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世界科技全景百卷书: 电器 发明时代
发明伽伐尼电地 1780年11月的一天，意大利生物学家伽伐尼教授正在厨房里做菜，今天他准备做的菜是烩蛙腿——这是一道传统的波洛尼亚名菜。教授是位解剖专家，操起手术刀来游刃有余，把一只只青蛙整治得十分妥贴。他的妻子柳契卡站在旁边看得津津有味。看着，看着，柳契卡也一时兴起，拿起一把小刀，用刀尖去拨弄一条蛙腿。刀尖触及到蛙腿外露的神经时，死蛙突然颤抖了几下。“啊呀，青蛙又活了。”伽伐尼赶紧走过来，他注意到离桌子不远的地方，自己的助手正在调试一架起电机。“会不会是起电机打火而产生的感应？”想到这里，伽伐尼产生兴趣了。他立即调试起电机，使它连续打火，但却看不出死蛙有什么反应。这时教授想起了富兰克林的话，大气中的电和莱顿瓶中的电具有相同的性质。于是他用铜钩把蛙腿挂在花园里的铁栅上，每当雷雨天气时，果然可以看到蛙腿会颤动。不过这种奇怪的颤动有时在大晴天里也可以看到，这又是为什么呢？伽伐尼百思而不得其解。 6年后，一艘英国船从南美把几条电鳗带到伦敦。电鳗是生长在南美的一种特殊的热带河鱼。当地土著人都知道在捕捉电鳗的时候会遭到它狠狠的一击，捕鱼人因此会身体灼痛、发热、发胀、发麻。于是土著人就利用电鳗的这种攻击来治疗风湿痛。这次由轮船带来的电鳗被放养在伦敦的水族馆里，引起了市民们的极大兴趣。有人去摸鱼的头部，尝到了攻击的滋味，这种滋味与莱顿瓶放电时给人的电击是一样的。后来，有位科学家让电鳗给莱顿瓶充了电，从此大家都相信了电鳗的攻击是一种动物放电现象。消息传到意大利，伽伐尼顿觉眼前闪过一道亮光。6年前的往事又历历在目。青蛙颤动的原因并不是起电机放电，也不是大气放电，而是在于青蛙体内本身就储藏着电。是啊！世界上有着各种各样的电：有摩擦产生的玻璃电和树脂电；有富兰克林发现的空中的电；还有我发现的动物身上的电，也就是动物电。想到这里，伽伐尼兴奋地高声背诵起德国哲学大师谢林的名言：“啊，电是宇宙的活动，宇宙的灵魂！” 为了证实自己的想法，1786年9月20日伽伐尼在一间密闭的房间里作了这样的实验：他用铜钩勾住蛙腿，平放在玻璃板上，再用一根细长的弯铁杆，一端去接触铜钩，另一端去碰蛙腿。果然看到了蛙腿会颤动。但是换一根玻璃弯杆去试验，青蛙却一点也不会动。这样就更证实了伽伐尼的设想，动物体内存在着“动物电”，金属弯杆只是起着一种传导作用。于是伽伐尼在1792年发表了《论肌肉中的电力》一文，向科学界宣布他对“动物电”的论述：“在紧缩现象发生时，有一种很细的神经流体从神经流到了肌肉里去了，这就像莱顿瓶中的电流一样……” 伽伐尼的研究成果立即受到了欧洲学术界的普遍赞扬，大家推崇说这是科技史上一件有意义的大发现。 再说伽伐尼成名之后，到各地去演说，宣扬他的“动物电”观点。1793年某日，他应邀来到伦敦皇家学会的大厅作演讲。由于“动物电”学说是科学界里继富兰克林之后又一次爆炸性的新闻，所以大厅里掌声如雷，盛况空前。此时前排坐着一位中年人，虽然全神贯注地听演讲，但自始至终却一声不吭。此人是伽伐尼的同乡，名叫伏打，是电学界里一位新秀。他在几年前因为发明了起电盘而升为教授，两年前还被选为伦敦皇学家学会会员。今天见搞解剖的同乡伽伐尼在讲台上大谈电学，心里颇不服气。他想，死青蛙体内究竟有没有电，得让我回家后细细琢磨才知道哩！伏打回到家里，潜心研究了几个月，居然提出了一种新的观点。他认为：“蛙腿本身不放电，而是外来电使蛙腿神经兴奋产生抽搐，蛙腿只是起了个电流计的作用而已。电的真正来源是铜和铁两种金属的接触。”为了证实自己的观点，他只用一种金属来替换伽伐尼实验中的铜钩和铁杆，结果蛙腿一点也不会颤动。于是伏打认为伽伐尼在实验里发现的电流，不应该叫动物电，而应该叫“金属电”或者“接触电”。伏打的观点受到了电学家们的支持，而伽伐尼的学说得到了生理学家们的赞同。这两种学说之间的争论一直延续了几十年之久。 伏打是一个脚踏实地的人，他并不去理会众说纷纭，决心要让事实来说话。他闭门谢客，经过7年含辛茹苦地钻研，他在“接触电”的研究上取得了重大的突破。他发现了一种金属序列：铝、锌、锡、镉、铅、锑、铋、汞、铁、铜、银、金、铂、钯等。只要把两种金属接触，序列中排在前的金属带正电，排在后的金属带负电。这个序列称为伏打序列。更有意思的是用一根导线把两片不同金属片联起来，再把两片金属片浸入到电解液里，线路里就会产生电流。 1800年6月26日伦敦的皇家学会演讲厅里又像过节般的热闹。这次轮到伏打在这里演示他的新发明了。只见伏打把17枚银币和17枚锌片，一片隔一片叠放起来，并在银币和锌片之间放了一层浸透了盐水的马粪纸。34片小圆片叠放起来有几十厘米高。然后他从顶、底两片金属片上各引出一根导线。令大家惊诧的是，这些天天都看到的银币和锌片叠放起来后，真的产生了电。伏打把两根引线的外端靠近时，响起了噼啪声、迸发出火花，引得大厅里发出阵阵掌声和赞叹声。伏打示意大家静下来说：“如果用30、40、50或者更多的银币和锌片来做实验，效果会更好。它产生的电击虽然不如莱顿瓶放电那样的强烈和激动人心，但它的优点却是莱顿瓶无法与之相比——它不需充电！只要我们去碰它，它就会产生电击，而且无论碰它的次数多么频繁……”伏打一边说，一边使两根引线不住地相碰，迸发出一连串爆鸣声，闪烁起一簇簇火花。使大厅里的观众热情高涨，欢声雷动。最后他提议把自己发明的电堆称为“伽伐尼电池”，以此来表达自己的感激之情。他说：“没有他的启发，我是不会获得今天的成就，我永远感激他，我们永远不可忘记他。” 几个月后，伏打带着他的仪器来到了巴黎，正当他在科学院演讲大厅的讲桌摆起瓶瓶罐罐、环环片片准备演讲时，突然一位全副武装的法国军官走上台来，在伏打耳边轻声说：“请等一下开讲，有人在休息室里要接见你。”