年代末、1970年代初期曾在快捷半導體公司 (美國矽谷的催生者) 工作過三年,熟悉半導體所有的最新技術及理論,引用到他的論文所致。這次讀他的新書,那種「過癮」、「豁然而通」的感覺又再度回來了。
大凱寫的人類駕馭電子的歷史過程,氣勢磅礡橫跨200年,他與一般寫科學史的書著重於描述單一發明家及單一新科技發現的過程不同,他特別融會貫通所有電磁新科技的成功歷程,著重描述從新發明到產業化成功,進而造福社會,改變社會文明的關鍵歷程。尤其著重管理者的因素,因此使他們了解到一個足以改變文明的科技發明,要能真正成功上市,為世人所用,專利的獲得,有眼光的投資者,加上能力傑出的管理者,都是不可或缺的因素,不管是電力系統、電報、電話、電腦、真空電子、電晶體、積體電路等都是如此,除了創新的技術外,天時、地利、人和都扮演重要角色。通常一個極端聰明的發明者,往往受限於個人的自負與人和不佳,而無法把自己的發明成功的產業化,而需要靠另外一群精明的管理者來完成,這些故事對擁有技術、有志創業者,具有很大的啟發作用。
大凱對電晶體發明人蕭克萊的描述深得我心,他在1971到1972年修蕭克萊教授的課,印象裡蕭克萊「和善客氣,一點也沒有架子」,看著這位微微駝背、帶著金絲邊眼鏡、面帶微笑,好像與世無爭的長者,很難和歷史上的蕭克萊連起來。我1976年到史丹福大學讀博士時,蕭克萊已經退休,偶然會來他的辦公室,我有一次在走廊碰到他,遠遠走過來,一個矮矮的、慈祥的老人,卻是一個半導體的巨人,有為者亦若是的豪情油然而生,由於大凱親身經歷過固態電子的發展有40年的經驗,因此有很多美國電子公司分出的第一手的資料,很值得參考。
我讀透本書的時候,愈來愈感覺像是在讀電磁科技發展的「資治通鑑」,每個主題以人為主軸,按年代記錄科技發展進度,充滿了人文精神,更加了解近代電磁文明歷史的最佳讀物。
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:22 pm

「自序」
我們生活在資訊時代,電子技術對日常生活的影響無所不在,現代人雖然享受著電子技術帶來的各種便利與品質的提升,但絕大多數人對電子的歷史所知不多,知道的也只是幾個「點」,如愛廸生發明電燈、貝爾發明電話等,其實電子發展的過程相當戲劇化,令人深思,即使完全沒有技術背景的人也值得一讚。對電子工業有興趣或與電子工業有切身關係的人,電子發展史更是重要,在歷史上發生過的很多事情,到今天仍值得借鏡,知道了電子歷史,學習過程中會更有歷史觀,工作上也更會有歷史使命感。
我自己是學電子的,一直對電子技術的發展及應用很多興趣。在早期矽谷成長階段自己也有過親身經歷,接觸過不少近代電子工業發展過程中的重要人物,所以對這段歷史特別有感覺。十多年來看了不少關於電子歷史的書,近年有了網際網路,資訊更是豐富,絕大多數這方面的書都是傳記式的,作者用詳細的資料介紹一個發明家和有關發明的過程,都很有價值。不過在發明成功後,書也就結束了,很少繼續探討發明對市場的形成及社會的衝擊,更沒有展現歷史的連續性,這些書看得多了,有時字裡行間可以覺察到很多表面看來似不相連的發明,其實背面是有密切關係的,從這個角度去觀察電子技術發展過程,富有價值,也別饒韻味。由此可以更清晰的看到重要發明的前因後果,很多一直不懂或沒有想到過的事情,常會因此而恍然大悟。於是我心中存了一個念頭,想把電子歷史上的故事融會貫通起來,加以解讀,再把這些想法與大家分享。
多年來雖有寫書的心,但工作繁忙,沒有機會,祇好空閒時繼續看相關的書,廣集資料,努力思考,當作嗜好。兩年前退休後,屬於自己的時間多了,有心開始寫書,想把電子的歷史從古希臘一直寫到現在,等到把大綱整理好後,心中不由得又猶豫起來,因為內容的面太廣,敘述的時間軸又長,再加上人物眾多,關係複雜。我的目標是寫一本可讀性強又可普及的書,所以篇幅有限,自己不能確定能否寫得好,不過我九十五歲高齡的父親不斷鼓勵,認為這些知識和深度的想法對很多人會有價值,尤其是今日中國的年輕人,所以最後決定盡力一試,宗旨是把持著歷史的大方向,著墨於重大發明的來龍去脈與影響,包括對主要人物的描寫。嘗試把很多大家已經知道的「點」,合乎邏輯的連成「線」及「面」。書中還選用了很多珍貴的歷史照片,圖文並茂,使讀者對重要人物與技術有更深刻的感受,在選擇及解讀資料時,主觀因素及疏漏難於避免,但內容上力求準確、平衡,衷心希望讀者日後會有所收獲,也有所啟發。
在寫書過程中得到很多朋友的鼓勵與指點,包括加州大學洛杉磯分校的張懋中教授與台灣清華大學的李雅明教授,很感謝我的哥哥張大健博士為書中每一章所題「章回小說」式的標題,細嚼很傳神,更感謝我太太汪佩華的一直支持。最後衷心的感謝台灣天下文化出版社科學叢書總監林榮崧與副主編畢馨雲對原搞的精心潤飾,特別是對眾多人物的名字及技術詞彙作出統一而正確的中文翻譯。
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:23 pm

