如今，無論人類生活、科技活動、物質生產活動都離不開電。隨著科學技術的發展，壹些具有專門知識的研究內容逐漸獨立出來，形成專門學科，如電子學、電工學等。電學又稱電磁學，是物理學中具有重要意義的基礎學科。
電學的基本內容
電學研究的內容主要有靜電、靜磁學、電磁場、電路、電磁效應和電磁測量。
靜電學是研究靜電荷產生的電場及其對電荷作用規律的學科。電荷只有兩種，叫做正電荷和負電荷。同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。電荷遵守電荷守恒定律。電荷可以從壹個物體轉移到另壹個物體，電荷的代數和在任何物理過程中都保持不變。所謂帶電，不過是正負電荷的分離或轉移；所謂電荷消失，不過是正負電荷的中和。
靜電荷間的相互作用力符合庫侖定律:真空中兩個靜點電荷間相互作用力的大小與它們的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比；力的方向是沿著它們之間的線，相同符號的電荷相斥，不同符號的電荷相吸。
電荷之間的相互作用是通過電荷產生的電場的相互作用來實現的。電荷產生的電場用電場強度(簡稱場強)來描述。空間中某壹點的電場強度由該點正單位探針電荷的電場力定義，電場強度遵循場強疊加原理。
普通物質根據其導電性的不同可以分為兩種情況:導體和絕緣體。導體中有可移動的自由電荷；絕緣體，也稱為電介質，只包含束縛電荷。
在電場的作用下，導體中的自由電荷會運動。當導體成分和溫度均勻時，達到靜電平衡的條件是導體內部電場強度處處等於零。根據這個條件，可以導出導體靜電平衡的壹些性質。
靜磁學是研究電流穩定時產生的磁場以及磁場對電流的作用力的學科。
電荷的定向流動形成電流。電流之間存在磁相互作用，這種磁相互作用是通過磁場來傳遞的，即電流在其周圍的空間中產生磁場，磁場對置於其中的電流施加作用力。電流產生的磁場用磁感應強度來描述。
麥克斯韋方程描述了電磁場的普遍規律。它與物質的介質方程、洛侖茲力公式和電荷守恒定律相結合，從原理上可以解決各種宏觀電動力學問題。
從麥克斯韋方程組推導出的壹個重要結果是，存在電磁波，變化的電磁場以電磁波的形式傳播。電磁波在真空中的傳播速度等於光速。這也說明了光也是壹種電磁波。
電路，包括DC電路和交流電路，都是電的壹部分。DC電路研究恒流條件下的電路規律和性質；交流電路研究電流周期性變化條件下的電路規律和性質。
直流通路由導體(或導線)連接而成，導體具有壹定的電阻。在穩態條件下，電流不隨時間變化，電場不隨時間變化。
根據穩恒電場的性質、導電的基本定律和電動勢的概念，可以推導出DC電路的各種實用定律:歐姆定律、基爾霍夫電路定律，以及解決復雜電路的壹些有效而簡單的定理:等效源定理、疊加定理、互易定理、對偶定理等。這些實用的規律和定理構成了電路計算的理論基礎。
有電磁感應和位移電流，有電磁波。
電磁效應物質中的電效應是電學與其他物理學科(甚至是非物理學科)的紐帶。物質中的電效應有很多種，其中很多已經成為或正在逐漸發展成為專門的研究領域。例如:
電致伸縮、壓電效應(介電晶體受機械壓力產生的電學和電學性質)和逆壓電效應、塞貝克效應、珀耳帖效應(在兩種不同金屬或半導體的接合處，電流按某壹方向通過時放出熱量，電流反向時吸收熱量)、湯姆遜效應(金屬導體或半導體內保持溫度梯度，電流按某壹方向通過時放出熱量，電流反向時吸收熱量)， 熱敏電阻(半導體材料中的電阻隨溫度敏感變化)、光敏電阻(半導體材料中的電阻隨光照敏感變化)、光伏效應(半導體材料因光照產生的電位差)等等。
