磁生电是谁发现的
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| 陈启
| 启哥有何妙计
转自 | 华尔街俱乐部
去年9月22日，美国白宫，新上任的美国总统拜登和英国首相鲍里斯在进行会务，会议进行到一半，突然在场的记者们都闻到了一个怪怪的味道，白宫工作人员赶紧上前开始驱赶在场记者。
有在场记者问到：Did he shit?（他拉便便了？）
一旁的另外位摄像师说：“I have no idea，hope the microphone got it”（我也不知道，希望麦克风捕捉到了。）”
于是这一场严肃的会谈在拜登到底是不是把便便拉在裤裆里这一世纪大笑话中尴尬地结束了。
拜登和鲍里斯会谈内容到底是啥，没人关心，但是“拜登到底有没有把便便落在裤裆里？”，到是短期内冲上网络热门话题，成了全世界茶余饭后的笑料。
于是睿智中国网友编了个段子：
拜登：这是百年之未有的“大便局”！
鲍里斯：愿闻其翔！！！
如果历任美国总统们在天有灵？会不会气到棺材板都按不住？
一代不如一代的美国总统
美国全称美利坚合众国（U.S.A），原来是英国在北美大陆的殖民地，后因为不满英国对殖民地的压榨，掀起独立运动。1775年4月18日，在波士顿附近的列克星敦，反抗者们打响第一枪，史称“独立战争”，5月，第二次大陆会议召开，7月4日起草并宣布了著名的《独立宣言》。
《独立宣言》油画
最终，经过数年的抗争，北美殖民地的独立战争获得最后胜利，美国正式诞生成为一个完全独立的国家，而《独立宣言》的宣布日7月4日，也成为美国的独立日。起草《独立宣言》的共有五人，分别是富兰克林.本杰明、托马斯.杰弗逊、罗伯特利.文斯顿、罗杰.谢尔曼和约翰.亚当斯，这几位美国开国元勋的雕像还立在纪念堂中。
其中富兰克林.本杰明，不仅是一位杰出的政治家，美国的开国元勋，更是一位知名的物理学家，在电学领域颇有贡献。而他的头像至今印在100美元的钞票上，成为美国精神象征。
如果富兰克林.本杰明等美国先贤们泉下有知，看到如今堂堂美国总统，居然会在如此严肃的场合大小便失禁以及前任总统特朗普在位时各种疯子般言论丢尽美国脸面时，不知作何感想。
一代不如一代！
解密雷电力量的富兰克林
今天掌控雷电的故事就是富兰克林说起。
富兰克林.本杰明不仅是个杰出政治家，他在物理学上也有颇多贡献。富兰克林曾经进行多项关于电的实验，并且发明了避雷针，最早提出电荷守恒定律。法国经济学家杜尔哥价说：“他从苍天那里取得了雷电，从暴君那里取得了民权。
人类对电的关注其实早在2500多年前就开始。古希腊人就发现，用毛皮摩擦琥珀后，琥珀能吸引一些微小物品，如果摩擦够久，还有可能出现火花，这其实就是现在人们所熟知的静电现象。真正把“电”造福人类的是伟大的科学家法拉弟，他提出了著名的法拉第电磁感应现象，并发明了人类的首台发电机，被誉为“电学之父”，同时法拉第在实验中发现了硫化银随着温度变化呈现相反电阻率变化，与金属升温增加电阻率的特性截然不同，这也是半导体现象的首次被发现。
在物理学中，“电”有正电荷与负电荷之分，当电荷移动时就会形成电流，比如在导线中的电流，就是带负电荷的电子定向移动。古希腊人发现用毛皮摩擦琥珀后，琥珀就能吸引微小物品，这是因为摩擦后的琥珀带了负电荷。
但是古人无法正确理解其中的原理，并认为琥珀当中带有神力，在古希腊文当中，“琥珀” 与“电”都是同一单词，其实现代英文单词当中的电（electric），也是由单词琥珀（elektro）演变而来。
但是人们一直想知道摩擦起的静电和天上的雷电到底是不是同一会事，富兰克林也深入其中。
在18世纪中叶的时候，有一位叫做思朋斯医生的杂耍艺人，曾经在一个“电吻”的节目中，利用电容器的原理，让接吻的两人在瞬间爆发出火花。正是这个称为莱顿罐的装置引起了富兰克林的极大兴趣，在此后的时间里，富兰克林把全部的时间都倾注到了电的研究上。
富兰克林的研究中认为电荷有正负之分，并鉴定区分了导体和及绝缘体。他认为闪电是一种电现象。并且在《电的实验与观察》一书中，富兰克林富有想象性要验证闪电与电是没有区别的，并且列举了验证的试验方法，就是在一个很高的建筑物顶端，当人手持一根7 米左右长度的铁杆，在云层足够低的情况下，云层中的电荷就会通过铁杆引到这个人的身体上，发出火花。
1752年，富兰克林做了著名的风筝实验，证明打雷时候的闪电也是一种放电现象。
著名的“风筝实验”
富兰克林的这个论断引起了其他科学家们的关注，其中法国人托马斯弗朗索瓦狄阿里巴月在1752年5月10日，就亲自体验成功了，后来经过多位科学家的实验也证明了富兰克林的论断正确性。因此在欧洲的科学界，富兰克林成了一位出名的人物。
而且他并非只靠一个雷雨天的风筝实验，而是一系列在电学理论上的有着颇多贡献和结论。包括确定了电的单向流动特性，并且提出了电流的概念；合理地解释了摩擦生电的现象；提出电量守恒定律；定义了我们今天所说的正电和负电等等。
