正文 265 物理學之電學 5 文 / 月之輪迴

    4.電力設備和三相交流技術

    兩相交流電是用四根電線輸電的技術。德國的多勃羅沃爾斯基在繞組上想出了竅門，從繞組上每隔120度的三個地方引出抽頭，得到了三相交流電。1889年，利用這種三相交流電的旋轉磁場，製成了功率為100w的最早的三相交流電動機。

    同年，多勃羅沃爾斯基又開發出了三相四線制交流接線方式，並在1891年的法蘭克福輸電實驗（150va三相變壓器）中獲得了圓滿成功。

    8.電子電路元器件的歷史

    當代，是包括計算機在內的電子學繁榮昌盛的時代，其背景與電子電路元器件由電子管-晶體管=集成電路的不斷發展有著密切的關係。

    1.電子管

    電子管是沿著二極管-三極管-四極管-五極管的順序發明出來的。

    二極管：前面曾經講過，愛迪生發現了電燈泡燈絲發射電子的「愛迪生效應」。1904年，英國人弗萊明受到「愛迪生效應」的啟發，發明了二極管。

    三極管：1907年，美國的福雷斯特發明了三極管。當時，真空技術尚不成熟，三極管的製造水平也不高。但在反覆改進的過程中，人們懂得了三極管具有放大作用，終於拉開了電子學的帷幕。

    振蕩器也從上面所講過的馬可尼火花裝置發展為三極管振蕩器。三極管有三個電極，陽極，陰極和設置在二者之間的控制柵極，這個控制柵極是用來控制陰極所發射的電子流的。

    四極管：1915年，英國的朗德在三極管的控制柵極與陽極之間又加了一個電極，稱為簾柵極。其作用是解決三極管中流向陽極的電子流中有一部分會流到控制柵極上去的問題。

    五極管：1927年，德國的約布斯特在陽極與簾柵極之間又加了一個電極，發明了五極管。新加的電極被稱為抑制柵。加入這個電極的原因是：在四極管中。電子流撞到陽極上時陽極會產生二次電子發射，抑制柵就是為抑制這種二次電子發射而設置的。

    此外。1934年美國的湯綠森通過對電子管進行小型化改進，發明了適用於超短波的橡實管。

    管殼不用玻璃而採用金屬的st管發明於1937年，經小型化後的mt管發明於1939年。

    2.晶體管

    半導體器件大致分為晶體管和集成電路（ic）兩大部分。第二次世界大戰後，由於半導體技術的進步，電子學得到了令人矚目的發展。

    晶體管是美國貝爾實驗室的肖克萊，巴丁，布拉特在1948年發明的。

    這種晶體管的結構是使兩根金屬絲與低摻雜鍺半導體表面接觸，稱為接觸型晶體管。

    1949年。開發出了結型晶體管，在實用化方面前進了一大步。

    1956年開發出了製造p型和n型半導體的擴散法。它是在高溫下將雜質原子滲透到半導體表層的一種方法。1960年開發出了外延生長法並製成了外延平面型晶體管。外延生長法是把硅晶體放在氫氣和鹵化物氣體中來製造半導體的一種方法。

    有了半導體技術的這些發展，隨之就誕生了集成電路。

    3.集成電路

    大約在1956年，英國的達馬就從晶體管原理預想到了集成電路的出現。

    1958年美國提出了用半導體製造全部電路元器件，實現集成電路化的方案。

    1961年，得克薩斯儀器公司開始批量生產集成電路。

    集成電路並不是用一個一個電路元器件連接成的電路，而是把具有某種功能的電路「埋」在半導體晶體裡的一個器件。它易於小型化和減少引線端，所以具有可靠性高的優點。

    集成電路的集成度在逐年增加。元件數在100個以下的小規模集成電路，100~1000個的中規模集成電路，1000~100000個大規模集成電路。以及100000個以上的超大規模集成電路，都已依次開發出來，並在各種裝置中獲得了廣泛應用。

    電磁效應

    物質中的電效應是電學與其他物理學科(甚至非物理的學科)之間聯繫的紐帶。物質中的電效應種類繁多。有許多已成為或正逐漸發展為專門的研究領域。比如：

    電致伸縮、壓電效應(機械壓力在電介質晶體上產生的電性和電極性)和逆壓電效應、塞貝克效應、珀耳帖效應(兩種不同金屬或半導體接頭處，當電流沿某個方向通過時放出熱量，而電流反向時則吸收熱量)、湯姆孫效應(一金屬導體或半導體中維持溫度梯度，當電流沿某方向通過時放出熱量，而電流反向時則吸收熱量)、熱敏電阻(半導體材料中電阻隨溫度靈敏變化)、光敏電阻(半導體材料中電阻隨光照靈敏變化)、光生伏打效應(半導體材料因光照產生電位差)，等等。

    對於各種電效應的研究有助於瞭解物質的結構以及物質中發生的基本過程，此外在技術上，它們也是實現能量轉換和非電量電測法的基礎。

    電磁測量

    也是電學的組成部分。測量技術的發展與學科的理論發展有著密切的聯繫，理論的發展推動了測量技術的改進；測量技術的改善在新的基礎上驗證理論。並促成新理論的發現。

    電磁測量包括所有電磁學量的測量，以及有關的其他量(交流電的頻率、相角等)的測量。利用電磁學原理已經設計製作出各種專用儀表(安培計。伏特計、歐姆計、磁場計等)和測量電路，它們可滿足對各種電磁學量的測量。

    電磁測量的另一個重要的方面是非電量(長度、速度、形變、力、溫度、

    光強、成分等)的電測量。它的主要原理是利用電磁量與非電量相互聯繫的某種效應。將非電量的測量轉換為電磁量的測量。由於電測量有一系列優點：準確度高、量程寬、慣量小、操作簡便，並可遠距離遙測和實現測量技術自動化，非電量的電測量正在不斷發展。

    電學相關

    電學作為經典物理學的一個分支，就其基本原理而言，已發展得相當完善，它可用來說明宏觀領域內的各種電磁現象。

    20世紀，隨著原子物理學、原子核物理學和粒子物理學的發展，人類的認識深入到微觀領域，在帶電粒子與電磁場的相互作用問題上，經典電磁理論遇到困難。雖然經典理論曾給出一些有用的結果，但是許多現象都是經典理論不能說明的。經典理論的局限性在於對帶電粒子的描述忽略了其波動性方面，而對於電磁波的描述又忽略了其粒子性方面。

    按照量子物理的觀點，無論是物質粒子或電磁場都既有粒子性，又具有波動性。在微觀物理研究的推動下，經典電磁理論發展為量子電磁理論。(未完待續)