對各種電效應的研究有助於理解物質的結構和發生在物質中的基本過程。此外，在技術上，它們也是實現能量轉換和非電測量的基礎。
電磁測量也是電學的壹個組成部分。測量技術的發展與該學科的理論發展密切相關，理論發展促進了測量技術的提高；測量技術的進步在新的基礎上驗證理論，促進新理論的發現。
電磁測量包括所有電磁量和其他相關量(交流電的頻率和相角等)的測量。).各種專用儀器(電流表、電壓表、歐姆表、磁場計等。)和測量電路，可滿足各種電磁量的測量。
電磁測量的另壹個重要方面是非電量(長度、速度、變形、力、溫度、光強、成分等)的電測量。).其主要原理是利用電磁量與非電量的相關性的某種效應，將非電量的測量轉化為電磁量的測量。由於電測量具有精度高、量程大、慣性小、操作簡單、遙測距離遠、測量技術自動化等壹系列優點，非電測量不斷發展。
電力的其他分支
磁學、電學、電動力學
物理學的其他分支
物理學、力學、熱學、光學、聲學、電磁學、核物理、固體物理概述。
電力發展史
1.公元前的琥珀和磁鐵
希臘七賢中有壹位哲學家叫泰勒斯。公元前600年前後，泰勒斯看到明朝希臘人通過摩擦琥珀吸引羽毛，用磁性錢礦石吸引鐵片的現象，壹度思考原因。據說他的解釋是:“萬物有靈。磁吸鐵，故磁有靈。”這裏說的“磁性”就是磁鐵礦。
希臘人稱琥珀為“elektron”(與英語“電”諧音)。他們從波羅的海沿岸進口琥珀來制作手鐲和珠寶。當時的珠寶商也知道搓琥珀可以吸引羽毛，但他們認為這是神靈或魔法的作用。
在東方，中國人早在公元前2500年左右就有了關於磁鐵的自然知識。據《魯春秋》記載，中國在公元前1000年左右就有了指南針，他們在古代用磁針辨別方向。
2.磁性和靜電
所謂的摩擦起電在公元前只被認為是壹種現象。長期以來，對這壹現象的認識壹直沒有進展。
自13以來，指南針壹直用於導航。當時的指南針是將針狀的磁鐵礦放入稻草中，使其漂浮在水面上。14世紀初，用繩子懸掛磁針制成了航海羅盤。
這種羅盤在1492年哥倫布發現美洲新大陸和1519年麥哲倫發現繞地球航線中發揮了重要作用。
(1)磁性、靜電和吉爾伯特
英國人吉爾伯特是伊麗莎白女王的醫生。當他是醫生時，他也研究磁學。他總結了多年的磁學實驗成果，於1600年出版了《論磁學》壹書。該書指出地球本身就是壹塊大磁鐵，並闡述了指南針的磁傾角。
吉爾伯特還研究了摩擦琥珀吸引羽毛的現象，指出這種現象不僅存在於琥珀中，還存在於硫磺、毛皮、陶瓷、蠟、紙、絲綢、金屬、橡膠等摩擦起電物質中。當這壹系列中的兩種物質相互摩擦時，該系列前面的物質將帶正電，後面的物質帶負電。
當時主要的研究方法是思維，他主張真正的研究要以實驗為基礎。他提出了這個想法，並付諸實踐。在這壹點上，吉爾伯特可以說是現代科學研究方法的先驅。
(2)雷電和靜電
在公元前的中國，打雷被認為是天意。據說有五位神仙掌管雷電。他們的長輩叫雷祖，雷祖下面是雷公和電母。雷的意思是雷公在天上敲鼓，閃電的意思是電母用兩面鏡子把光射到下面的世界。
到了亞裏士多德時代，它更科學了。人們認為，打雷的發生是由於地球上水汽上升，形成雷雨雲，遇到冷空氣凝結成雷暴，並伴有強光。
是壹個英國人認為打雷是靜電，那是在1708。1748年，富蘭克林基於同樣的認識設計了避雷針。
有什麽方法可以收集這種靜電？這個問題被很多科學家思考過。1746年，萊頓大學教授苗森·布魯克發明了壹種儲存靜電的瓶子，後來成為著名的“萊頓瓶”。
苗森布魯克本來想把電裝進瓶子裏就像水裝進瓶子裏壹樣。他先把瓶子裝滿水，然後用壹根鐵絲把擦玻璃棒放進水裏。就在他的手碰到瓶子和棍子的時候，他被重重地“電擊”了壹下。據說他曾經說過:“我不想再做這個可怕的實驗了，哪怕是國王下令。”