先介紹本書目錄:
第一部:電磁時代
第一章:電磁科學基礎
第二章:電報
第三章:電話
第四章:無線電報
第五章:電燈與電氣化
第二部:真空電子
第六章:電子真面目
第七章:控制電子的基本工具
第八章:收音機
第九章:電視機
第十章:雷達
第十一章:電腦
第三部:固態電子
第十二章:貝爾實驗室與半導體
第十三章:電晶體
第十四章:電子工業起步
第十五章:矽谷與晶片
第十六章:晶片技術的飛躍
第十七章:晶片工業的變遷
第十八章:光電與液晶技術
第十九章:資訊年代與電子發展的前景
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:23 pm

「第一章:電磁科學基礎」
<旅程的起點 ( 1 )>
大約三千年前,古希臘典籍上已經記錄了一個神秘現象:用一塊布在琥珀上摩擦之後,琥珀會產生一種神秘力量,可使頭髮豎起來,也可以吸起輕輕的羽絨及紙屑,當然今天我們都知道這是靜電現象 (STATE ELECTRICITY)。
大約二千六百年前,也是古希臘人,在一個小鎮上發現一種石頭,這種石頭能吸引含鐵質的物件,發現這石頭的地方地名叫MAGNESIA,這種石頭就被叫做MAGNET,中文譯名就是磁石。
靜電和磁石當時的人都不甚明白,而那時的智者以亞里士多德為代表,都崇尚以智性的推理來解釋問題,不重視實踐實證,而以後天主教興起,教會對自然科學的探討總是試圖壓制,所以二千多年裡對電及磁的認識,人類的認識停滯不前。
古代中國人也發現了磁石,而且還發現了磁石的方向性,由巧匠用琢玉的方法將磁石琢成一個勺形將指南勺在平滑的「地盤」上,勺會慢慢旋轉,直到靜止下來,勺的柄總是指向南方,這就是古代中國四大發明之一的「指南針」,中國人發明了磁石指出方向的能力,古希臘人不懂這一點。…… (待續)
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:24 pm