从上面的成就，以及如今高大建筑上布满的避雷针和避雷设施可以看出，富兰克林作为科学家真不是浪得虚名，他在电学方面的研究确实为后世学者的研究积累不少前期宝贵的经验，为人类对电的研究和利用，推开了一扇大门。
因此富兰克林被称为“解开雷电奥秘的第一人”。
掌控雷电力量，人类推开新世纪的大门
18世纪80年代，意大利科学家伽尔瓦尼在解剖青蛙时，发现两种不同的金属接触到青蛙会产生微弱的电流。这是人类第一次发现了流动的电，这种流电为制造电池创造了可能。但是，伽伐尼以为这是来自青蛙体内的生物电。而意大利物理学家伏打知道这件事情后，意识到这可能是因为两种不同的金属有电势差，因此产生了流动，而青蛙的作用相当于今天我们说的电解质。
于是，在1800年，伏打用盐水代替青蛙，将铜和锌两种不同的金属放到盐水中，就产生了电流。当然铜和锌之间的电势差只有0.7伏左右，非常弱，于是伏打将6个这样的单元串联在一起，就获得了超过4伏电压的电池。有了电池，电学的研究就得以不断取得重大的突破。
当时的意大利正在拿破仑的控制之下，拿破仑在得知伏打的发明后，专门在巴黎接见了他，册封他为伯爵，而且给了他一大笔奖金。后来人们用他的名字作为电压的单位——伏特！单位符号是大写的V，以纪念这位伟大的科学家。（因为Volta是意大利语，变成英语音译成中文读音为伏特）。
电池的发明除了在科研和生活中有实际的用途，其实还证实了一件事，就是能量是可以相互转化的，当然在伏打的年代大家还不知道这个道理。
有了电池后，科学家们得以将电学的原理搞得很清楚了，接下来就是如何利用电能的问题了。这是电学史上第三个伟大瞬间，人们要真正动手改造和利用电了。
利用电能涉及到两大发明：发电机和电动机——发电机将其他能源转变成电能，电动机将电能转变成机械能推动机器。而这两种机器工作的基本原理，都是建立在电磁学理论之上的。因此，发电机和电动机都是在搞清楚了电磁原理之后发明的。
电和磁的关系，是被丹麦物理学家汉斯·奥斯特偶然发现的，1820年，他在给学生上完课收拾仪器时，无意间发现了通电导线旁边的磁针会改变方向，并且因此发现了电流的磁效应，这成为了后来电动机的工作原理。
把电磁关系的研究推向高潮的是法拉第，他的研究成果是发现了磁生电现象，这就为发电机的出现提供了可能。但遗憾的是，天才的法拉第没有受过高等教育，数学很差，没办法把自己的理论继续推进。他的实验成果后来被麦克斯韦应用，从而建立起了现代的电磁学理论。
在电学和磁学方面，理论的大厦最终是由英国著名科学家麦克斯韦完成的。如果要问英国在牛顿之后第二个伟大的科学家是谁，恐怕要数麦克斯韦了。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831年6月13日?1879年11月5日），出生于苏格兰爱丁堡，英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。
1873年，麦克斯韦完成科学巨作《电磁通论》，统一了光、电、磁的基础理论，精髓就是我们现在所熟知的麦克斯韦方程。《电磁通论》全面总结19世纪中叶以前对电磁学的研究成果，建立了完整的电磁理论体系。这是一部可与牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》、爱因斯坦《统一场论》相媲美的里程碑式的不朽名著，是电与磁的大一统理论。
在麦克斯韦之前，电和磁之间的奇妙关系已经被科学家所发现，如奥斯特发现了电流的磁效应现象；法拉第发现了电磁感应现象，利用这个原理，法拉第做出人类第一个电动机，是现在电动机的祖先；安倍发现电流和磁场之间的方向关系，也就是著名的右手螺旋定则——安倍定制；
高斯定律、高斯磁定律、法拉第磁感定律、安倍环路定律等分别解释了磁场、电场和磁电相生，最后麦克斯韦亲手补上安倍环路定律最后的空缺。至此电磁学大厦基石理论全部补齐，麦克斯韦理论通过四个方程组，精简而又完美诠释了电场和磁场之间的关系，统一了电磁学。
最初在《电磁通论》里麦克斯韦列了8组20个方程，这种复杂性让那个年代的物理学家很崩溃，不知道如何设计电路检验麦克斯韦的理论。赫维赛德在1880年的一篇论文中首次采用了矢量微积分形式的麦克斯韦方程，他抛弃了恼人的四元数，将方程数目一下子削减到4个，并且展现了惊人的对称性，于是就变成我们现在所熟知的麦克斯韦方程组。
由赫维赛德精简重构后成为麦克斯韦方程组的积分形式和微分形式一共2组，8个公式，现在教科书都是用他改写后的麦克斯韦公式，不过现在提都不提这位老哥，提起麦克斯韦方程组都没他什么事，笔者要为他正名一下。
站在赫维赛德举高的手掌上，我们才听到麦克斯韦告诉我们，电磁波的传播是电场和磁场互相激荡！而光也是电磁波的一种！
回到主题
电学成就的第四个高光时刻，就是它的普及和应用。这个工作，其实是由德国和美国一批真正来自工业界，并且能够看到电的应用前景的发明家完成的。这些人认识到电是一种能量，并将它和产业革命联系起来了。
1832年，法国人毕克西发明了手摇式直流发电机
