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(以下內容摘錄自本人另一個同名部落格《創科小淘氣 The Little Electronics Mischief》: https://elec-mischief.blogspot.com/。歡迎按連結瀏覽更多電學基礎、電路設計心得等文章。)
電學是物理學的分支學科,以電為研究對象。電是神奇的東西,它並非實物,非有形狀和可觸摸得到,但是你可在大自然中觀察到它的存在,早在公元前 585 年古希臘時已被發現——哲學家及科學家泰勒斯(Thales)留意到用布摩擦過的琥珀可吸引輕小物件,例如碎草、羽毛等。英文的電字「electricity」就是源於從希臘文的「琥珀」,elektron。東漢思想家王充在著作《論衡‧亂龍》亦提到「頓牟掇芥」這摩擦起電的現象。其他國家在不同時期,在不同情況下也發現電的存在,例如會發射電擊的發電魚,當然還有大自然的閃電現象等。當時人們對電一無所知,這類現象大概會被視作神秘的力量吧。好奇的學者便對此加以研究,並逐漸發展出電學理論,也衍生次領域如電路學、電子學、電磁學等。
琥珀的顏色與太陽色彩相似,
古希臘遂
稱之為「太陽之子」(elektron)。
(圖片來源:網上)
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我們現在受惠於發達的電子科技,例如手提電話、電力照明系統、電視、音響、計時器……這些發明都不過是一、二百年的事。在此,我們應向努力不懈,付出心力研究電學的科學家致敬。談到電學的發展,歷史上有數位標誌性的人物和重要的發展里程是不容忽視的。上文提到的靜電現象,後來英人格雷(Stephen Gray,1666 - 1736)發現可將物質分為導電體和非導電體,靜電可分佈在導體內。法國的庫侖(Charles Augustin de Coulomb,1736 - 1806)更經實驗證實靜電和萬有引力一樣,兩個帶電體的相互作用力,與兩者的電量成正比,與它們的距離二次平方成反比,得出庫侖定律。
弗萊明在1904年第一次研發的真空管原型。
(圖片來源:Wikipedia)
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有時候,重要的物理現象在不經意間被發現,但當事人還未及想到如何應用。1883 年,發明燈泡的愛迪生(Thomas Alva Edison,1847 - 1931)就在一次燈炮實驗中,在燈泡加上金屬片,當接上電流錶和引線後發現有電流通過,但金屬片和燈絲沒有接觸,怎會這樣呢?當時沒人能夠解釋這個「愛迪生效應」。直至在十九世紀末,英國物理學家湯姆生(J.J.Thomson,1856 - 1940)透過陰極射線證實電子的存在後,英國的弗萊明(John Fleming,1849 - 1945)便釐清這現象是由於發熱的燈絲激發電子從負極射出,跳到正極的金屬片,形成電流。他更利用這原理,最後在 1904 年發明了真空二極管,從此一石激起千層浪,開展電子學的真空管時期。後人經過不斷改良,製造出三極,甚至四極、五極真空管,更有效地用於控制電流、信號放大和振蕩器中。這項發明令當時許多電子器材如音響放大器、收音機、發射機等應運而生,更在 1946 年製造出第一台真空管計算機,稱作電子式數字積分電腦(Electronic Numerical and Computer,簡稱 ENIAC)。它由 18,000 個真空管組成,長 50 呎,闊 30 呎,體積龐大。然而,真空管有不少缺點,例如體積大、耗電、效率低、成本高、壽命短等,促使人們發展被喻為二十世紀重要發明的電晶體。1948 年電晶體在美國貝爾電話實驗室中面世,得要感謝發明它的三位物理學家蕭克利(William Shockley,1910 - 1989)、巴定(John Bardeen,1908 - 1991)和布拉頓(Walter Brattain,1902 - 1987)。數年後電晶體投入商業化生產,進入電子學的電晶體時期。
積體電路的不同封裝。
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電晶體是組成電腦的主要零件。現今一臺電腦,由超過數十萬顆電晶體、二極體、電容、電阻等組成。為什麼小小的盒子裡能藏著這龐大數量的零件呢?這便有賴積體電路(集成電路)的發展。積體電路(Integrated Circuit,IC)就是將許多微小零件組成在一塊晶片上,再封裝而成。初時小型積體電路包含不超過 100 個零件,後來發展出中型、大型、超大型、極大型積體電路,一顆 IC 內零件數量可達數百萬以上!此後,電子產品便因 IC 的急速發展,趨向更小、運算速度高、高效率、便宜,因此各類電子產品功能不斷提高,但價錢不斷下跌。
以上所敍述簡史不過是電學發展的其中一隅。科學家還在磁、馬達、無線電、數位電路等作專門的研究,為通訊和電力等發展作出偉大的貢獻。電學的範圍十分廣博,雖然理論較為抽象,不過只要打好學習基礎,加上多點注意身邊細節,便能容易將知識融會貫通,利用所學創造新穎而便利生活的東西。
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