伏打一看这架势，知道有大人物想见自己，心里有点忐忑不安。跟着军官来到了后台休息室，推门进去，只见一个小个子的将军向他立正敬礼。伏打定神一看原来是威名赫赫的拿破仑皇帝。只听拿破仑大声宣布：“你为科学事业干出了伟大的业绩，我宣布授予你侯爵封号，任命你为意大利王国的上议员。”拿破仑是识人才的，伏打的发明具有重大而深远的意义。伽伐届电池是世界上第一种可以控制的制造电流仪器，戴维就用这种电源发现了许多种元素，法拉第用它发现了电解定律，早期的电弧灯、电动机、电报等新技术都是用它来作为能源的。它对近代科学技术的发展有着巨大的促进作用。 伽伐尼电池的发明轰动了整个欧洲大陆，当时各类杂志都相继报道这种仪器，又有许多学者仿造和改进这类装置。俄国有个科学院院士名叫彼得罗夫，竟别出心裁地用4 200片金属叠起了一个伽伐尼电池的世界之最。可惜当时还没有“吉尼斯”记录，否则倒可以留下一个名字来。 发明蓄电仪器 看过电影 《巴黎圣母院》的读者，一定记得那座庄严宏伟的大教堂吧！这座建于12世纪从罗曼式过渡到哥德式的文艺复兴时代的建筑物，巨大的钟楼、拱形的大门、玫瑰花前装饰的圆窗和彩色的屋顶，一定给你留下了深刻的印象。教堂前有一片广场，整天是人声喧嘈，熙熙攘攘。 1746年4月的一天，阳光明媚。广场的四周围人头攒动，摩肩接踵，挤满了看热闹的市民。沿着“圣母院”正门的台阶上临时搭起了一个观礼台，台上坐满了达官显贵和皇室人员。台的四周旗帜华丽、鼓乐齐鸣。今天在这里既不是举行国庆典礼，也不是进行宗教仪式，大家来观看一场神奇的科学表演。 下午3时，表演开始了，在巴黎实验物理学校教师诺莱神父的带领下，700名身穿灰色长袍的修道士缓缓地步入了广场。他们手拉手地围成了一个长长的半圆圈，队伍大约有270米长。诺莱先向观礼台走近几步，鞠躬致礼并简述了他即将要进行的科学表演。他双手将一只玻璃瓶高高举起，说：“这瓶就是几个月来人们热衷议论的，具有巨大威力的莱顿瓶，下面我将使各位大人来亲眼目睹它的神威。不过这种巨大的威力并不是来自莱顿瓶，而来自莱顿瓶里储藏的电。电将是未来世界的主宰。”诺莱说完话，退回原来的地方，先用手摇玻璃球起电机向莱顿瓶充电，然后他让排头的修道士双手捧着瓶，排尾的修道士用手去握住从莱顿瓶中央引出的导线。只听得“噼啪”声响，700多名修道士同时遭到了一场电击，跳了起来，一个个吓得面如土色。这一惊心动魄的场面，使所有的观众都惊得目瞪口呆，小小的瓶子，看不见的电，竟然有如此巨大的威力，真是不可思议啊！ 那么这瓶子是谁发明的呢？ 事情要回到几个月以前。在荷兰这个美丽的鲜花之国里，西部有一座静谥的小城——莱顿城，她地处阿姆斯特丹和海牙之间。城里的莱顿大学是欧洲最古老，最著名的高等学府，它创建于中世纪。当时该校的物理教授名叫莫兴布罗克，从事着电现象的研究。那时候电学还算不上是一种学问，电现象的研究也刚刚起步。欧洲大陆的学者们造出了几种摩擦起电机，但是用起电机好不容易得到的电荷不过几分钟就会在空气中逐渐消失。能不能找到一种可以把电“储藏”起来的容器呢？这个难题常常萦绕在莫兴市罗克教授的心中。 一天他走进自己的实验室，见助手已经把仪器都安置好了：从天花板上用丝线水平悬挂着一根铁制的枪管，枪管的右边正好碰在起电机的玻璃球上。原来教授想用实验来证明从玻璃球上起得的电会沿着水平放置的枪管，从枪管的右边传递到左边。这时他脑里突然产生了一个灵感。他取过一根钢丝在枪管的左端绕了几下，再浸入一只盛了水的玻璃瓶里。他想枪管上的电荷也许会流过铜丝跑到玻璃瓶里得到保存。实验开始了，他原来是要用手接近带电的枪管，观察枪管与手指之间的电火花。做了几遍实验后，他觉得那只盛了水的玻璃瓶有点晃动，于是他用另一只手去托住瓶。忽然一声巨响，他被击倒在地，立即觉得手臂麻痛，比平时实验时受到的针刺般的灼痛要厉害不知多少倍。后来他在给朋友的信里说起这件事是这样写的：“忽然间，我的右手遭了猛击，全身好像触了闪电一样，玻璃瓶虽然很薄，可是没有破裂，手也没有因此移位，但是手膀和全身都受到了说不出来的影响，一句话，我想，这次我完蛋了。” 这次事件使教授意识到，一定是那只盛了水的玻璃瓶把起电机得到的通过枪筒传过来的电都储藏了起来，然后再突然释放，所以有如此巨大的威力。但他还不清楚究竟是瓶子，还是瓶子里的水，起到了保存电的作用。 虽然教授还一时未弄清楚这现象的来龙去脉，但是强烈的放电立刻引起了周围的好奇。消息传开来，一连许多天，闻迅赶来看热闹的人络绎不绝，其中不少人对电是一无所知，但闪电和爆鸣声给了人们追求刺激的心理以极大的满足，也给他们平淡的生活增添了欢乐。 消息传到了法国巴黎，诺莱神父饶有兴趣地反复实验，终于弄明白了是干燥的玻璃瓶可以把电保存起来。这样，电学史上第一只保存电荷的容器诞生了，由于这个瓶是由莫兴布罗克最早在莱顿城发明的，因此大家称它为“莱顿瓶。” 现在来介绍一下莱顿瓶的工作原理。在一只玻璃瓶的内、外壁上分别贴上锡箔。瓶里的锡箔通过链子与金属棒相连，棒的上端是一个金属球，瓶外的锡箔一般要接地。 大家知道，当一个孤立导体带了电之后，电荷是很容易跑散到空中去的，而现在就不一样了。当用一个带电体（设带正电）接触金属球时，瓶里的锡箔上就会带正电，由于静电感应的缘故，大地上会有一部分负电荷跑到瓶外的锡箔上，这时把带电体移去，内外锡箔上带的正、负电荷由于彼此相互吸引，都安分守己地留在那里，很长时间都不会跑散，好像组成了一个“家庭”。上述过程叫做莱顿瓶充电。 要使用莱顿瓶里的电时，只要把金属球上的引出线和瓶外锡箔的接地线靠近，就会产生火花放电。放电时，莱顿瓶的内外两种电荷互相中和，一直到瓶里不带电为止。 莱顿瓶发明后，一时有不少人来重复它的放电实验，甚至有人以此来做表演，维持生计。经常表演的节目有电杀小鸡、小鸟，使钢针磁化，以及用长距离的引线横跨江湖水面，进行长距离的放电。