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【太阳能电池】把太阳能直接转变为电能的装置。一般是在电子型硅单晶的小片上用扩散法或离子注入法渗入一薄层的硼或磷，以得到p－n结，再加上电极而成。当光照射到薄层表面时，两极间就产生电动势，一些小型电器如计算器等用灯光照射即可工作，但主要还是用太阳光做为能源，因此也称为“日光电池”或“阳光电池”。可用作人造卫星上仪表的电源。除硅外，化合物半导体砷化镓等也是制作太阳能电池的好材料。 【原子电池】将原子核放射能直接转变为电能的装置。常用的一种其结构与太阳能电池相类似，利用辐射到半导体上的带电粒子能量，使内部部分束缚电子受激发而导电，从而送出电能。有的原子电池则利用带电粒子在两电极间的定向运动，来产生通过外电路的电流。 【电子论】根据物质是电荷系所构成，亦即物质电结构的假设以解释各种物理现象的理论。经典电子论认为：当金属内部没有电场时，自由电子的无规则运动类似于理想气体分子的无规则热运动，因此金属中自由电子的整体常又称为电子气。电子在热运动过程中经常与金属骨架碰撞并改变运动方向，其轨迹是一条不规则的曲折的折线，洛伦兹用经 是一个很大的速率，但由于热运动的无规则性，从宏观上看，单位时间内通过金属中任一面元的电量为零，因此宏观电流处处为零。当金属内部存在电场时，每个自由电子都将在原有热运动的基础上附加一个逆场强方向的定向运动，正是这个定向运动而构成电流。这时每个电子的速度可以分为两个部分——热运动速度和定向运动速度。虽然定向运动的 观效应时，所有电子热运动的平均效果为零，而所有电子的定向运动由 着电流密度的数值和方向。在词目“闭合电路欧姆定律”中的微观解释就是用电子论的观点解释和推导的。经典电子论是1885年由洛伦兹首先提出的，所以也称为“洛伦兹电子论”。它也把电磁波经过物质时所呈现的各种宏观现象，归结为电磁波与物质中在准弹性力作用下的电子相互作用的结果。这一理论能够解释物质中一系列电磁现象，以及物质在电磁场中运动的一些效应，获得了相当的成功。经典电子论后来为相对论和量子论所扩充，成为现代物理学的基础。 【自由电子】对于金属原子来说，它的最外层的电子受到原子核的束缚比较弱，当这些原子组成金属导体时，一个原子的最外层电子由于受其他原子的影响，不再束缚在某个原子核周围运动，而是在整块金属中“自由”地运动着。这些电子就是金属导体中的自由电子。以常见的金属铜为例，假定每个铜原子在组成导体时，最外层有一个电子成为自由电子，则在一立方厘米的金属铜里，大约就有1023个自由电子。所以，金属中的自由电子的数目是非常可观的。金属导线中的电流正是导线中的自由电子在外加电压的作用下作定向运动的结果。由于历史上的原因通常将正电荷运动的方向规定为电流的方向。在金属导线中，既然电流是带负电的自由电子定向运动的结果，因此其电流的方向正好与自由电子的漂移运动方向相反。 【量子理论】探索微观粒子运动所遵从的量子规律的初步理论。量子力学的先驱，是从普朗克在物理学中引入量子概念开始，特别是在玻尔提出氢原子理论以后发展起来的。量子论仍然以经典物理规律为基础，但加上了一些反映微观运动具有量子特性的附加条件（量子条件）。它指出，在物体大、运动范围广（相当于量子数量很大）的极限情形下，微观运动规律应该趋近于宏观运动规律；并且两种运动规律应该具有相互对应关系（对应原理）。量子论能够解释一些简单的原子、分子所发射的光谱和黑体辐射等现象，但由于它的半经典性质，其结果在数量方面往往不能与实验符合。量子论本身还包含着很大矛盾，在解释许多实验事实时都遇到严重困难。它的进一步发展导致量子力学的建立（1924～1926年），现在这一理论虽然被量子力学所代替，故有时称之为旧量子论。但由于它直观性强，它的部分方法在解释某些现象（如复杂的光谱）时，还常被采用。人们有时也把研究微观运动的整个学科系统称为量子论或量子物理学。 【电解质】在水溶液中或在熔融状态下能导电的化合物，如酸类、碱类和盐类等。因为电解质能离解成离子，故能寻电。一般依据电离度的大小，可分为强电解质和弱电解质。 【液体导电】由电解质在溶液中离解出的正负离子导电是液体导电的特点（不包括液态金属）。例如，硫酸铜分子在通常情况下是电中性的，但它在溶液里受水分子的作用就会离解成带正电的铜离子（Cu2+） 因。当极板没有和外接电源相联时，铜离子和硫酸根离子与水分子一起在作杂乱的热运动，因而其总电流等于零。但当与一直流电源接通后， 加了一个定向的漂移运动。铜离子向负极运动；硫酸根离子向正极运动。这样溶液内发生了电荷沿一定方向的迁移，即形成了电流。由于在溶液中有两种电荷沿相反方向运动，所以在液体内的电流应是正负离子电流的绝对值总和。由此往往错误地认为，在到达正负极板上离子数都等于N时，液体中任一截面所通过的正负离子总数为2N，因而液体内通过电流，将是外电路通过电流的两倍。