电的发展历程论文文献

一、古代发现

早在对于电有任何具体认知之前，人们就已经知道发电鱼（electric fish）会发出电击。早在4750年前撰写的古埃及书籍记载，这些鱼被称为“尼罗河的雷使者”，是所有其它鱼的保护者。大约两千五百年之后，希腊人、罗马人，阿拉伯自然学者和阿拉伯医学者，才又出现关于发电鱼的记载。

古罗马医生 Scribonius Largus 也在他的大作《Compositiones Medicae》中，建议患有像痛风或头疼一类病痛的病人，去触摸电鳐，也许强力的电击会治愈他们的疾病。

阿拉伯古人可能是最先了解闪电本质的族群。早于15世纪以前，阿拉伯人就创建了“闪电”的阿拉伯字 “raad”，并将这字用来称呼电鳐。

在地中海区域的古老文化里，很早就有文字记载，将琥珀棒与猫毛摩擦后，会吸引羽毛一类的物。2600年前左右，古希腊的哲学家泰勒斯（Thales, 640-546B.C.）就做了一系列关于静电的观察。从这些观察中，他认为摩擦使琥珀变得磁性化。

这与矿石像磁铁矿的性质迥然不同；磁铁矿天然地具有磁性。泰勒斯的见解并不正确。但后来，科学证实了磁与电之间的密切关系。

二、近代研究

但是几千年来，人们只是观察了雷电等自然现象，并不了解电的本质，直到1600年，由于英国科学家威廉·吉尔伯特的严谨科学态度，才开始对于电与磁的现象出现进行了系统性研究。吉尔伯特是英国女王伊丽莎白一世的皇家医生，他对于电和磁特别有兴趣，撰写了第一本阐述电和磁的科学著作《论磁石》。

这是一本具有现代科学精神的书籍，着重于从实验结果论述。吉尔伯特指出，不只是琥珀可以经过摩擦产生静电的物质，钻石、蓝宝石、玻璃等等，也都可以表现出同样的电学性质，在这里，他成功地击破了琥珀的吸引力是其内秉性质这持续了2000年的错误观念。

吉尔伯特制成的静电验电器可以敏锐的探测静电电荷。在之后的一个世纪，这是最优良的探测静电电荷的仪器。

先前，意大利数学家和医生吉罗拉莫·卡尔达诺列出一些电现象与磁现象的不同之处。

从卡尔达诺的结果，吉尔伯特得到很多启发，他提出更多分歧之处：带电物质会吸引所有其它物质，而磁石只会吸引铁器；琥珀需要磨擦才能产生电性，而磁石不需要任何动作；磁石会将物体按照某定向排列，而带电物质则只会吸引其它物质。

吉尔伯特创建了新拉丁术语“electrica”（类似琥珀，从“ήλεκτρον”，“elektron”，希腊文的“琥珀”），意思为像琥珀的吸引方式一般的那些物质。

由于他在电学的众多贡献，吉尔伯特被后人尊称为“电学之父”。

后来，从“electricus”又衍生了英文词语“electric”和“electricity”，这两个英文字最先出现于托马斯·布朗的1646年著作《世俗谬论》（Pseudodoxia Epidemica，英文书名《Vulgar Errors》）。

之后，科学家奥托·冯·格里克、罗伯特·波义耳、史蒂芬·葛雷（Stephen Gray） 、查理·杜费（Charles du Fay） 等等，都做了更进一步的研究。

三、十八世纪

1767年，约瑟夫·普利斯特里做实验发现，在带电金属容器的内部，电作用力为零。从这实验结果，他准确猜测，带电物体作用于彼此之间的吸引力与万有引力都遵守同样的定律。

1785年，查尔斯·库仑用扭秤（torsion balance）做实验证实了普利斯特里的猜测，两个带电物体施加于彼此之间的作用力与距离成平方反比。他奠定了静电的基本定律，即库仑定律。于此，电的研究已提升成为一种精密科学。

1791年，路易吉·伽伐尼发现，假设将青蛙与静电发电机连结成闭合电路，然后开启静电发电机，则青蛙肌肉会颤动。这实验演示出，神经细胞倚赖电的媒介将信号传达到肌肉。他因此创建了生物电学术领域。

1800年，亚历山大·伏打伯爵将铜片和锌片浸于食盐水中，并接上导线，制成了第一个电池：伏打电堆，堪称是现代电池的元祖。伏打电堆给予科学家一种比静电发电机更稳定的电源，能够连续不断的供给电流。

四、十九世纪

1820年，汉斯·奥斯特在课堂做实验时意外发现，电流能够偏转指南针的方向，演示出电流周围会生成磁场，即电流的磁效应。

随后，安德烈·玛丽·安培对于这现象做定量描述，给出安培力定律与安培定律。他们两个人的研究成果成功地将电与磁现象连结在一起，共称为“电磁现象”。应用这理论，可以制作出来磁性超强劲于天然磁石的电磁铁。1827年，格奥尔格·欧姆发展出一套精致的数学理论来分析电路。

