1.1.2 电的效应
1）奥斯特电流磁效应
●奥斯特（图1-11）根据已发现一些电可能会发生磁的迹
象，坚信电磁间有联系，并开展电是否能产生磁的研究。
●1820年4月的一天，奥斯特在一次讲演快结束的时候，抱
着试试看的心情又做了一次实验。他把一条非常细的铂导 线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方，接通电源的瞬间，
1.1.4 电磁波的发现
(a) 电磁波的形成和发展
Y 电场强度 电磁波传播方向
X 磁场强度
Z
(b) 沿X方向传播的简谐平面电磁波
图1-25 电磁波
1.1.4 电磁波的发现
麦克斯韦的电磁理论首次综合和发展了前人工作, 给 出了一个描写〝电磁场〞运动的完美的统一方程；充
分反映了电场与磁场以及时间空间的对称性；数学形
●1958年美国提出了用半导体制作全部电路元器件实现集成电路化
方案。当年，美国德州仪器公司的基尔比在研究微型组件时，为实 现电路的微型化，提出了用同一种材料做出电子元器件的设想，并
在一个玻璃板上焊接锗晶体管芯片等元件，成功地研究出了微小型
锗振荡器，这就是世界第一块集成电路。 ● 1961年，开始批量生产集成电路。
包括了许多种由于电荷的存在或移动而产
生的现象，自然界的闪电就是其中一种。
1.1.1 电的发现
●
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（图1-8）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
图1-8 意大利物理学家伏打
电流。
1.1.1 电的发现
富兰克林风筝实验
●1746年，英国伦敦一名叫柯林森的物理学
家，通过邮寄向美国费城的本杰明.富兰克
林赠送了一只莱顿瓶，并在信中向他介绍了 使用方法，这直接导致了1752年富兰克林著 名的费城实验。
1.1.1 电的发现
● 他做了一个把风筝放到雷雨云
里去的实验。他用金属丝把一个很 大的风筝放到云层里去，金属丝的 下端接了一段绳子，另外金属丝上 还挂了一串钥匙。当时富兰克林一 手拉住绳子，用另一手轻轻触及钥 匙。于是他立即感到一阵猛烈的冲 击（电击），同时还看到手指和钥 匙之间产生了小火花（图1-10）。
1.2 电子线路元件的发展
1.2.1 电子的发现 1.2.2 电子管 1.2.3 晶体管 1.2.4 集成电路
1.2.1 电子的发现
●电子的发现过程，始于人们对气体放电的 研究。当气体放电发生时，电子很容易脱离 原子的束缚呈现许多新奇现象。它们引导科
学家探寻隐藏其中的奥秘，从而找到电子；
应用电子的构想，源于白炽灯的发明。白炽灯
1.2.4 集成电路
a). 20世纪60年代初期，人们只能制做
一块硅片包含几 十个元件的小规模集成
电路；
b).20世纪70年代后期，人们已经能够在
1.2.4 集成电路
集成电路示例见图1-36。
(a)第一块集成电路
(b)集成电路芯片显微照片
(c)各种封装好的集成电路
图 1-36
集成电路示例
1.2.4 集成电路 ●集成电路并不是一个一个的电路元器件连接成 的电路，而是把具有某种功能的电路“埋”在半 导体晶体管里的一种器件。它易于小型化和减少 引线端，所以具有可靠性高的优点。 ●集成电路的发明，是电子产品工艺技术的一次 革命，进一步减小了电子设备的体积，由此，它
电流产生的电磁力的衰减与
导线长度的关系，其结果在 他的第一篇科学论文中发表， 在这个实验中，他碰到了测 量电流强度的困难。
图1-21德国物理学家欧姆
1.1.3 欧姆定理实验
●在德国科学家施威格发明的检流计启发下，他把
奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤方法巧妙
地结合起来，设计了一个电流扭力秤，用它测量电
I=U/R
图1-22 欧姆定理实验电路图
1.1.4 电磁波的发现
1）麦克斯韦方程组 麦克斯韦（图1-23）通过对前人的发现和成果
加以总结和升华以及结合位移电流概念的引入，
创造性地提出了变化电场可在周围激发磁场的 假设，把物理与数学紧密结合, 利用类比方法 建立了描写电磁场运动规律的麦克斯韦方程组 （图1-24）。
●电子围绕原子的核做高速运动。电子通常排列在各个
能量层上。当原子互相结合成为分子时，在最外层的电 子便会由一原子移至另一原子或成为彼此共享的电子。 ●在汤姆孙的原子模型中，原子是一个球体；正电核均 匀分布在整个球内，而电子镶嵌在原子里面。
1.2.2 电子管 ●1904年，英国工程师弗莱明(图 1-30)
号叠加在上面，向幅员辽阔的地域播送语
音信息。
1.2.2 电子管 无线电电子学技术开始跨出通信系统，进入人 类活动的更多领域。作为电子学装置的核心器 件，真空三极管一直推动着电子技术前进，直 到1947年，三位美国科学家发明晶体管，它才
