电磁学发展史简述解析.docx

1、电磁学发展史简述解析电磁学发展史简述解析绪 论 一、电磁学发展史简述 1 概述 早期由于磁现象曾被认为是与电现象独立无关的同时也由于磁学本身的发展和应用如近代磁性材料和磁学技术的发展新的磁效应和磁现象的发现和应用等等使得磁学的内容不断扩大所以磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究了。 电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科主要是基于两个重要的实验发现即电流的磁效应和变化的磁场的电效应。这两个实验现象加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设奠定了电磁学的整个理论体系发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。 麦克斯韦电磁理论的重大意义不仅在于这个

2、理论支配着一切宏观电磁现象(包括静电、稳恒磁场、电磁感应、电路、电磁波等等)而且在于它将光学现象统一在这个理论框架之内深刻地影响着人们认识物质世界的思想。 1 电子的发现使电磁学和原子与物质结构的理论结合了起来洛伦兹的电子论把物质的宏观电磁性质归结为原子中电子的效应统一地解释了电、磁、光现象。 和电磁学密切相关的是经典电动力学两者在内容上并没有原则的区别。一般说来电磁学偏重于电磁现象的实验研究从广泛的电磁现象研究中归纳出电磁学的基本规律,经典电动力学则偏重于理论方面它以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础研究电磁场分布电磁波的激发、辐射和传播以及带电粒子与电磁场的相互作用等电磁问题也可以说广义的电磁

3、学包含了经典电动力学。 2 电学发展简史 “电”一词在西方是从希腊文琥珀一词转意而来的在中国则是从雷闪现象中引出来的。自从18世纪中叶以来对电的研究逐渐蓬勃开展。它的每项重大发现都引起广泛的实用研究从而促进科学技术的飞速发展。 现今无论人类生活、科学技术活动以及物质生产活动都已离不开电。随着科学技术的发展某些带有专门知识的研究内容逐渐独立形成专门的学科如电子学、电工学等。电学又可称为电磁学是物理学中颇具重要意义的基础学科。 2 有关电的记载可追溯到公元前6世纪。早在公元前585年希腊哲学家泰勒斯已记载了用木块摩擦过的琥珀能够吸引碎草等轻小物体后来又有人发现摩擦过的煤玉也具有吸引轻小物体的能力。

4、在以后的2000年中这些现象被看成与磁石吸铁一样属于物质具有的性质此外没有什么其他重大的发现。 在中国西汉末年已有“碡瑁(玳瑁)吸偌(细小物体之意)”的记载,晋朝时进一步还有关于摩擦起电引起放电现象的记载“今人梳头解著衣时有随梳解结有光者亦有咤声”。 1600年英国物理学家吉伯发现不仅琥珀和煤玉摩擦后能吸引轻小物体而且相当多的物质经摩擦后也都具有吸引轻小物体的性质他注意到这些物质经摩擦后并不具备磁石那种指南北的性质。为了表明与磁性的不同他采用琥珀的希腊字母拼音把这种性质称为“电的”。吉伯在实验过程中制作了第一只验电器这是一根中心固定可转动的金属细棒当与摩擦过的琥珀靠近时金属细棒可转动指向琥珀。

5、 大约在1660年马德堡的盖利克发明了第一台摩擦起电机。他用硫磺制成形如地球仪的可转动球体用干燥的手掌摩擦转动球体使之获得电。盖利克的摩擦起电机经过不断3 改进在静电实验研究中起着重要的作用直到19世纪霍耳茨和推普勒分别发明感应起电机后才被取代。 18世纪电的研究迅速发展起来。1729年英国的格雷在研究琥珀的电效应是否可传递给其他物体时发现导体和绝缘体的区别:金属可导电丝绸不导电并且他第一次使人体带电。格雷的实验引起法国迪费的注意。1733年迪费发现绝缘起来的金属也可摩擦起电因此他得出所有物体都可摩擦起电的结论。他把玻璃上产生的电叫做“玻璃的”琥珀上产生的电与树脂产生的相同叫做“树脂的”。他得

