现代高科技的特点是跨学科，耿文学编著的这本《电气科学家们的发明与发现》中收入了不少最新相关的科学技术成就，如激光、光纤、超声、超导、传感、全息术、密码术、密写术、隐形术、相对论、卫星通信、云计算、无缝网络连接、复杂系统、暗示效应、视觉误会、联觉和第六感觉、现代电子医疗技术、人类工程学、太阳能发电、新能源和温室效应等，都力求用图解入门。

希望本书能对电工电子技术的爱好者继续教育有所裨益，具有初中文化程度的读者就能看懂本书，深入浅出地学到基础知识，大学文化程度的读者也能有趣地学到前沿的新技术，看看世界的发展是多么飞快，它可以潜移默化地帮助你的工作。

耿文学编著的这本《电气科学家们的发明与发现》对历代电气科学家们的生平、成长过程和科学技术上的业绩进行了介绍。对半导体、电动机、晶体管、集成电路、家用电器等都用了图说的方式讲解，深入浅出、一目了然。书中收入了不少最新相关的科学技术，如激光、光纤、超声、超导、全息术、密码术、密写术、隐形术、相对论、卫星通信、云计算、复杂系统、暗示效应、视觉误会、生物电子学与基因等，同时包括现代电子医疗技术、人类工程学、太阳能发电、新能源和温室效应等，书中各种数据，都力求采用最新的报道。