世界上第一台真正能够工作的交流发电机是由德国的发明家、商业巨子西门子设计的。和之前的发明家不同，西门子本身就是一个企业家，他搞发明更多地是为了应用。
1866年，西门子受到法拉第研究工作的启发，发明了交流发电机，随后就由他自己的公司制造了。从此人类又能够利用一种新的能量——电能，并且由此进入了电力时代。
1891年，美国著名发明家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856—1943）所在的西屋电气公司利用他所发明的多相交流发电机开始为全美国提供照明和动力用电。
至此，以电力为主的第二次工业革命开始，人类开始进入全新电气时代。
人类解密并掌握电的力量，仅仅是最近200多年的事，这也恰恰是世界经济飞速发展的200多年。电，这种大自然最神秘的能量被人们所掌握，不仅成为当年最重要的能源，更是变成计算机信息时代灵魂，彻底改变了人类的历史进程。可以说，直到现在，电都是整个现代生活的核心，我们无法想象离开电的生活会变成什么样，一旦断电，整个现代社会基本就全乱套了。
所以在掌控雷电力量的道路上，富兰克林、伏打、安倍、高斯、法拉第、奥斯特、麦克斯韦、特斯拉等一批又一批的伟大科学家们功不可没！
爱迪生VS特斯拉的交直流之争
在18世纪的时候，科学家们还认为电和磁是风马牛不相及的两种物理现象。直到奥斯特、法拉第、安倍、麦克斯韦等科学家解密电和磁的关系后，人们意识到电能和磁能可以相互转化，这也为后来的电动机和发电机的大规模应用奠定了基础，人类则因这些发明创造从此迈入电气时代。
发电机和电动机有了，接下来的问题就是输送电的问题了。于是在19世纪，大发明家爱迪生发明了直流电，并且一直是直流电的坚定的推广者。
1882年爱迪生电气照明公司在伦敦建立第一座发电站，安装了三台110伏的“巨汉”号直流发电机，这种发电机可以为1500个16瓦的白炽灯供电并点亮，从此电能照明时代走进千家万户。
随着社会对电力需求急剧增大，问题也就来了。用于用户电压不能太高，要增加输出功率，就要加大电流，电流一大，输电线发热就急剧增加，损失功率越多，这使得远端用户得到的电压还很低，而且输电线因为高温极容易引发各种火灾事故。直流电的弊端极大的影响了电力的应用。
这一切被尼古拉.特斯拉看在眼里，他是交流电的推广者，曾经试图说服爱迪生，他建议使用交流电来输电。交流电机比直流电机结构更简单，容易变压，可以简单、经济、可靠地解决提高输电电压的问题。但爱迪生对特斯拉所说的交流电具有诸多好处无动于衷，交流电建议遭到了爱迪生强烈的拒绝！
爱迪生强力打压特斯拉，诋毁交流电，为了阻挠交流电发展，爱迪生除了当众做交流电电死动物实验、发动媒体道交流电事故，还促成电椅的发明——用交流电执行死刑，他们之间的“交直流大战”从此展开了。
为了减少输电线中电能的损失，只能提高电压。在发电站出厂时把电压升高，到用户端再把电压降下来，这样就能达到输电过程中低损耗的目的，这才能把电能送到更远的距离。在当时，同功率下交流电站设备便宜，造价低廉，升降压方便，比直流电的更容易进行远距离输送电。
虽然爱迪生全力诋毁特斯拉和交流电，但是并不能阻挡交流电输电技术的进步。
1888年，费朗蒂设计的伦敦泰晤士河畔的大型交流电站开始输电，他先将交流点升高到1万伏，到十公里外的市区，再降低到2500伏，再送到各街区的二级变压站，降低为100伏供给用户照明，效果非常好，事实成功的证实了特斯拉的高压交流输电的优越性。从此除英国外，德国，美国也开始大规模应用，并且在全世界迅速推广。
交流电升降压，说起来容易但是做起来难，交直流变化，以及电压变化都需要使用大量专业电子电力转换器件，于是电子电力技术成了核心。
19世纪30年代，美国物理学家约瑟夫·亨利在研究电路控制时利用电磁感应现象发明了继电器。最早的继电器是电磁继电器，它利用电磁铁在通电和断电下磁力产生和消失的现象，来控制高电压高电流的另一电路的开合，它的出现使得电路的远程控制和保护等工作得以顺利进行。
人们可以利用继电器的特点，用一个回路去控制另外一个回路的通断，而且这两个回路是隔离的，安全性比较好。比如使用小电流控制去一个大电流，在利用电的路上，又前进的一步。
于是继电器在电子电力转换领域开始应用，但是继电器也有很大缺点，在当时成本昂贵，效果一般，而且提供的输出功率有限，市场呼唤更好的解决方案。
于是电力史上划时代的产品出现了，电子管横空出世！
划时代的电子管
真空电子管，也叫真空二级管，最早是一种电信号放大器。
1904年，美国科学家约翰.安部罗斯.弗莱明，为自己发明的电子管弗莱明“阀”，申请了专利，这标志这人类历史上第一只电子管诞生，世界迈向了电子时代。