6、到:带相同电的物体互相排斥,带不同电的物体彼此吸引。 1745年荷兰莱顿的穆申布鲁克发明了能保存电的莱顿瓶。莱顿瓶的发明为电的进一步研究提供了条件它对于电知识的传播起到了重要的作用。 差不多同时美国的富兰克林做了许多有意义的工作使得人们对电的认识更加丰富。1747年他根据实验提出:在正常条件下电是以一定的量存在于所有物质中的一种元素,电跟流体一样摩擦的作用可以使它从一物体转移到另一物体但不能创造,任何孤立物体的电总量是不变的这就是通常所说的电荷守恒定律。他把摩擦时物体获得的电的多余部分叫做带正电物体失去电而不足的部分叫做带负电。 4 严格地说这种关于电的一元流体理论在今天看来并不正确但他所使用

7、的正电和负电的术语至今仍被采用他还观察到导体的尖端更易于放电等。早在1749年他就注意到雷闪与放电有许多相同之处1752年他通过在雷雨天气将风筝放入云层来进行雷击实验证明了雷闪就是放电现象。在这个实验中最幸运的是富兰克林居然没有被电死因为这是一个危险的实验后来有人重复这种实验时遭电击身亡。富兰克林还建议用避雷针来防护建筑物免遭雷击1745年首先由狄维斯实现这大概是电的第一个实际应用。 18世纪后期开始了电荷相互作用的定量研究。1776年普里斯特利发现带电金属容器内表面没有电荷猜测电力与万有引力有相似的规律。1769年鲁宾孙通过作用在一个小球上电力和重力平衡的实验第一次直接测定了两个电荷相互作用

8、力与距离二次方成反比。1773年卡文迪什推算出电力与距离的二次方成反比他的这一实验是近代精确验证电力定律的雏形。 1785年库仑设计了精巧的扭秤实验直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与它们之间的距离二次方成反比与它们的电量乘积成正比。库仑的实验得到了世界的公认从此电学的研究开始进入科学行列。1811年泊松把早先力学5 中拉普拉斯在万有引力定律基础上发展起来的势论用于静电发展了静电学的解析理论。 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。1780年意大利的解剖学家伽伐尼偶然观察到与金属相接触的蛙腿发生抽

9、动。他进一步的实验发现若用两种金属分别接触蛙腿的筋腱和肌肉则当两种金属相碰时蛙腿也会发生抽动。 1792年伏打对此进行了仔细研究之后认为蛙腿的抽动是一种对电流的灵敏反应。电流是两种不同金属插在一定的溶液内并构成回路时产生的而肌肉提供了这种溶液。基于这一思想1799年他制造了第一个能产生持续电流的化学电池其装臵为一系列按同样顺序叠起来的银片、锌片和用盐水浸泡过的硬纸板组成的柱体叫做伏打电堆。 此后各种化学电源蓬勃发展起来。1822年塞贝克进一步发现将铜线和一根别种金属(铋)线连成回路并维持两个接头的不同温度也可获得微弱而持续的电流这就是热电效应。 化学电源发明后很快发现利用它可以作出许多不寻常的

10、事情。1800年卡莱尔和尼科尔森用低压电流分解水,同年6 里特成功地从水的电解中搜集了两种气体并从硫酸铜溶液中电解出金属铜,1807年戴维利用庞大的电池组先后电解得到钾、钠、钙、镁等金属,1811年他用2000个电池组成的电池组制成了碳极电弧,从19世纪50年代起它成为灯塔、剧院等场所使用的强烈光电源直到70年代才逐渐被爱迪生发明的白炽灯所代替。此外伏打电池也促进了电镀的发展电镀是1839年由西门子等人发明的。 虽然早在1750年富兰克林已经观察到莱顿瓶放电可使钢针磁化甚至更早在1640年已有人观察到闪电使罗盘的磁针旋转但到19世纪初科学界仍普遍认为电和磁是两种独立的作用。与这种传统观念相反丹

11、麦的自然哲学家奥斯特接受了德国哲学家康德和谢林关于自然力统一的哲学思想坚信电与磁之间有着某种联系。经过多年的研究他终于在1820年发现电流的磁效应:当电流通过导线时引起导线近旁的磁针偏转。电流磁效应的发现开拓了电学研究的新纪元。 奥斯特的发现首先引起法国物理学家的注意同年即取得一些重要成果如安培关于载流螺线管与磁铁等效性的实验,阿喇戈关于钢和铁在电流作用下的磁化现象,毕奥和萨伐尔关于长直载流导线对磁极作用力的实验,此外安培还进7 一步做了一系列电流相互作用的精巧实验。由这些实验分析得到的电流元之间相互作用力的规律是认识电流产生磁场以及磁场对电流作用的基础。 电流磁效应的发现打开了电应用的新领域