其实不然，假设在t时间内液体中正负离子迁移总数为2N，由于均匀分布，则取中央面为界，两边各具有相等的 离子无须通过中央截面而移向极板，到达一块极板的正或负的离子总数也是N个。通过电解溶任一截面正、负离子的总数和到达一块极板上正或负的离子总数是相同的。故电解液内所通过的电流强度和外电路通过的电流强度是相等的。 【电解】在电解质溶液或熔液电解质中通入电流，则在两个电极上（或电极旁）同时产生化学反应的过程叫作“电解”。通电时，溶液或熔体中的正离子向阴极迁移，负离子向阳极迁移；同时，在阴极上起还原反应，产生新物质；在阳极上起氧化反应，产生新物质。决定产生何种新物质的因素甚多，主要为所用电极及电解质的性质、溶液的浓度等等。例如，用炭极电解浓的食盐溶液，阴极上放出氢气，极旁产生苛性钠，阳极上放出氯气。如用炭极电解淡的食盐溶液，阴极上仍放出氢气，极旁产生苛性钠，阳性上则放出氧气而在极旁产生盐酸。又如用白金极电解硫酸铜溶液，阴极上析出铜，阳极上放出氧气，极旁产生硫酸。 【法拉第电解定律】这是英国物理学家法拉第在1933年所发现的两条电解定律：（1）电解时在电极上析出或溶解的物质的质量和电流强度，通电时间成正比，或在电极上析出的物质的质量和通过电解液的总电荷量成正比。这就是法拉第电解第一定律。它说明在电极上分离出来的物质质量m和电流强度I以及通电时间t的乘积成正比。即m∝It m=kIt＝KQ 式中Q为析出质量为m的物质所需要的电量。K为电化当量，电化当量的数值随着被析出的物质种类而不同。某种物质的电化当量在数值上等于通过1库仑电量时析出的该种物质的质量。其单位为千克/库。（2）物质的电化当量K和它的化学当量成正比，就叫做“法拉第电解第二定律”。某种物质的化学当量是该物质的摩尔质量M（克原子量） 它的数值等于在电极上析出 1克当量物质时，通过电解质电量的库仑数。F=96500库/摩尔对于任何物质都相同。将两个定律联立可得： 【电镀】 利用电解作用，在物件之表面镀以一层金属以防止生锈，并使部件美观的加工工艺。电镀时以被镀之物件作为阴极，并以欲镀金属的盐或酸溶液为电解质，通以电流则溶液分解，金属附着于物体表面。阳极为欲镀金属逐渐被溶解，以保持溶液的浓度一定。用这种方法可以将各种金属镀在物体表面，如金、银、镍、铬等金属，不易生锈又比较光亮，所以很多机件和生活日用品往往都是电镀件。电镀时析出的金属皆为结晶体，晶体越细越均匀越好。在通常电镀工艺中的注意之点有：（1）电镀时电镀液里的金属离子浓度越低越好。而液体中的金属盐浓度则大些为宜；（2）要有适当的添加剂，添加少量的明胶等胶状物质。此种物质与金属共同被阴极吸收，可使被电镀的金属结晶变小；（3）电流密度不宜过大，因为电流密度小时结晶核的生成较迟，故结晶的成长甚佳，电镀比较均匀。电流密度过大结晶核多，各部分离子浓度不均匀，以致发生树脂状海绵状等；（4）要搅拌使电镀液均匀，以得到平滑的电镀；（5）温度要适当高一点，因为温度高可以使电镀液浓度增高，因而减少含氢现象；（6）酸性不宜过强，否则生氢而妨碍电镀（7）电镀前应把金属件的锉痕、生锈或油污等弄平滑和清洗干净，再行电镀。 【气体导电】 在通常情况下气体分子是电中性的，但在地面放射性元素的辐照以及紫外线和宇宙射线等的作用下，或多或少总有一些气体分子或原子被电离，即原来是电中性的气体分子或原子分离为一个电子和一个带正电的离子。此外，在有些灯管内，通电的灯丝也会发射电子。当在灯管两端的电极间加上一定的电压时，外加电压迫使这些电子和正离子各向阳极和阴极运动，不过此时灯管内的正离子和电子为数甚少，故所形成的电流十分微弱，在通常情况下可以忽略不计。但是，若灯管中的气体相当稀薄但不是真空，灯管两端电极上加的电压足够高，则电子在向阳极运动的过程中可以得到很大的动能，它们和中性气体相碰撞时，可以使中性分子电离，即所谓碰撞电离。同时，在正离子向阴极运动时，由于以很大的速度撞到阴极上，还可能从阴极表面上打出电子来，这种现象称为二次电子发射。碰撞电离和二次电子发射使气体中在很短的时间内出现了大量的电子和正离子。在外电压作用下这些电子和正离子向相反的方向运动。气体中就有了电流通过。常见的气体放电灯，如日光灯、霓虹灯、高压汞灯、氙灯等的灯管中都充有一定量的气体，当两端加上一定电压时，在气体中就有电流流过。在常压下的气体是不易导电的，像空气就是很好的绝缘物质，一般情况下是不导电的。使这些气体由不导电变为导电的过程称为气体击穿。雷雨时天空中的闪电就是空气被击穿形成的。通常情况气体导电是在稀薄气体中发生。常压气体不易导电，在比较高的真空中因为电子和离子不易碰到中性粒子，故也不能发生气体电流。上述的气体电离导电均属自激放电。但只靠这种碰撞电离不能长久维持自激放电，因为碰撞产生的所有电子都要向阳极运动，到了阳极便停止了。