1831年，麦可·法拉第与约瑟·亨利分别独立地发现了电磁感应──磁场的变化可以生成电场。1865年，詹姆斯·麦克斯韦将电磁学加以整合，提出麦克斯韦方程组，并且推导出电磁波方程。由于他计算出来的电磁波速度与测量到的光速相等，他大胆预测光波就是电磁波。

1887年，海因里希·赫兹成功制成并接收到麦克斯韦所描述的电磁波。麦克斯韦将电学、磁学与光学统合成一种理论。

1859年，德国物理学家尤利乌斯·普吕克将真空管两端的电极之间通上高压电，产生阴极射线。物理学者发现，阴极射线是以直线传播，但其传播方向会被磁场偏转。阴极射线具有可测量的动量与能量。1897年，约瑟夫·汤姆孙做实验证实，阴极射线是由带负电的粒子组成，称为电子，因此他发现了电子。

十九世纪早期见证了电磁学快速蓬勃，如火如荼的演进。到了后期，应用电磁学的先进知识，电机工程学开始了一段突破性的发展。

例如，亚历山大·贝尔发明了电话、汤玛斯·爱迪生设计出优良的白炽灯和直流电力系统、尼古拉·特斯拉发展完成感应电动机和发现交流电、卡尔·布劳恩改良成功装置在显示器或电视机里的阴极射线管。

由于这些与其他众多发明家所做出的贡献，电已经成为现代生活的必需工具，更是第二次工业革命的主要动力。

五、二十世纪

德国物理学者海因里希·赫兹于1887年发现，照射紫外线于电极可以帮助产生更多电花。这就是光电效应所产生的现象。包括约瑟夫·汤姆孙、菲利普·莱纳德在内的物理学者们，对于光电效应的做了很多理论研究与实验研究。

1905年，阿尔伯特·爱因斯坦发表论文对于光电效应的众多实验数据给出解释。爱因斯坦主张，光束是由一群离散的量子（现称为光子）组成，而不是连续性波动。

假若光子的频率大于某极限频率，则该光子拥有足够能量来使得金属表面的电子逃逸，产生光电效应。这个重要发现展开了量子物理的大门。

1901年，古列尔莫·马可尼从英国发射无线电讯号，越过大西洋，传送至加拿大。5年后，“无线电之父”李·德富雷斯特研究出真空三极管。这重大发明推动电子时代急速向前推进，使得无线电与长途电话科技不再是遥不可及的梦想。

到了1940、1950年代，固态原件开始出现在越来越多个场合，这标记着真空管科技的快速没落与半导体科技的崛起。1947年，贝尔实验室的威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布喇顿工作团队发明了晶体管。

这是二十世纪最重要的发明之一，凡是电子器具大多都须要用到晶体管。杰克·基尔比于1958年和罗伯特·诺伊斯于1959年分别独立发明集成电路。

现今，大量晶体管、二极管、电阻器、电容器等电子原件都可以被装配在单独的集成电路里。

生产与应用

1、发电和传输

公元前 6 世纪，希腊哲学家米利都的泰勒斯用琥珀棒进行了实验，这些实验是对电能生产的第一次研究。虽然这种方法，现在称为摩擦电效应，可以提升轻物体并产生火花，但效率极低。

直到十八世纪伏打电堆的发明，才出现了可行的电力来源。伏打电堆及其现代派生电池，以化学方式储存能量，并以电能的形式按需提供。

电池是一种通用且非常常见的电源，非常适合许多应用，但其能量存储是有限的，一旦放电就必须处理掉或重新充电。对于大的电力需求，必须通过导电传输线连续产生和传输电能。

电力通常由机电发电机产生，由化石燃料燃烧产生的蒸汽或核反应释放的热量驱动；或其他来源，例如从风或流水中提取的动能。查尔斯·帕森斯爵士于 1884 年发明的现代蒸汽轮机今天使用各种热源产生了世界上大约 80% 的电力。

这种发电机与法拉第 1831 年的单极盘发电机没有相似之处，但它们仍然依赖于他的电磁原理，即连接不断变化的磁场的导体会在其两端感应出电势差。

19世纪后期变压器的发明意味着电力可以在更高的电压和更低的电流下更有效地传输。高效的电力传输反过来意味着电力可以在集中发电站产生，在那里它受益于规模经济，然后被输送到相对较远的地方需要它的地方。

由于电能的储存量不足以满足全国范围的需求，因此在任何时候都必须准确地生产所需的电能。这要求电力公司对其电力负荷进行仔细预测，并与其发电站保持持续协调。必须始终保留一定数量的发电量，以缓冲电网免受不可避免的干扰和损失。