12、。1825年斯特金发明电磁铁为电的广泛应用创造了条件。1833年高斯和韦伯制造了第一台简陋的单线电报,1837年惠斯通和莫尔斯分别独立发明了电报机莫尔斯还发明了一套电码利用他所制造的电报机可通过在移动的纸条上打上点和划来传递信息。 1855年汤姆孙(即开尔文)解决了水下电缆信号输送速度慢的问题1866年按照汤姆孙设计的大西洋电缆铺设成功。1854年法国电报家布尔瑟提出用电来传送声音的设想但未变成现实,后来赖斯于1861年实验成功但未引起重视。1861年贝尔发明了电话作为收话机它仍用于现代而其发话机则被爱迪生的发明的碳发话机以及休士的发明的传声器所改进。 电流磁效应发现不久几种不同类型的检流计设

13、计制成为欧姆发现电路定律提供了条件。1826年受到傅里叶关于固体中热传导理论的启发欧姆认为电的传导和热的传导很相似电源的作用好像热传导中的温差一样。为了确定电路8 定律开始他用伏打电堆作电源进行实验由于当时的伏打电堆性能很不稳定实验没有成功,后来他改用两个接触点温度恒定因而高度稳定的热电动势做实验得到电路中的电流强度与他所谓的电源的“验电力”成正比比例系数为电路的电阻。 由于当时的能量守恒定律尚未确立验电力的概念是含混的直到1848年基尔霍夫从能量的角度考查才橙清了电位差、电动势、电场强度等概念使得欧姆理论与静电学概念协调起来。在此基础上基尔霍夫解决了分支电路问题。 杰出的英国物理学家法拉第从

14、事电磁现象的实验研究对电磁学的发展作出极重要的贡献其中最重要的贡献是1831年发现电磁感应现象。紧接着他做了许多实验确定电磁感应的规律他发现当闭合线圈中的磁通量发生变化时线圈中就产生感应电动势感应电动势的大小取决于磁通量随时间的变化率。后来楞次于1834年给出感应电流方向的描述而诺埃曼概括了他们的结果给出感应电动势的数学公式。 法拉第在电磁感应的基础上制出了第一台发电机。此外他把电现象和其他现象联系起来广泛进行研究在1833年成功地证明了摩擦起电和伏打电池产生的电相同1834年发现电解定律1845年发现磁光效应并解释了物质的顺磁性和9 抗磁性他还详细研究了极化现象和静电感应现象并首次用实验证明

15、了电荷守恒定律。 电磁感应的发现为能源的开发和广泛利用开创了崭新的前景。1866年西门子发明了可供实用的自激发电机,19世纪末实现了电能的远距离输送,电动机在生产和交通运输中得到广泛使用从而极大地改变了工业生产的面貌。 对于电磁现象的广泛研究使法拉第逐渐形成了他特有的“场”的观念。他认为:力线是物质的它弥漫在全部空间并把异号电荷和相异磁板分别连结起来,电力和磁力不是通过空虚空间的超距作用而是通过电力线和磁力线来传递的它们是认识电磁现象必不可少的组成部分甚至它们比产生或“汇集”力线的“源”更富有研究的价值。 法拉第的丰硕的实验研究成果以及他的新颖的场的观念为电磁现象的统一理论准备了条件。诺埃曼、

16、韦伯等物理学家对电磁现象的认识曾有过不少重要贡献但他们从超距作用观点出发概括库仑以来已有的全部电学知识在建立统一理论方面并未取得成功。这一工作在19世纪60年代由卓越的英国物理学家麦克斯韦完成。 麦克斯韦认为变化的磁场在其周围的空间激发涡旋电场,变化的电场引起媒质电位移的变化电位移的变化与电10 流一样在周围的空间激发涡旋磁场。麦克斯韦明确地用数学公式把它们表示出来从而得到了电磁场的普遍方程组麦克斯韦方程组。法拉第的力线思想以及电磁作用传递的思想在其中得到了充分的体现。 麦克斯韦进而根据他的方程组得出电磁作用以波的形式传播电磁波在真空中的传播速度等于电量的电磁单位与静电单位的比值其值与光在真空