1882年，发明大王爱迪生，为了寻找电灯泡的最佳灯丝材料的时候，做了一个实验，他在真空的灯泡内的碳丝附近放置了一块金属铜箔片，希望它能阻止碳丝蒸发，最终实验结果令人失望，但是实验过程中爱迪生无意中发现一个奇特现象：当电流通过碳丝的时候，在没有连接在电路里的金属薄片中也有电流通过，这就好奇，不在连通的状态下，哪来的电流？在当时，这是一件不可思议的事情，敏感的爱迪生肯定这是一项新的发现，并想到根据这一发现也许可以制成电流计、电压计等实用电器。为此他申请了专利，后来这种现象被称为“爱迪生效应”。
1896年，马可尼无线电公司成立，马可尼聘请一个叫弗莱明的人当顾问，这个弗莱明曾经担任爱迪生光电公司的技术顾问。弗莱明被要求改进无线电接收机中的检波器时，他就设想采用爱迪生效应进行检波。弗莱明在真空玻璃管内封装入两个金属片，给阳极板加上高频交变电压后，出现了爱迪生效应，在交流电通过这个装置时被变成了直流电。通过控制栅极电压可以控制电子流量，外加单向单导通，它具有整流和检波两种作用。
弗莱明根据“爱迪生效应”发明了电子管，这就是电子管的由来。
电子管的出现，特别是二极管的整流和检波这两种作用通过特定的组合，可以实现交流电和直流电可以互相转变！
这让人类完成了一件伟大的事情，电，是能够被控制的！！！
驯服“电”这个古怪的精灵之后，人类的科技发展就开始飞速前进。
随后，1907年，美国发明家德福雷斯特，又在弗莱明二极管的基础上，在二极管的灯丝和板极之间巧妙的加了一个栅极板，制成了真空三极管。
当极对灯丝连上电压对阴极加热，激发阴极电子通过栅极打在阳极上。通过这样的电子流，电子管可以将较小的交流电放大成较强的信号，实现信号放大功能。在信号放大的同时，通过控制栅极电流可以控制整个电子流量，因而获得所需的伏安特性。
这就是巧妙的通过小电流控制大电流，实现信号放大的真空三极管。
电子管因为其单向导通性，可以用开关代表0和1，可以完成二进制数字电路的设计，加上三极管，通过一系列电路设计和组合，就可以搭建最简单的运算放大电路！计算机的雏形初现了！
各位不要小看这些简陋的电子管，不光是加减乘除，复杂一点还能解三角函数！
现在国内教科书上都这么写：人类第一台通用电子计算机是1946年2月14日，诞生于美国宾夕法尼亚大学的“ENIAC”号。几乎所有人都这么认为，老师也是这么教的。
No！
其实在“ENIAC”号之前，还有一台更早的电子计算机。
阿塔纳索夫-贝瑞计算机（Atanasoff–Berry Computer），通常简称"ABC计算机"这才是世界上第一台电子数字计算设备。这台计算机在1937年设计，并在1942年成功进行了测试，它功能比较简单，不可编程，但是可以求解线性方程组。然而，在发明者阿塔纳索夫因为二战任务而离开爱荷华周立大学之后，这台计算机的工作就没有继续进行下去。
“ENIAC”诞生后，两者就谁才是“第一台电子计算机”互掐了十多年。
1973年，美国联邦地方法院注销了ENIAC的专利，并得出结论：ENIAC的发明者莫克利从阿塔纳索夫那里继承了电子数学计算机的主要构件思想。因此，“ABC”被认定为世界上第一台计算机，这台计算机在1990年被认定为IEEE里程碑之一。
所以世界上第一台计算机不是“ENIAC”，而是“ABC”！
不过，现在“ENIAC”作为第一台电子计算机的叫法在国内似乎已经改不过来了。
在第二次世界大战中，敌对双方都使用了飞机和火炮，猛烈轰炸对方军事目标。要想打得准，必须精确计算并绘制出"射击图表"。经查表确定炮口的角度，才能使射出去的炮弹正中飞行目标。但是，每一个数都要做几千次的四则运算才能得出来，十几个人用手摇机械计算机算几个月，才能完成一份射击图表，极其费时费力。
这时宾夕法尼亚大学莫尔电机工程学院的莫希利（John Mauchly）于 1942年提出了试制第一台电子计算机的初始设想——“高速电子管计算装置的使用”，期望用电子管代替继电器以提高机器的计算速度。
美国军方得知这一设想，马上拨款大力支持，成立了一个以莫希利、埃克特（John Eckert）为首的研制小组开始研制工作、预算经费为15万美元，这在当时是一笔巨款。
其中，大名鼎鼎的计算机之父约翰·冯·诺伊曼担任项目顾问，他提出了包括运算器、控制器、存储器、输入、输出的“冯·诺伊曼结构”，大大促进了电子技术和计算机的发展。
4年后，在1946年“ENIAC”被制造出来了。这个大家伙用了18000个电子管，占地170平方米，重达30吨，耗电功率约150千瓦，并配备体积庞大的冷却系统，不过这台电子计算机每秒钟可进行5000次运算，这比之前的计算速度快了上千倍，性能极为优越。当时微分机计算60秒射程弹道轨迹需要20小时，而“ENIAC”仅需30秒，当时是破天荒的。
尽管“ENIAC”诞生之时，二战已经结束，盟军早已经胜利，“ENIAC”并没有派上大用场，不过在随后的首枚氢弹的制造过程中，“ENIAC”还是出过一份力的。
占地170平米的庞然大物“ENIAC”
电子管虽然让人类科技前进的一大步，但是电子管本身也有些巨大的问题：电子管体积很大，耗电量大，易发热，因而工作的时间不能太长，这18000个电子管中，万一有几个损坏，要更换它们是件万分痛苦的事。