随着国家现代化和经济发展，对电力的需求以极快的速度增长。美国在 20 世纪前三个十年的每年需求增长 12%，印度或中国等新兴经济体现在正在经历这种增长率。从历史上看，电力需求的增长率已经超过了其他形式的能源。

与发电有关的环境问题导致人们越来越关注可再生能源，特别是风能和太阳能发电。虽然关于不同发电方式对环境的影响的争论有望继续，但其最终形式相对清洁。

2、应用

电力是一种非常方便的能量传输方式，它已经适应了大量且不断增长的用途。1870 年代实用的白炽灯泡的发明使照明成为首批公开可用的电力应用之一。尽管电气化带来了自身的危险，但取代燃气照明的明火极大地减少了家庭和工厂内的火灾隐患。

许多城市都设立了公共事业，瞄准新兴的电气照明市场。在 20 世纪后期和现代，这一趋势开始朝着电力部门放松管制的方向发展。

灯丝灯泡中采用的电阻焦耳热效应也更直接地用于电加热。虽然这是通用且可控的，但它可以被视为浪费，因为大多数发电已经需要在发电站产生热量。

一些国家，例如丹麦，已颁布立法限制或禁止在新建筑中使用电阻式电加热。然而，电力仍然是一种非常实用的供暖和制冷能源，带有空调/热泵代表了一个不断增长的供暖和制冷电力需求部门，电力公司越来越需要适应其影响。

电用于电信，事实上，1837 年库克和惠斯通在商业上展示的电报是其最早的应用之一。随着1860 年代第一个横贯大陆，然后是横贯大西洋的电报系统的建设，电力在几分钟内实现了全球范围内的通信。光纤和卫星通信已经占据了通信系统市场的份额，但预计电力仍将是这一过程的重要组成部分。

电磁学的影响在最明显采用电动马达，其提供动力的清洁和有效的手段。像绞盘这样的固定电机很容易提供电源，但是随着它的应用而移动的电机，例如电动汽车，则必须携带电池等电源，或者从滑动触点，例如受电弓。