富蘭克林想把電儲存在萊頓瓶裏。1752年6月，他做了壹個實驗，把風箏放在雷雨雲裏。結果發現雷雨雲有時帶正電，有時帶負電。這個風箏實驗很有名，很多科學家都很感興趣，紛紛效仿。1753年7月，俄羅斯科學家李奇曼在實驗中不幸觸電身亡。
意大利帕維亞伏打大學教授通過對各種金屬的實驗，證明了鋅、鉛、錫、鐵、銅、銀、金、石墨是壹個金屬電壓系列。當該系列中的兩種金屬相互接觸時，該系列中前排的金屬帶正電，後排的金屬帶負電。他將銅和鋅作為兩個電極放入稀硫酸中，從而發明了伏打電池。電壓單位“伏特”就是以他的名字命名的。
19世紀初，正是法國大革命之後，拿破侖進入時代。拿破侖從意大利回來，1801年，伏打被叫到巴黎做電學實驗，伏打被拿破侖授予金質獎章和Legino-Donoll獎章。
(3)光電池的利用和電磁學的發展。
伏打電池發明後，各國都用這種電池進行了各種實驗和研究。德國進行電解水的研究，英國化學家大衛將2000個伏打電池連接在壹起，進行了電弧放電實驗。大衛的實驗是在正負電極上安裝木炭，調節電極之間的距離，使其放電並發出強光。這是用電照明的開始。
1820丹麥哥本哈根大學教授奧斯特在壹篇論文中發表了他的發現:當壹根磁針放在連接伏打電池的導線旁邊時，磁針會立即偏轉。
俄羅斯Sillinger看了這篇論文。他把線圈和磁針結合在壹起，發明了電報(1831)，可以說是電報的開端。
後來法國的安培發現了關於電流周圍磁場方向的安培定律(1820)，法拉第發現了劃時代的電磁感應現象(1831)，電磁學迅速發展。
另壹方面，對電路的研究也在發展。歐姆發現了關於電阻的歐姆定律(1826)，基爾霍夫發現了關於電路網絡的定律(1849)，從而建立了電工學。
3.有線通信的歷史
有人說科技發展是因為軍事需要，這有壹定的歷史事實。
害怕拿破侖進攻，英國用桁架通信機向己方部隊報告法軍動向。瑞典、德國、俄羅斯等國也建立了由這種通信機組成的通信網絡用於軍事目的，據說都投入了巨額預算。
把這種通信機器改造成電通信方式的想法，大概就是有線通信的開始。
(2)莫爾斯電報機
1837年，莫爾斯電報機在美國研制成功，發明者是以莫爾斯電碼聞名的莫爾斯。莫爾斯電碼是壹種由點和破折號編碼的信號。
莫爾斯最初想成為壹名畫家，所以他在倫敦學習。1815年，他在回美國的船上聽了波士頓大學教授傑克遜關於電報的壹次演講，摩爾斯電碼和電報的想法由此產生。為了鋪設電報線路，莫爾斯成立了電磁電報公司，並於1846開通了紐約-波士頓、費城-匹茲堡、多倫多-布法羅-紐約之間的電報業務。
莫爾斯的事業非常成功，於是他在美國各地創辦了電報公司，電報業務逐漸擴大。
1846年，莫爾斯電報機配備了音頻接收器，使用起來更加方便。
(3)電話和交換機
1876 2月14日，兩位美國發明家貝爾和格雷分別提交了他們的電話專利申請。Bell的申請和Bigret的申請提前了兩個小時到達，因此Bell獲得了專利權。
1878年，貝爾成立電話公司，制造電話，全力發展電話業。
自從電話業務發展以來，交換機壹直肩負著重要的任務。1877左右的道岔稱為召喚道岔。當壹個操作員收到壹個呼叫請求時，他把這個呼叫交給另壹個操作員。
後來經過反復改進，開發了框圖開關，再後來開發了自動切換模式(1879)。
1891，史端喬自動交換機研制成功。至此，實現了自動交換的願望。之後繼續研究，經過幾個階段才達到現在的電子交易所。
(4)海底通信電纜
隨著陸地通信網絡的完善，人們開始考慮在海底鋪設通信電纜，實現隔海國家之間的通信。1840左右，惠斯通已經考慮過海底電纜的問題。