电子管实在太不稳定，功耗又高，发热有大，所以找到新技术新产品来替换它们是迟早的事，于是一种新技术横空出世，那就是半导体晶体管技术。
时至今日，电子管在电子电气行业的应用早就边缘化，绝大多数功能都被半导体晶体管所替代。不过电子管还有一个用途，在专业的音响发烧友中长盛不衰——胆机。
发烧友们钟爱的“胆机”
胆机有它独特的“胆味”，会使声音温暖耐听，音乐感好，氛围好。所以胆机是音响业界最古老而又经久不衰的长青树，其显著的优点是声音甜美柔和、自然关切，尤其动态范围之大，线性之好，绝非其他器件所能轻易替代。
而那些名贵的胆机，居然要卖到几百万一台，果然是土豪的世界，笔者只能说谁能让我抱一下。
Junction，PN结，来自半导体世界的力量！
半导体现象其实早在19世纪上半叶就科学家被发现。
1833年，英国科学家电子学之父法拉第最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低，这是半导体现象的首次发现。
不久，1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏打效应，这是被发现的半导体的第二个特征，利用这个原理人类学做出光伏太阳能发电板，如今遍布全世界，成为人类清洁能源之一。
1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。
半导体的这四个效应，(霍尔效应的余绩──四个伴生效应的发现)虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。
在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年，舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。
前文提到电子管又大又重，不仅发热大，寿命短，且不稳定，比如要更换“ENIAC”几个有问题的电子管，实在是太麻烦了。电子管的弊端越来越明显，迟早要被替代，拿什么替代呢？于是科学家寻找电子管的替代者，最终找到了答案！
来自半导体世界的力量！
“ENIAC”虽然研制成功， 但是在使用过程中暴露了电子管的问题：傻大笨粗。为此，美国贝尔实验室成立了一个固体物理研究小组，试图制造一种能替代电子管的半导体器件。贝尔实验室对半导体材料进行了研究，发现掺杂的半导体整流性能比电子管好，决定集中研究硅、锗等半导体材料，探讨用半导体材料制作放大器件的可能性。
1947年12月，以肖克利为首的半导体研究小组实验发现，在锗片的底面接上电极，在另一面插上细针并通上电流，然后让另一根细针尽量靠近它，并通上微弱的电流，这样就会使原来的电流产生很大的变化。微弱电流少量的变化，会对另外的电流产生很大的影响，这就是“放大”作用。在首次试验时，它能把音频信号放大100倍。这样，第一个晶体管诞生了！
从20世纪50年代起，晶体管开始逐渐替代真空电子管，并最终实现了集成电路和微处理器的大批量生产。1954 年，贝尔实验室开发了第一台晶体管化的计算机TRADIC，使用了大约700个晶体管和1万个锗二极管，每秒钟可以执行100万次逻辑操作，功率仅为100瓦，比“ENIAC”小的多了。1955年，IBM公司开发了包含2000个晶体管的商用计算机，别看现在IBM现在在普通民用领域好像没啥存在感，人家在高科技领域依然有着深厚的功底，3nm的GAA晶体管结构（Gate-All-Around FET）就是IBM的工作组开发的。
肖克利就是大名鼎鼎晶体管之父，晶体管发明人一共有三位除了威廉·肖克利、还有约翰·巴丁、沃尔特·布拉顿，三人于1956年的共同获得诺贝尔物理学奖！
这三个人是晶体管的共同发明人，不过三个人中最牛逼其实是巴丁博士，这家伙是史无前例的，他分别凭借发明晶体管和超导BCS理论于1956年和1972年两次获得诺贝尔物理学奖，别人拿一次都不得了，这家伙一人拿两次的，前无古人，后无来者！
……
半导体PN二极管的出现，开始全面替代真空电子管。作为开关，晶体管比电子管更快、更小，为电脑的微型化奠定了基础，又让人类前进一大步，诺奖给这三位大神，没毛病！
不过可惜的是，肖克利虽然是个技术大牛，但是脾气不太好，爱出风头，用现在的话来讲是就是情商低，老是得罪人，最终三个人闹的不欢而散。甚至到最后自己的徒子徒孙们也日益不满，八个年轻人出去自立门户，搞了个新公司叫仙童（Fairchild），肖克利得知后气得大骂：“你们这群叛徒！”，闹的满城风雨。
这八个人就是赫赫有名的硅谷“仙童八叛徒”的故事。仙童在半导体历史上最具传奇色彩的公司，从这里走出了无数半导体传奇人物，包括英特尔的创始人诺伊斯和戈登摩尔，AMD的创始人桑德斯，国家半导体的查理·史波克和皮埃尔·罗蒙德，Intersil的创始人谢尔顿?罗伯茨，模拟电路大神鲍勃韦乐等均出自这家公司，仙童堪称半导体界“黄埔军校”。
仙童八叛徒