17、中传播的速度相同由此麦克斯韦预言光也是一种电磁波。 1888年赫兹根据电容器放电的振荡性质设计制作了电磁波源和电磁波检测器通过实验检测到电磁波测定了电磁波的波速并观察到电磁波与光波一样具有偏振性质能够反射、折射和聚焦。从此麦克斯韦的理论逐渐为人们所接受。 麦克斯韦电磁理论通过赫兹电磁波实验的证实开辟了一个全新的领域电磁波的应用和研究。1895年俄国的波波夫和意大利的马可尼分别实现了无线电信号的传送。后来马可尼将赫兹的振子改进为竖直的天线,德国的布劳恩进一步将发射器分为两个振藕线路为扩大信号传递范围创造了条件。1901年马可尼第一次建立了横跨大西洋的无线电联系。电子管的发明及其在线路中的应用使得

18、电磁波的发射11 和接收都成为易事推动了无线电技术的发展极大地改变了人类的生活。 1896年洛伦兹提出的电子论将麦克斯韦方程组应用到微观领域并把物质的电磁性质归结为原子中电子的效应。这样不仅可以解释物质的极化、磁化、导电等现象以及物质对光的吸收、散射和色散现象,而且还成功地说明了关于光谱在磁场中分裂的正常塞曼效应,此外洛伦兹还根据电子论导出了关于运动介质中的光速公式把麦克斯韦理论向前推进了一步。 在法拉第、麦克斯韦和洛伦兹的理论体系中假定了有一种特殊媒质“以太”存在它是电磁波的荷载者只有在以太参照系中真空中光速才严格地与方向无关麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式也只在以太参照系中才严格成立。这意味着

19、电磁规律不符合相对性原理。 关于这方面问题的进一步研究导致了爱因斯坦在1905年建立了狭义相对论它改变了原来的观点认定狭义相对论是物理学的一个基本原理它否定了以太参照系的存在并修改了惯性参照系之间的时空变换关系使得麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式有可能在所有惯性参照系中都成立。狭义12 相对论的建立不仅发展了电磁理论并且对以后理论物理的发展具有巨大的作用。 3 磁学发展简史 有些天然铁矿石在采出时就呈现永磁性古人称它为“慈石”意为慈爱的石头隐含了它能吸铁的特性。这名词后来逐渐演化为“磁石”俗称“吸铁石”。 在中国的管子一书中已有磁石和磁石引铁的记载这应当不会晚于战国后期即公元前四至前三世纪。汉初刘

20、安(公元前179，前122)的淮南子览冥篇中有“若以慈石之能连铁也而取其引瓦则难矣”的记载。东汉王充(公元27，约97)的论衡乱龙篇中有“顿牟摄芥慈石引针”(顿牟即琥珀,芥指芥菜子统喻干草、纸等的微小屑末)的记述。这些都是以磁石引铁作为比喻来说明哲学或科学观点的记述因此所举的事例必是当时一般的读者所熟悉的。 欧美的有关科技文献常把磁石吸铁的记载远溯到古希腊的泰勒斯时期但这是根据亚里士多德的转述。根据这些记述可以认为西方关于磁的最早记述始于公元前500年左右。 13 指南针是中国古代的四大发明之一这在中国已是历史常识了。从磁石引铁的发现到指南针的发明和应用要经过一系列的观察、实验和工艺改进这是一

21、个相当长的历史时期。 公元1044年北宋曾公亮、丁度等修撰的武经总要中有应用磁石的水浮型指南针制法的叙述,沈括的梦溪笔谈也记述了用丝悬起的或硬滑支点(如碗的边缘)平衡着的铁针做的实验并说明铁针所指不是正南而微偏东,略晚于沈括的朱或所著的萍洲可谈(约于公元1119年问世)则已提到广州海船在阴晦天气用指南针航海。 在欧洲公元1190年以前没有一点关于磁石能指方向的史料而在这一年航行于地中海的船上却确有了指南针很可能是由那时期进行中国和阿拉伯间贸易的海船传去的。英国科学家吉伯认为它是由马可波罗(1254，1324)或其同时代人带回的这样反而把这事推后了一个世纪。 法国物理学家库仑于1785年确立了静