海底電纜有許多問題需要解決。電纜的機械強度、絕緣和敷設方式與陸上電纜不同。
1845年，海峽海底電報公司成立，開始了從英國到加拿大，跨越多佛海峽到法國的海底電纜鋪設工程。
海底電纜鋪設遇到過斷纜等重大問題，但鋪設海底電纜是時代的要求，各國都有所貢獻。
1851年，鋪設了最早的加萊-多佛海底電纜，成功實現了通信。借此機會，在歐洲和美國東部鋪設了許多電纜。
現在，世界上的海洋布滿了通訊電纜。
4.無線通信的歷史
來自世界任何地方的信息都可以在電視上顯示出來，電視是通過無線電波帶給我們的。
最早的無線電波實驗是德國的赫茲在1888年進行的。赫茲通過實驗發現，電波和光壹樣，有線性傳播、反射和折射。
頻率單位赫茲來自他的名字。
(1)馬可尼的無線電設備
意大利人馬可尼在雜誌上看到關於赫茲實驗的文章，於1895年研制出最早的無線電裝置，並利用該裝置在相距約3公裏的地方進行了莫爾斯電碼通信實驗。他想到把無線通信做成企業，於是成立了無線電報信號公司。
雖然馬可尼在無線通信領域取得了許多成功，但他在紐芬蘭設立無線電報局的意圖卻因為與海底電纜公司的利益沖突而遭到反對，馬可尼的反對者也不在少數。
(2)無線電話
如果不是莫爾斯信號而是人類語言，那就需要壹個載波來承載信號。載波必須是高頻波。
1906年，美國通用電氣(GE)公司的alexanderson制作了80KHZ高頻信號發生器，並首次成功進行了無線電話實驗。
為了通過無線電話傳輸語音並收聽它，必須具有用於傳輸的高頻信號發生器和用於接收的檢測器。費森登設計了壹種多差接收機，並在1913中測試成功。
Dader設計了壹種接收器，以保爾森電弧發射器為發射裝置，以電解檢測器為接收裝置。當時由於使用火花振蕩器，噪音很大，實驗階段是成功的，但離實用化還很遠。
為了使產生的無線電波穩定，接收的噪聲小，我們不得不等待電子管的出現。
(3)二極管和三極管
1903年，愛迪生發現從燈泡的熱絲中飛濺出來的電子熏黑了燈泡的壹部分。這種現象被稱為愛迪生效應。
1904年，弗萊明受愛迪生效應的啟發，做了壹個二極管，用於探測。
1907，美國D。福裏斯特在二極管的陽極和陰極之間增加了壹個叫做柵極的電極，發明了三極管。
這種晶體管可以用來放大信號電壓，也可以配合適當的反饋電路產生穩定的高頻信號，可以說是劃時代的電路元件。
進壹步改進後，三極管可以產生短波、超短波等高頻信號。此外，三極管具有控制電子流的功能，隨後出現的陰極射線管和示波器也與此密切相關。
5.電池的歷史
1790年，加爾瓦尼根據解剖青蛙的實驗提出了“動物電”。由此出發，伏打發現了兩種金屬接觸產生電的規律，可以說是電池的起源。
1799年，伏打在銅和鋅之間夾了壹層浸透鹽水的紙，然後把它們壹層層疊起來，做成“伏打疊”。“電堆”就是很多單體電池高高堆在壹起。
(1)主電池
放電後不能再用的電池稱為原電池。伏打改進了伏打堆，制成了伏打電池。
1836年，英國人丹尼爾把壹個陽極和壹種氧化劑放在壹個陶瓷桶裏，制成了丹尼爾電池。與伏打電池相比，丹尼爾電池可以長時間提供電流。
1868年，法國人萊克蘭徹公布了萊克蘭徹電池，1885年(明治18年)，日本尾井幹電池由Kenzo發明。Tailwell幹電池是壹種將電解液吸附在海綿中的特殊電池，具有搬運方便的特點。
1917年，法國的費裏發明了空氣電池，1940年，美國的魯賓發明了水銀電池。
(2)二次電池
放電後可以再充電的電池稱為二次電池。1859年，法國的普朗泰發明了可充電的鉛蓄電池。其結構是鉛電極安裝在稀硫酸中，這是最早的二次電池。現在，這種電池被用在汽車上。