「第一章:電磁科學基礎」
<旅程的起點 ( 2 )>……續上
古代中國人發明了指南針,指南針的製作也不斷進步,北宋沈括寫的「夢溪筆談」介紹當時的人,用磁石摩擦鋼針,針帶有磁性,而體積輕巧,用來製作指南工具,中國的指南針技術廣泛用於航海,大約在十三世紀時,經阿拉伯人傳入歐洲。
中國人雖然在指南針的製造技術有進步,但並沒有進一步去研究「磁」的原理。儒家的治學思想也是注重智性的推論,不重視實驗實證,而且儒家有一種「祖訓不可違,祖法不可廢」的保守思想,長期地阻礙著中國科技文化的發展,而當時中國已有完善的中央集權的一統制度,受到最好教育的士大夫,都祇是追求考試功名,或者吟詩作對,玩弄文字遊戲。
能工巧匠不受重視,創新觀點被視為異端,所以有二千多年時間中國在科技,工藝各方面漸漸落後。…… (待續)
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:25 pm

「第一章:電磁科學基礎」
<旅程的起點 ( 3 )>……續上
中國停滯不前,但在歐洲從十五世紀中葉到十七世紀,社會發生巨變。1453年東羅馬帝國覆滅。壓制著社會的皇權及教會權力衰退,社會上的知識精英開始了一場尋求和發揚古希臘文明的運動,歷史稱這一段時期是「歐洲的文藝復興時代」,無論在文學,藝術,戲劇,宗教,科學,教育,在一切領域中,人們都開始打破舊的思維,舊的框框提出新的學說。
在這一段時間中,形成了一種新的治學 (研究) 方法,當時稱之謂「科學方法」。科學這個詞,在當時並不是指自然科學,而是指這一種研究方法,任何人通過觀察自然界中的現象,尋找出一些相關現象發生的規律,他就可以提出一種「假說」來說明這一些自然現象。為了令人信服,他一定要做許多「實驗」來證明他的「假說」成立,而其它人能重覆他做過的實驗,在相同的條件下得到相同的結論,這一「假說」才被承認而成為一種「理論」。「理論」要由實踐來證明,而並非老祖宗說的都是真理,科學的治學方法,令文明及科技在歐洲發展迅速。
 註:這一小節看似平淡,但卻說出了我們中華文明中的一個很大的弱點,迷信權威,不敢打破先人的理論框框,在西方文明東來的時候,我們才驚覺自己落後了多少!DPZ
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:25 pm

「第一章:電磁科學基礎」
<科學方法 ( 1 )>
歐洲文藝復興時代發展出了進行科學研究的新方法,就是「觀察-假設-實驗-理論」,提出理論的人,必需自己經過一系列的實驗來證明自己的理論正確,這跟亞里士多德時代憑主觀智性的推論來達至結論的方法完全不同。
新的科學研究的方法跟電磁理論又有什麼關係呢?
這就要提到電磁理論研究的開山鼻祖吉爾伯特 (WILLIAM GILBERT),吉爾伯特出身富裕,自己是伊麗莎白一世的御用太醫,他大力提創新的科學方法,並且以身作則,進行電與磁的研究,1600年他出版了六巨冊的研究結果,書名叫「DE MEGNETE」。
吉爾伯特大概是歷史上第一位實驗物理學家 (略早於伽利略),總結他的研究他提出:
1) 電和磁是兩種不同的物理現象
2) 磁石上的正極和負極永遠同時存在
3) 電的吸力在水中消失,但磁的吸力在水中依然存在
4) 磁力在高溫時消失……(續上)
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:25 pm

「第一章:電磁科學基礎」
<科學方法 ( 2 )>……續上
吉爾伯特在書中提出兩個他自己無法用實驗證實的假說:
第一個假說是:地球是一塊大磁鐵,正極及負極在南極和北極,所以磁針永遠指向南北。
第二個假說是:星球間的吸引力來自磁力,吉爾伯特自己沒有辦法證明這兩個假設是不是對,把題目留給後人。
吉爾伯特的年代,人類對電和磁一無所知,我們今天可以看到他有多麼偉大,他在人類對電和磁的研究中走出了正確的第一步,而且他已經猜想到地球是一個大磁體,南北極同時是地球磁場的兩極。
吉爾伯特在他的著作中用了一個詞代表電,這個詞就是「ELECTRON」,在希臘文中,這個詞代表「琥珀」,吉爾伯特死於1603年倫敦大瘟疫,但他的巨著保留了下來。……(待續)
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:25 pm