要想长久地维持放电，必须使阴极不断地提供电子。一般阴极均装有能发射电子的灯丝。 【光电子】 光子与原子中的电子碰撞，可使电子脱离原子，被撞而离开原子的电子称为“光电子”。20世纪初，雷纳对这种效应作了一番有系统的实验。其结果是：（1）光电子的能量和入射线的能量无关。（2）增加辐射的强度可使光电子数目增加。（3）光电子的能量与入射光线的颜色有关，波长较短的辐射，所生光电子的能量较高。 【热电子发射】 热阴极是将金属丝加热到高温（一般在2000～3000K），使金属内部的自由电子获得能量，克服金属对电子的束缚力而飞向真空空间。一个处于绝对零度的电子，从金属内部飞向真空无场空间所必须供给的最低能量，叫做功函数。不同元素具有不同的功函数。功函数用符号j表示，可写成： j=Ea－Ei Ei代表金属内处于绝对零度时电子可能具有的最大能量值，Ea是金属边界上的势垒高度或叫做总功函数。见图3－15所示。热阴极发射电子密度可表示为： 其中A是常数=60（安培/厘米2度2）； T为金属的绝对温度（K）； K为玻耳兹曼常数=8.62×10-5（电子伏/度）；j为金属的功函数（电子伏）。为了获得高密度的电子发射电流，阴极材料要选择熔点较高和功函数较低的材料。经常选用的有钨、钽等材料。 【场致电子发射】金属在强电场作用下，有电子发射现象，这种现象称为场致电子发射，或称为金属冷电子发射。场致电子发射与金属热电子发射不同。后者是由于电子跨越势垒而造成，金属冷电子发射则由于电子穿透势垒而引起。因为在阴极表面具有很强的电场，于是在真空中电子的势能曲线随着远离阴极表面而降低，如图3－16所示，图中曲线a代表电场为零的情况；b曲线代表有弱外电场的情况；c曲线代表有强外电场的情况。外电场越强，则势垒的宽度越窄。根据量子力学的观点，电子不仅具有粒子性，而且还具有波动性。并非只具有足够动能（在数值上等于功函数φ）的电子才能越过势垒高度飞出金属表面，而是具有任意动能的电子都有一定的几率穿透金属边界的势垒，进入真空空间。势垒宽度越窄，穿透的几率越大。这种现象叫做“隧道效应”。在给定条件下（外电场E，功函数φ，势垒高度等）解薛定谔方程，可得到场致发射的电流密度为 从上式可以看出，外电场E越强，功函数φ越小时，这种冷发射电流越大。场致电子发射与温度无关。 【正离子轰击发射电子】 当冷阴极放电后，就有离子在电场的加速下打到阴极，这些离子轰击阴极将会打出电子，这叫做次级电子发射。次级电子发射，是冷阴极发射电子的主要过程。如果不考虑离子复合，由冷阴极次级发射产生自持放电的稳定条件是 δN=1 这里δ是次级发射系数，即一个离子打到阴极可能打出的电子数；N是从阴极打出来的一个电子，在放电区域可能产生的离子数。显然这时放电电流应该是 Ia=I+×（1+δ） 这里的I+是打到阴极上的正离子流。 【电子枪】 电真空器件中产生聚焦电子束的电极系统。一般电子枪由三部分组成，包括热阴极、控制电极及一个或数个加速阳极。从阴极发射出的电子受各电极的静电场控制，被聚成向同一方向运动的、密集的、截面很小的电子束。也可以利用磁场使电子束聚焦，常常在真空外部加上电磁铁代替第二阳极来加强对电子束的聚焦。控制极的电压是可调的，改变控制极的电压，可以控制通过这个电极引出孔的电子数因而改变电子束的电流密度。电子枪的用途很广，像阴极射线管、示波器、电视机显象管，电子加速器等都要有发射电子的电子枪作为电子源。 【辉光放电】 在低压气体中显示辉光的放电现象。例如，在低压气体放电管中，在两极间加上足够高的电压时，或在其周围加上高频电场，就使管内的稀薄气体呈现出辉光放电现象，其特征是需要高电压而电流密度较小。辉光的部位和管内所充气体的压强有关，辉光的颜色随气体的种类而异。荧光灯、霓虹灯的发光都属于这种辉光放电。稀薄气体辉光放电的机理见辞目“气体导电”。 【弧光放电】 产生高温的气体放电现象，它能发射出耀眼的白光。通常是在常压下发生，并不需要很高的电压，而有很强的电流。例如把两根炭棒或金属棒接于电压为数十伏的电路上，先使两棒的顶端相互接触，通过强大的电流，然后使两棒分开保持不大的距离，这时电流仍能通过空隙，而使两端间维持弧形白光，称之为“电弧”。维持电弧中强大电流所需的大量离子，主要是由电极上蒸发出来的。电弧可作为强光源（如弧光灯）、紫外线源（太阳灯）或强热源（电弧炉、电焊机等）。在高压开关电器中，由于触头分开而引起电弧，有烧毁触头的危害作用，必须采取措施，使之迅速熄灭。在加速器的离子源中，也有用弧放电的源。这种弧放电机制是：电子从加热到白炽的阴极发射出来，在起弧电源的电场加速下，获得一定能量后与气体原子碰撞，产生激发与电离而引起的放电也称为“弧放电”。 【火花放电】在电势差较高的正负带电区域之间，发出闪光并发出声响的短时间气体放电现象。