电研究历史

电古代发现

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。

电近代研究

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。

电十八世纪

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。

电十九世纪

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。

电二十世纪

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。

• 电子（electron）：在原子中，围绕在原子核外面带负电荷的粒子称为电子。

• 电路（electrics circuit）:由电源、用电器、导线等连接组成的电流通道，分为闭合电路和开合电路。不经负载的闭合电路被称之为短路。电子元器件在电路中的连接方法有串联和并联两种基本形式。

• 电压（voltage）或称电势差，是趋使电子流经导线的一种潜能，若把电荷从一点移到另一点必须对电场做功就称两点之间存在电压（电势差）。

• 电流：是电荷的移动，通常以安培（Ampere）为度量单位。任何移动中的带电粒子都可以形成电流。

• 电荷（electric charge）是电子负荷的量，电场之源。当正电荷发生净移动时，在其移动方向上即构成电流。

• 电阻（electric resistance）：限制电路中电流的量，亦称为电流的阻力。

• 阻抗（impedance）：交流电路中对电流限制能力(以同电阻用于直流电路非常相似的方式)的一种度量。定义为电压除以电流

• 电功率（electric Power）：定义为单位时间内所作之功。因导线不积存电荷，故在一闭合电路中有多少电荷通过电池必有相同量之电荷通过电阻。

• 电场（electric field）：正或负电荷周围产生电作用的区域，电场方向由高电势指向低电势。

• 电容（capacitance）：加电压至金属平行板上，电荷会分布于其上，而其所表现的比例常数值，也是存储电荷能力的度量。

• 电感（inductance）：线圈由变化磁场对另一个线圈（互感,M）或自身（自感,L）产生电压能力的度量

• 电源（power supply）：干电池与家用的110V/220V 交流电源是常见的电压源。

• 电压源：可以维持定值大小的电压且不受负载变动的影响的来源。

• 电流源：可以维持定值大小的电流且不受负载变动的影响的来源。

• 充电（electrify）：给蓄电池等设备补充电量的过程。

• 变压/整流（rectification/commutation）：把交流电(不断改变方向的电流)变为直流电,只允许电流朝一个方向流动。电灯和电机使用交流电,但大多数电子设备需用直流电。

• 导体（conductor）：能够让电流通过的材料。

• 接地（ground connection; grounding; earthing）

• 电击（electric shock）：经由导体接触到某程度的电压源，人体只要1mA就会有触电之感觉，5mA以上就会有肌肉痉挛现象，在严格控制下可作为医疗使用，但未受控制下将会造成生命危险。

按实际用电量计算的电费部分。电度电费用以补偿电力企业随发供电量变化而变化的变动成本支出部分。对居民等小用户，电度电费即为其全部应交电费；对执行两部制电价的用户，电度电费仅为应交电费的一部分，再加上基本电费才为其全部应交电费。电度电费是按照电力企业在用户处安装的计费电能计量装置中有功电能表读数为基数计算的。

由于电能表计数是累计值，因此在计算一个规定期限内的用电量时，应是期末读数与期初读数之差。在电能计量装置中装用电流互感器和电压互感器时，还要分别乘以电流互感器和电压互感器的变比。电流互感器（或电压互感器）的变比为电流互感器（或电压互感器）一次绕组与二次绕组的额定电流（或电压）的比值。

高电压用户的计费电能计量装置如装在其专用变压器低压侧，执行高压侧规定的电价时，称为高供低量用户。这类用户的用电量应把用户专用变压器的铜铁损电量中的有功损耗电量部分并入用电量之内，计算出电度电费。

电位降定义

电位降法测电偶电流galvanic current measurement by }x}tcnrial drop一种测定金属电偶腐蚀的简易方法二在被测 的电偶对之间接一个已知的低阻值电阻，电偶电流流过时测 定电阻两端的电压降，即可算出电偶电流，分析电涡腐蚀的行 为。优点:没备简单易得;缺点:由于有一个电压降，故测出的 电偶电流总是比电偶对一完全短接时的实际电偶电流小二[1]2100433B

标准电极电势标准电极电势

对于任意给定的电极，使其与标准氢电极组合为原电池：

标准氢电极 || 给定电极

设若以消除液体接界电势，则此原电池的电动势就作为该给定电极的氢标电极电势，简称为电极电势，并用φ来表示。

以铜电极为例： Pt | H₂(p^⊖) | H (a_H =1) || Cu² (a_Cu2 ) | Cu(s)

负极氧化 H₂(p^⊖)→2H (a_H =1) 2e^-

正极还原 Cu² (a_Cu2 ) 2e^-→Cu(s)

净反应 H₂(p^⊖) Cu² (a_Cu2 )═Cu(s) 2H (a_H =1)

电池的电动势E=φ_R-φ_L

下表“”和“”分别表示“右“和“左”，则电动势E为

E=φ_{Cu2 |Cu}-φ^Θ_{H |H2}=φ_{Cu2 |Cu}

根据以上规定，该电池的电动势就是铜电极的氢标还原电极电势。当铜电极的Cu² 的活度a_Cu2 =1时，实验测得的标准电动势为0.337V，所以φ_{Cu2 |Cu}=0.337V。用同样的方法可得到 其他电极的标准还原电极电势值，列表备用 。

标准电极电势标准电极电势表

标准电极电势表，是指半反应按电极电势由低到高排序，可十分简明地判断氧还反应的方向。标准电极电势是可逆电极在标准状态及平衡态时的电势，也就是标准态时的电极电势。标准电极电势有很大的实用价值，可用来判断氧化剂与还原剂的相对强弱，判断氧化还原反应的进行方向，计算原电池的电动势、反应自由能、平衡常数，计算其他半反应的标准电极电势，等等。

为了能正确使用标准电极电位表（课本或化学手册上均有较详细的表），现将有关的一些问题叙述如下：

(1)在Mⁿ /M电极反应中，M叫做物质的还原态。Mⁿ 叫做物质的氧化态，物质的还原态和氧化态构成氧化还原电对。电对也常用符号来表示，例如Zn² /Zn是一个电对，Cu(II)/Cu也是一个电对等。

(2)表中所列的标准电极电位的正、负数值，因电极反应进行方向而改变。如，当电极反应按Zn² 2e^-=Zn，或者按Zn=Zn² 2e^-的方式进行时，电对（Zn² /Zn或Zn/Zn² ）的标准电极电位符号是相反的。

(3)在表中，物质的还原态的还原能力自下而上依次增强；物质的氧化态的氧化能力自上而下依次增强。具体地说，电对的电极电位数值越小，在表中的位置越高，物质的还原态的还原能力越强，电对的电极电位数值越大，在表中的位置越低，物质的氧化态的氧化能力越强。例如电对Zn^ 2/Zn的标准电极电位的数值为-0.76伏较Cu数值 0.34伏为小，所以Zn原子较Cu原子容易失去电子，即Zn是较强的还原剂。

(4)物质的还原态的还原能力越强，其对应的氧化态的氧化能力就越弱，标准电极电位越小；物质氧化态的氧化能力越强，其对应的还原态的还原能力就越弱，标准电极电位越大。

(5)只有电极电位数值较小的物质的还原态与电极电位数值较大的物质的氧化态之间才能发生氧化还原反应，两者电极电位的差别越大，反应就进行得越完全。