如今在这小小的芯片里面，蕴含着巨大的能量。在仅仅只有几平方厘米的面积内，半导体功率器件能承受数千伏的高压，数十安培的电流，並且可以长期稳定工作的。这在真空电子管时代简直是无法想象的。
如今半导体已经被广泛用于各行各业，无论是工业机电，还是大型电网，光伏逆变器，还是高铁，电动汽车，小到各种计算机、家用电气、智能手机、通信设备全都是半导体下游的终端应用。
而这一切都源于世界上第一个PN结二极管！而正是因为半导体技术的突飞猛进，人们使用着高速5G网络，用着最新的电子设备，打王者、刷抖音、听音乐、移动办公等绚烂多姿的信息时代生活。
……
石油危机和IGBT横空出世
二战结束后，各国从战后的废墟中恢复过来，欧洲依靠“马歇尔计划”迅速恢复元气，开启了长达20年的高速发展期。但在西方经济腾飞的背后，却是中东波斯湾地区产油国被压迫的血泪史。
1891年，英国石油公司在伊朗钻了第一口井，此后，波斯湾巨型油田不断被发现。目前波斯湾地区已探明的石油储量约为490多亿吨，约占世界石油储量的一半。波斯湾地区不仅油藏异常丰富，开采容易，油品上乘，而且离港口近，航运条件非常好，因此波斯湾地区各国成了世界主要原油出产地和出口地，出口的原油占到全世界的90%。
战后的50年代，欧洲经济开始复苏，石油作为主要的石化能源和化学工业原料，波斯湾地区的迎来了历史上最大一波石油开拓潮，但主导者却是西方资本旗下的“石油七姐妹”：
英国石油、皇家壳牌、新泽西标准、加州标准、海湾石油、莫比尔、德士古……
在他们的压制下，石油价格长期处在1-2美元一桶，仅仅是煤炭价格的一半。而西方对阿拉伯宿敌以色列的支持，更激化了二者的矛盾。最终在1973年第四次中东战争爆发后，中东国家开始将石油当做武器，一边大幅减产，提高石油价格；一边开启国有化进程，将“七姐妹”赶出中东。
这就是影响深远的“第一次石油危机”。
……
新能源的“芯脏”IGBT
如果没有所谓的新能源革命，那么IGBT会过过去一样，每年保持平稳增长，但是现在这一切都变了，IGBT变成炙手可热的明星。
无论是光伏/风电新能源，还是新能源电动汽车都离不开电子电力转换的核心——IGBT。
在光伏/风电的逆变器/变流器上，在汽车的电驱总成里，都留下了IGBT的身影。
在光伏/风电新能源领域，刚开始发出的电是“粗电”，需要变成精细电才能上网，于是IGBT就肩负起这样的使命。而且现在欧洲因为战争因素，电价奇高，欧洲家庭光伏需求大增，毕竟只要2年就能收回投资成本，所以配套的微型逆变器也同样大卖。
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根据天风证券预测，中国2025年新能源汽车有望达到600-700万辆，经测算中国新能源汽车半导体市场规模在2025年有望达到62.8亿-73.2亿美元。汽车半导体包含功率、控制芯片、传感器，其中功率半导体在新能源汽车半导体价值量中的占比达到55%，价值量在31-36亿美金之间，换言之，从目前整个IGBT市场规模的89亿美金到2025年的180亿美金中，IGBT市场的增长大头将来自新能源汽车，其他包括光伏，工业电机，轨道交通等。
IGBT，未来可期！
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结语
从富兰克林揭示雷电奥秘，到奥斯特、法拉第、安倍等科学家发现电与磁的奥秘，到麦克斯韦统一电与磁；从爱迪生与特斯拉针锋相对，到西门子、通用、ABB、三菱们把人类带入电气时代。
从弗莱明发明电子管到肖克利发明晶体管，从简陋的二极管，三机关到IGBT；从一代P.P.T结构IGBT到现在微沟槽+场截止型7代IGBT；从硅基到碳化硅，氮化镓，以及未来可能出现的以氮化铝，金刚石为衬底材料的功率半导体，数十年来人类一直在掌握能源上，特别是掌握电能，高效利用电能上不断前行，希望在未来最终能完全彻底的掌控“雷电力量”实现“碳中和”的伟大目标。
在未来新能源的盛宴上，中国不会缺席，因为中国有士兰微、时代电气、华润微、积塔半导体、斯达等一干刻苦专研功率半导体技术的优秀公司。
致敬所有伟大的科学家和伟大的公司。
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磁生电是谁发现的推荐文章3：倒着的西方电磁发现顺序：磁生电、电生磁的先后发现时间颠倒
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倒着的西方电磁发现顺序：磁生电、电生磁的先后发现时间颠倒电磁发现的“时间倒错”：一场关于科学史的迷思？
一. 颠覆认知的“电磁乱序”
想象一下，你正在翻阅一本历史书，书中赫然写着：飞机是在汽车发明之后才出现的。你会不会感到困惑，甚至怀疑这本历史书的真实性？今天，我们要讲述的，就是一个类似的，关于电磁发现的“时间倒错”的故事，一个足以颠覆我们认知的科学史迷思。