在放电空间内，气体分子发生电离，气体迅速而剧烈发热，发出闪光和声响。例如，当两个带电导体互相靠近到一定距离时，就会在其间发生火花和声响（它们的电势差愈大，则这种现象愈显著），结果两个导体所带的电荷几乎全部消失。实质上分立的异性电聚积至足够量时，电荷突破它们之间的绝缘体而中和的现象就是放电。而中和时发生火花的就叫“火花放电”。在阴雨天气，带电的云接近地面，由于感应作用，在云和地的中间发生火花放电即为“落雷”。由于它们之间电势差非常之大，所以这种放电的危害特别大，它可以破坏建筑物，打死人和牲畜。高大建筑物均装有避雷针就是为了对落雷的防范。在日常生活中，我们往往看到运送汽油的汽车，在它的尾部，总是有一根铁链在地上拖着走。这根铁链不是多余的而是起着很重要的作用。运汽油的车中装载的是汽油，汽车在开动的时候，里面装着汽油也不停地晃动，晃动的结果，会使汽油跟油槽的壁发生碰撞和摩擦，这样就会使油槽带电。因为汽车的轮胎是橡胶，是绝缘体，油槽里发生的电荷不可能通过轮胎传到地下，这样电荷就会积聚起来，甚至有时会发生电火花。遇到火花，汽油很容易发生爆炸。为了防止这一危险，采用拖在汽车后面的铁链来作导电工具，使产生的电荷不能积聚。 【电晕放电】带电体表面在气体或液体介质中局部放电的现象，常发生在不均匀电场中电场强度很高的区域内（例如高压导线的周围，带电体的尖端附近）。其特点为：出现与日晕相似的光层，发出嗤嗤的声音，产生臭氧、氧化氮等。电晕引起电能的损耗，并对通讯和广播发生干扰。例如，雷雨时尖端电晕放电，避雷针即用此法中和带电的云层而防止雷击。我们知道，电晕多发生在导体壳的曲率半径小的地方，因为这些地方，特别是尖端，其电荷密度很大。而在紧邻带电表面处，电场E与电荷密度σ成正比，故在导体的尖端处场强很强（即σ和E都极大）。所以在空气周围的导体电势升高时，这些尖端之处能产生电晕放电。通常均将空气视为非导体，但空气中含有少数由宇宙线照射而产生的离子，带正电的导体会吸引周围空气中的负离子而自行徐徐中和。若带电导体有尖端，该处附近空气中的电场强度E可变得很高。当离子被吸向导体时将获得很大的加速度，这些离子与空气碰撞时，将会产生大量的离子，使空气变成极易导电，同时借电晕放电而加速导体放电。因空气分子在碰撞时会发光，故电晕时在导体尖端处可见亮 【霓虹灯】 即氖灯。是一种冷阴极放电管，把直径为 12～15毫米的玻璃管弯成各种形状，管内充以数毫米汞柱压力的氖气或其他气体，每1米加约1000伏特的电压时，依管内的充气种类，或管壁所涂的荧光物质而发出各种颜色的光，多用此作为夜间的广告等。若把电容器接在霓虹灯的两极上，则可做成时亮时灭的霓虹灯广告。电容器的电容大，亮灭循环的时间长；电容器电容小，则亮灭的时间较短。霓虹灯需要电压较高。灯管越细，越长需要的电压就越高。 【日光灯】 亦称“荧光灯”。一种利用光致发光的照明用灯。灯管用圆柱形玻璃管制成，实际上是一种低气压放电管。两端装有电极，内壁涂有钨酸镁、硅酸锌等荧光物质。制造时抽去空气，充入少量水银和氩气。通电后，管内因水银蒸气放电而产生紫外线，激发荧光物质，使它发出可见光，不同发光物质产生不同颜色，常见的近似日光（荧光物质为卤磷酸钙）。荧光灯光线柔和，发光效率比白炽电灯高，其温度约在40～50℃，所耗的电功率仅为同样明亮程度的白炽灯之1/3～1/5。广泛用于生活和工厂的照明光源。 【水银灯】利用汞蒸气放电的发光灯。也称为“汞灯”。按照使用时水银气压之高低分为低压、高压与超高压水银灯。低压汞灯能辐射出较窄的汞特征谱线，在紫外线，可见光与红外线区有以下几条：（1）紫外区波长（毫微米）253.7；313.2；365.0；366.3。可见区波长（毫微米） 404.7（紫）；407.8（紫）；435.8（蓝）； 491.6（蓝绿）；546.1（绿）；577.0（黄）；579.0（黄）；612.3（红）。红外区波长（微米）1.014；1.129；1.395；1.694；1.813；1.970。这些特征谱线可用于光谱仪的波长定标。低压汞灯上在医药学上作为杀菌用灯。高压水银灯、超高压水银灯为双管构造，其内管由石英制成，直径约为2.5毫米左右，在管内封入适量的水银和氩，通电时全部水银都蒸发而能保持一定蒸气压。电极为涂上碱土金属氧化物的钨或加钍的钨。开始氩先放电，温度上升，引起水银蒸汽的放电。因气压高，原子间作用力强，因而连续光谱相当强。高压水银灯为1～3气压，超高压水银灯为10～ 200气压。高压灯各谱线的辐射强度大，可作为仪器光源，由于有相当比例的谱线是在不可见的紫外区域，若再加上一只荧光外泡后可使这部分不可见光变为可见光而作为较强的照明光源。超高压水银灯是一种体积小、亮度高、辐射很强的红外、可见及紫外光的点光源，也作为荧光显微镜、高亮度照相记录器等仪器及投影器的光源，也可作为红外光源。 【钠灯】利用钠蒸气放电的发光灯。