22、电荷间相互作用力的规律库仑定律之后又对磁极进行了类似的实验而证明:同样的定律也适用于磁极之间的相互作用。 丹麦物理学家奥斯特在1820年发现一条通过电流的导线会使其近处静悬着的磁针偏转显示出电流在其周围的空间产生了磁场这是证明电和磁现象密切结合的第一个实验14 结果。紧接着法国物理学家安培等的实验和理论分析阐明了载着电流的线圈所产生的磁场以及电流线圈间相互作用着的磁力。 奥斯特发现电流的磁场后不久有些物理学家就想到是否有些物质(如铁)所表现的宏观磁性也来源于电流。那时还未发现电子但关于物质构造的原子论已有不小的发展。安培首先提出铁之所以显现强磁性是因为组成铁块的分子内存在着永恒的电流环这种电流

23、没有像导体中电流所受到的那种阻力并且电流环可因外来磁场的作用而自由地改变方向。这种电流在后来的文献中被称为“安培电流”或分子电流。 继安培之后韦伯对物质磁性的理论又作了不少发展。虽然这些理论离现代理论尚远但在今天对磁性物质的本质作初步描述时仍基本上根据安培的概念。 除了古时已知道的磁铁矿和铁外人们在两千多年中还没有发现其他具有强磁性的物质。发现钴(1733)和镍(1754)后不久就知道它们也像铁那样具有强磁性。至于一般的物质在较强磁场作用下能否多少表现一点磁性则直到法拉第在老年时期才有系统的观察。英国工程师斯特金于1824年创制了电磁体故那时实验室可有较强的磁场设备但法拉第在需要高度稳定的磁场

24、时仍用了大的永磁体。 15 法拉第测量了样品在不均匀磁场中被磁化时所受到的力这个方法后来有了不少改进至今仍广泛用于观测弱磁物质的磁化率也用于观测铁等强磁物质的饱和磁化强度。 法拉第发现一般的物质在较强磁场作用下都显示一定程度的磁性只是除了极少数像铁那样的强磁性物质外一般物质的磁化率的绝对值都是很小的。它们又可分为两类:一类物质的磁化率是负的称之为抗磁性物质。这些物质在磁场中获得的磁矩方向与磁场方向相反故在不均匀磁场中被推向磁场减弱的方向即被磁场排斥,另一类物质的磁化率是正的在不均匀磁场中被推向磁场增强的方向即被磁场吸引法拉第称它们为顺磁性物质。像铁那样强的磁性显然是特殊的应另属一类后来称为铁磁

25、性。这样在法拉第以后的近百年中物质的磁性分三大类。 1895年法国物理学家居里发表了他对三类物质的磁性的大量实验结果他认为:抗磁体的磁化率不依赖于磁场强度且一般不依赖于温度,顺磁体的磁化率不依赖于磁场强度而与绝对温度成反比(这被称为居里定律),铁在某一温度(后被称为居里点)以上失去其强磁性。 19世纪30年代初法国物理学家奈耳从理论上预言了反铁磁性并在若干化合物的宏观磁性方面获得了实验证据。194816 年他又对若干铁和其他金属的混合氧化物的磁性与铁磁性的区别作了详细的阐释并称这类磁性为亚铁磁性。于是就有了五大类磁性。最近十多年来又有些学者提出了几种磁性的新名称但这些都属于铁磁性的分支。 法国

26、物理学家朗之万于1905年提出了抗磁性和顺磁性的经典理论但十多年后范列文证明朗之万理论中的某些假设不合于经典统计力学原理及至原子结构的量子论模型兴起后朗氏的假设又成为可允许的。今天对这两种磁化率的粗浅理论公式已经过量子力学的改正但还保留着朗之万理论的基本形式。 二、电磁学的基本内容 1 电磁学的研究对象 电磁学是经典物理学的一部分。它主要是研究电荷、电流产生电场、磁场的规律电场和磁场的相互联系以及电磁场对物质的各种效应等。电磁现象是自然界存在的一种极为普遍的现象它涉及到很广泛的领域,电的研究和应用在认识客观世界和改造客观世界中展现了巨大的活力。所以电磁学是理科和技术学科的一门重要基础课。 根据