故事的主角是两位科学巨匠：法拉第和奥斯特。我们从小就被灌输：1820年，奥斯特发现了电流的磁效应（电生磁）；1831年，法拉第发现了电磁感应现象（磁生磁）。教科书上的时间线清晰明了，似乎不容置疑。
这份名为《倒着的西方电磁发现顺序》的文件却抛出了一枚重磅炸弹：早在1817年，中国的一本名为《博物通书》的书籍就记载了“通电导线周围的指南针会旋转”的现象，也就是“电生磁”现象。如果这一记载属实，意味着在西方公认的“电生磁”发现时间之前，中国人就已经观察到了这一现象！
更令人费解的是，该文件还列举了18世纪末到19世纪末，西方世界出现各种与“电”有关的设备和事件，包括伏打电池、电铸版印刷术、电灯、发电厂等等。这些“电气化”的进程，似乎都在暗示着一个惊人的事实：早在奥斯特和法拉第之前，西方世界就已经开始利用“电”了！
二. 迷雾重重的历史疑云
如果说《博物通书》的记载还不足以完全推翻我们熟知的科学史，那么西方世界那些早于1820年的“电气化”事件，就不得不让我们深思：如果“电生磁”的发现真的是在1820年，那么在此之前，西方世界那些应用“电”的技术和设备，又是从何而来？难道是凭空出现的吗？
难道是教科书欺骗了我们？还是说，在西方世界，存在着一段被刻意掩盖的“电磁史”？
更让人匪夷所思的是，该文件还指出，法拉第在1821年就“发明”了世界上第一台电动机。且不论电动机的发明是否属实，单就“电动机”这一设备而言，其工作原理就是“电生磁”，也就是说，法拉第在“发现”电生磁现象之前一年，就已经发明了应用这一现象的设备！这在逻辑上是说不通的。
三. 是谁在操控着“历史的指针”？
面对这些错乱的时间线和令人费解的现象，我们不禁要问：是谁在操控着“历史的指针”？
是为了维护西方世界的“科学霸权”，刻意将某些重要的科学发现占为己有？还是说，这仅仅是历史学家们在考证过程中出现的偏差和疏漏？
无论答案是什么，有一点是肯定的：我们所熟知的历史，并非总是真相。在那些被我们奉为圭臬的“历史定律”背后，或许隐藏着更多不为人知的秘密，等待着我们去探寻和揭开。
四. 我们需要一场“电磁史”的重新审视
这份文件的出现，无疑是给我们敲响了警钟：我们不能再对历史抱有盲目的信任，而是要带着批判的眼光去审视那些被我们视为理所当然的“历史事实”。
我们需要对“电磁史”进行一次更加全面、更加深入的调查和研究，以期还原历史的真相，还那些被历史遗忘的科学家们一个公道。
我们也要反思：在科学发展的道路上，是否存在着“赢家通吃”的现象？那些来自非西方世界的科学发现和发明，是否被有意无意地忽视甚至抹杀了？
这是一个值得我们深思的问题，也是一个需要我们共同努力去寻找答案的问题。
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磁生电是谁发现的推荐文章4：
磁生电是谁发现的推荐文章5：天才般的直觉：法拉第怎么发现电磁感应的？
江湖传言欧内斯特·卢瑟福有一句话：“这个世界的自然科学分两类，一类叫物理，另一类叫集邮”。我没有查到这句话的准确出处，但就意思而言，这句话即便不是卢瑟福说的，也丝毫不影响其精辟。
是的，物理学与其他许多自然科学相比最显著的不同，就是物理学追求的不是“多”而是“少”。物理学认识世界的方式不是从不同的现象中收集一大堆“原理”和“知识点”（虽然这件事本身也是很有价值的事，也是物理学真正追求目标的前提），而是探寻它们背后隐藏的“相同的”、而且是“最简单”的规律。对物理而言，苹果从树上落下来，和地球绕着太阳转是一件事！
从这个角度反观我们这些年学习的所谓“物理”，我们学的真的是物理吗？我们学习了大量的概念、定理、定律……然而，它们在我们的头脑中好像更多只是“集邮册”中的一张张“邮票”。那些概念、定理和定律为什么有些显得如此“高深”？有些甚至“反常识”。那我们为什么还愿意接受这些让人“困惑”的物理呢？
当把这些物理概念、定理、定律放回人类认识世界过程的长河中，了解它们是如何萌发，又是如何在“纯粹理性”和“实验事实”相互印证的过程中发展和完善，才能看到物理学的大厦是如何小心翼翼地一砖一瓦建立起来的，看到过程中的每一个“脚手架”，才能理解物理学家如何搞出这么一套“高深”甚至“反常识”的东西。当了解了大厦的每一块砖瓦的形状、位置和修葺工艺，是如何经历深刻的理性思考和严苛的实验验证，包括在反复的审视检验过程中的返工和重建，才能说服自己接受这套感情上可能并不容易接受的东西。
——陈征
（北京交通大学物理国家级实验教学示范中心教师，茅以升北京青年科技奖获得者）
撰文 ∣ 马尔科姆·朗盖尔
译者 ∣ 向守平、郑久仁、朱栋培、袁业飞
法拉第及其力线——没有数学的数学
法拉第出生在一个贫困的家庭，父亲是铁匠。1796年，他和他的家人一起搬迁到伦敦。开始他是利波先生（Mr. Ribeau）书店的一个学徒装订工。通过装订和阅读书籍（包括《大英百科全书》）他学到了早期的科学知识。他特别喜欢阅读泰勒（James Tyler）的电学文章，并用坏瓶子和旧木材制造小静电发生器，重复做了一些电学实验。