「第一章:電磁科學基礎」
<科學方法 ( 3 )>……續上
比較一下中國和歐洲當年的情形。
鄭和下西洋 (1405 – 1433年) 時,明朝國力鼎盛,歐洲文藝復興運動仍未開始,當時中國在科技,工藝和經濟上可能還勝過歐洲。二百年後中國就大大落後了,到十九世紀時,列強東來,中國面對洋槍鐵艦,更是喪權辱國,究其原因,是中國社會沒有經歷過「文藝復興」那樣深層次的社會革命。
牛頓發表萬有引力時,康熙皇帝在辦「博學鴻儒科」,瓦特發明蒸汽機時,乾隆在編「四庫全書」,倫敦在造地下鐵路時,慈禧太后在造「頤和園」。
中國雖有「格物致知」的理論,但沒有受到重視,沒有貫徹執行。文藝復興的精髓,如「解放思想」,「以人為本」,「科學觀」等都是近年才出現的名詞,真正要在落實成社會的共識,仍要努力。
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:26 pm

「第一章:電磁科學基礎」
<魔術般的靜電 ( 1 )>
自從吉爾伯特發表 (DE MAGNETE) 巨著後,對電與磁的研究進展很慢。1663年,德國人蓋利克 (OTTO VON GUERICKE) 發明了一個簡單裝置,讓一個硫磺圓球快速轉動,跟一塊布摩擦,產生大量靜電,蓋利克又是第一個發現「真空」現象的科學家,今天看來人人都懂,但在當時懂得「真空」的現象,並能重複製出「真空」的環境是非常了不起的。
牛頓在1687年發表萬有引力定律,奠定了近代力學的基礎,但他沒有介入過電與磁的研究。
1729年,英國人格雷 (STEPHEN GRAY) 發現了某些物體能導電,如各類金屬,但某些物體例如木頭和布就不能導電,格雷用黃銅做成導線,將蓋利克硫磺球上的靜電傳送到90公尺外不導電的布上。…… (待續)
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:26 pm

「第一章:電磁科學基礎」
<魔術般的靜電 ( 2 )>……續上
荷蘭萊頓大學教授彼得.范.穆森布羅克 (PIETER VAN MUSSCHENBROEK) 在1745年發明了一個方法,可以將靜電儲存在一個特制的玻璃瓶中,這種瓶用大學的名字命名,就是萊頓瓶。萊頓瓶是一個玻璃瓶,瓶外包著銅片,瓶內也有一片銅片,但隔著玻璃瓶,兩塊金屬不接觸,讓瓶內的銅片帶有靜電,靜電通到瓶蓋上的一個金屬球,如果將這金屬球跟瓶外壁上的金屬片接觸時,就會產生放電現象,從今天的眼光看,萊頓瓶就是一個電容器,有了萊頓瓶,人們可以帶著充著靜電的萊頓瓶去各處表演「放電」。
1746年,法國神父諾雷安排了一個著名的放電表演,他讓神學院中200名學生排成一圈,各人手持八英尺長的銅棒,各人的銅棒相連,同時準備了一個特大的萊頓瓶,在一聲令下各人銅棒相接觸時,諾雷將萊頓瓶的兩極連接到銅棒首尾端,一瞬間所有200個人都受到電擊跌倒在地上,諾雷是想證明電對人體的影響,而同時在他腦中已有利用電來傳送信息的想法。…… (待續)
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「第一章:電磁科學基礎」
<魔術般的靜電 ( 3 )>……續上
當時的人對電充滿好奇,科學研究者在社會上得到尊重,有一定的地位,當時酒吧間裡備有小型的萊頓瓶,顧客可以試一下「觸電」的感覺,這種遊戲有一個美名「電吻」。
另一位靜電研究者是出名的美國開國元勳,富蘭克林,據說他相信閃電和雷擊是雲中的靜電放電形成,在一個雷雨交加的日子,他放一隻風箏上天,風箏線是銅線,末端是一個放在萊頓瓶中的銅鑰匙,據說風箏升起後,萊頓瓶中充滿靜電可以放電。
這是一個幾乎家喻戶曉的故事,但很可能不是真實的,富蘭克林並沒有做個這樣的實驗,幾年以後一個丹麥人,想做同樣的嘗試,但他被雷擊身亡。…… (待續)
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:27 pm