在可见光波段辐射两条黄色谱线，其波长分别为5890×10-10米和5896×10-10米，是目前所知发光效率最高的电光源之一。用做路灯的钠灯，在夜间可产生良好的路面能见度。这种桔黄色的灯光，在雾天的透射力强而且柔和，在这种灯光下的物体，可以看得很清楚。所以不少交通要道和人工照明上，都使用钠气灯来减少汽车的交通事故。钠灯光源可以作为单色光源用于玻璃折射率测定或平面检查。发光管则以耐钠玻璃制作且封入数毫米汞柱气压的氖、钠与微量的氩。因氖的气体放电温度上升，而引起钠气压的上升，发生放电，而发出原子光谱5890×10－10米和5896×10－10米的光线。其波长在视觉敏税度最高点附近。一开始点灯时将发出氖光谱，在250℃温度附近，钠放电最大。 【氙灯】氙灯是一种高辉度的光源。它的颜色成分与日光相近故可以做天然色光源、红外线、紫外线光源、闪光灯和点光源等，应用范围很广。其构造是在石英管内封入电极，并充入高压氙气而制成的放电管。在稀有气体中，氙的原子序数大，电离电压低，容易产生高能量的连续光谱，并且因离子的能量小，电极的寿命长达数千小时。因点灯需要高电压，要使用附属的起动器、安定器、点灯装置等。使用时应当注意：（1）小心高电压注意绝缘；（2）因灯泡内有高压的氙气，小心不要过分的振动；（3）不要用眼直接看直射光；（4）灯泡要把阳极向上使用并要保持竖直；（5）固定一端另一端要呈自由状态留有热膨胀的余地；（6）因发热量很大应注意通风，必要时要实行强制通风。 【阴极射线】 在抽成1.33帕（10－2乇）以下真空的气体放电管或电子管中，由阴极发射出的电子在电场加速下所形成的电子流通称为“阴极射线”。在放电管中，阴极由于受到管内剩余气体中正离子的撞击而发射电子。在电子管中则由于受到电流的加热而发射电子。阴极射线应用很广，它能使被照射的某些物质（如硫化锌）发出荧光，而且在外加电磁场中又能迅速随着场的变化而发生偏析，电子示波器中的示波管和电视机中的显像管，均依此原理制成；在适当的电磁场中可以发散，也能够聚焦，所以也应用于电子显微镜中；高速的阴极射线照射金属板时，能产生X射线；利用电子的波动性阴极射线还可用以研究物质的结晶构造。 【汤姆逊】Thomson.Joseph John 约瑟夫·约翰·汤姆逊（1856～1940年）。英国物理学家。世界著名的卡文迪什研究所所长。1891年用法拉第管开始了原子核结构的理论研究。他研究了阴极射线在磁场和电场中的偏转,作为比值e/m（电子的电荷与质量之比）的测定，结果他从实验上发现了电子的存在。他把电子看成原子的组成部分，用原子内电子的数目和分布来解释元素的化学性质。提出了原子模型，把原子看成是一个带正电的球，电子在球内运动。他还进一步研究了原子的内部构造和阳极射线。1912年与阿斯顿共同进行阳极射线的质量分析，发现了氖的同位素。1906年他因在气体导电研究方面的成就获得了诺贝尔物理学奖。另有，威廉·汤姆逊（1824～1907年）。亦译为汤姆生。英国物理学家。1892年封为凯尔文（又译开耳芬）勋爵。在他的研究工作中，以热学和电学及它们的应用等方面最有成就。1848年创立绝对温标（亦称开氏温标）；以后，他把热力学第一定律和热力学第二定律具体应用到热学、电学和弹性现象等方面，对热力学的发展起了一定作用。此外，还制成静电计、镜式电流计、双臂电桥等很多电学仪器。1866年起，他领导完成了横越大西洋海底电缆的安装工作。1853年证明了电容放电是一种振荡。19世纪末论述了原子的构造。坚持用力学模型来解释一切物理现象。曾任格拉斯哥大学教授（1846）和校长（1904）。 【示波器】显示某些随时间变化的物理量（如电压、电流等）波形的电子仪器。一般有电子（阴极射线）示波器、脉冲示波器、电磁（磁电式）示波器三种。（1）阴极射线示波器：此种示波器为应用最广的一种示波器，用以观察变化物理量的过程，是一个阴极射线管，是显示电压波形的电子仪器。它主要由示波管、放大器、锯齿波发生器等部分组成。通过加在示波管垂直偏转板上的信号电压和加在水平偏转板上的锯齿波电压的联合控制，使电子束在荧光屏上描出所欲研究的电压波形以便观察、记录或拍摄照片。各种非电的物理量（如压力、温度等）的变动，在转换为相应的电压变动后，也可用这种示波器观察。把两个信号电压各自加在两对偏转板上，荧光屏上即显示利萨如图形（同时在两个互相垂直的方向上作谐振动的点所描出的轨迹，形状同两个谐振动的振幅之比、频率之比和周相差有关）。这样，就能由一已知信号电压的频率来测定另一个信号电压的频率或相位。阴极射线示波器不但可以用来显示波形，还可用于测量频率、相位、电压、电流，研究电子管和晶体管的特性曲线以及其它专门用途，是一种应用非常广泛的电子仪器；（2）脉冲示波器：它也是阴极射线示波器的一种，但它是研究非常短暂的和不重复的过程。