电动汽车用于公共交通，例如电动公交车和火车，以及越来越多的私人拥有的电池供电的电动汽车。

电子设备使用晶体管，这可能是 20 世纪最重要的发明之一，和所有现代电路的基本构建块。现代集成电路可能在仅几平方厘米的区域内包含数十亿个小型化晶体管。

“电”一词在西方是从希腊文琥珀一词转意而来的，在中国则是从雷闪现象中引出来的。自从18世纪中叶以来，对电的研究逐渐蓬勃开展。它的每项重大发现都引起广泛的实用研究，从而促进科学技术的飞速发展。 现今，无论人类生活、科学技术活动以及物质生产活动都已离不开电。随着科学技术的发展，某些带有专门知识的研究内容逐渐独立，形成专门的学科，如电子学、电工学等。电学又可称为电磁学，是物理学中颇具重要意义的基础学科。 电学的发展简史 有关电的记载可追溯到公元前6世纪。早在公元前585年，希腊哲学家泰勒斯已记载了用木块摩擦过的琥珀能够吸引碎草等轻小物体，后来又有人发现摩擦过的煤玉也具有吸引轻小物体的能力。在以后的2000年中，这些现象被看成与磁石吸铁一样，属于物质具有的性质，此外没有什么其他重大的发现。 在中国，西汉末年已有“碡瑁(玳瑁)吸偌(细小物体之意)”的记载；晋朝时进一步还有关于摩擦起电引起放电现象的记载“今人梳头，解著衣时，有随梳解结有光者，亦有咤声”。 1600年，英国物理学家吉伯发现，不仅琥珀和煤玉摩擦后能吸引轻小物体，而且相当多的物质经摩擦后也都具有吸引轻小物体的性质，他注意到这些物质经摩擦后并不具备磁石那种指南北的性质。为了表明与磁性的不同，他采用琥珀的希腊字母拼音把这种性质称为“电的”。吉伯在实验过程中制作了第一只验电器，这是一根中心固定可转动的金属细棒，当与摩擦过的琥珀靠近时，金属细棒可转动指向琥珀。 大约在1660年，马德堡的盖利克发明了第一台摩擦起电机。他用硫磺制成形如地球仪的可转动球体，用干燥的手掌摩擦转动球体，使之获得电。盖利克的摩擦起电机经过不断改进，在静电实验研究中起着重要的作用，直到19世纪霍耳茨和推普勒分别发明感应起电机后才被取代。 18世纪电的研究迅速发展起来。1729年，英国的格雷在研究琥珀的电效应是否可传递给其他物体时发现导体和绝缘体的区别：金属可导电，丝绸不导电，并且他第一次使人体带电。格雷的实验引起法国迪费的注意。1733年迪费发现绝缘起来的金属也可摩擦起电，因此他得出所有物体都可摩擦起电的结论。他把玻璃上产生的电叫做“玻璃的”，琥珀上产生的电与树脂产生的相同，叫做“树脂的”。他得到：带相同电的物体互相排斥；带不同电的物体彼此吸引。 1745年，荷兰莱顿的穆申布鲁克发明了能保存电的莱顿瓶。莱顿瓶的发明为电的进一步研究提供了条件，它对于电知识的传播起到了重要的作用。 差不多同时，美国的富兰克林做了许多有意义的工作，使得人们对电的认识更加丰富。1747年他根据实验提出：在正常条件下电是以一定的量存在于所有物质中的一种元素；电跟流体一样，摩擦的作用可以使它从一物体转移到另一物体，但不能创造；任何孤立物体的电总量是不变的，这就是通常所说的电荷守恒定律。他把摩擦时物体获得的电的多余部分叫做带正电，物体失去电而不足的部分叫做带负电。 严格地说，这种关于电的一元流体理论在今天看来并不正确，但他所使用的正电和负电的术语至今仍被采用，他还观察到导体的尖端更易于放电等。早在1749年，他就注意到雷闪与放电有许多相同之处，1752年他通过在雷雨天气将风筝放入云层，来进行雷击实验，证明了雷闪就是放电现象。在这个实验中最幸运的是富兰克林居然没有被电死，因为这是一个危险的实验，后来有人重复这种实验时遭电击身亡。富兰克林还建议用避雷针来防护建筑物免遭雷击，1745年首先由狄维斯实现，这大概是电的第一个实际应用。 18世纪后期开始了电荷相互作用的定量研究。1776年，普里斯特利发现带电金属容器内表面没有电荷，猜测电力与万有引力有相似的规律。1769年，鲁宾孙通过作用在一个小球上电力和重力平衡的实验，第一次直接测定了两个电荷相互作用力与距离二次方成反比。1773年，卡文迪什推算出电力与距离的二次方成反比，他的这一实验是近代精确验证电力定律的雏形。 1785年，库仑设计了精巧的扭秤实验，直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与它们之间的距离二次方成反比，与它们的电量乘积成正比。库仑的实验得到了世界的公认，从此电学的研究开始进入科学行列。1811年泊松把早先力学中拉普拉斯在万有引力定律基础上发展起来的势论用于静电，发展了静电学的解析理论。 18世纪后期电学的另一个重要的发展是意大利物理学家伏打发明了电池，在这之前，电学实验只能用摩擦起电机的莱顿瓶进行，而它们只能提供短暂的电流。1780年，意大利的解剖学家伽伐尼偶然观察到与金属相接触的蛙腿发生抽动。他进一步的实验发现，若用两种金属分别接触蛙腿的筋腱和肌肉，则当两种金属相碰时，蛙腿也会发生抽动。 1792年，伏打对此进行了仔细研究之后，认为蛙腿的抽动是一种对电流的灵敏反应。电流是两种不同金属插在一定的溶液内并构成回路时产生的，而肌肉提供了这种溶液。基于这一思想，1799年，他制造了第一个能产生持续电流的化学电池，其装置为一系列按同样顺序叠起来的银片、锌片和用盐水浸泡过的硬纸板组成的柱体，叫做伏打电堆。 此后，各种化学电源蓬勃发展起来。1822年塞贝克进一步发现，将铜线和一根别种金属(铋)线连成回路，并维持两个接头的不同温度，也可获得微弱而持续的电流，这就是热电效应。 化学电源发明后，很快发现利用它可以作出许多不寻常的事情。1800年卡莱尔和尼科尔森用低压电流分解水；同年里特成功地从水的电解中搜集了两种气体，并从硫酸铜溶液中电解出金属铜；1807年，戴维利用庞大的电池组先后电解得到钾、钠、钙、镁等金属；1811年他用2000个电池组成的电池组制成了碳极电弧；从19世纪50年代起它成为灯塔、剧院等场所使用的强烈光电源，直到70年代才逐渐被爱迪生发明的白炽灯所代替。