这些有趣的实验在客观上为电现象做了广告，吸引大众的注意力，也促使了一些有识之士投身到电学研究的事业中来。 莱顿瓶的发明给电学研究带来了方便。现在广泛使用的各类电容器很多是在莱顿瓶的基础上发展起来的，它们的基本原理是相同的。 发明起电机 假如你找来一根玻璃棒，用一种丝绸布把它摩擦一会儿，它就能把桌上的羽毛片或小纸屑吸起来，这是一种什么现象呢？现在大概连小学生也能回答，这是“摩擦起电”。 其实，人们很早就知道了摩擦起电。大约在2500年以前，古希腊有七位 “圣人”，其中之一便是著名哲学家泰勒斯，他是一个非常聪明的人。有一天，泰勒斯在家休息时，看到了桌上的一块美丽的琥珀，这是一种透明的淡黄色的石块，是古代的一种珍贵的装饰品。他就把它拿起来，并用自己的长袍反复摩擦，让它更加光彩夺目，然后再把它放回桌上。突然，泰勒斯发现桌上的一片小羽毛向琥珀移过去，最后粘到了琥珀上，他拿开羽毛，一松手，羽毛还是被琥珀吸过去了。泰勒斯惊喜万分，立即把家里人喊来，重复做了几遍，都发生了和上面相同的现象。后来泰勒斯又进行了其他一些有趣的实验，把羊毛和其他一些轻细的物体放在摩擦后的琥珀附近，发现这些物体同样都能被琥珀所吸引。 为什么经过摩擦之后的琥珀会吸引轻小的物体呢？泰勒斯当时还无法解释，但是他认识到这是一个很重要的现象，就把它详细地记录了下来。 我国古代对摩擦生电方面的发现和记载也是很多的。东汉初期 （公元1世纪时）的科学家王充就在他的著作《论衡》一书中写道：“顿牟掇芥”， “顿牟”就是玳瑁，是一种跟龟很相像似的海洋动物的甲壳，“掇芥”就是吸引芥籽的意思，总的意思就是经过摩擦的玳瑁能够吸引一些轻小的芥籽。 世界上第一个认真研究这一现象的人是16世纪末的英国医生威廉·吉尔伯特。他是英国女王伊丽莎白一世的御医，除了具有高超的医道之外，他还以研究磁力现象而著称于科学史。他对泰勒斯的故事十分感兴趣，动手做了大量的实验，还特地在女王面前作了琥珀吸引羽毛的表演，吉尔伯特把这一现象称为“电”。“电”这个字的英文读音“Electricity”就是希腊文“琥珀”一词的译音，吉尔伯特第一个提出了“电”这个概念。 从泰勒斯发现摩擦琥珀可以起电后的2300多年的时间里，摩擦起电几乎成了人们获得电的唯一方法。随着时间的推移，欧洲人对自然界的兴趣越来越浓，他们不断地提出问题，例如琥珀经过摩擦可以吸引轻微的东西，那么摩擦得猛烈一点，吸引力会不会增加呢？琥珀会不会带上更多的电呢？摩擦起电促使欧洲科学家继续研究、继续探索。 世界上第一个发明摩擦起电机的人是德国（当时称普鲁士）萨克森的马德堡市市长格里克。虽然他是市长，公务繁忙，但是对自然科学研究还是投入了大量的时间和精力。他经常钻到那个现在称为实验室的房间里进行小实验，由于他长期地钻研，硕果累累，著名的“马德堡半球”实验就是其中之一。马德堡市民为了表达对他的敬佩，选举他担任市长达35年之久。 1660年的某一天傍晚，格里克又在他那个房间里做摩擦起电的实验。当他用手指拈住一块则刚摩擦过的琥珀时，好像听到了一点很微小的噼啪声。他觉得很奇怪，又连续做了几次，这时天已全黑了，当他再用手拈住它时，则又看到每一次噼啪声都伴有很微弱的闪光。他认为这声响和闪光可能是一部分电被释放出来了。但是由于这声音太轻，闪光也太弱，无法证实，如果要将这一实验继续进行下去，必须要有一块很大的琥珀，让它充上更多的电，然而大块的琥珀价格非常昂贵，格里克不得不转向考虑用什么物质来代替琥珀呢？他作了许多实验，最后试验成功，用硫磺代替琥珀做成了摩擦起电机。 格里克拿来一个有足球那样大的球状玻璃烧瓶，里面装满了黄色的硫磺碎块，用火加热到硫磺全部熔化，同时不断地向瓶里加进硫磺，直到烧瓶里充满硫磺溶液为止。然后向烧瓶正中插入一根圆木柄，待硫磺冷却以后，就把外面的玻璃烧瓶敲掉，这时就得到了一个比脑袋还要大的带有一个木柄的黄色硫磺球。格里克把硫磺球放在一个木制的托架上，使它可以自由转动，他用一只手握住木柄，使硫磺球绕轴旋转，另一只手按在球体上，随着球的不停转动，硫磺球表面就会因摩擦而生电，充满大量的电荷，这就是第一个经过摩擦而得到最多量电荷的器件。在电学历史上，格里克是第一个通过实验而观察到物体放电时发生的噼啪声和闪烁的电火花。由于电量大，火花也亮，即使在白天也清晰可见，他高兴极了，逢人就说，他要与人们共享这一喜悦。这就是世界上第一个摩擦起电机。 17世纪的欧洲科学家纷纷致力于制造起电机，他们想要进行的任何电学实验，都必须使劲地摩擦物体，然后才能进行各种各样的实验。当然依今天的眼光，这些实验真是太可笑了。如当时有一个人做了一个大轮子，在轮子上他装了许多像风车似的叶片，在叶片端头嵌上琥珀，他把自己家中的猫绑在轮子下面，随着轮子的旋转，一块块琥珀不断地摩擦猫背，于是猫背的毛皮就不断地因摩擦而闪烁着电火花。那时的人们就是用这种原始而又近乎荒唐的方法来获取少得可怜的电。 1709年，英国一个名叫霍克斯比的科学家根据格里克起电机的原理，制成了当时非常吸引人的玻璃球起电机。他用一个带柄的中间是空的玻璃球代替格里克用的实心硫磺球，当人的手按在旋转的玻璃球上时，球内部的空间区域就不停地闪烁着不明亮的电火花。电光透过透明的玻璃球壁，霍克斯比居然可利用它在暗室里读书、写字。这是人类历史上电气照明的前奏，霍克斯比的起电机还真可以说是世界上第一盏“电灯”呢？ 到了1742年，苏格兰科学家戈登又改进了摩擦起电机，他用圆柱代替玻璃球，并提高转速，达到每分钟680圈，因此能产生强烈的火花，甚至可以杀死小鸟。1745年，戈登的同胞温克勒又把玻璃管安装在用脚踏板踩动的轴上，这样可用脚踏代替手摇，并用安装在弹簧上的皮革垫子代替干手掌摩擦玻璃柱。他用改进后的起电机在很多人的集会上表演，用产生的火花来点燃酒精灯，并且从人的手指上产生火花。 1882年，英国维姆胡斯创造了圆盘式静电感应起电机，其中两同轴玻璃圆板可反向高速转动，摩擦起电的效率很高，并能产生高电压。