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从“顿牟掇芥”讲起
  文章来源:福建物质结构研究所 发布时间:2012-12-08 【字号: 小  中  大   

在中国东汉时期,当时杰出的思想家哲学家王充(27—约97)在其所著书籍《论衡》中就有关于电的描述:“顿牟掇芥”,顿牟就是琥珀,当琥珀经摩擦后,即能吸引像草芥一类的轻小物体。这是人类早先对电的感性认识。

公元1600 年,英国医生吉尔伯特(1544~1603)发现用摩擦的方法不但可以使琥珀具有吸引轻小物体的性质,而且还可以使不少别的物体如玻璃棒、玛瑙、瓷等也具有吸引轻小物体的性质。他把这种吸引力称为“电力”。吉尔伯特是英国女王伊丽莎白一世的御医,同时也是一位科学爱好者,他用观察与实验的方法研究了电与磁的现象,并最先使用了“电力”、“电吸引”等专用术语。对电的本质,吉尔伯特也予以解释,他认为存在一种“电液体”,带电体吸引其他物体时,“电液”就从带电体流向被吸引的物体。吉尔伯特提出的概念,说明电是物质,这有特殊的意义,因此许多人称他是电学研究之父。

1732年,美国科学家富兰克林(1706~1790)也对电作过深入的探究,并提出了电流的概念。他认为电是一种没有重量的流体,存在于所有物体中。当物体得到比正常份量多的电就称为带正电;若少于正常份量,就被称为带负电,所谓“放电”就是正电流向负电的过程,这个理论并不完全正确,但是正电、负电两种名称则被保留下来。

电流的概念,对于人们深入研究电学和电磁现象有着重要的意义。现在我们知道,电流就是电荷向一定方向移动,在金属导体中的电流是靠自由电子的运动来形成的。电流通过电路时,会产生许多新的效应。如电流通过电灯的时候,电灯就发热发光;电流通过电风扇的时候,电风扇就能转动。电流可使蓄电池充电;可带动电动机作功……。这些现象表明,电流可以通过各种特定的器件转化为其他形式的能量。 

伟大的科学家爱因斯坦(1879-1955)在1916年提出了一套全新的理论。这一理论是说在组成物质的原子中,有不同数量的电子分布在不同的能级上,在高能级上的电子受到某种光子的激发,会从高能级跃迁到低能级,这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光,而且在某种状态下,能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”,简称激光。

激光现在几乎是无处不在,它已经被用在人类活动的方方面面:激光针灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光测距仪、激光手术刀、激光炸弹、激光雷达、激光枪、激光炮……, 

现在人们知道,电子是构成原子的基本粒子之一,由电子与中子质子所组成的原子,是物质的基本单位。当原子的电子数与质子数不等时,原子会带电,称这原子为离子。当原子得到额外的电子时,它带有负电,叫阴离子,失去电子时,它带有正电,叫阳离子。若物体带有的电子多于或少于原子核的电量,导致正负电量不平衡时,称该物体带静电。当正负电量平衡时,称该物体的电性为电中性。 电子跃迁产生光谱,电子排布决定元素的化学性质,并且对原子的磁性有着很大的影响。电子与质子之间的吸引力,使得电子被束缚于原子核,两个或两个以上的原子,会交换或分享它们的电子,这是化学键的主要成因。

现在人们还知道,电子是一种带有负电的亚原子粒子,通常标记为e-。电子属于轻子类,以重力、电磁力和弱核力与其它粒子相互作用。电子带有1/2自旋,是一种费米子。电子的反粒子是正电子,其质量、自旋、带电量大小都与电子相同,但是电量正负性与电子相反。电子与正电子会因碰撞而互相湮灭,在这过程中,创生一对以上的光子,光子是在电子运动的向心力最大的地方发射的。

电子是“对人类的文明和进步做出大贡献的粒子”。激光、半导体、电子计算机、数码产品、数控制造等现代技术,电子都扮演了重要角色。对电子的开发和应用使人类的能力添上了翅膀,极大地节省了人的体力劳动和脑力劳动,使人类对能量和信息的获取及转化能力发生革命性的飞跃。如果没有电子的存在,如果没有对电子性质的研究,如果没有对电子的开发和应用,人类可能现在还在黑暗中摸索。

人类对电子的认识也是从感性到理性,从知之不多到知之较多,但人类对电子的认识是否都清楚了呢?不!电子有波粒二象性,它没有明确的轨道,目前人们借助于仪器所观察到的也只是“电子云”形态。人类对电子的认识尚有不明之处。对电子的物理本质尚未理解透彻,电子仍是物质结构研究的重点,仍是化学物理光电材料等科学家攻关的对象。

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