此外伏打电池也促进了电镀的发展，电镀是1839年由西门子等人发明的。 虽然早在1750年富兰克林已经观察到莱顿瓶放电可使钢针磁化，甚至更早在1640年，已有人观察到闪电使罗盘的磁针旋转，但到19世纪初，科学界仍普遍认为电和磁是两种独立的作用。与这种传统观念相反，丹麦的自然哲学家奥斯特接受了德国哲学家康德和谢林关于自然力统一的哲学思想，坚信电与磁之间有着某种联系。经过多年的研究，他终于在1820年发现电流的磁效应：当电流通过导线时，引起导线近旁的磁针偏转。电流磁效应的发现开拓了电学研究的新纪元。 奥斯特的发现首先引起法国物理学家的注意，同年即取得一些重要成果，如安培关于载流螺线管与磁铁等效性的实验；阿喇戈关于钢和铁在电流作用下的磁化现象；毕奥和萨伐尔关于长直载流导线对磁极作用力的实验；此外安培还进一步做了一系列电流相互作用的精巧实验。由这些实验分析得到的电流元之间相互作用力的规律，是认识电流产生磁场以及磁场对电流作用的基础。 电流磁效应的发现打开了电应用的新领域。1825年斯特金发明电磁铁，为电的广泛应用创造了条件。1833年高斯和韦伯制造了第一台简陋的单线电报；1837年惠斯通和莫尔斯分别独立发明了电报机，莫尔斯还发明了一套电码，利用他所制造的电报机可通过在移动的纸条上打上点和划来传递信息。 1855年汤姆孙(即开尔文)解决了水下电缆信号输送速度慢的问题，1866年按照汤姆孙设计的大西洋电缆铺设成功。1854年，法国电报家布尔瑟提出用电来传送声音的设想，但未变成现实；后来，赖斯于1861年实验成功，但未引起重视。1861年贝尔发明了电话，作为收话机，它仍用于现代，而其发话机则被爱迪生的发明的碳发话机以及休士的发明的传声器所改进。 电流磁效应发现不久，几种不同类型的检流计设计制成，为欧姆发现电路定律提供了条件。1826年，受到傅里叶关于固体中热传导理论的启发，欧姆认为电的传导和热的传导很相似，电源的作用好像热传导中的温差一样。为了确定电路定律，开始他用伏打电堆作电源进行实验，由于当时的伏打电堆性能很不稳定，实验没有成功；后来他改用两个接触点温度恒定因而高度稳定的热电动势做实验，得到电路中的电流强度与他所谓的电源的“验电力”成正比，比例系数为电路的电阻。 由于当时的能量守恒定律尚未确立，验电力的概念是含混的，直到1848年基尔霍夫从能量的角度考查，才橙清了电位差、电动势、电场强度等概念，使得欧姆理论与静电学概念协调起来。在此基础上，基尔霍夫解决了分支电路问题。 杰出的英国物理学家法拉第从事电磁现象的实验研究，对电磁学的发展作出极重要的贡献，其中最重要的贡献是1831年发现电磁感应现象。紧接着他做了许多实验确定电磁感应的规律，他发现当闭合线圈中的磁通量发生变化时，线圈中就产生感应电动势，感应电动势的大小取决于磁通量随时间的变化率。后来，楞次于1834年给出感应电流方向的描述，而诺埃曼概括了他们的结果给出感应电动势的数学公式。 法拉第在电磁感应的基础上制出了第一台发电机。此外，他把电现象和其他现象联系起来广泛进行研究，在1833年成功地证明了摩擦起电和伏打电池产生的电相同，1834年发现电解定律，1845年发现磁光效应，并解释了物质的顺磁性和抗磁性，他还详细研究了极化现象和静电感应现象，并首次用实验证明了电荷守恒定律。 电磁感应的发现为能源的开发和广泛利用开创了崭新的前景。1866年西门子发明了可供实用的自激发电机；19世纪末实现了电能的远距离输送；电动机在生产和交通运输中得到广泛使用，从而极大地改变了工业生产的面貌。 对于电磁现象的广泛研究使法拉第逐渐形成了他特有的“场”的观念。他认为：力线是物质的，它弥漫在全部空间，并把异号电荷和相异磁板分别连结起来；电力和磁力不是通过空虚空间的超距作用，而是通过电力线和磁力线来传递的，它们是认识电磁现象必不可少的组成部分，甚至它们比产生或“汇集”力线的“源”更富有研究的价值。 法拉第的丰硕的实验研究成果以及他的新颖的场的观念，为电磁现象的统一理论准备了条件。诺埃曼、韦伯等物理学家对电磁现象的认识曾有过不少重要贡献，但他们从超距作用观点出发，概括库仑以来已有的全部电学知识，在建立统一理论方面并未取得成功。这一工作在19世纪60年代由卓越的英国物理学家麦克斯韦完成。 麦克斯韦认为变化的磁场在其周围的空间激发涡旋电场；变化的电场引起媒质电位移的变化，电位移的变化与电流一样在周围的空间激发涡旋磁场。麦克斯韦明确地用数学公式把它们表示出来，从而得到了电磁场的普遍方程组——麦克斯韦方程组。法拉第的力线思想以及电磁作用传递的思想在其中得到了充分的体现。 麦克斯韦进而根据他的方程组，得出电磁作用以波的形式传播，电磁波在真空中的传播速度等于电量的电磁单位与静电单位的比值，其值与光在真空中传播的速度相同，由此麦克斯韦预言光也是一种电磁波。 1888年，赫兹根据电容器放电的振荡性质，设计制作了电磁波源和电磁波检测器，通过实验检测到电磁波，测定了电磁波的波速，并观察到电磁波与光波一样，具有偏振性质，能够反射、折射和聚焦。从此麦克斯韦的理论逐渐为人们所接受。 麦克斯韦电磁理论通过赫兹电磁波实验的证实，开辟了一个全新的领域——电磁波的应用和研究。1895年，俄国的波波夫和意大利的马可尼分别实现了无线电信号的传送。后来马可尼将赫兹的振子改进为竖直的天线；德国的布劳恩进一步将发射器分为两个振荡电路，为扩大信号传递范围创造了条件。1901年马可尼第一次建立了横跨大西洋的无线电联系。电子管的发明及其在线路中的应用，使得电磁波的发射和接收都成为易事，推动了无线电技术的发展，极大地改变了人类的生活。 1896年洛伦兹提出的电子论，将麦克斯韦方程组应用到微观领域，并把物质的电磁性质归结为原子中电子的效应。