1897年(明治30年)，日本島津玄宗研制出容量為10A*H的鉛酸電池，並把自己名字玄宗司馬祖的前綴GS作為商品名稱投放市場。
1899年瑞典造出了住宿電池，1905年愛迪生造出了愛迪生電池。這些電池的電解液是氫氧化鉀，後來被稱為堿性電池。
1948年，美國的紐曼發明了鎳鎘電池。這是壹款可充電幹電池，具有劃時代的意義。
(3)燃料電池
1939年，英國人格羅夫發現氧和氫反應產生了電，並通過實驗證明了燃料電池的可能性。也就是說，當水被電解時，電能被消耗，氧氣和氫氣被生成。相反，通過從外部向陽極側供給氧氣並向陰極側供給氫氣，可以產生電能和水。
格羅夫當時只做實驗，並不實用。1958年，英國劍橋大學做了壹個5KW的燃料電池。
1965年，美國GE公司研制成功燃料電池，安裝在1965年載人飛船雙子座5號上，為航天員提供飲用水的電能。1969年登月的阿波羅11的電源也是用燃料電池作為飛船內的電源。
(4)太陽能電池
1873年，德國西門子發明了由硒和鉑絲制成的光伏電池。現在相機曝光臺用的就是這種硒光電池。
1945年，美國的夏品發明了矽太陽能電池，這是壹種當太陽光或光線照射到其PN結上時能產生電能的元件，廣泛應用於衛星、太陽能汽車、鐘表、臺式計算器等。提高該組件轉換效率的研發工作仍在進行中。
6.照明的歷史
65438+20世紀60年代英國興起的工業革命使工廠進入了連續加工和大規模生產的時代，夜間照明成為壹個重要問題。
如前所述，英國人David 1815曾做過壹個著名的實驗，用2000個伏打電池產生電弧。
(1)白熾燈泡
1860年，英國人斯旺將棉線碳化，制成細絲放入玻璃燈泡，發明了碳絲燈泡。
但由於當時的低真空技術，光照時間不宜過長。時間長了，燈絲會在燈泡裏氧化燃燒。
斯萬關於白熾燈泡的想法是今天白色編織燈的起源。隨著燈絲研究和真空技術的發展，白熾燈終於有了實際用途。從這個角度來說，斯萬的發明是壹個偉大的發明。
1865年，Sprengel為了研究真空現象，研制了水銀真空泵。知道這壹點後，天鵝在1878提高了玻殼內的真空度，在燈絲上做了壹些努力。他先用硫酸處理棉線，然後碳化，最後，他公布了天鵝燈泡。天鵝的白熾燈泡在巴黎世界博覽會上展出。
1879年，美國愛迪生成功地將白熾燈泡的壽命延長到40小時以上。1880年，愛迪生發現竹子是制作白熾燈燈絲的優良材料，於是他收集了日本、中國和印度的竹子進行反復實驗。
愛迪生派下屬摩爾去日本京都八幡尋找優質竹子。幾年後，他用八幡竹做了壹根細絲。為了用竹絲制作這種燈泡，他於1882年在倫敦和紐約創立了愛迪生電氣公司。
在日本，東京電力公司成立於1886年(明治19年)，從明治22年開始，普通家庭開始使用白色燈泡。
1910年，美國的庫利霍爾使用鎢絲，發明了鎢絲燈泡。
1913年，美國的朗繆爾用氣體填充玻璃燈泡，防止燈絲蒸發，發明了充氣式鎢絲燈泡。
1925年，日本的布布·唐三發明了內壁磨砂燈泡。
1932年，日本的米烏拉俊壹發明了雙螺旋鎢絲燈泡。
正是因為有了上述的不斷探索，我們才能享受到今天白熾燈照明的日常生活，這真的是壹個很長的路要走。
(2)放電燈
1902年，美國的Huyzt將汞蒸氣放入玻璃燈泡中，發明了電弧放電汞燈。因為這種汞燈在汞蒸氣壓力較低時會發出較多的紫外線，所以常被用作殺菌燈。當水銀壓力高時，它能發出強烈的可見光。
目前廣泛應用於廣場照明和道路照明的高壓汞燈發出的光是壹種混合光，包括汞弧放電的光和紫外線照射在玻殼內壁塗有的熒光材料上發出的光。
1932年，荷蘭飛利浦公司研制出波長為590nm的單色鈉燈，廣泛用於公路隧道照明。