「第一章:電磁科學基礎」
<魔術般的靜電 ( 4 )>……續上
儘管科學家對靜電的質的方面認識有進步,但對靜的「量」的概念卻甚少進展。
1777年法國皇家科學院要求工程院的技師 (CHARLES DE COULOMB) 改善航海時指南針的精確度,當時指車針跟沈括在北宋時所描述的很相似,庫侖知道要提高指南針的精度要怎麼做,他先做成重心正確平衡的針,然後將它用頭髮絲吊起來,這樣來減低針跟底盤的摩擦。新的指南針靈敏度果然提高了,但又面臨新的問題,頭髮扭力造成的誤差。
於是庫侖投入了研究,尋找扭曲度最低的懸掛材料,同時他也設計了很多巧妙的裝置,量度電荷之間相吸和相斥的力度,他發現電的吸力強度和萬有引力一樣,也跟距雜的平方成反比,這可以稱之謂第一個電的量度實驗,庫侖的發現後來稱為「庫侖定律」,是科學史上重要的理程碑。…… (待續)
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「第一章:電磁科學基礎」
<魔術般的靜電 ( 5 )>……續上
酒吧中的「電吻」,讓很多人有過觸電的感覺。1757年一位法國植物學家在南美發現一種鯰魚,按觸鯰魚時令他有觸電的感覺,他想到鯰魚身上是否有電呢?1772年一位英國殖民官在印度發現一種鰻魚像萊頓瓶一樣會放電。
這些現象在當時就被稱為動物電,人的身上是不是也有電呢?還有哪些動物身上有電呢?亂打亂撞的研究,最後產生了重大的進展。
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:27 pm

