F、电力革命

F、电力革命

蒸汽机的发明成功地能将热能转化为机械能。但是这些能源往往受到地理位置的局限,使它难以送往千家万户需要能源的地方。寻找一种怎样的手段才能够运输能源呢?这就是实行电气化。

人们对电的认识也是很久远的事情了,自古以来,人们看到天空的闪电雷鸣,又知道摩擦生电的道理。为了研究天上的雷与地上摩擦生的电是不是相同,美国的富兰克林(1706-1790)冒着生命危险做了著名的《费城实验》,证明雷和电是一回事。那时候,人们只能用摩擦产生静电,把静电存在一个电容器里。

意大利波洛尼亚大学的解剖学教授贾法尼(1737——1798)在解剖青蛙时候,发现解剖后的蛙腿碰到两种不同的金属时会发生痉挛,贾法尼说是死后的蛙腿还能放出生物电,意大利利帕维亚大学的物理学教授伏打(1745——1827),不同意这个看法,他认为,两种不同的金属中间有液体的时候能放出电流,他因此受到启发,发明了伏打电池。 1799年,伏打以含食盐水的湿抹布,夹在银和锌的圆形板中间,堆积成圆柱状,制造出最早的电池——伏打电池。有了伏打电池,才有了平稳的电流,一系列的电学试验才得以展开。

1820年,丹麦人奥斯特发现了电流的磁效应,许多人想到利用电流的磁效应来向远方传递信息。美国画家莫尔斯在旅欧学习中,对这种新生的技术产生了浓厚的兴趣,但如何把电报和人类的语言连接起来,是摆在莫尔斯面前的一大难题,经过一番苦思冥想,终于有了灵感,他写道:

“电流是神速的,如果你能够不停顿走十英里,我就让它走遍全世界。电流只要停止片刻,就会出现火花,火花是一种符号,没有火花是另一种符号,没有火花的时间长又是一种符号。这里有三种符号可组合起来,代表数字和字母。它们可以构成字母,文字就可以通过导线传送了。这样,能够把消息传到远处的崭新工具就可以实现了!”

经过3年的钻研之后,莫尔斯根据自己的想法,编制了著名的“莫尔斯电码”,在1835年,第一台电报机问世。

1876年,美国人贝尔(1847——1922)发明了电话。

1895年,俄国物理学家波波夫(1856——1906)和意大利物理学家马可尼(1874——1937)在这同一年发明了无线电报。

1809年,英国化学家戴维发明电弧光灯,1879年美国发明家爱迪生发明了白炽灯。

这些电器都要使用大量的电能,光靠伏打电池已经远远不够了。于是发明发电机的历史使命催促着当时的科学家们。

既然电流能产生磁效应,那么磁也必定能产生电流效应。这应该是两个互逆的过程。英国著名物理学家、化学家迈克尔•法拉第怀着坚定的信念探索着磁生电的实验。1831年8月,法拉第把两个线圈绕在一个铁环上,线圈A接直流电源,线圈B接电流表。他发现,当线圈A的电路接通或断开的瞬间,线圈B中产生瞬时电流。法拉第发现,铁环并不是必须的。拿走铁环,再做这个实验,上述现象仍然发生,只是线圈B中的电流弱些。后来他做了许多实验。1831年11月24日,法拉第向英国皇家学会提交的一个报告中,把这种现象定名为“电磁感应现象”,并概括了可以产生感应电流的五种类型:变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。

1865年,已经有人研制出永久磁铁式的发电机,但是,由于当时的磁体材料的磁性还很弱,所以不足以发出强大的电流。

1866年 德国西门子(1816——1892)用电磁铁代替永久磁铁,发明了自激式的发电机,发出了强大的电流,具有了使用价值,迅速被推广使用。

1882年,爱迪生建造了第一座直流发电厂,装了六台发电机,共900马力,用110伏的电缆供电,最大供电距离1.6公里,点亮了6200盏白炽灯。开创了电力工业的雏形。

使人感到有趣的是1870年,比利时工程师发明的直流发电机在设计上和电动机很相似,如果给这种发电机输入电流,它就能传动起来,输出机械能。电动机在法拉第发现电磁感应之前就有人造出来了,因为没有发电机,用伏打电池供电的电动机没有太大的使用价值,也没有引起人们足够重视。如果当时有人设法持续不断地转动电动机,就能产生出电流来,那么直流发电机就产生了。虽然电动机的发明早于发电机,但是,只有发明了发电机,有了强大的电流,电动机才得到了广泛的运用。

1882年,德国电气工程师德普勒(1843——1918)成功地将2000伏的高压直流电从米斯巴赫送到57公里以外的慕尼黑,同时也暴露出直流输电的突出弱点。英、德、俄、意等国的科学家和工程师很快研究出交流发电机,交流电动机,以及交流变压器,解决了交流高电压远距离输电技术。

这样,深山峡谷的水力可以转成电能输送出来,供城市使用,也可以在煤矿附近开设发电厂,把燃煤产生的热能转化成电能输送到城市使用。有了电能这个中介能源,我们就可以把大自然的各种粗狂的能源转化为精细的电能,为各种实际需要提供精准的能源和动力,从此,人类进入了电气时代。

在这同时,化学工业也得到了迅猛的发展,18世纪40年代,英国建成了第一个规模不大的化工厂,制造硝酸、盐酸和药物。由于纺织工业、玻璃工业、肥皂工业等急需使用大量的碱,植物碱和天然碱供不应求,1755年,法国科学院悬赏12000法郎征求制造纯碱的方法,法国人吕布兰提出用食盐、硫酸、石灰石和煤粉制造纯碱的方法,获得专利。吕布兰氏制碱法不仅带动硫酸工业的发展,生产过程中产生的氯化氢可以制成盐酸、氯气、漂白粉等副产品,也是业界急需用的化工物质。化工行业纷繁复杂,从生产到生活有太多的地方需要化工产品,但是,酸和碱的生产是整个化学工业的基础。

随着炼铁、炼焦工业的兴起,以煤焦油分离出的芳烃和以电石生产的乙炔为基础的有机化工也得到发展。合成染料、化学合成药、合成香料等相继问世,橡胶轮胎、赛璐珞和硝酸纤维素等也投入生产。这样,早期的化学工业就为纺织工业、交通运输业、电力工业和机器制造业提供了所必需的原材料和辅助品,促成了产业革命的成功。

需要特别提到的是瑞典化学家诺贝尔(1833——1898),他一生冒着生命危险研究炸药,每年忙于奔走在瑞典、英国、法国、意大利、德国的实验室和企业,终身未娶,过着极为简朴的生活。他发明了安全烈性炸药,为人类在矿山开掘,公路、铁路、堤坝修筑等方面提供了威力无比的爆炸力。当然,他的发明也被用于制造战争武器,这是诺贝尔所不愿看到的,为此他深表遗憾。为表彰安全烈性炸药的发明,1868年2月瑞典科学院给诺贝尔颁发了金质奖章。更难能可贵的是,他临终前嘱托亲友,将他的遗产的绝大部分920万美元作为基金存入国家银行,以每年20万美元的利息作为奖金,奖励那些在科学事业与和平事业中为人类做出杰出贡献的科学家和社会活动家。这就是举世瞩目的诺贝尔奖。