第1讲电子信息技术发展史1.1电的发现与发展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电流。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。图1-10富兰克林的风筝实验●这个实验表明：被雨水湿透了的风筝的金属线变成了导体，把空中闪电的电荷引到手指与钥匙之间，这在当时是一件轰动一时的大事。●富兰克林在美国费城的实验惊动了教会，他们斥责他冒犯天威，是对上帝和雷公的大逆不道。然而，他仍然坚持不懈，而且在一年后制造出世界上第一个避雷针，终于制服了天电。富兰克林的这个实验，不仅在美国有很大的影响，而且影响到世界其他国家。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，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。图1-11丹麦物理学家奥斯持●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。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磁场中运动。●这里的关键技术是：产生感应电流的回路都是处在一个变化的磁场中，一旦磁场变化停止，感应电流就消失（图1-18）。●1852年5月，德国物理学家欧姆（图1-21）研究探讨了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。●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。●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。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）。图1-23英国物理学家家麦克斯韦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）。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；数学形式简单优美,充分体现了物理学的〝美〞以及数学的重要性；更重要的是科学家正是利用数学方法从庞杂的经验事实中找出自然界普遍的高于感性经验的客观规律来。2）赫兹实验1873年，德国物理学家赫兹(图1-26)用试验第一次证明了电磁波的存在。他自制了一个能够产生电磁振荡的仪器，产生出电磁波，在离它三公尺的地方，赫兹用一个简单的接受器接受到了这台仪器发出的电磁波。图1-27是赫兹试验验证原理图。图1-26德国物理学家赫兹赫兹在实验时曾指出，电磁波可以被反射、折射和如同可见光、热波一样的被偏振。由他的振荡器所发出的电磁波是平面偏振波，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。●第一次以电磁波传递信息是1896年意大利马可尼开始的。●1901年，马可尼又成功的将讯号送到大西洋彼岸的美国。●20世纪无线电通讯更有了异常惊人的发展。1.2电子线路元件的发展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，它存在于一切物质之中。●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，