例如雷电放电、绝缘体被击穿（试验时）等。显示和测量脉冲的一种宽带阴极射线示波器。它具有特殊的扫描装置，可以显示单个脉冲或一串脉冲。在雷达、电视、计算技术和核子物理等运用脉冲技术的地方，都广泛应用这种仪器；（3）电磁示波器或称光束示波器：此种示波器适于观察和记录比较缓慢的过程，例如频率在数十千周以下的振荡，一般应用电磁示波器。此种示波器，在磁场中安放一个用细丝作成的小圈，上面装有一个小镜子，过程的观察和记录就是利用这个小圈和小镜也进行的。在小圈内有电流通过时，便在磁场中转动，圈上的小镜以及由小镜反射出来的细小光束也就发生偏转。由于小圈具有这样的可动性，故其偏转以及与相随的光束偏转便重复小圈中的电流强度的变化。为了得到扫描，由小镜出来的光束射到一个转动的多面镜上，多面镜使光束以恒定的速度在另一个方向（垂直于光束因小圈振动动而发生偏转的方向）内偏转。这样一来，光束在屏上产生的亮点便画出一条曲线，此曲线便表示小圈内所通过的电流强度的变化。为了把过程记录下来，可使光束投射到感光胶片上。 【阴极射线管】利用电子束在荧光屏上聚焦，并改变其位置及强度以产生图象的电子束管。一般由电子枪、双方向偏转系统及荧光屏三部分组成。从电子枪射出的电子束在荧光屏上聚焦，产生一个很小的亮点。调节电子枪内控制电极（调制极）的电压，可改变束内电子流密度，因而改变亮点的亮度。电子束打在屏上的位置，可随偏转系统所加的电压（或电流）而移动。偏转系统有两种：一种是利用两对相互垂直的偏转板构成的静电偏转式；一种是利用两对偏转线圈构成的磁偏转式。常见的阴极射线管有示波管、电视显像管及雷达指示管等。 【示波管】它是阴极射线管的一种。在一个抽成真空的管状玻璃泡中装有一系列金属制的电极。管的一端是阴极。它的外形是一个圆筒，中间有加热用的灯丝。阴极顶部涂有发射电子效率高的金属氧化物，通常是氧化钡（BaO、氧化锶（SrO）、氧化钙（CaO）的混合物。阴极外面套有中间开小孔的圆筒状电极，称为栅极。阴极受热后发射的电子就从栅极小孔中出来。相对于阴极来说，栅极上加的是负电压。改变栅极和阴极间的负电压可以调节通过栅极小孔的电子数，所以通常又称它为“调制栅”。调制栅后面是加速极，它是一个和栅极形状相似的圆筒。加速极后面是半径略大的圆柱面状的电极，称为第一阳极。第一阳极后面还有一个半径略小的圆筒状电极，称为第二阳极。相对于阴极来说，加速极、第一阳极和第二阳极上加的都是正电压。调节这些极上的电压就可使从栅极小孔出来的电子加速，并会聚到管轴附近形成很细的一束电子流，打到管子的荧光屏上。这一段过程称为电子束的加速和聚焦。阴极、栅极、加速极、第一阳极、第二阳极这五个部分通常用镍或无磁性不锈钢制成，并由四根玻璃棒同轴地固定在一起构成一个“电子枪”，它专门发射射向荧光屏的电子束。荧光屏是一块涂有荧光物质的玻璃屏，当电子打上去时，就会发光。采用不同的荧光物质可以发出不同颜色的光，例如用钨酸钙（CaWO4）可发蓝光，用锰激活的硅酸锌（Zn2SiO4：Mn）可发绿光等。经过聚焦的电子束射到荧光屏上时，就在屏上打出一个很小的亮点。在电子枪和荧光屏之间有两组平板，相互垂直地安置着，分别称为水平和垂直偏转板。从电子枪出来的电子束在到达荧光屏之前要穿过这两组偏转板。改变加在偏转板的电压可以使电子的运动方向发生相应的变化，从而改变荧光屏上亮点的位置。从屏上亮点的轨迹可以看出加在偏转板上的电压的变化情况。从屏上反回来的电子，则通过管壁上的石墨层汇集到第二阳极而流出管外，和示波管外边的供电电路构成闭合回路，示波管中的电子流就成为整个回路电流的一个组成部分。 【半导体】 导电性能介于导体和绝缘体之间非离子性导电的物质。室温时其电阻率约为10-3～l09欧姆·厘米。一般是固体。例如锗（Ge）、硅（Si）以及一些化合物半导体。如碲化铅（PbTe）、砷化铟（InAs）、硫化铅（PbS）、碳化硅（SiC）等。与金属材料不同，半导体中杂质含量和外界条件的改变（如温度变化、受光照射等），都会使半导体的导电性能发生显著变化。纯度很高，内部结构完整的半导体，在极低的温度下几乎不导电，接近绝缘体。但随着温度的升高半导体的电阻迅速减小。含有少量杂质，内部结构不很完整的半导体通常可分为n型和p型两类。半导体的p－n结以及半导体同某些金属相接触的边界层，都具有单向导电或在光照下产生电势差的特性。利用这些特性可以制成各种器件，如半导体二极管、三极管和集成电路等。半导体之所以具有介于导体和绝缘体之间的导电性，是因为它的原子结构比较特殊，即其外层电子既不象导体那样容易挣脱其原子核的束缚，也不象绝缘体中的电子被原子核紧紧地束缚着。这就决定了它的导电性介于两者之间。 【能带】 研究固体物理学中的一种理论。虽然所有的固体都包含大量的电子，但有的具有很好的电子导电性能，有的则基本上观察不到任何电子导电性。这一基本事实曾长期得不到解释。