《电气科学家们的发明与发现》主要面对初中以上的电气工人、技术人员以及电工电子技术爱好者。

前言

第一章 细心观察、精心实验

——历代科学家的成功之路

 第一节 王冠含金量之谜

 第二节 揭开航空的秘密

 第三节 光谱分析的由来

 第四节 赶车人给了诺贝尔启发

 第五节 由茅草刮破手而发明了锯条

第二章 电气科学年谱

第三章 电与磁的发现

 第一节 科学家简要介绍

1．泰勒斯

2．王充

3．居里克

4．富兰克林

5．格雷

6．吕不韦

7．沈括

8．吉尔伯特

9．外斯

10．朗之万

11．库仑

12．牛顿

 第二节 相关知识介绍

1．静电与雷击的产生、利用和防范

2．磁性、磁体、磁极、磁化、磁畴和磁体的应用

3．电流、电场和磁场对人体的影响

4．库仑定律

第四章 电磁感应与交流电

 第一节 科学家简要介绍

1．特斯拉

2．韦伯

3．法拉第

4．弗莱明

5．阿拉戈

 第二节 相关知识介绍

1．电磁感应和楞次定律

2．左手定则和右手定则

3．正弦交流电的产生

4．正弦交流电的旋转矢量表示方法

5．正弦交流电的复数符号表示方法

6．三相交流电产生的原理

7．变压器的工作原理

8．电机的工作原理类型、特性和用途

第五章 电路基础

 第一节 科学家简要介绍

1．克莱姆

2．欧姆

3．奥斯特

4．约瑟夫逊

5．焦耳

6．安培

 第二节 相关知识介绍

1．欧姆定律和焦耳定律

2．电流的速度和电阻的成因

3．自感和互感

4．常用的有关电气单位、常数表

5．电阻率与电导率示意

6．电工结线来自领带打结，人体触电常来自漏电

第六章 化学的骨架与电工材料

 第一节 科学家简要介绍

1．麦克斯韦

2．亨利

3．费兰梯

4．傅科

5．楞次

6．狄拉克

7．布洛赫

8．门捷列夫

 第二节 相关知识介绍

1．原子量

2．常用的电工材料

3．电气铜接触处常敷金层

第七章 电热与热电效应

 第一节 科学家简要介绍

1．汤姆生

2．普朗克

3．塞贝克

4．珀耳帖

 第二节 相关知识介绍

1．塞贝克效应

2．珀耳帖效应

第八章 电池的进步

 第一节 科学家简要介绍

1．伏特

2．普朗特

3．勒克朗谢

 第二节 相关知识介绍

1．电池、一次电池、二次电池、燃料电池

2．基因如何用于锂电池

第九章 电气化进入千家万户

 第一节 科学家简要介绍

瓦特

 第二节 相关知识介绍

1．电饭锅、微波炉、电磁灶、电冰箱、洗衣机、电视机和感应加热的原理

2．各种发电方式的比较

3．温室效应

4．光电效应、太阳能电池与太阳能发电

第十章 复杂电路计算

 第一节 科学家简要介绍

1．普耳生

2．基尔霍夫

3．戴维南

4．诺顿

 第二节 相关知识介绍

1．基尔霍夫定律

2．戴维南定理

3．诺顿定理

4．戴维南定理和诺顿定理的变迁

5．电工学、电子学的定义

第十一章 电光学的发展

 第一节 科学家简要介绍

1．威斯汀豪斯

2．赫兹

3．斯坦密兹

4．西门子

5．爱迪生

 第二节 相关知识介绍

1．发光强度、亮度、光通量、照度和显色度，各种电光源性能比较

2．光视效能

第十二章 电子技术的飞跃

 第一节 科学家简要介绍

1．霍普金森

2．齐纳

3．肖特基

4．皮卡德

5．肖克莱

6．朗缪尔

7．基尔比

 第二节 相关知识介绍

1．导体、半导体和绝缘体

2．PN结和二极管

3．晶体管及输出特性曲线

4．集成电路和功率集成电路

5．两个二极管不能外接成一个晶体管，两个晶体管则能外接成一个晶闸管的原因

6．达林顿对及自举电路

7．发光二极管(LED)

8．元件、器件、硬件及软件

第十三章 数字电路的萌芽

 第一节 科学家简要介绍

1．德福雷斯特

2．贝尔

3．阿姆斯特朗

4．米勒

5．哈特莱

6．考耳毕兹

7．克拉泼

8．布尔

 第二节 相关知识介绍

1．布尔代数

2．布尔代数的运算规律

第十四章 计算机的出现

 第一节 科学家简要介绍

1．图灵

2．莫奇利

 第二节 相关知识介绍

1．计算器与计算机

2．模拟计算机与数字计算机

3．微机

4．单片(板)机与IC卡

5．新型计算机的种类与云计算

6．可编程序控制器和无缝网络连接

第十五章 通信的进步

 第一节 科学家简要介绍

1．莫尔斯

2．巴比奇

3．阿达

4．卡诺

5．摩根

6．施密特

7．福雷斯特

 第二节 相关知识介绍

1．通讯、通信、卫星通信和GPS的应用

2．密码术、密写术、隐形术

3．U盘

4．复杂系统

第十六章 对世界的新认识

 第一节 科学家简要介绍

爱因斯坦

 第二节 相关知识介绍

1．光、光能、光速

2．狭义相对论

3．同时性的相对性和时间的相对性

4．广义相对论概念

第十七章 人类五感的昌明

 第一节 科学家简要介绍

1．托马斯杨

2．亥姆霍兹

 第二节 相关知识介绍

1．视觉是如何产生的

2．视觉误会

3．颜色对人心理的影响

4．示温变色颜料与变色眼镜

5．无脊椎动物有各种各样的听觉器官

6．嗅觉、味觉和触觉

7．联觉和第六感觉

第十八章 激光与全息术

 第一节 科学家简要介绍

1．梅曼

2．盖伯

 第二节 相关知识介绍

1．电磁波的频率和应用

2．三原色

3．激光特性及其应用

4．全息术

5．全息显微镜与电子显微镜

6．激光打印机

第十九章 光纤应用展望

 第一节 科学家简要介绍

高锟

 第二节 相关知识介绍

1．光纤的原理

2．光纤的种类

3．光纤的特性和应用

第二十章 信息与传感

 第一节 科学家简要介绍

1．维纳

2．香农

 第二节 相关知识介绍

1．信息、信号和消息

2．传感器的分类、功能和用途

3．常用的测量方法

4．电工仪表

5．系统和系统工程

6．暗示效应和反暗示效应、蝴蝶效应、蜜蜂效应、马太效应

第二十一章 霍尔效应与同位素的应用

 第一节 科学家简要介绍

1．摄尔西乌斯

2．华伦海特

3．列奥米尔

4．开尔文

5．居里

6．西蒙

7．霍尔

 第二节 相关知识介绍

1．霍尔元件及其应用

2．摄氏、华氏和热力学温度

3．同位素及其应用

第二十二章 液晶与超导的实用化

 第一节 科学家简要介绍

1．莱尼茨尔

2．昂内斯

 第二节 相关知识介绍

1．液晶及其应用

2．超导及其应用

第二十三章 现代电子医疗技术

 第一节 科学家简要介绍

多普勒

 第二节 相关知识介绍

1．多普勒效应及其应用

2．超声波、次声波、地震波

3．X射线计算机层析扫描仪(CT)、磁共振成像(MRI)和正电子发射型层析摄像(PET)