这样不仅可以解释物质的极化、磁化、导电等现象以及物质对光的吸收、散射和色散现象；而且还成功地说明了关于光谱在磁场中分裂的正常塞曼效应；此外，洛伦兹还根据电子论导出了关于运动介质中的光速公式，把麦克斯韦理论向前推进了一步。 在法拉第、麦克斯韦和洛伦兹的理论体系中，假定了有一种特殊媒质“以太”存在，它是电磁波的荷载者，只有在以太参照系中，真空中光速才严格地与方向无关，麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式也只在以太参照系中才严格成立。这意味着电磁规律不符合相对性原理。 关于这方面问题的进一步研究，导致了爱因斯坦在1905年建立了狭义相对论，它改变了原来的观点，认定狭义相对论是物理学的一个基本原理，它否定了以太参照系的存在并修改了惯性参照系之间的时空变换关系，使得麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式有可能在所有惯性参照系中都成立。狭义相对论的建立不仅发展了电磁理论，并且对以后理论物理的发展具有巨大的作用。 电学的基本内容 电学研究的内容主要包括静电、静磁、电磁场、电路、电磁效应和电磁测量。 静电学是研究静止电荷产生电场及电场对电荷作用规律的学科。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。 静止电荷之间相互作用力符合库仑定律：在真空中两个静止点电荷之间作用力的大小与它们的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比；作用力的方向沿着它们之间的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。 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(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。 通常的物质，按其导电性能的不同可分两种情况：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。 在电场的作用下，导体内的自由电荷将产生移动。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。 静磁学是研究电流稳恒时产生磁场以及磁场对电流作用力的学科。 电荷的定向流动形成电流。电流之间存在磁的相互作用，这种磁相互作用是通过磁场传递的，即电流在其周围的空间产生磁场，磁场对放置其中的电流施以作用力。电流产生的磁场用磁感应强度描述。 电磁场是研究随时间变化下的电磁现象和规律的学科。 当穿过闭台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。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：闭台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。 麦克斯韦方程组描述了电磁场普遍遵从的规律。它同物质的介质方程、洛仑兹力公式以及电荷守恒定律结合起来，原则上可以解决各种宏观电动力学问题。 根据麦克斯韦方程组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。这也说明光也是电磁波的一种，因此光的波动理论纳入了电磁理论的范畴。 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。 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。 电磁效应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。比如： 电致伸缩、压电效应(机械压力在电介质晶体上产生的电性和电极性)和逆压电效应、塞贝克效应、珀耳帖效应(两种不同金属或半导体接头处，当电流沿某个方向通过时放出热量，而电流反向时则吸收热量)、汤姆孙效应(一金属导体或半导体中维持温度梯度，当电流沿某方向通过时放出热量，而电流反向时则吸收热量)、热敏电阻(半导体材料中电阻随温度灵敏变化)、光敏电阻(半导体材料中电阻随光照灵敏变化)、光生伏打效应(半导体材料因光照产生电位差)，等等。 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。 电磁测量也是电学的组成部分。测量技术的发展与学科的理论发展有着密切的联系，理论的发展推动了测量技术的改进；测量技术的改善在新的基础上验证理论，并促成新理论的发现。 电磁测量包括所有电磁学量的测量，以及有关的其他量(交流电的频率、相角等)的测量。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)和测量电路，它们可满足对各种电磁学量的测量。 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。 电学与其它学科 电学作为经典物理学的一个分支，就其基本原理而言，已发展得相当完善，它可用来说明宏观领域内的各种电磁现象。 20世纪，随着原子物理学、原子核物理学和粒子物理学的发展，人类的认识深入到微观领域，在带电粒子与电磁场的相互作用问题上，经典电磁理论遇到困难。虽然经典理论曾给出一些有用的结果，但是许多现象都是经典理论不能说明的。经典理论的局限性在于对带电粒子的描述忽略了其波动性方面，而对于电磁波的描述又忽略了其粒子性方面。 按照量子物理的观点，无论是物质粒子或电磁场都既有粒子性，又具有波动性。在微观物理研究的推动下，经典电磁理论发展为量子电磁理论。 本文转自物理视野参考资料：