在能带理论的基础上，首次对为什么有导体、绝缘体和半导体的区分提出了一个理论上的说明，这是能带论发展初期的重大成就。在物理学中往往形象化地用水平横线表示电子的能量值，能量越大，线的位置越高。一定能量范围内的许多能级（彼此相隔很近）形成一条带，称为“能带”。各种晶体的能带数目及其宽度等均不相同。相邻两能带间的能量范围称为“能隙”或“禁带”，晶体中的电子不能具有这种能量。完全被电子占据的能带称为“满带”，满带中的电子不会导电；没有电子占据的带称为“空带”；部分被占据的称为“导带”，导带中的电子才能导电，价电子所占据的能带称为“价带”。能量比价带低的各能带一般都是满带。价带可以是满带也可以是导带；如在金属中是导带，所以金属能导电，在绝缘体和半导体中是满带，所以它们不能导电。但半导体很容易因其中有杂质或受外界影响（如光照、加热等），使价带中的电子数减少，或使空带中出现一些电子而成为导带，因而也能导电。 【本征半导体】 不含杂质且结构非常完整的半导体单晶，其中参与导电的电子和空穴数目相等。温度极低时，其电阻率很大，极难导电；随着温度升高，电阻率急剧减小。当硅、锗等半导体材料制成单晶体时，其原子的排列就由杂乱无章的状态变成非常整齐的状态。其原子之间的距离都是相等的，约为2.35×10-4微米。每个原子最外层的4个电子，不仅受自身原子核的束缚，而且还与周围相邻的4个原子发生联系。这时，每两个相邻的原子之间都共有一对电子。电子对中的任何一个电子，一方面围绕自身原子核运动，另一方面也时常出现在相邻的原子所属的轨道上，这样的组合叫做“共价键”结构。硅、锗共价键结构的特点是它们外层共有的电子所受到的束缚力并不象在绝缘体中那样紧，在一定的温度下，由于热运动，其中少数电子还是可能挣脱束缚而成为自由电子，形成电子载流子。当共有电子在挣脱束缚成为自由电子后，同时留下了一个空位。有了这样一个空位，附近的共有电子就很容易来进行填补，从而形成共有电子的运动。这种运动，无论是效果上还是现象上，都好象一个带正电荷的空位子在移动。为了区别于自由电子的运动，就把这种运动叫做“空穴”运动，空位子叫做“空穴”。由此可见，空穴也是一种载流子。当半导体处于外加电压作用之下，通过它的电流可以看作是由自由电子的定向移动所形成的电子流，另一部分是带正电的空穴定向移动。所以半导体中，不仅有电子载流子还有空穴载流子，这是半导体导电的一个特点。这种纯单晶半导体，虽然多了一种空穴载流子，但是载流子的总数离开实际应用的要求，也就是从具有良好导电能力的要求来看，还相差很远，所以这种本征半导体的实际用处不大。 【杂质半导体】在纯单晶的本征半导体中，掺杂一些有用的杂质，使其导电特性得到很大的改善。而其导电性能取决于杂质的类型和含量。这样的半导体即称为“杂质半导体”。大多数半导体都是这一种类型。将半导体材料提纯，再用扩散或用离子注入法掺入适当的杂质，可以制成n型半导体或p型半导体。利用不同类型的杂质半导体，可以制成整流器，半导体二极管、半导体三极管和集成电路等重要部件。由此可以看到，只有杂质半导体才是最有用的。 【n型半导体】“n”表示负电的意思，在这类半导体中，参与导电的主要是带负电的电子，这些电子来自半导体中的“施主”杂质。所谓施主杂质就是掺入杂质能够提供导电电子而改变半导体的导电性能。例如，半导体锗和硅中的五价元素砷、锑、磷等原子都是施主杂质。如果在某一半导体的杂质总量中，施主杂质的数量占多数，则这种半导体就是n型半导体。如果在硅单晶中掺入五价元素砷、磷。则在硅原子和砷、磷原子组成共价键之后，磷外层的五个电子中，四个电子组成共价键，多出的一个电子受原子核束缚很小，因此很容易成为自由电子。所以这种半导体中，电子载流子的数目很多，主要靠电子导电，叫做电子半导体，简称n型半导体。 【p型半导体】“p”表示正电的意思。在这种半导体中，参与导电的主要是带正电的空穴，这些空穴来自于半导体中的“受主”杂质。所谓受主杂质就是掺入杂质能够接受半导体中的价电子，产生同数量的空穴，从而改变了半导体的导电性能。例如，半导体锗和硅中的三价元素硼、铟、镓等原子都是受主。如果某一半导体的杂质总量中，受主杂质的数量占多数，则这半导体是p型半导体。如果在单晶硅上掺入三价硼原子，则硼原子与硅原子组成共价键。由于硼原子数目比硅原子要少很多，因此整个晶体结构基本不变，只是某些位置上的硅原子被硼原子所代替。硼是三价元素，外层只有三个价电子，所以当它与硅原子组成共价键时，就自然形成了一个空穴。这样，掺入的硼杂质的每一个原子都可能提供一个空穴，从而使硅单晶中空穴载流子的数目大大增加。这种半导体内几乎没有自由电子，主要靠空穴导电，所以叫做空穴半导体，简称p型半导体。 【p－n结】在一块半导体中，掺入施主杂质，使其中一部分成为n型半导体。其余部分掺入受主杂质而成为p型半导体，当p型半导体和n型半导体这两个区域共处一体时，这两个区域之间的交界层就是p-n结。