逐渐退出历史舞台。
1.2.3 晶体管 ●为了克服电子管的局限性，第二次世
发明了人类第一只电子管, 电子管的诞生，
是人类电子文明的起点。
弗莱明真空二极管的发明得益于爱迪生发
现的“爱迪生效应”。
弗莱明采用在真空中利用电流加热灯丝的方 法，轻而易举地获得逸出物体的自由电子， 并用它做成了一种效率很高的无线电信号检 测器------真空二极管（如图1-31）。真空 二极管可使频率很高的无线电信号被整流检 波成为人们需要的信息。
波，其电场平行于振荡器的导线，而磁场
垂直于电场，且两者均垂直传播方向。
1889年在一次著名的演说中，赫兹明确的指 出，光是一种电磁现象。此外，赫兹还发现 电磁波可以毫无困难地通过墙壁，不过它能 被大金属挡住；镜子可以反射电磁波。赫兹 还测出电磁波的波长，由此计算出电磁波的
传播速度，结果发现，电磁波的传播速度和
流强度。 ●欧姆从初步的实验中证实，电流的电磁力与导体 的长度有关。随后，在试验中改变电路上的电动势 中，他发现：电荷在导体中流动遵从一种十分简单
的规律：电流和电压成正比。
1.1.3 欧姆定理实验
●电压和电流之间的比例系数称作电阻，它表示 导体对电荷流动所呈现的“阻力”（图1-22），
电动势与电阻之间的依存关系，就是欧姆定律。
们变得更轻、更小。
1.2.4 集成电路 ●由于不同的电子元件大部分可以在同一块硅片 上制造，相互紧密连接在一起，因而减少了元件 失效和引线断裂的可能性，提高了电子设备的可 靠性，也降低了电子产品制造的成本。 ●为充分体现集成电路的优越性，人们竞相改进 工艺，努力在同样尺寸的硅片上制造越来越多的
电子元件。
灼热的灯丝，不仅持续地发出明亮的光，并源
源不断地发射电子；
这些电子在没有空气的环境里能够自由地飞行， 这成为各类电子技术发明共同的基础。
借助电和磁的作用，人们可以控制它们的运动，
1.2.1 电子的发现 ●1897年，英国科学家汤姆孙（如图1-28） 对阴极射线进行更加精确的实验研究时发 现，阴极射线是一种带负电的微粒，与气 体成分或阴极材料无关，它存在于一切物
的实验》论文，向学术界宣布了电流的磁效应，
整个物理学界都震动了。
1.1.2 电的效应
法拉第电磁感应
●法拉第（图1-17）经过近10年的 努力，于1831年发现了电磁感应现 象。他把磁产生电的现象称为“电 磁感应”，并且概括了可以产生感 应电流的几种途径：电流变化、磁 场变化、流过恒定电流的导线空间 位置变化、磁场运动以及使导体在
界大战结束后，贝尔实验室加紧了对固
体电子器件的基础研究。肖克莱等人决
定集中研究硅、锗等半导体材料，探讨
用半导体材料制作放大器件的可能性。
1.2.3 晶体管
图1-34 晶体管的三位发明人：巴丁、肖克莱、布拉顿
1947年12月，这个世界上最早的实用半 导体器件终于问世了（图1-35），在首次 试验时，它能把音频信号放大100倍，它 的外形比火柴棍短，但要粗一些。
发现磁针跳动了一下（图1-12）。这一跳使有心的奥斯特
喜出望外，竟激动得在讲台上摔了一跤。
1.1.2 电的效应
图1-11 丹麦物理学家奥斯持
图1-12电流磁效应
1.1.2 电的效应
●以后的两个月里，奥斯特闭门不出，设计了几
十个不同的实验，都证实了通电导线周围存在磁
场。 ●同年7月，奥斯特发表了《关于磁体周围电冲突
1.2.2 电子管
图 1-30英国工程师弗莱明
图 1-31 真空电子二极管（1904年）
1.2.2 电子管
图1-32美国发明家德福雷斯特
图1-33 真空三极管
1.2.2 电子管
●真空三极管的发明，使无线广播迅速成
为一种大众传媒，收音机成为一种时尚家
电。
●利用真空三极管，可以产生功率强大的
高频无线电信号，同时使声音变成的电信
质之中。
汤姆孙用“电子”一词命名他确认的这种 带电微粒，图1-29就是汤姆孙的原子模型。 科学史家将人类发现电子的时间定为1897 年。
1.2.1 电子的发现
图 1-28英国科学家汤姆孙
图1-29 汤姆孙的原子模型
1.2.1 电子的发现
●电子是一种基本粒子，目前无法再分解为更小的物质。 其直径是质子的0.001倍，重量为质子的1/1836。
1.1.4 电磁波的发现
图1-23 英国物理学家家麦克斯韦
图1-24 麦克斯韦方程组
1.1.4 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ磁波的发现
由麦克斯韦方程组出发，根据交变的电场（或磁
场）可在周围产生交变磁场（或电场），预言了
电磁波。
他认为这种交变电磁场可不断由振源向远处传播
开来，电磁振荡在空间的传播就形成了电磁波 （图1-25）。
图1-17 英国著名物 理学家、化学家法拉第