1938年，美國的因曼發明了現在廣泛使用的熒光燈。這種燈通過用汞弧放電發射的紫外線照射塗覆在燈管內壁上的不同磷光體來發射不同顏色的光。壹般白色熒光燈用的最多。
7.動力設備的歷史
可以說奧斯特在1820年發現的電磁作用是電機的起源。
法拉第在1831發現的電磁感應是發電機的變壓器的起源。
(1)發電機
1832年，法國人畢克·韋斯特發明了手持式DC發電機。其原理是通過旋轉永磁體改變磁通量，在線圈中產生感應電動勢，並將這種電動勢以DC電壓的形式輸出。
1866年，德國西門子公司發明了自勵DC發電機。
1869年，比利時的克制作了環形電樞，發明了環形電樞發電機。這種發電機利用水力來轉動發電機的轉子。經過反復完善，在1847獲得。2KW輸出功率。
1882年，美國的戈登制造了壹臺輸出功率為447KW，高3米，重22噸的兩相巨型發電機。
美國的特斯拉在愛迪生公司的時候就決心研發交流電機，但是愛迪生堅持只有DC模式，於是把兩相交流發電機和電機的專利權賣給了西屋公司。
1896年，特斯拉的兩相交流發電機開始在尼亞拉發電廠運行，3750KW，5000V的交流電送到了40公裏外的布法羅。
1889年，西屋公司在俄勒岡州建造了壹座發電廠，1892年，它成功地向皮茨菲爾德送去了15000伏的電壓。
(2)電機
1834年，俄國的雅可比試制了由電磁鐵組成的DC電機。1838年，這種電機啟動了壹艘船，電機的電源用了320節電池。此外，美國的溫波特和英國的德比森也建造了DC電機(1836)，用作印刷機的動力設備。因為這些電機是由電池供電的，所以應用並不廣泛。
1887年，上面提到的特斯拉兩相電機作為實用感應電機的開發計劃啟動。1897年，西屋公司做出了感應電機，並成立了專業公司推廣電機。
(3)變壓器
當發電端向外輸送交流電時，需要先提高交流電壓，然後在用電端需要降低輸送的交流電壓。所以，變壓器是必不可少的。
1831年，法拉第發現磁性可以感應出電，這是變壓器誕生的基礎。
1882年，英國的吉布斯獲得了“照明和電力的配電方式”專利，其內容是利用變壓器進行配電。當時使用的變壓器是開磁路變壓器。
西屋公司進口了吉布斯的變壓器，經過研究在1885研制出了實用的變壓器。
另外，前壹年的1884，英國的霍普金森做出了閉合磁路變壓器。
8.電子電路元件的歷史
現在電子包括計算機都很繁榮，其背景與電子電路元件從電子管-晶體管=集成電路的不斷發展密切相關。
(1)電子管
電子管是按照二極管-三極管-四極-五極管的順序發明的。
二極管:如前所述，愛迪生發現了電燈泡燈絲發射電子的“愛迪生效應”。1904年，英國人弗萊明受愛迪生效應的啟發，發明了二極管。
三極管:1907年，美國的福裏斯特發明了三極管。當時真空技術不成熟，三極管制造水平不高。但在反復改進的過程中，人們明白了三極管具有放大功能，終於拉開了電子學的帷幕。
振蕩器也從上面提到的馬可尼火花器件發展到三極管振蕩器。三極管有三個電極，陽極、陰極和設置在它們之間的控制柵極。該控制柵極用於控制陰極發射的電子流。
五極管:1927年，約布斯特在陽極和簾柵之間增加了另壹個電極，發明了五極管。新增加的電極稱為抑制柵。之所以加這個電極，是因為電子流在四極管中撞擊陽極時，陽極會產生二次電子發射，而設置抑制柵就是為了抑制這種二次電子發射。
另外，1934年，美國的湯姆遜通過對電子管的小型化改進，發明了適用於超短波的橡子管。
1937年發明了金屬外殼代替玻璃的ST管，1939年發明了小型化的MT管。
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