这种起电机一直沿用至今，在各中学的物理课堂上作电学演示实验时，就经常用到它。 摩擦起电机的出现，这种由人工产生的新奇电现象，引起了社会广泛的关注，不仅一些王公贵族观看和欣赏电的表演，连一般老百姓也受到吸引。整个社会都对电现象感兴趣，普遍渴望获得电的知识。电学讲座成为广泛的要求，演示电的实验吸引了大量的观众，甚至大学上课时的电学演示实验，公众都挤过去看，以至达到把大学生都挤出座位的地步。摩擦起电机的出现，也为实验研究提供了电源，对电学的发展起了重要的作用。 经过英国、德国几代科学家改进摩擦起电机，其效力和威力都有了很大提高，能够产生强大的火花。特别是能从人身上生出火花来，引起世人的惊奇，使促人们对电的本质、物质结构以及雷电现象等进行探索，从而促进了电学的发展。 探测电磁波 在一间遮得很暗的实验室里，靠屋角摆着一台电学仪器，上面两枚金属做的亮晶晶的小球，像两只瞪圆的眼睛，这是一台制造电火花的仪器，当把电源接通以后，仪器便会发怒般地嗡嗡作响，两个球之间不时地发出吓人的响声和闪光。在这两个导电的金属球旁边，再连上两处向外伸展的金属片，活像一个长着两只硕大耳朵的双眼怪。 在另一张桌子上，立着一个装在绝缘底架上的金属圆环，圆环的顶上有一个很小的缝隙，缝隙的宽度可以调节，一项人类久已盼望的秘密就要从这个缝隙上揭开。 一切准备就绪，实验者合上了电源开关，在嗡嗡作响的声音中两个金属小球噼噼啪啪地发出耀眼的电火花。为了不使眼睛被强光刺激，实验者转过脸去。因为他要观察对面圆环上的细缝，他紧张地注视着，仿佛在上面看到微弱的辉光，这是真的放电辉光，还是眼睛看花了？他揉了揉眼睛，把圆环上的间隙调小，再注意观察，此时辉光似乎亮起来，再调小一点，调小点，当两端碰到一起时，辉光消失了。现在不会有疑问了。在圆环的缺口上确实有徽小的电火花穿过。 这就是人类第一次通过实验有意识地探测到的一个电磁波信号。实验装置出奇的简单。实验者是德国优秀的青年物理学家赫兹。 这是1887年，此时赫兹只有31岁，恰好与麦克斯韦预见电磁波时的年龄一样。但是，麦克斯韦已逝世8年了。如果麦克斯韦还活着，他一定会被他笔尖下预言的电磁波被证实而感到无限欣慰。 赫兹是如何想起做这样一个实验呢？说起来也是一件偶然的事件引起的。 1886年春，作为卡尔斯鲁厄工科大学教授的赫兹，在给学生讲授实验的过程中发现，在一个电容器放电的时候，放在附近的一个线圈上突然飞出了一个火花。这件奇怪的事情引起了他的注意。 回家路上，沿着莱茵河畔，赫兹一面走一面思考这个问题：线圈能飞出火花来，说明里面有电，可是这电是那里来的呢？线圈上并没有连接着电池啊！ 不过，不接电池的线圈里也能有电流，他想起法拉第的实验，当把一个磁铁插入或拉出线圈的瞬间，线圈中能产生感应电流，但是，当时并没有像法拉第那样去做上面的事情啊！赫兹又想到，如果在这个小线圈的旁边，另外有一个通以交变电流的线圈，也可以在它上面感应出电流来，这是变压器的原理，赫兹回忆实验时的情形，旁边也没有这样的线圈，只有一个充了电的电容器，放电的时候打了一个大火花。 赫兹抬起头来向美丽的莱茵河望去，河水在夕阳的余辉下泛着玫瑰色的涟漪，他望着那消失在远处的水波，突然闪出了一个念头：那电火花一定是电磁波引起的！他抓住这个念头继续想下去，麦克斯韦曾经用理论计算证明，在电容器放电的时候，剧烈变化的电场可以产生变化的磁场；反过来，变化的磁场又能产生变化的电场，变化的磁场和变化的电场“手挽手”地离开了产生它们的地方，形成电磁波，电磁波能像激起的水波纹一样向外传播，不过这只是理论推导，还没有人真正的看见过电磁波。他想，如果电磁波的“波纹”传到小线圈处，那里便有了变化的电磁场，对！就是这样，不断变化的电磁场就好像是一只看不见的手，把“磁铁”在线圈里抽来抽去，从而感应出电流来，于是闪现出火花！ 想到这里，赫兹特别高兴，因为柏林科学院最近对研究电磁场的工作提供了一笔奖金，他的老师亥姆霍兹建议他从事这方面的研究。他却不知道应该从什么地方开始。这个意外的实验鼓励了赫兹，他决心去摘取柏林科学院的悬赏课题。 为了产生更加强大的电火花，他使用了一个能产生很高的交变电压的感应圈。在感应圈的两极上装了直径为30厘米的锌球，从锌球上又引出两根铜线，在铜线中央形成 3/4厘米的火花间隙。 接收器是用粗铜线弯曲成半径为35厘米的圆形作成的，并留有极小的火花间隙。这样就出现了本文一开始的实验场面。 早在人类出现以前，不！在地球诞生以前，在宇宙开始时，电磁波就存在了，只是过去不为人们所知，当你收听无线电广播的时候，如果天空中突然打了一个闪电，你会立刻从收音机里听到咔嚓一声，电视机的荧屏就会闪动一下，这。都是由于接收到了闪电发出的电磁波，电火花产生电磁波也可以通过拉动电灯开关来证明，当你开灯关灯的时候，在收音机和电视机上也可以看到同样的现象。 赫兹实验中使用的火花发生器，按现在说就是一个“电台”，圆环的作用则跟电视机上的天线一样，只是没有电子放大电路，所以赫兹在圆环上留下一个小缝，以便用跳过的火花来判断天线中是否接收到了信号。 赫兹是一个训练有素的科学家。他不仅仅满足于观看到的小火花的产生，而且对电磁波的性质进行了系统的、深入细致的研究。 他想，如果真的是电磁波，它应该具有波的一切特性，例如水波，它在传播的过程中有反射、折射、干涉、衍射等波的特征。那么，电磁波具有波的这些特性吗？！电磁波看不见摸不着，研究起来的困难就大得多了，赫兹是一个很有才华的年轻人，他把理论与实践接合起来。他不是盲目的进行实验，而是先经过严密的计算再进行实验的验证。他使用一块边长为60厘米的正方形的铜板和一个同样的金属框，计电磁波进行反射、干涉。他发现了，电磁波确实具有一切波的特性，并且需要一定的传播时间。 赫兹最后得到的结论是：在空气中确实存在着以有限速度传播的电磁波。