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《无线电》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

1955年创刊,是国内电子科普领域创刊最早、发行量最大的知名杂志,累计发行量超过3亿册,倡导科普、兴趣、实作、分享的办刊理念。

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《电的故事》——认识电——《无线电》2013.01

2013-03-07 13:34:14

如果让你说出几个带“电”的词语,你可能会想到闪电、电池、电视、电脑、电话、电冰箱……在这些你看过、听过、用过的词汇里,“电”仿佛离我们很近。我们熟悉它,就像熟悉从小一起玩到大的伙伴。“电”彻底地融入了生活,停电的日子就如鱼儿离开了水,花儿离开了土地。人们每时每刻都离不开“电”,甚至有一些自称“电子爱好者”的人深深地爱上了它。既然这样,试问身为电子爱好者的你,“电”是什么?自由的百科全书——维基百科——这样解释:“电是一种自然现象,是一种能量。电是像电子和质子这样的亚原子粒子之间的产生排斥力和吸引力的一种属性。”这听上去既高深又复杂,和我们想象中的“电”相差很远。科学的定义都是那么严肃、认真,从不考虑人们的观感。但科学能更真实地说明事物的本质,更接近真理。所以我就从科学与感观、理论与经验两个方面聊一聊“电”是什么。

 

 

电的体验

    在什么情况下,你会说:“哦,这是电”。电是一种能量,一种力。确切地说,咱们无法见到电的样子,但可以见到电所造成的现象。就好像谁都没有见过引力,可是人人都被它束缚在地球上一样。电无处不在,电的现象也司空见惯。在我们的生活中,几乎每个人都曾看过、听过和摸过电的现象。5种感受器官都和电的现象有过亲密接触,甚至我们的身体里也流淌着电。现在就请跟我一起回忆被“电”的感受吧。

 

1.雷电

    当提到“电”这个字,我在脑海中最先想到的是闪电,这是我见到的最直观的“电”,闪电过后的雷声又让我听到了“电”。要知道雷电是很古老的现象了,在地球诞生之初,几百万年的时间里每天都是电闪雷鸣的。正是有了如此长时间的雷电,才改变了大气环境,使生命得以孕育。雷电是由云层和云层、云层和地面之间的放电所形成的。看似无害的云是怎么产生电的呢?我的奶奶说,这是因为天上有雷公和电母,当他们吵架的时候就会电闪雷鸣。我知道奶奶讲的故事并不科学,可是却比科学的解释生动有趣。科学的解释是当云层中积累了大量的水滴和冰晶,在风的作用下相互摩擦。摩擦会在云中产生静电,静电越积越多,当积累到一定量的时候,就会击穿空气对地或对其他云层放电。放电瞬间的能量巨大,以光和热的形式释放。光的部分就是我们看到的闪电。热的部分会加热周围的空气,使空气迅速膨胀振动,产生雷声。雷电是最常见的电的现象,从其原理可知,物质的摩擦可以产生静电。

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疯狂的闪电

2.人造雷电

    是一项重大发现,但早期的人类还不知道雷电的原理。但他们注意到两种物体摩擦之后会吸附一些小纸片。看来奶奶说的是对的,雷公和电母之间因生活摩擦而吵架才产生了雷电。后来人们又发现,把丝绸摩擦过的玻璃棒和毛皮摩擦过的橡胶棒靠在一起时,它们会相互吸引。18世纪的美国科学家本杰明·富兰克林给出了这一现象的结论,富兰克林认为,这两种摩擦所产生的电是不同的,他把丝绸摩擦过的玻璃棒所产生的电叫“正电”,把毛皮摩擦过的橡胶棒产生的电叫“负电”。正电和负电之间的关系和男女关系一样,是同性相斥,异性相吸(当然,也有例外)。1882年,英国科学家维姆胡斯发明了圆盘式静电感应起电机。他把两个玻璃圆板安装在同一轴心上,玻璃圆板上贴有一圈金属箔片,圆板的两侧各有一组金属探针。当转动手柄时,两片圆板反向高速旋转,在两组探针上分别蓄积正电和负电。当电压(可以理解为电蓄积时产生的压力)达到一定程度时,就会在与探针连接的两个放电球之间产生和自然闪电一样的小闪电,同时伴有“啪啪”的小雷声。

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圆盘式静电感应起电机

    起电机一经发明,便迅速在欧洲各地流行起来。电成了可以制造的、供人们观赏的天然艺术品。王宫贵族们把玩起电机,科学家们则继续研究电的性质。后来出现的马克思发生器则是用电容层叠的充电而产生的闪电,它能产生更高的电压,可以制造出更巨大的人造雷电,甚至产生几十米长的闪电弧光,堪比真正的闪电。起电机虽然可以发电,但它产生的是静电,是一种不能稳定传送和使用的电。当真正的发电机出现时,静电感应起机器就退出了历史舞台,现在也只能在中学物理课的实验教具中找到它了。今天的日常生活中能看到人造雷电的机会已经不多了,一般只出现在点火的装置上。比如家用天然气灶的点火器,还有几元钱的电子式打火机。人造雷电虽然应用不多,但它给出了人造电能的可能性,也让人类更多的了解了电。这种突破可谓是第二次钻木取火。

 

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马克思发生器

3.静电

    静电不只出现在人造雷电上面,日常生活中处处都有静电。冬季天气干燥,每个人都有被静电电到的体验。天气干燥,空气中的水分较少,行走时衣服之间相互摩擦产生静电。当身体靠近接地的金属物体,就会放电。原理和自然雷电一样,都是摩擦起电。不经意间被电到,也算是一种对电的触觉体验吧。还有一种不经意的触电出现在男女一见倾心之时,这一现象只能算是类似电的触觉体验,其原理我们在此就不作讨论了。说了这么多静电,它除了观赏之外,有没有受用之处呢?当然有,人类总是可以把自然的特性为己所用。静电除了可以点火,还能当胶水。我刚刚讲过静电有吸附小纸片的特性,这一特性被用于贴膜技术。现在几乎每个人都有手机,而很多人会在手机屏幕上贴上保护膜。你知道这层膜是怎么贴上去的吗?用胶水粘上?还是用钉子钉上的呢?正确答案是用静电吸附上去的。贴膜在出厂前,让膜在机器里与某种东西摩擦产生静电。当你给手机贴膜的时候,一般会用贴膜布擦净玻璃屏幕,其实也有产生静电的效果。然后再把带有静电的膜放上去。膜与玻璃之间的静电相互吸引,膜就自然粘上去了。揭下膜时也不会留下痕迹。另外,静电击穿空气时会加热周围的氧气,产生臭氧。臭氧虽然对人体是有害的,但加以控制就可利用臭氧消毒、灭虫。

 

 

未完...

 

原文详见《无线电》2013年第1期




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