p-n结很薄，结中电子和和空穴都很少，但在靠近n型一边有带正电荷的离子，靠近p型一边有带负电荷的离子。这是因为，在p型区中空穴的浓度大，在n型区中电子的浓度大，所以把它们结合在一起时，在它们交界的地方便要发生电子和空穴的扩散运动。由于p区有大量可以移动的空穴，n区几乎没有空穴，空穴就要由p区向n区扩散。同样n区有大量的自由电子，p区几乎没有电子，所以电子就要由n区向p区扩散。随着扩散的进行，p区空穴减少，出现了一层带负电的粒子区；n区电子减少，出现了一层带正电的粒子区。结果在p－n结的边界附近形成了一个空间电荷区，p型区一边带负电荷的离子，n型区一边带正电荷的离子，因而在结中形成了很强的局部电场，方向由n区指向p区。当结上加正向电压（即p区加电源正极，n区加电源负极）时，这电场减弱，n区中的电子和p区中的空穴都容易通过，因而电流较大；当外加电压相反时，则这电场增强，只有原n区中的少数空穴和p区中的少数电子能够通过，因而电流很小。因此p－n结具有整流作用。当具有p－n结的半导体受到光照时，其中电子和空穴的数目增多，在结的局部电场作用下，p区的电子移到n区，n区的空穴移到p区，这样在结的两端就有电荷积累，形成电势差。这现象称为p－n结的光生伏特效应。由于这些特性，用p－n结可制成半导体二极管和光电池等器件。如果在p－n结上加以反向电压（n区加在电源正极，p区加在电源负极），电压在一定范围内，p－n结几乎不通过电流，但当加在p－n结上的反向电压越过某一数值时，发生电流突然增大的现象。这时p-n结被击穿。p－n结被击穿后便失去其单向导电的性能，但结并不一定损坏，此时将反向电压降低，它的性能还可以恢复。根据其内在的物理过程，p－n结击穿可分为雪崩击穿和隧道击穿两种。由于p－n结具有这种特性，一方面可以用它制造半导体二极管，使之工作在一定电压范围之内作整流器等；另方面因击穿后并不损坏而可用来制造稳压管或开关管等器件。 【晶体二极管】亦称为“半导体二极管”。一种由半导体材料制成的，具有单向导电特性的两极器件。早期的半导体二极管是用金属丝尖端触在半导体晶片上制成的，称为点接触二极管，通常在较高的频率范围内作检波、混频器用。目前大多数的晶体二极管都是面结型的，它是由半导体晶片上形成的p－n结组成，或由金属同半导体接触组成，可用于整流，检波、混频、开关和稳压等。除一般用途的二极管外，还有一些用于特殊用途，利用特殊原理制成的二极管。例如：（1）肖特基二极管（又称为金属-半导体二极管）：用某些金属和半导体相接触，在它们的交界面处便会形成一个势垒区（通常称为“表面势垒”或“肖特基势垒”），产生整流，检波作用。在这种二极管中，起导电作用的热运动能量比较大的那些载流子，所以又叫“热载流子二极管”。这种二极管比p－n结二极管有更高的使用频率和开关速度，噪声也比较低，但工作电流较小，反向耐压较低。目前它主要用作微波检波器和混频器，已在雷达接收机中代替了点接触二极管；（2）隧道二极管：它是一种具有负阻特性的半导体二极管。目前主要用掺杂浓度较高的锗或砷化镓制成。其电流和电压间的变化关系与一般半导体二极管不同。当某一个极上加正电压时，通过管的电流先将随电压的增加而很快变大，但在电压达到某一值后，忽而变小，小到一定值后又急剧变大；如果所加的电压与前相反，电流则随电压的增加而急剧变大。因为这种变化关系，只能用量子力学中的“隧道效应”加以说明，故称隧道二极管。它具有开关、振荡、放大等作用，应用在电子计算机和微波技术中；（3）变容二极管；它是利用p-n结的电容特性来实现放大、倍频、调谐等作用的一种二极管。由于它的结电容随外加电压而显著变化，所以称为“变容二极管”。制造变容二极管所用的半导体材料主要用硅和砷化镓。在作微波放大时，它的优点是具有很低的噪声；（4）雪崩二极管：亦称为“碰撞雪崩渡越时间二极管”。是一种在外加电压作用下可以产生超高频振荡的半导体二极管。它的工作原理是：利用p－n结的雪崩击穿在半导体中注入载流子，这些载流子渡越过晶片流向外电路。由于这一渡越需要一定的时间，因而使电流相对于电压出现一个时间延迟，适当控制渡越时间，在电流和电压的关系上会出现负阻效应，因而能够产生振荡。雪崩二极管主要用在微波领域作为振荡源；（5）发光二极管：一种在外加正向电压作用下可以发光的二极管。它的发光原理是：在正向电压作用下，p－n结中注入很多非平衡载流子，这些载流子复合时，多余的能量转化为光的形式发射出来。发光二极管经常用作电子设备中的指示灯、数码管等显示元件，也可用于光通讯。它的优点是工作电压低，耗电量小体积小、寿命长。制造发光二极管所用的半导体材料主要是磷砷化镓、碳化硅等。 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