1888年2月2日，他向柏林科学院报告了这一个结果。 实验是在静悄悄的实验室里进行的，对于科学界的轰动却是巨大的，它有划时代的意义。麦克斯韦天才的预言，在26年后终于被同样大才的实验证实了。这简直比海王星的发现更使人惊叹。人们开始认真地对待麦克斯韦的著作。 如果把电磁理论比作一座雄伟的大厦，法拉第给它打下了坚实地基，麦克斯韦在地基的基础上建起了大厦。赫兹则是让这座大厦通过了严格的验收，从此人们完全依赖这座大厦并且使这座大厦的内部变得更加辉煌壮丽。 赫兹的实验不仅证明了麦克斯韦发现的真理，更重要的是开辟了电子技术的新纪元。赫兹向人们指出早已存在在我们周围的电磁波。他被誉为无线电通讯的前驱，后人为了纪念他，把频率的单位称为赫兹。 但是，对于这些，他本人是没有料到的。在1889年，赫兹收到一封信，写信的人署名是亨利希·哈伯，信中询问：“是否可以用电磁波来传递变压器或电话产生的电振动信号。”赫兹在回答中说：“变压器或电话产生的振动太慢了，即使你取每秒1000次，电磁波的波长已是300公里，因此，所使用的电磁波反射凹面镜的焦距也要有300公里大小，如果你能建筑一个像欧洲大陆这样大的一个凹面镜用来反射电磁波，就能用来进行实验了，然而实际上是不可能的。而用普通的反射镜，效果很微弱。” 赫兹上述的分析虽然没有错，但是缺乏预见性。 其实，在地球的上空存在着一个电离层可以反射无线电短波，这个电离层比欧洲大陆要大得多，只是当时没有发现它，另外如果提高电磁波的频率，波长就会变短。例如：现在发送电视所使用的微波频率很高，它的波长不足1米，因此只需一个不太大的天线就可以接收。 在赫兹实验后不到6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫就分别实现了无线电传播和接收。无线电通讯发展十分迅速。无线电报（1894年），无线电广播（1906年），无线电导航 （1911年），无线电话 （1916年）、短波通讯（1921年）、无线电传真（1923年）、电视（1929年）、微波通讯（1933年）、雷达 （ 1935年）以及遥控、遥测、卫星通讯、射电天文学等，都是赫兹电波的产物。 发明发电机 在伦敦博物馆里珍藏的法拉第的科学日记表明，从1820年到1862年，法拉第从未间断过记日记，英国皇家学会在1932年出版的法拉第日记有七大厚本。当你翻开这厚厚的一摞日记本的时候，会在1821年到1831年这部分的每一页上，都看到一个醒目的“NO”字。“NO”，在英语里代表否定，为什么法拉第在每一页上都否定自己呢？ 原来，这里记录了法拉第10年以来探索磁生电的艰苦历程。 1821年法拉第在自己的日记里写下了一个闪光的设想：“从磁产生电！”他确信电和磁好比是一枚硬币的图案和字样，是同一事物的两面，这虽然只是法拉第的一种直觉，但反映了他对自然规律的一种信念。 当时，世界上探索这件事的科学家不只法拉第一个人。德高望重的电学家安培，也在思考这个问题。安培想到，静电感应现象，当用一根带正电的玻璃棒，靠近一个和地面绝缘的导体时，在导体上靠近玻璃棒的地方会聚集着负电荷，而远端则聚集着正电荷。这就是静电感应。静电感应可以使少量的电荷源源不断的感应出大量电荷，现在中学里使用的静电起电机就是用这个原理制成的。安培在想，能不能用电流感应出电流来，如果人们可以感应出源源不断的电流，就可以完全抛开伏打电池了。 安培为了这个伟大的理想不断地工作着，开始他用一根不通电的导线去靠近一根通电的导线，希望在那根电线里感应出电流来，但是没有成功，后来，又改用磁铁，等待他的又是失败。安培总结经验后，认为自己使用的磁铁太小，就到瑞士去订购了一个大的，因为法国还不会造那么大的磁铁。在归来的途中马车翻了，安培被摔伤，更重要的是磁铁也摔坏了。 这个不大的打击，对于安培来说却有些承受不了。回到法国，伤好之后，安培便终止了自己这项实验而转向电的理论研究。戴维从朋友的来信中知道了安培的遭遇，并把信交给法拉第。安培的失败没有使法拉第动摇，反而觉得自己的责任更加重大。于是写信向安培请教。他对安培的智慧一直怀有敬意，也相信安培的思想中蕴藏着有价值的东西，还没有完全挖掘出来。 安培毫无保留地把自己的研究成果转告给法拉第，并鼓励他继续干下去。这使法拉第深受感动。科学家之间的友谊比金子还要珍贵，实际上，当某一个定律前面冠上一位科学家的名字时，这位科学家只是那些忠于科学，奋斗不息的科学家群的一个代表。一个科学家如果得不到别人的帮助，是绝对不会有任何成就的，这正如牛顿在晚年说的话：“我只是站在了巨人的肩上……” 1823年，32岁的法拉第，由于他在化学方面的成就，已经由一名助理实验员成为皇家学会的会员了，这几乎是最高的荣誉和学术地位。不少公司和厂家用重金聘请法拉第，他可以得到上千磅的酬金。这时皇家学院正处于经济拮据的窘境，法拉第的妻子经常为衣食发愁。但是，法拉第毅然放弃发财的路而选择了在荆棘之路上的探索，他为了集中精力进行电磁研究，还辞去了学院的大部分职务，妻子理解他，宁愿过清贫的生活。 法拉第的一位同事，科学家丁铎尔后来感慨地说：“这位铁匠的儿子，订书商的学徒，把他的一生概括起来，一方面可以得到15万英磅的财产，一方面是完全没有报酬的学问，要在这两者之间作出选择。结果他选择了后者，终生过着穷困的日子。然而这却使英国的科学声誉比各国都高，获得接近40年的光荣。” 起初，法拉第的实验只是仿照安培的做法，安培的磁生电的实验完全是对静电感应的模仿，因为静电感应时，只要把带电体靠近绝缘导体。在导体的另一端，就能感应出电荷。法拉第把两根导线靠在一起，在一根导线里通上电流，希望在另一根导线上感应出电流来，但是，实验结果是失败。后来，他又用一个强大的磁铁靠近接有电流计的导线，但是，导线里也没有像法拉第想象那样出现电流。这样的实验许多人都做过，结果都是失败，唯有法拉第没有被失败吓倒。 