浅析输配电用电工程的标准化发展论文

[摘 要] 现阶段电力行业在我国社会经济发展和科学技术的进步的带动下有了较大的发展，当然电力资源也为经济的发展和科学技术的进步奠定了基础条件。在电力系统快速发展的过程中，输配电用电工程也在不断的发展中，但是也出现了一系列的问题需要解决。本文作者有着多年的输配电用电工程的管理工作经验，结合在输配电系统的工作实践，介绍了输配电用电工程，分析了当前输配电用电工程的现状，并对输配电用电工程的标准化进行了研究，以希望本文对电力系统的工作同行提供相应的借鉴与参考。

[关键词] 输配电；用电工程；标准化；跨越化；现状分析；措施

前言

当前社会的发展带动了电力技术的不断发展，相应的输配电用电工程也在随之而不断的进步，且现代化社会中计算机网络技术和信息化技术推动了电力资源的输配向着高效化和自动化以及经济化的方向进行发展。由于供电企业是向社会经济发展输送电能的主要机构，因此就需要保障供电企业的正常经营管理，就必须要促进供电企业中的输配电以及用电工程尽快的实现其标准化和跨越化的发展，以此为广大的用电客户提供更加方便和更加快捷的供电服务。

一、输配电及用电工程的发展现状

1、输配电及用电工程的含义

众所周知输配电及用电工程就是电力系统的中发电厂与电力用户间的，能够对电能进行的输送和分配工作，进而组成的输送电能和分配电能的主要渠道，或是电力用户对需要电网的区域提供电力联网的主要途径，并对用户提供所需要的服务。

2、标准化发展概念

标准化就是在特定的范围内，为取得最好的效果及最好的秩序，针对某个事物在发展过程中可能出现的问题或是已经出现的问题制定出人们都认可的共同遵守的以及习惯重复运用的规范。标准化具有十分严格的流程和发布过程艰难的`特点。

3、我国的输配电及用电工程的有关情况

由于我国的资源是以其分配极不匀称的存在，但是整个社会的用电量又主要是集中在东南沿海区域经济发达的地区，但是这些地区电力资源却相对比较缺乏。且现今目前大多数的国家都采取了直流电的输送方式，而由于我国的现实情况，使用的主要是交流电，但是交流电存在着不可避免的弊端。交流电由于是采用线路进行传电，在输送过程中因为电阻造成了很大的损耗，由于损耗不能减小，因而不能进行长距离的传输，不考虑这些因素就有可能造成用电事故。

二、输配电及用电工程自动化运行的特点和发展的意义

1、输配电及用电工程自动化运行的特点

采用较为先进的输配电自动化运行系统，其是利用先进的电子信息技术与计算机技术，并结合高性能的电力设备，通过一定的技术手段使电力输配电用电工程会全部的处在一个全程监控和保护及管理的状态。电力系统中输配电及用电工程的自动化运行，具有高效灵活，快捷智能和综合简单且安全方便的特点，能够有效的实现电力输配和安全管理的灵活便捷化运行，能够使得输配电用电工程的工作效率得到提高。

2、输配电及用电工程发展的意义

如果没有输配电及用电工程，国民经济的发展和整个社会的进步将会失去现在发展的势头，因此输配电用电工程与人们的生活和社会经济的发展是息息相关的。所以就需要提高输配电用电工程的输送和分配电能的能力，完成输配电与用电工程标准化和跨越式的发展对人们日常生活意义重大。

输配电用电工程在单位或企业的发展中扮演了不可小觑的角色，现今的市场经济下运作的单位或企业多是依靠电力完成生产和发展的，如果没有输配电，整个企业或单位就会停产，严重的就会引起国民经济的瘫痪，从而引发经济危机。因此要大力引进并拓展新的技术，以此来促进输配电及用电工程的跨越式发展，来推动社会更好地发展进步。

三、输配电及用电工程的标准化发展

1、应对输配电及用电工程的标准化及跨越式发展所需的准备

1.1运用新技术来促进输配电及用电工程的自动化发展

为了促进我国输配电的自动化，首先需要推动智能电网的发展。由于输配电网所面临的是电力用户，因此只有降低了电能的消耗，确保了电力用户的供电的质量，进而才能有效的提高整个输配电及用电工程的供电效率。所以就需要通过运用新的技术，结合当前输配电网发展的实际情况，进行设计和相应的研发工作，来提高现阶段输配电网的自防自优和自测以及自动恢复性能，进而提高输配电网的经济效益和社会效益。