1812年，戴维（Humphry Davy）（1770～1845）在皇家学院演讲。利波先生的一位客户，送给法拉第一张听讲的门票，让他去听讲。事后，法拉第把他的课堂笔记整理并装订好后送给戴维，表示如果有空缺职位，他可以填补，但接下来没有任何消息。然而，同年10月，戴维因使用的危险化学品氯化硝酸盐（nitrate of chlorine）发生爆炸而暂时失明，需要有人记录下他的思想。法拉第被推荐承担这项任务。随后，1813年3月1日，他得到了一个永久性职位——戴维在皇家学院的助理。他在那里一直工作到晚年。
在法拉第接受任命之后不久，戴维决定访问欧洲大陆的科学机构，法拉第作为科学助理随行。接下来的18个月，在巴黎，他们遇到了当时最著名的科学家——安培、洪堡特（Humboldt）、盖-吕萨克（Gray-Lussac）、阿拉戈（Arago）和其他许多人；在意大利，他们遇到了伏特；而在热那亚（Genoa）还观看了电鳐（torpedo）实验，它能电击鱼。
1820年，奥斯特发现电与磁之间的联系，并引来一系列相关的科学活动。科学期刊收到了许多描述电磁效应和试图解释它们的有关文章，哲学杂志的编辑请法拉第进行评审。面对这样大规模的实验现象和推断，法拉第开始系统地研究电磁现象。
接着，法拉第重复做了文献道过的所有实验。特别是，他研究了小磁铁的磁极在载流导线附近的运动。安培已经发现，作用在磁极上的力好像是要让它围绕载流导线做圆周运动。另外，如果磁铁被固定，则载流导线会感受一种力量，让它围绕磁铁做圆周运动。法拉第用两个漂亮的实验证实了这些现象（图1）。图1右边所示为第一个实验：磁铁被直立放置在一个水银盘中，一个磁极在水银面的上方。导线的一端与一个浮在水银面上的小软木塞相连，而另一端则固定在磁铁的一端。当有电流通过导线时，导线围绕磁铁的轴旋转，和法拉第的预期一样。图1左边所示为第二个实验：载流导线固定，磁铁围绕导线自由旋转。这是人们制造的第一个电动机。
图1 显示载流导线和磁铁之间的作用力的法拉第实验：在图的右边，磁铁垂直固定，载流导线绕垂直轴旋转；在图的左边，载流导线垂直固定，磁铁绕导线旋转。这是人们制造的第一个电动机第一个电动机（英国皇家学会提供）
这些实验致使法拉第有了磁力线这一关键性的概念，这是在他观察铁屑围绕磁铁的分布情况（图2）时突然浮现出来的。磁力线或磁场线磁力线或磁场线，代表把磁极放置在一个磁场中时作用在磁极上的力的方向。在垂直于磁力线的平面上，通过单位面积的磁力线愈多，作用在磁极上的力愈大。法拉第非常重视将磁力线作为观测静止磁场效应及时变磁场效应的一个直观手段。
图2 法拉第的条形磁铁的磁力线
两个磁极之间的磁力线沿着两极之间的连线，载流导线的环形力线怎么能与此相一致呢？法拉第的照片面临一个难题。法拉第展示（图3），把载流导线弯曲成一个环路可以模拟磁铁产生的所有效应。他认为，磁力线在环路内会被压缩，结果是环路的一侧有一个极性，另一侧有相反的极性。他用实验证明：所有与导线中的电流相关的力都可以按磁力线理解。磁偶极子与环路电流完全等效磁偶极子与环路电流完全等效是法拉第的深刻见解。事实上，如附录A5.7所证明的，从这一见解出发，可以导出关于静止磁铁和电流之间的作用力的所有定律。
图3 法拉第说明电流磁场和条形磁铁等价的理由：左侧的长直导线被弯曲成右侧的环路时，磁力线被压入环路内
重大的进步发生在1831年。法拉第坚信自然界的对称性对称性，他推测，既然电流产生磁场，磁场产生电流也必定是可能的。1831年，他获悉亨利（Joseph Henry）在纽约奥尔巴尼（Albany）做的实验。在这个实验中，亨利使用了电磁力非常强的电磁铁。法拉第立即有了观测力线使电磁材料产生应变的想法。他把绝缘导线缠绕在粗铁环上，从而能在铁环内产生强磁场。应变效应能用另一个缠绕在环上的线圈探测到，这个绕组与一个电流计连接以测量产生的电流。法拉第装置的原照片如图4所示。
图4 法拉第首次证明电磁感应的仪器（感谢英国皇家协会）
实验在1831年8月29日进行，这在法拉第的实验室笔记本上有精心记载。结果完全不是法拉第所预期的那样。当初级绕组闭合的时候，在次级绕组中的电流计的指针有一个偏转——缠绕在铁环介质上的次级电路中有感生电流。但只在电磁铁内接通或断开电流时观察到电流计的指针有偏转，流过电磁铁的稳定电流对电流计没有作用。换句话说，作用似乎只与变化的电流有关，因而只与变化的磁场有关。至此，法拉第发现了电磁感应。
在接下来的几周，随之而来的是，在一系列确切的实验中，电磁感应的性质都成立。法拉第在改进装置的灵敏度后，还观测到，在电流接通和断开时，在次级电路中所产生的电流是在相反方向流动的。下一步，他在线圈具有不同形状和大小的实验过程中发现，产生这种效应不需要有铁棒。1831年10月17日，他进行了一个新的实验：向一个连接有电流计的长线圈（或螺线管）移动圆柱形磁铁时，在线圈中产生了电流。然后，
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