「第一章:電磁科學基礎」
<「電源」的突破 ( 1 )>
意大利波隆納大學路易吉.伽伐尼 (LUIGI GALVANI) 教授是研究動物電的,他在解剖青蛙時總是將青蛙放在銅盤上,每次當他用夾子去夾剛死去的青蛙大腿時,蛙腿都會抽動,像人觸電一樣,伽伐尼教授據此認為在剛死去的青蛙的體液中帶有電。這個理論發表以後,引發不少人反對,其中一人是伽伐尼的好朋友亞歷山德羅.伏特 (ALESSANDRO VOLTA),帕維亞大學的化學教授。伏特認為青蛙本身沒有帶電,是伽伐尼教授的銅盤和夾住蛙腿的含鋅夾子之間引發了電流。兩人爭吵得很厲害,為了證明自己的想法正確,伏特潛心研究。1800年3月伏特發表了他的發明:伏特堆,正式名字是「人工電器官」(ARTIFICIAL ELECTRIC ORGAN)。伏特堆用相間隔的鋅片和銀片組成,中間隔著一層沾滿鹽水的硬紙板,用導線將頂上的鋅板和底下的銀片連接起來時,導線上流過了電流,這不同於萊頓瓶,伏特堆產生了電壓穩定的較大的電流!…… (待續)
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「第一章:電磁科學基礎」
<「電源」的突破 ( 2 )>…… (續上)
伏特堆是人類研究電的一個大突破,是一種人類對知識的頓悟,伏特堆也就是現代的電池。伏特對他的發明毫無隱瞞,所以世界各地的許多人做成了各種各樣的電池,對電的研究登上了新台階。
從理解和解釋靜電,到製成電池,人類用掉了200年的時間!
當時,伏特跟伽伐尼的辯論,似乎伏特勝出,但伏特的實驗也不能否定青蛙身上有電流。後來電子技術精密了,證明青蛙腿上肌腱中確實含有離子電,就是人體筋腱中也含有電,今日的科技,還能畫出人的腦電波。
伏特當時聲名大噪,拿破崙請他去講解他的發明。伏特表演了電可以將金屬絲燒紅 (後來的電燈),向他顯示了電流通過水可以產生氣泡 (電解)。
我去過伏特的故鄉,意大利北部的科莫湖,那裡有一所伏特寺 (VOLTA TEMPLE),陳列著伏特的發明。…… (完)
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「第一章:電磁科學基礎」
< 電磁本一家 ( 1 )>
在伏特發明了電池以後,對電的研究熱鬧起來,最早引起人注意的是電解和電鍍,當電通過某些液體時會引發化學反應,這是研究「電化學」的開始。
英國科學家漢弗里.戴維 (HUMPHRY DAVY) 在當時的皇家科學院一個地下室裡,建造了一個特大的電池,他用這特強的電流做了很多研究。
他用電解的方法,在短短幾年中電解了許多化合物,提出了其中的成份,他發現了許多新元素,包括鉀、鈉、鈣、鍶、鋇及鎂,後來更發現了錪,填補了元素週期表上的很多空格,這些元素的發現並不是當初研究電的科學家能想到的。
1803年戴維做了一個實驗,他將兩根磨尖了的碳棒連接電池兩極,然後讓兩根碳針尖頭漸漸接近,突然兩根碳針間亮起了電弧,像閃電發生的情形一樣,這是有史以來第一次用電持續發出光。 …… (待續)
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回復: DPZ - 電的旅程

發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:27 pm

「第一章:電磁科學基礎」
< 電磁本一家 ( 2 )>……續上
當時歐洲大陸上對電的研究相當活。本來做牛頓力學或數學研究的學者,也有人將興趣轉向電。
1820年丹麥物理學教授厄斯特 (HANS CHRISTIAN OERSTED) 在課堂上講課時,無意中觀察到當他將電流打開,電流流過一根導線時,桌上的指南針的指針會轉動,當他切掉電源,指南針又回到原位。
電和磁是有關聯的嗎?他無法解釋,但將自己觀察到的現象發表了出來,這一發現震撼了科學界。兩個星期以後,法國人安德烈‧瑪麗‧安培 (ANDRE MARIE AMPERE) 做了一個實驗,他將兩根導線放得很近,當兩根導線中的電流方向相同時,導線會互相排斥,當導線上電流一正一反時,導線會互相吸引,這證明了電流能產生磁場,而正是電流產生的磁場影響了指南針,解釋了厄斯特觀察到的現象。安培是數學家,他用數學方法闡述了電與磁的關係,他的理論有缺失,後來由德國數學家約翰.卡爾.弗里德里希.高斯 (JOHANN KARL FRIEDRICH GAUSS) 加以完善,直到五十年後,再由馬克士威 (JAMES CLERK MAXWELL) 總結成「定律」。…… (待續)
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:28 pm

「第一章:電磁科學基礎」
< 電磁本一家 ( 3 )>……續上
1825年,英國物理學家威廉.斯特金 (WILLIAM STURGEON) 製成了實用的電磁鐵,他將一塊軟鐵做成U字形,用包著絲綢 (絕緣體) 的導線纏繞在鐵上,當導線通電時,軟鐵帶有很強的磁性,可以吸走鐵釘,磁力跟電流強度的平方成正比,這是一個重要而有用的發明,但斯特金無法解釋箇中的原理,一直要到一百多年後固體物理學發展,才能解釋其中的道理。
電磁研究進行了二百年,不斷地有新發現,新發明,但都是一個個「點」,全面的發展及形成理論靠兩位天才:邁克爾.法拉第和馬克士威。……(完)
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:28 pm

