基础科普文--电子科技

Posted 2020-12-16 qianshilingyao

今天，我们聊聊电子科技的基础知识。

电子科技，顾名思义离不开电这个名字。

电，如亘古时代的闪电，它伴随着地球数十亿年文明的演变进程。也许是那道划破漆黑天际的闪电，让森林燃起熊熊烈火，为万物生灵带来另一道生命之光。从电到火，从电到光，关于电的认知，人类从未知与恐惧，到适应与利用，走过了数百万年的艰辛旅程。

在我国商周时期出土青铜文物，就有关于电甲骨文文字描述。在古代，电与雷是同一样东西，闪电又被称为霹雳、惊雷、雷霆，未简化的繁体的“電”与雷，因此也极为相似。

中国古代有众多关于闪电的描述：
唐.李白：“列缺霹雳，丘峦崩摧。”--《梦游天姥吟留》；
唐.李贺：“女娲炼石补天处，石破天惊逗秋雨。”--《李凭箜篌引·吴丝蜀桐张高秋》；
晋.傅玄：“惊雷奋兮震万里，威凌宇宙兮动四海。“--《惊雷歌》；
宋.苏轼：“已外浮名更外身，区区雷电若为神。”--《唐道人言天目山上俯视雷雨每大雷电但闻云中》；
宋·陆游：“雷车动地电火明，急雨遂作盆盎倾。”--《七月十九日大风雨雷电》；
明·张岱：“半天雷电金牌冷，一族风波夜壑红。”--《岳王坟》；

直到近代，电的研究进入高速发展阶段，首先我们回顾一下近代历史上的标志性事件：
1、1732年，美国科学家富兰克林（Benjamin Franklin，1706～1790）通过风筝实验，成功将雷电引入地面；

2、1785~1789年，法国科学家库伦（Charles-Augustin de Coulomb 1736 --1806）用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的库仑定律。库仑定律使电磁学的研究从定性进入定量阶段，是电磁学史上一块重要的里程碑。

3、1800年，意大利科学家伏特（Alessandro Volta，1745～1827）公布以含食盐水的湿抹布，夹在银和锌的圆形板中间，堆积成圆柱状，制造出世界上最早的电池－伏特电池。

4、1820年，丹麦科学家奥斯特（Hans Christian ?rsted，1777~1851）意外地发现载流导线的电流会作用于磁针，使磁针改变方向。

5、1821年，英国科学家法拉第（Michael Faraday，1791～1867）法拉第从奥斯特的发现中得到启发，认为假如磁铁固定，线圈就可能会运动。根据这种设想，他成功地发明了装置简陋的电动机原型，它是今天世界上使用的所有电动机的祖先。

6、1831年，法拉第发现第一块磁铁穿过一个闭合线路时，线路内就会有电流产生，这个效应叫电磁感应，并成功制出了世界上最早的第一台发电机。

7、1866年，德国发明家西门子（Siemens，1861~1892）根据电磁感应现象，制成世界上第一台工业用发电机，同年，西门子还发明了第一台直流电动机。此后如打开潘多拉的盒子，如电梯（1880）、电力机车（1879）、有轨电车（1881）、无轨电车（1882）等都是西门子公司发明并最先投入市场的。甚至，当前推广的新能源电动汽车，也是西门子公司在1898年最先发明的。

8、1855年至1865年，英国科学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831~1879）总结了电磁现象的三个最基本的实验定律：库仑定律（1785年），毕奥-萨伐尔定律（1820年），法拉第电磁感应定律（1831年），麦克斯韦在全面地审视了库仑定律、毕奥—萨伐尔定律和法拉第定律的基础上，把数学分析方法带进了电磁学的研究领域，由此导致麦克斯韦电磁理论的诞生。

9、德国科学家赫兹（Heinrich Rudolf Hertz，1857~1894）麦克斯韦的理论设计出了电磁震荡器和检波器，赫兹先求出振荡器的频率，又以检波器量得驻波的波长，二者乘积即电磁波的传播速度，通过实验验证了电磁波的存在，证明了麦克斯韦的预想电磁波的速度等于光速。

物质是科学的基础。
英国化学家和物理学家道尔顿（J.John Dalton ，1766～1844）创立原子学说以后，很长时间内人们都认为原子就像一个小得不能再小的玻璃实心球，里面再也没有什么花样了。

汤姆逊（Joseph John Thomson，1856-1940）进行更有系统的研究，提出“葡萄干蛋糕模型”来描绘原子的结构，电子分布在球体中很有点像葡萄干点缀在一块蛋糕里。它不仅能解释原子为什么是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，而且还能解释阴极射线现象和金属在紫外线的照射下能发出电子的现象。而且根据这个模型还能估算出原子的大小约10^-8厘米，这是件了不起的事情，正由于汤姆逊模型能解释当时很多的实验事实，所以很容易被许多物理学家所接受。

英国物理学家欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford，1871～1937）1895年来到英国卡文迪许实验室，跟随汤姆逊学习。1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出的一种粒子，并测定了它的电荷与质量，它的电荷量为一个单位，质量也为一个单位，卢瑟福将之命名为质子。

电，从微观物质结构上分析，约定俗成定义电子带负电荷，原子核的质子带正电荷；电子它们位于原子核外层，电子绕着原子核的中心运动，就像太阳系的行星绕着太阳运行一样。

电子非常活跃，在我们今天的世界，随处可见，它是这个地球上最容易得到的东西，从双手摩擦起电、身体的静电，干电池直流电、到家用的交流电、到天空的雷鸣闪电，本质都是电子运动迁移的结果。

电子科技，若以第一次世界大战为计算起点，发展迄今约一百年，是当前时代科技发展代表作之一，也是人类文明极其着重的一笔。其变化之快几乎可肉眼可见，其理论推算之神准。从家用电器、电脑到手机，从自动化生产制造装备，到航天航空火箭，再到人工智能系统，电子科技以其便利、高效著称，服务于各行各业，融入生活工作的方方面面。

今天，然而，这电子科技的发展会不会有终点？答案肯定的。放眼对比望去，智人约有数百万年的历史，若以文字图案语言为基准的人类文明，不过区区一万年，在地球46亿年的历史进程中，电子科技之于人类文明、人类文明之于地球文明，犹如刹那之间的阳光，是有那么一点惊艳，但终究会消失。说到这里，有人会疑问，什么会取代电子科技？
电子科技，代表着以活跃的电子为驱动能量，以电的良导体、半导体、绝缘体为物质载体，对电子流动加以控制，使其能量流动符合人类的预定设想，实现相应的目标功能。物质是科技的基础，要能够终结或取代电子科技的发展，必须依靠发现新物质，而且该物质必须具备以下基本特征：储存量大、能量可控。就目前而言，光是比较符合预期的，光可以依靠太阳、宇宙源源不绝地获得，光本质是电磁波，光生电、电生光，电生磁、磁生电，然而，光的稳定性、可控性还比不上电子。相比于电子，目前，在地球上还未找到另外一种更好的物质。

今天就到此为止，看完文章，来电了吗？