法拉第认为，失败的主要原因是自己对电和磁的本质知道得太少，他听说如果把铁屑撒在通电导线的周围，能形成环形图案。这些图案必定包含着什么秘密。法拉第决定从这神秘的磁力图案开始研究。 法拉第拿来一张白纸，纸下面放一块条形磁铁，把细铁屑撒在白纸上，轻轻地弹动这张纸，铁屑立即排列成从磁极出发的许多条美丽的曲线，这件事600多年前佩雷格里努斯就做过，但是理解它的只有法拉第。 法拉第给这些曲线起了一个名字叫磁力线，法拉第是一个使科学概念精确化的大师，我们现在使用的许多科学名词都是由法拉第命名的。法拉第每天都摆弄这些磁铁和铁屑，研究磁力线的性质，他画出了条形磁铁，马蹄形磁铁，甚至形状像地球的球形磁铁的磁力线。他发现了磁力线的许多性质。磁力线从磁铁的一个磁极出发终止到另一个磁极；磁力线之间有排斥的倾向，在空间总有散开的趋势。当一个线圈通上电流时，磁力线便引发出去；切断电流时，磁力线就收回消失；而电流接通后，磁力线就不再运动。法拉第对这些关于磁力线的研究，实际上已经揭示了磁场的本质，但是不被当时的科学界所接受。因为这里没有数学，在法拉第所在的19世纪初期，数学已经高度发展，大大超过现在非数学专业大学毕业生的数学水平。数学是研究物理的重要工具，但是它永远不能代替物理。从纷繁复杂的物理现象中找出实质，需要的是思想，有时并不需要有高深的数学知识。 著名的科学家汤姆逊在几十年后曾经评论说：“在法拉第的许多伟大贡献当中，最伟大的一个就是磁力线概念了，电场磁场的许多性质，依靠它就可以简明而形象地表示出来。” 法拉第发现，磁力线像一些链条一样把电流和电流，磁铁和电流之间联系在一起。如果能从这些拉拉扯扯的线团里理出一些头绪来，磁生电的愿望就会实现了。 法拉第发现，磁力线在通过通电螺旋管时，非常顺从，就像梳理好的一束秀发。于是法拉第把两个螺旋管绕在一个铁环上，此时他想，如果给其中的一个线圈通电，磁力线一定会穿过一个螺旋管后，再穿过另一个螺旋管，从而把两个线圈联系在一起。 法拉第把其中一个线圈和有10个电池的电池组相接，另一个线圈和电流计连接，当他合上电键时，他看到电流计的指针振动了一下，又回到零的位置，当切断电源时，电流指针又受到扰动。 法拉第非常高兴，但没有立即领会到这种现象的全部意义，他在 1831年9月23日的一封信中写道：“我现在又忙于电磁的研究，并且认为抓到了一点好东西，但是还不能说明白。它可能是杂草而不是鱼，竭尽全力，我终究可以把它拉起来。” 法拉第利用磁力线进行分析，他断定，当其中一个线圈通电的时候，一束磁力线立即从它发出穿过另一个线圈；而切断电源时，磁力线便缩回到第一个线圈中消失掉。恰是在磁力线伸缩时，产生瞬时电流。 法拉第开始领悟到安培实验失败的原因了。原来是静电感应现象的类比使自己走入歧途。在静电感应中，一切都是不动的，而这里运动则是关键。法拉第把这种运动形象地叫做线圈切割磁力线，只有此时才会有瞬时电流产生。 这些思考大约花去了法拉第三个月的时间，法拉第当时也担任着皇家学院的讲座工作。 据说和奥斯特类似法拉第也是在课堂上做出了电生磁的重大发现。说起法拉第演讲还有一个故事。皇家学院的科学讲座一直没有停止，因为，这样可以解决学院的部分财政问题。年轻的法拉第一开始是没有资格来举行讲座的，有一次法拉第为电学家惠斯顿准备好了实验仪器，等待他来演讲，但是惠斯顿突然有事情不能来。大厅里已经坐满了前来听讲的听众。此时只好由法拉第代为演讲。毫无准备的法拉第进行了即兴演讲，做了许多有趣的实验，博得了听众的好评，从此以后，法拉第成为主要的演讲人，代替他的老师戴维。 在一次演讲中，法拉第向人们讲述了什么是磁力线，他把一个条形磁铁插入与电流计相连的线圈之中，就在这个时候，法拉第看到电流计指针的摆动，当把磁铁从线圈里抽出来的时侯，指针向相反方向摆动。法拉第让磁铁不动，把线圈突然套在磁铁上，电流计的指针也在摆动，把线圈从磁铁上抽出来，指针又向相反方向摆动。如果磁铁和线圈全不动，则不管磁铁是不是在线圈里，均不产生电流。 法拉第在演示磁力线的瞬间，自己切实地看到了，只有当线圈切割磁铁周围的磁力线时，才能有感应电流产生。这正是他十年所追求的结果，只要线圈不断地切割磁力线，感应电流就会不断地产生出来。 这是他经过十年奋斗得到的结果！磁生电的理想终于实现了！这不仅是对法拉第，对整个人类来说也是一个莫大的喜讯！ 讲座结束以后，法拉第回到家里，立即做了一个更精确的实验，实验过程都记录在1831年10月17日的日记上。 也许有人认为，法拉第的这项发现是出于偶然，法拉第偶然地把磁铁插入线圈中，又偶然地瞥了一眼桌上的电流计。其实这种看法并不是完全正确的，在十年前，安培和法拉第都曾观察到电流计出现的瞬时摆动，但是并不理解它，因此，也就不知道如何进一步去挖掘它。十年的研究使法拉第对电磁场有了深入的了解，尤其是他建立的磁力线学说，实际上几乎包含了电磁理论的全部内容，这是导致他发现电磁感应定律的内在原因。 法拉第并没有就此停步，他对于把磁铁从线圈里不停地拉出来又放进去这种产生电流的方法还不满意。他想，必须使磁铁在转动中就可以产生电流才有意义，因为当时的水轮机、蒸汽机，都是以转动的方式输出动力的。 法拉第找来一块大的马蹄形磁铁，把一个中心有轴的圆形铜盘固定在支架上，铜盘的一部分伸到马蹄形磁铁两极间。在铜盘的轴线处引出一根导线，铜盘在边缘通过一个电刷和另一根导线连接，两根导线连在同一个电流计上。当摇动这个铜盘时，电流计就指示出电流的读数。 在圣诞节举行的盛大演讲会上，法拉第非常兴奋地向听众展示了这个新奇玩意儿。法拉第有卓越的演讲技巧，演讲中充满了热情，就连擅长讲演的小说家狄更斯都很钦佩他，维多利亚女王的丈夫艾伯特亲王和儿子爱德华王子也是他的听众。 他详细地介绍了磁生电的原理，并开始摇动那个铜盘，电流计指针偏离了零点，随着摇动的加快，电流的读数越来越大。 