4．A超、B超、彩超、三维超声、四维超声

第二十四章 生物电子学与基因工程

 第一节 科学家简要介绍

孟德尔

 第二节 相关知识介绍

1．基因、遗传工程和克隆

2．生物带电现象

第二十五章 人类工程学让我们生活得更惬意

 第一节 科学家简要介绍

1．吉尔布雷斯

2．奥考内尔

3．达尔文

 第二节 相关知识介绍

1．人类工程学的概念

2．人类工程学的应用

参考文献

第三节 光谱分析的由来

大家都知道光谱分析方法的优点是既灵敏又迅速，它比化学分析方法快百倍以上。

1850年，德国化学家R·W·本生（1811—1899），发明了一种能调节的新式煤气灯，它能达到2300℃的高温，火焰稍有一点浅蓝色（几乎是无色的）。但火焰烧到铜制的灯管上时就会呈现蓝绿色，如果火焰中插入玻璃管，又会变成浅黄色，如图1－3所示。火焰颜色的变化引起了本生的注意，他用细小的白金钳夹了一小块食盐送到火焰中燃烧，发现火焰变成了黄色，且发出了使人窒息的气味，因为食盐是氯和钠组成的，高温分解，氯气自然就会放出来，所以气味并不使他奇怪。他奇怪的是火焰颜色的变化，是什么东西把火焰染黄了呢？是氯气还是金属钠？

为了弄清这个问题，本生用不含氯而含钠的苏打做实验。结果，火焰也变黄了。他得出了结论：是钠将火焰染黄。这个发现启发了本生的新想法：除钠以外，其他金属能使火焰变色吗？

本生对许多金属做了试验，发现：钾产生紫色火焰，锂产生红色火焰，铜产生绿色火焰……他确信已经找到了一种新的化学分析方法，即每一种金属元素都与火焰颜色一一对应。

但是，经过验证，锶和锂这两种金属的火焰颜色都是深红色，这使本生陷入了困境。本生的好朋友、物理学家基尔霍夫亲自动手给他安装了一台分光镜，使金属在火焰中的颜色能分解成一根根分散的彩色线条。锶是由一条青色线和好几条红色线、橙色线、黄色线组成的；锂是由一条亮的红色线和一条暗的橙色线组成的。难怪用肉眼分辨不出它们焰色问的差别。光谱定性分析方法就是这样产生的。

1860年，化学家利用光谱分析方法分析了云母矿和矿水卤汁时，看到了陌生的谱线，从而发现了“铷”和“铯”两种新元素。此后，用这种方法又发现了铊（1862年）、铟（1863年）、镓（1875年）、氦（1895年）等。

第四节赶车人给了诺贝尔启发

大家都知道“诺贝尔奖金”吧，那是由于瑞典科学家A·B·诺贝尔（1833—1986）发明了烈性炸药而闻名于世界，并获得了巨大的财富。他没有把财产留给自己的家属，而是作为基金，奖励那些在物理、化学、医学等事业上对人类作出了贡献的人。

1867年秋，诺贝尔把雷汞装进管子里作导火剂，用来引爆硝化甘油。“轰”的一声巨响，试验室被炸毁，地上炸了一个大坑。诺贝尔从火烟中跑出，狂呼：“我成功了！我成功了！”

硝化甘油的引爆问题解决后，大批的炸药生产出来，运往世界各地。但炸药经不起震荡，运输中的爆炸事故经常发生，这使诺贝尔十分苦恼。有一天，诺贝尔在散步时看见一辆装有液体炸药罐的马车，炸药罐在途中震破了，硝化甘油正向外溢，但是并没有发生爆炸。诺贝尔详细观察，发现炸药罐之间塞着一种他不认识的东西，他请教了赶车人，才知道那是硅藻土，它可以防止炸药罐震破，就是震破了，流出的液体炸药也会被硅藻土所吸附掉，而不会到处流淌，如图1—4所示。

赶车人的经验给了诺贝尔宝贵的启发，硅藻土密度小，又能吸附淌出的液体。经过多次研究、试验，诺贝尔终于用硅藻土吸附硝化甘油，制造出一种固体烈性炸药，运输很方便，并很快在世界上得到了推广。

第五节由茅草刮破手而发明了锯条

鲁班是我国古代的建筑工匠。他是春秋时代鲁国人，姓公输，名般，因“般”与“班”同音，故人们常称他为鲁班。他曾创造攻城的云梯，并发明了很多木工工具，旧时建筑工匠都遵称他为“祖师”。