1.2制定输配电及用电工程相关的法律规范

国家要根据现在阶段社会发展的需要颁布与输配电线路及其用电工程相关的法律与法规，另外要建立政策信息发布平台，切实实施工程项目，有效的促进输配电及用电工程朝着标准化的方向进行发展，因此通过运用制定的对输配电发展有益的政策，来解决在输配电及用电工程的发展过程中所遇到的问题。

1.3加大对输配电及用电工程的投资力度

为了有效的推动我国输配电及用电工程的标准化发展，需要加大对输配电及用电工程的投资力度，并对输配电及用电工程的产业结构进行及时的调整，选择适宜我国输配电发展的特色生产。另外也要培养具备先进技术的科技型人才，以此来促进输配电和用电工程的标准化；因此要提高对输配电企业的资金支持，抓住发展机遇，实时调整输配电和用电工程产业结构，坚持走适合我国输配电及用电工程的实际生产的发展，从而促进标准化与跨越式发展。

2、新机遇促进输配电线路及用电工程标准化的新发展

由于当前整个电网建设已经进入了整个电网进行互联的阶段，使得电力可以在更广泛的范围内实现统一的调配和统一的管理，同时现在的“西电东送、全国联网、南北互送”的战略方针也给整个电力行业的快发展指明了方向。这些都显示出了现阶段目前的电力事业迎来了全新的发展机遇。

2.1电网联网工作的不断进展对输配电设备的技术水平要求也不断提升，电力行业的技术水平的提升在加速了整个电网联网工作的进展。目前的交直流电技术，线中串补偿技术和紧凑型线路技术以及电力系统稳定控制理论和系统控制装置已经得到了较广泛的应用，显著提高了整个电网的输送能力和安全可靠性。

2.2电力行业新的发展机遇带给企业更大的发展空间。目前国内各企业经济效益都不乐观，尤其国有企业由于产品性能欠佳以及资助研发投入力度小等因素使得存在的问题更加突出，部分企业亏损严重，市场竞争能力较弱。值得注意的是目前大部分与电力有关的企业已经认识到了输配电及用电工程的智能化和标准化是当前和今后电力系统的技术进行发展的趋势，并采取了积极有效的措施。

结束语

我国的输配电及用电工程的标准化及跨越式发展要从当前阶段的电力行业的现状出发进行展开，在这个基础上需要做好的就是应对输配电及用电工程发展标准化与跨越化需要的准备，从而为电力行业更好更快地实现标准化和跨越式发展提供相应的力量和帮助。

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早在对于电有任何具体认知之前，人们就已经知道发电鱼会发出电击。根据公元前2750年撰写的古埃及书籍，这些鱼被称为“尼罗河的雷使者”，是所有其它鱼的保护者。大约两千五百年之后，希腊人、罗马人，阿拉伯自然学者和阿拉伯医学者，才又出现关于发电鱼的记载。

1832年法国人皮克西制造出世界第一台试验性发电机。1850年英国斯旺用纸碳制成灯丝泡问世。1866年德国西门子制出可应用的发电机。

1879年10月21日，美国爱迪生（和英国约塞夫·斯旺）都研究碳质灯丝电灯泡。爱迪生经千余次的试验用碳素灯丝的白炽灯泡得到了实际应用，故称爱迪生发明了电灯。

杰克·基尔比于1958年和罗伯特·诺伊斯于1959年分别独立发明集成电路。现今，大量晶体管、二极管、电阻器、电容器等等电子原件都可以被装配在单独的集成电路里。

电真正的应用是在18世纪末19世纪，直到20世纪21世纪才真正的走入平常百姓家。

起电现象

摩擦起电，是通过摩擦的方式使得物体带上电荷的物理现象。摩擦起电的步骤，是使用两种不同的绝缘体相互摩擦，使得它们的最外层电子得到足够的能量发生转移，摩擦起电后两绝缘体必带等量异性电。

静电吸附，是当带静电的物体靠近微小的不带静电的物体时，微小物体表面的自由电荷发生转移，感应出与带静电物体相反的电性，而被吸引贴附于带静电物体上。利用静电吸引轻小物体的原理，可以达到吸附工业粉尘的效果。

静电感应，是指导体中的电荷在外电场的作用下在导体中重新分布的现象，由英国科学家约翰·坎通和瑞典科学家约翰·卡尔·维尔克分别在1753年和1762年发现。

静电屏蔽，是指对于一个接地的空腔导体，外接电场不会影响腔内的物体，腔内带电体的电场也不会影响腔外的物体。

静电屏蔽的应用很广泛，例如电子仪器外的金属网罩、电缆外层包裹的金属皮等都是用于防止外部电场对内部的影响。需要注意，如果外部的电场是交变电场，则静电屏蔽的条件不再成立，另见电磁屏蔽。

参考资料来源：百度百科-电