27、近代物理学的观点磁的现象是由运动电荷所产生的因而在电学的范围内必然不同程度地包含磁学的内容。17 所以电磁学和电学的内容很难截然划分而“电学”有时也就作为“电磁学”的简称。 2 电学的研究内容 电学研究的内容主要包括静电、静磁、电磁场、电路、电磁效应和电磁测量。 静电学是研究静止电荷产生电场及电场对电荷作用规律的学科。电荷只有两种称为正电和负电。同种电荷相互排斥异种电荷相互吸引。电荷遵从电荷守恒定律。电荷可以从一个物体转移到另一个物体任何物理过程中电荷的代数和保持不变。所谓带电不过是正负电荷的分离或转移,所谓电荷消失不过是正负电荷的中和。 静止电荷之间相互作用力符合库仑定律:在真空中两个静止点

28、电荷之间作用力的大小与它们的乘积成正比与它们之间的距离的平方成反比,作用力的方向沿着它们之间的联线同号电荷相斥异号电荷相吸。 电荷之间相互作用力是通过电荷产生的电场相互作用的。电荷产生的电场用电场强度(简称场强)来描述。空间某一点的电场强度用正的单位试探电荷在该点所受的电场力来定义电场强度遵从场强叠加原理。 18 通常的物质按其导电性能的不同可分两种情况:导体和绝缘体。导体体内存在可运动的自由电荷,绝缘体又称为电介质体内只有束缚电荷。 在电场的作用下导体内的自由电荷将产生移动。当导体的成分和温度均匀时达到静电平衡的条件是导体内部的电场强度处处等于零。根据这一条件可导出导体静电平衡的若干性质。

29、静磁学是研究电流稳恒时产生磁场以及磁场对电流作用力的学科。 电荷的定向流动形成电流。电流之间存在磁的相互作用这种磁相互作用是通过磁场传递的即电流在其周围的空间产生磁场磁场对放臵其中的电流施以作用力。电流产生的磁场用磁感应强度描述。 电磁场是研究随时间变化下的电磁现象和规律的学科。 当穿过闭台导体线圈的磁通量发生变化时线圈上产生感应电流。感应电流的方向可由楞次定律确定。闭合线圈中的感应电流是感应电动势推动的结果感应电动势遵从法拉第定律:闭台线圈上的感应电动势的大小总是与穿过线圈的磁通量的时间变化率成正比。 19 麦克斯韦方程组描述了电磁场普遍遵从的规律。它同物质的介质方程、洛仑兹力公式以及电荷守

30、恒定律结合起来原则上可以解决各种宏观电动力学问题。 根据麦克斯韦方程组导出的一个重要结果是存在电磁波变化的电磁场以电磁波的形式传播电磁波在真空中的传播速度等于光速。这也说明光也是电磁波的一种因此光的波动理论纳入了电磁理论的范畴。 电路 包括直流电路和交流电路的研究是电学的组成部分。直流电路研究电流稳恒条件下的电路定律和性质,交流电路研究电流周期性变化条件下的电路定律和性质。 直流电路由导体(或导线)连结而成导体有一定的电阻。稳恒条件下电流不随时间变化电场亦不随时间变化。 根据稳恒时电场的性质、导电基本规律和电动势概念可导出直流电路的各个实用定律:欧姆定律、基尔霍夫电路定律以及一些解决复杂电路的

31、有效而简便的定理:等效电源定理、叠加定理、倒易定理、对偶定理等这些实用定律和定理构成电路计算的理论基础。 交流电路比直流电路复杂得多电流随时间的变化引起空间电场和磁场的变化因此存在电磁感应和位移电流存在电磁波。 20 电磁效应 物质中的电效应是电学与其他物理学科(甚至非物理的学科)之间联系的纽带。物质中的电效应种类繁多有许多已成为或正逐渐发展为专门的研究领域。比如: 电致伸缩、压电效应(机械压力在电介质晶体上产生的电性和电极性)和逆压电效应、塞贝克效应、珀耳帖效应(两种不同金属或半导体接头处当电流沿某个方向通过时放出热量而电流反向时则吸收热量)、汤姆孙效应(一金属导体或半导体中维持温度梯度当电流沿某方向通过时放出热量而电流反向时则吸收热量)、热敏电阻(半导体材料中电阻随温度灵敏变化)、光敏电阻(半导体材料中电阻随光照灵敏变化)、光生伏打效应(半导体材料因光照产生电位差)等等。 对于各种电效应的研究有助于了解物质的结构以及物质中