传说鲁班在参加建筑一座宫殿时，要砍伐大量木材，他和徒弟到山上去砍伐，当时还没有锯子，用斧头砍伐又累又慢。有一天鲁班到山上去找木材，正艰难地爬山时，手被茅草拉了一个口子，鲜血直流。但茅草拉口子的事使他得到了启示，他发现茅草的边上长着许多细齿，如图1—5所示。鲁班高兴极了，他找铁匠帮忙打了几条边缘上有小细齿的铁条，用这种铁条去伐树又快又省力，只用了几天工夫，就把木料备齐了。这种带有细齿的铁条就是我们现在所用锯条的雏形。

鲁班的手被划破，本是一件受痛苦的坏事，但他留心观察，细心分析，悟出了道理，最终发明了锯条。

只要我们在日常生活和工作中留心观察，善于分析，不断学习，勤于实验，就会有所创造，有所发明。科学的大门将永远向着有心人敞开。

P4－8

本书回顾了电气科学的历史。科学家们的发明与发现铸就了今日昌明的世界，点燃了现代科学的火种，好像一夜之间人们就拿起了手机，网络就进入了千家万户，超导电缆开始实用，四维超声已用于诊断。现代的科学技术为什么发展得这么快呢？是因为我们生活在电气时代，是电工电子技术成了科技发展的纽带，是各学科间的渗透与支撑点燃了动力。近年来，科研成就的最大特点是学科扩展，美国科学家用基因工程改善锂电池的性能；世．界著名理工大学都成立了医学分院就是实例。历代科学家们执著的追求、呕心沥血的努力、相互的帮助与借鉴，以及他们的诚实与善良，促进了今日的发展。

我们搜集了一些电气科学家的简历，有我国汉代王允对摩擦起电的记载、北宋沈括对地磁偏角的报道、美国民主主义者富兰克林用风筝收集雷电的实验、英国法拉第热衷于实验发现的电磁感应、俄国门捷列夫发明了元素周期表等。元素周期表提醒了德国人温克乐发现“锗”、波兰居里夫人发现“钋”，他们把这些元素都用自己祖国命名。奥地利孟德尔出生在农民家庭，是“基因”的创始人，去世16年后才被人们发现，而今基因是最热门的科学之一。

我们借鉴了国内外近年来的一些资料编写成本书，内容包括有关科学家的介绍、相关的电工电子基础知识和前沿的科学技术成就。通过电气科学家们的简介告诉读者，人类科学技术的发展是多么的艰难和坎坷，科学家们又是多么的执著和忘我。文人相助的美德，使科学的发展事半功倍，伯乐让人才不被埋没，评估让“是非”得以公允。科学家们也有烦恼，例如：德福雷斯特和阿姆斯特朗的发明权之争；欧姆定律受到黑格尔的歧视；居里夫人与科学家朗之万间的情感闲言等。日月经年，回头看看，宽厚为怀都能化解。

对于历代科学家的名字也做了一些考证，例如：伏打（应为伏特）和戴维宁（应为戴维南）是把意大利语和法语误读成了英语。本书用图解说基础知识，把基础理论讲深讲透，并且把传统理论的新发展讲出来，例如：戴维南定理已用于非线性负载、晶体管特I生曲线的截止区已由IB为零改成了IE为零等，让读者建立一个正确的基本概念，并在工作中能举一反三，在众多答案中选择出正确答案，设计出高质量的产品。对半导体、晶体管、集成电路、电动机、家用电器等都用了图说的方式讲解，深入浅出，一目了然。

现代高科技的特点是跨学科，这本书中收入了不少最新相关的科学技术成就，如激光、光纤、超声、超导、传感、全息术、密码术、密写术、隐形术、相对论、卫星通信、云计算、无缝网络连接、复杂系统、暗示效应、视觉误会、联觉和第六感觉、现代电子医疗技术、人类工程学、太阳能发电、新能源和温室效应等，都力求用图解入门。对于各种数据表，力求采用最新的报道，如原子量表选用了2007年标定的。对于未来的展望，都是．正在规划中的，如电动汽车的无线充电、直观的立体电视、附有翻译功能的复印机等。书中也收入了一些简单的实用技术，如可逆的示温变色涂料，从商店里买两种染料调匀即可应用，电工接线和结绳，照图可做。书中列出国内外资料来源作为参考文献，读者可进一步查阅。

希望本书能对电工电子技术的爱好者继续教育有所裨益，具有初中文化程度的读者就能看懂本书，深入浅出地学到基础知识，大学文化程度的读者也能有趣地学到前沿的新技术，看看世界的发展是多么飞快，它可以潜移默化地帮助你的工作。本书出版中得到周娟编辑的指导和杨淑玲编辑的认真加工，深表感谢。书中生物与医学电子学内容由北京大学人民医院副主任医师耿京编写。因为本人能力有限，内容难免有错，敬请读者惠正。