这段时间豆豆对电学突然来了兴趣:基本电路、各种电子元器件、万用表、电压、电流、电阻等等,我趁着这个机会,给豆豆找了一波关于电学的纪录片和书籍。
刚刚过去的小长假里,我们刷完了第一部纪录片——BBC在2011年出品的《电的故事》。这部纪录片拍得真是荡气回肠,堪称神级!兜得慧一定要记录下来分享给大家。
《电的故事》一共有3集,单集50分钟。从18世纪人们进行早期电学探索,尝试了解电是什么开始,讲到19世纪发现电磁感应现象,后来有了著名的爱迪生VS特斯拉“直流电和交流电之争”,再讲到电磁波被发现,人类自20世纪起逐步进入无线通信时代。如今,电已经彻底融入我们的生活,而电学发展仍在继续。
纪录片里重现了很多经典的电学实验,而且整部片子都是物理书上出现过的名字:伏特、特斯拉、麦克斯韦、赫兹……以前我自己学物理电学部分的时候,是从看基本电路图+搭建开始,然后学各种公式、定理,接着就是刷题,说实话很多知识并没有串起来。这次和豆豆一起看了这部纪录片,我发现从电学发展历史来了解电的知识,是一个特别棒的角度,或许也是孩子了解电学的一个更好、更合适的开始。
这部纪录片我们以后一定会二刷、三刷,所以我特地给每一集做了一些笔记。
01第一集:火花
这一集讲述了科学家早期的电学探索:18世纪,从霍克斯比起电机制造静电,到发现物体可分为导体和绝缘体,电可以被传导,又到发明莱顿瓶,实现电的储存。
另外富兰克林的闪电实验(用到了莱顿瓶),证明了大自然中的闪电就是电。
特别记一笔,看到富兰克林闪电实验这一段的时候,我和豆豆同时想起了我们在一套关于天气的科普书里看到过这个实验,而且刘慈欣的《球状闪电》里,为了捕获球状闪电也有类似操作。看完这集可以重温这些内容。
这一集让我印象最深的是伏特和加尔瓦尼之争。加尔瓦尼认为动物体内有动物电,他做了著名的青蛙神经实验;而伏特认为青蛙腿的抽动不是因为动物电,而是对来自金属的电做出反应,他从电鳐那里获得启发,制作了电堆,某种意义上就是第一个电池,并且通过实验,成功取得了最终的胜利。
电堆让伏特名声大噪,为了表示对他的认可,人们用他的名字命名了电压单位,V。
第一集的最后讲到另一个实验,虽然笔墨不多,但非常重要。
1808年,执着于研究持续性电流的戴维,建造了当时世界上最大的电池,他把800多个伏特电堆连接在一起,然后在一个黑暗的房间里,他把两根碳棒接在电池上,并把尖端靠近。戴维的弧光灯,象征着用蜡烛和油灯照明的时代结束了,电的时代正式开始。
02第二集:天才辈出
19世纪,科学家们发现电不仅可以流动形成持续的电流,还发现了电和磁有着紧密联系。
丹麦科学家奥斯特第一次证明了电流可以创造磁力,他把电和磁联系起来。法拉第在此基础上继续试验,设计出第一个将电流转换成连续运动的设备,是有史以来最早的电动马达。后来,他又用磁铁穿过闭合电路,发现在电路中能探测到电流,由此他用机械动力创造了出电力。
差不多同一时间,另一个突破出现了,人们掌握了电的实用技术,第一个把电带出实验室的发明:电报。不过跨大西洋电报开始并不成功,表明当时的科学跟不上技术,科学家和工程师用了8年时间改良电缆,跨大西洋即时通信才终于成功。
这段时间里,还有另一个突破的影响力更大,那就是:电灯。
是的,接下来就是发明大王爱迪生和青年天才特斯拉之间的斗争:直流电和交流电之争的故事。
我们小时候在课本里学到过爱迪生发明灯泡的励志故事,为了找到最适合的灯丝,爱迪生失败了1000次,最后终于找到钨丝,给千家万户带来光明。当时老师告诉我们,文章赞扬了爱迪生坚持不懈、不畏艰难、努力探索科学奥秘的精神。可是,当完完整整看完爱迪生和特斯拉电流之争的故事,或许我们会有一些不一样的想法。
不写爱迪生了,还是记一下特斯拉吧。特斯拉才华横溢,他的一生既精彩又令人伤感。
特斯拉的思路很开阔,有辉煌的研究成果,他不仅是在研究电动机,而是在设计整个系统,包括发电机,连接到电动机的电线和电动机本身。他也遇到过激烈的商业竞争,和对手爱迪生不同,他用的公关手段令人震惊、让人赞叹,也让人心服口服。
但特斯拉的结局并没有名利双收,晚年的特斯拉性格开始变得古怪,甚至为一只鸽子的死而悲伤,令人唏嘘不已。
03第三集:发现与变革
这一集讲述了电磁波被发现,人类进入了无线通信时代。同时,在经过几个世纪的实验和探索后,人们终于在原子层面上理解了电的本质。
电的周围有磁场存在,最早提出这个理论的是法拉第,后来麦克斯韦用纯数学证明了它,也就是著名的麦克斯韦方程组。麦克斯韦的数学是一种纯理论,物理学家们试图用实验证明电磁波真实存在,其中最著名的就是海因里希赫兹和奥利弗洛奇。
这一集洛奇教授两次错失名垂青史机会的真实经历,给我留下了很深的印象。央视力荐超500部高分优秀纪录片推荐,孩子看了格局炸裂自律成瘾
两位物理学家赫兹和洛奇几乎是同时检测到了麦克斯韦电磁波。但是洛奇教授做了一个错误的决定,他决定在宣布发现前先度假。结果,赫兹率先公布了他的发现,洛奇教授与首创失之交臂。
这次错失名垂历史的良机确实非常可惜,不过洛奇教授有自己的原因。接下来他又有了更伟大的发现,但第二次的成果却是赤裸裸地为他人做嫁衣,看完我也为洛奇教授感到意难平。
1894年,洛奇教授找到了探测电磁波更好的方法,并且实验效果让人震惊。对一些有心的观众来讲,他们觉得这个实验不是证明麦克斯韦观点的实验,而是革命性的新的通讯方式,马可尼就是其中之一。对,就是后来获得诺奖那个马可尼。
马可尼把洛奇电磁波实验进行改良,发明了无线电报系统,并迅速申请了整套系统的专利。从一定意义上讲,被申请专利的这套系统并不是马可尼发明的,他只是改良了它,但是马可尼申请了专利。1909年,他还因此获得了诺贝尔物理学奖。
但电磁波的发现,麦克斯韦、赫兹和洛奇都功不可没。
这一集还讲到了玻色发现了晶体的力量;海因里希盖斯勒设计盖斯勒管,之后的科学家将此用于研究电的流动;真空管被大量应用;人们在原子层面上理解了电的本质;再后来硅元件、晶体管、光敏元器件、二极管、集成电路等依次登场。
当然,电的故事远远没有结束。随着低温超导体的发现和量子力学的进步,新的挑战还在前方。
三集《电的故事》真的波澜壮阔,既能看到电学在300多年来的发展历史,又能看到惊心动魄的科学家们的故事。在科学的世界里,科学家们的争论让真理越辨越明;而在科学实验和理论研究之外的世界里,科学家们跌宕起伏的人生经历,同样让人思考良久。
把这部超棒的纪录片推荐给大家。不管是对电学刚开始感兴趣的孩子、正在专攻这个专题的中学生,还是已经学过这一段的大人来说,这部纪录片都是了解电学的一个特别棒的角度。
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