听众中传来欢呼声，法拉第的额头也沁出汗珠，当他轻轻地拭去脸上的汗水时，却听到一位贵妇人不以为然的问话：“请问，先生，您发明的这小玩意有什么用呢？” 法拉第不失风度地向这位夫人微微一欠身从容地回答道：“夫人，新生的婴儿又有什么用呢？” 多么恰当的比喻，法拉第的铜盘发电机确实只发出了微小的电流。然而，它又是真正的实用的发电机的原始形态。历史已经表明，由此导致的发电机的诞生，向人类揭开了电气时代的第一页，到现在，任何人也不会否认，婴儿已成长为巨人。 发明电动机 现在人们把美国科学家约瑟夫·亨利看成是电动机的创始人。1799年亨利出生在纽约州的奥尔巴尼。由于家境贫困，父母把他寄养在一位亲戚家中，他10岁时就在乡村的小店里做伙计。苦难的童年，只有他养的那只小白兔与他朝夕相处，给他带来一点欢乐。说来也真有趣，竟是这只小白免引导他走上了一条新生活的道路。一天，小白兔从笼子里跑出来了，亨利尾随后面紧追不舍，一直追进了教堂才将兔子逮住。这时他才注意到教堂里悄然无声，四周色彩斑斓的壁画和大量的藏书使他觉得这里是多么的神圣和肃穆。从此他经常到这里来读书。有一天他读到了一本 1808年伦敦出版的《格利戈里关于实验科学、天文学和化学讲集》，扉页上写道：“你向空中扔一块石头或射出一枝箭，为什么它不朝着你给予的方向一直向前飞去？”这个问题一下于把亨利给迷住了。他读完了这本书后就下决心献身于科学事业。 亨利在电学上有杰出的贡献。他发明了继电器（电报的雏形），比法拉第更早发现了电磁感应现象，但却没有及时去申请专利。只有对电动机的设想使他荣获了发明家的殊荣，他在1831年7月的《西门子》杂志上阐述了有关电动机的原理和构想。他说：“这一原理——或者经过较大幅度地修改——应用于某种有益的用途，不是不可能的。”显然，他的话是太谨慎了。电动机具有十分广泛的用途，它开拓了电气化时代的新纪元。 1838年某天，俄罗斯中部涅瓦河的一个码头上，挤着不少人。有的人在搓手，有的人在呵气。这么冷的天气，他们在寒风里干什么？“来了，来了。”人群中有人喊。大家朝上流方向眺望，只见灰蒙蒙的寒气之中，出现了一个黑影，原来是一艘机动船在慢慢地驶来。船渐渐近了。大家看得清晰，船上坐着12位旅客，船尾的机舱边站着一个胖子，兴奋得满脸通红，还不住地向码头上的人群招手示意。此人就是船主雅可比。“这船有什么好看？”人群里有人问。“看，这小船上没有烟囱，不烧油、不烧煤，它是用电力来开动的呢！”是啊！这条由雅可比创制的不起眼的机动船是用40部马达和320个大电池来驱动的，是世界上第一艘电机船。 雅可比生于德国菠茨坦，曾在柏林大学读过书。去年他来到了俄国，成为彼得堡科学院院士。他研究了当时许多人发明的“玩具电动机”，认为这种电动机之所以没有实用价值是因为天然磁铁的磁场强度太小了。于是他利用电磁铁产生出强得多的磁场，从而使电动机向实用迈开了一大步。由于电动机不需要燃烧，不会产生污染，又有容易控制的特点，所以它的出现立即显示出巨大的生命力。 不过几年，形式各异的电动机层出不穷。英国技师大卫制成了电动双人座车；美国铁匠托马斯和法国的吉弗罗兰也先后申请了电动机专利。但这些电动机都必须用伏打电池来供电，这种电池供给的电流很小，又不耐用，使用起来显然是得不偿失，怎么办呢？这个看起来十分困难的问题却在一次偶然事件中获得了圆满的解决。 1873年维也纳国际博览会开幕了。当时欧洲各国的科技界和工商界都将最新的发明样品送去展览。数以千计的人从欧洲大陆各地赶到这“音乐之城”参观这个科学、工业、艺术和建筑的最新奇迹。而这次奇迹中的奇迹是展览会里发生了一次偶然事故。 一位工作人员因为疏忽把两台发电机连接了起来。这时一台发电机发出的电流，流进了第二台发电机的电枢线圈里。奇迹出现了，第二台发电机的电枢竟在这股电流的驱动下迅速地旋转起来。在场的工程师们惊喜若狂。这许多年来连做梦都在觅找的廉价能竟这样令人难以置信地找到了，只要用发电机提供的电力，就能使电动机运行起来。伏打电池现在可台退居二线了。工程师们在欣喜之余，立即动手搭建了一个新的表演厅，用一个小型的人工瀑布来驱动水力发电机，发电机发出的电流来带动电动机，电动机又带动小水泵来喷射泉水。 这个奇妙的实验，意义极为深远。它不仅告诉人们只要利用发电机发出的电力就可以驱使电动机旋转，从而代替人力和畜力做功。而且还说明用机械能驱使发电机发出的电能，可以通过传输线传递到很远的地方去，并通过电动机再重新变为机械能。从而实现了能量的远距离传递和转化，开创了一个崭新的时代——电气化时代。 一个故障引起的发明 电力大规模的应用，离不开发电机、电动机的不断改进。法拉第第一台电动机的巧妙设计，在当时立即引起人们的重视。许多科学杂志马上转载了法拉第的文章。人们纷纷仿效法拉第，开始研制电动机。 俄国科学家雅柯比用20个小电动机驱动一个“电力艇”在涅瓦河上跑了一圈。他的实验受到了鉴定委员会的赞赏，但是他的电动机使用的是电池供电。委员会指出，“电力艇”的直流电池组的价格超过了用蒸汽机牵引价格的10倍。这种“电力艇”显然缺乏巾场的竞争力。看来要想普遍使用电动机，必需要有廉价的电力。 法拉第发现的电磁感应定律，为人们寻找廉价的电力指明了方向。从此发电机的研究就像接力赛一样迅速地发展起来。出现了各式各样的发电机。到了1833年，物理学家楞次发明了一种非常有趣的发电机，它不仅能发电，如果反过来给它的两条电线送入电流时，又能变成电动机。这件事启发了人们，原来从结构上看。发电机和电动机是非常类似的。从此人们开始把发电机和电动机的研究合为一体来时行。大大加快了发展的步伐。 无论是发电机还是电动机，都需要一组强大的磁铁。例如，比利时、法国、英国组成的“同盟”公司，他们研制的发电机，是用24块永久马蹄磁铁，三个一排分8组固定在发电机的周围。中间有32个线圈做切割磁力线的转动。