「第一章:電磁科學基礎」
<一代宗師法拉弟 ( 1 )>
1812年,年輕的邁克爾.法拉第心情異常興奮,因為他的朋友送了他一張票去聽漢弗里.戴維 (前文已提及) 的演講。
法拉弟出身貧家,父親是鐵匠,但身體不好,家裡收入微薄,自小在飢餓中長大,14歲就去一家裝訂書藉的小店做學徒,他還有口吃的毛病,但聰明好學,最喜歡讀的書就是大英百科全書,最喜歡的內容就是當時科技尖端的電和磁。
戴維演講的時候,法拉弟全神貫注做筆記,他的朋友知道他喜歡聽戴維的講課,就將以後幾場戴維演講的門券都送了給他。法拉弟祟拜戴維,決定向戴維求職,希望能在戴維身邊學習,他去求見戴維,並送上精心裝訂的,他自己記錄的戴維的演講。戴維並不特別喜歡這個口吃的年青人,但正好有一個年青人的見習生辭職,於是就錄取了法拉弟,造就歷史上一位大科學家,當年法拉弟才21歲。…… (待續)
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:28 pm

「第一章:電磁科學基礎」
<一代宗師法拉弟 ( 2 )>……續上
法拉弟做了戴維的助手,工作得心應手。雖然法拉弟沒有受過多少教育,對高等數學完全不懂,但他有超強的想像力,他手巧,善於製作實驗工具,又會做實驗,戴維很快就知道自己選對了助手。後來戴維帶了新婚太太到歐洲旅行,帶了法拉弟同行,戴維太太將法拉弟當作僕人一樣使喚,為了尊敬戴維,為了研究,法拉弟什麼苦都忍受下來。但這次歐洲旅行中,法拉弟見到了安培,見到了伏特,以及許多科學界的權威,法拉弟眼界大開,自信心也大增。
歐洲旅行回來後,他設計了一個裝置,他將一根磁鐵垂直固定在一個闊口的玻璃瓶中,再將一根金屬桿,下部浸在水銀中,上端掛在一個鬆動的架子上,當電流接通金屬桿的時候,奇跡發生了,這金屬會繞著中心的磁鐵轉動,當電流方向改變時,金屬桿向另一個方向轉動,法拉弟證明了電的能量能轉化成「動」的能量,這是今天廣泛使用的馬達的原形。…… (待續)
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發表 由 lung 于 周六 9月 29, 2012 12:28 pm

「第一章:電磁科學基礎」
< 一代宗師法拉弟 ( 3 )>……續上
法拉弟將電能驅動的實驗報告發表,但沒有提及戴維的名字,這引起戴維的不快。雖然法拉弟確實以為戴維沒有參加過這個實驗,但此事也多少反映了他們兩人之間有了心病,從此不能抹去。以後的十年,法拉弟的工作壓力很大,做事如履薄冰,也不敢再做電能方面的實驗,他轉向電解、電鍍等方面的研究,他研製了效能更高的電池,創立了電鍍等應用化學,也是法拉弟是世界上第一個發現了「苯環」這種化學結構。
1829年戴維逝世,法拉弟眾望所歸,被選為皇家研究院的主持人。
法拉弟發現了電流變化引起磁場變化,他也深信磁場變化能產生電流,這是自然界巧妙的平衡,他設計了很多實驗裝置,想要證明磁場變化能產生電流,但都失敗了。直到有一次他無意中將磁鐵扦入一組線圈,他發現電流表動了一下又不動了,當他將磁鐵拔出時,他發現電流表又動了一下,方向相反,不停地重覆扦入拔出,電流表就擺動起來,這證明了動能可以轉化成電,這就是近代「發電機」的原理。…… (待續)
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