这种发电机能够给灯塔上的强力弧光灯供电。1857年至1865年间，有近百台这样的机器投入使用。 永久磁铁的磁力比电磁铁小，而且容易慢慢减退，于是一位英国工程师怀德发明了使用电磁铁的发电机。为了给电磁铁的线圈供电，怀德专门设计了一个永磁体的发电机。所以怀德设计的发电机就由两个部分组成。在原大发电机电磁铁的线包上还顶着一个小的永磁体发电机，这种发电机叫独立励磁电磁铁发电机，是发电机发展的第二个阶段。 如果读者作为一个发明家，立刻会看出这第二阶段的发电机有可以改进的地方。这就是当发电机开始工作以后，那个小的永磁体发电机就是多余的了，因为完全可以从发出的强大电流中取出一部分来供给电磁铁用电。永久磁体电机只要开始发电时用一下就行了。1854年，丹麦的希奥特根据这个思想设计了这种发电机，但是没有引起人们的重视。 对于发电机和电动机的改进，贡献最大的是德国科学家西门子。在物理学中，电阻的倒数叫电导率，它的单位就是用西门子的名字命名的。如果一个导体的电阻为2欧姆时，它的电导率就是1/2西门子。 德国的西门子电气公司也是称雄世界的电气公司之一。它是由西门子创立的。 但是，幼年时的西门子只是一个小佃农的儿子。他的父亲靠租种地主的土地来养活9个孩子。所以西门子为了抚养贫困的双亲和众多的兄弟姐妹，有一股特顽强的奋斗精神。 西门子上小学和中学的时候，就特别喜欢自然科学。但是中学毕业后，双亲已无力帮助他实现上大学的愿望。 西门子不愿意就此终止自己的学业，他的衣袋里虽分文全无，但是为了寻找到深造的机会他还是来到了柏林。一路上历尽艰辛，饱受磨难。正当他走投无路的时候，他看到了柏林军事炮兵学校的招生布告。这张已经有点破损的布告是西门子生活的转折点。 在炮兵学校里，他学习到工程技术的必要知识，毕业时已经是一名英俊的年轻炮兵军官了。 单调的军事生活使许多军官感到无聊，但是西门子把自己全部的业余时间都用来探索自然科学的奥秘和进行各种技术方面的实验。 西门子的兴趣十分广泛。开始他研究镀金技术，利用电流给一些家用的小金属器皿镀金，赚来的钱可以帮助父母和兄弟。 当然，西门子的兴趣也不仅是赚钱养家。他还为提高蒸汽机的效率绞尽脑汁。1846年，西门子开始研究电报。他成功地设计了可控断续手动发报机。由于这种发报机特别适用于普鲁士国家电报网，所以使西门子也赚到一些钱。 西门子在从事发明研究的过程中，曾长期得到一位大学机械师卡尔斯克的协助。所以他们共同创立了“西门子——卡尔斯克”公司。 1849年，在军队服役了14年的西门子，为了经营自己的公司，离开了军队。他又从事高压输电的研究，设计了一种可以给裸铜线自动缠上一层绝缘胶皮的机器。 1866年，西门子在发电机的装置上有一项重大改进，就是去掉发电机上那个小的永久磁体发电机。 为什么可以省去这个小发电机呢？如果省去了，那么，电磁铁开始工作所需要的电流由什么来供给呢？ 原来，西门子想出一个非常巧妙的办法。他最初也设计制造了一个新式的独立励磁发电机。这种发电机只是在一开发电机时作为过渡使用，等发电机正常工作以后，电磁铁中的电流就由大发电机供给。 但是，有一次小发电机的线圈断了。西门子没有发现，当助手跑过来告诉他的时候，带动发电机的蒸汽机已经突突地转起来了。非常奇怪的是，发电机仍然发出了正常的电流。大厅里的电灯通明。 助手和西门子都很惊讶。难道这个小发电机是一个毫无用途的东西吗？如果没有它，电磁铁中最初的磁性是哪里来的呢？ 一连串的问题搅得西门子坐卧不宁。他干脆把小发电机和电磁铁线圈的连线拆掉，把大发电机上的一部分电流用电路分流到电磁铁上，继续进行实验。 果然，小发电机不存在时，照样发电，只是一开始时灯不那么亮，过一会电压就正常了。 其实，这个问题的答案十分简单，连现在的小学生也知道，当你把一把刀子在磁铁上蹭几下以后，刀子便会磁化，也变成磁铁了。人们知道钢可以变成永久磁铁，纯净的铁又叫软铁是不能变成永久磁铁的。所以电磁铁的铁芯都是用软铁制造的。但是，软铁也会有微弱的剩磁。 电磁铁上总会有一些剩磁，所以发电机开始转动的时候，就会有电流产生，只不过电流比较小，当电流被送到电磁铁的线包里时，线包里的磁性就会增大，反过来又加强了电流的输出，这样用不了多久，发电机就会正常地工作了。这种发电机使用了自激的原理，使发电机的结构大大简化了。这是西门子的一项重大贡献。 由于西门子对科学技术的贡献，他两次被授予荣誉博士称号，1873年，当选为柏林科学院院士；1888年，得到贵族的封号。他有两个儿子，在他去世后主持西门子公司的工作。 发电机和电动机的不断改进，使整个工业得到了新的能源和动力。从此在工厂里再也看不见突突冒烟的蒸汽机；在商店大楼里的升降机，也由蒸汽机换成电动机带动，坐在电梯里的人再也不会被冲进来的浓烟呛得难受；发电厂移到很远的郊区，电力由电线送进城里各工厂、各家各户，城市不会被煤渣和黑烟弄脏…… 曾经带来工业大革命的蒸汽机，已经完成了它辉煌的历史使命，人类的文明技术进入一个电气化时代！ 电动机和发电机后来又有许多改进，现在的交流感应电动机，转子上根本不通电，也不是用永久磁体做成的，而是由硅钢片和导电的金属制成的。 转子上没有磁性也不通电，这种电动机的原理是特斯拉研究出来的。特斯拉发现，如果定子上的磁场是旋转的，便可以在转子上感应出电流，这样转子在定子的旋转磁极的作用下，就会跟着旋转磁场转动起来。 为了理解旋转磁场的原理，把一个马蹄形磁铁用绳子吊起来，扭动绳子再放开，磁铁就会旋转。找来一个铝盒盖，用小钉在中心钉一个小凹，用铅笔尖顶在盒盖上，放在磁铁下面。当你让磁铁旋转的时候，铝盖就会随着它旋转。 在电动机的定子里，是利用向定子线圈依次供电的方法产生旋转磁场效应的。这种旋转磁场的效应与旋转蹄形磁铁的效果一样，而且装置十分简单。 |
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