愛迪生(1)_學達書庫

一

　　第一章　神奇的電世界

　　一

　　遠在上古時期，居住在地中海區域的人們，特別是希臘人已經最早觀察到今天眾所周知的「電」和「磁」的現象。而「電」這一術語，到16世紀末、17世紀初才出現。後來，特別是從18世紀起，電的內容逐漸地得到了充實。最後，到19世紀，電才開始為人類服務。1600年，英國自然學家、醫生威廉·吉爾伯特的名著《論磁》出版問世了。一般說來，這是最先出現的在實驗的基礎上寫出的專題學術著作之一。因此，在電磁學的歷史上，這一年成了一個非常重要的轉折時期。在此之前人們認為，電力只是琥珀所固有的，而磁力只是鐵才可能有。吉爾伯特用試驗來證明，有許多物質，如玻璃、樹脂、礦物等在摩擦時就會出現起電現象，而地球雖然不單單是由鐵所構成，但卻是一個巨大的磁體。吉爾伯特使用了電力（即琥珀力）這一概念。

　　18世紀起派生詞「電」這一術語，開始廣泛使用起來。在18世紀的俄國科學書籍中「電」這一術語也被普遍使用起來。當時人們對電現象和磁現象的本質及其相互間的聯繫還不瞭解。吉爾伯特認為這兩種現象是完全不同的，而這一觀點直到18世紀中葉仍占統治地位。後來，多虧有了聖彼得堡科學院院士捷·埃皮努斯的著作，才給新觀點（科學中又增加了電現象和磁現象是相似的這些概念）奠定了基礎。在古代的生活中，人們觀察到了大氣放電現象，在人體接觸某些魚類時有麻的感覺，但是並未由此理解到這就是電力的表現。直到18世紀後10年，人們才開始對靜電進行研究，並試圖實際去運用它。而靜電只限於用來醫療疾病，用來放出電火花使火藥引爆，以及用來把電荷傳到遠方，後一種用途也就是創造電報機的最早嘗試。

　　在18世紀，通過對靜電的觀察而積累了大批資料。弄清了導電體和非導電體的存在，證明了電有兩種，即陽電（玻璃電）和陰電（樹脂電）；找到了用機器獲得大量靜電荷的較完善的方法；發明了用來頓瓶和電容器儲存靜電荷的方法；發現了靜電感應現象。因此，在對電的現象進行定性研究方面取得了巨大成就。18世紀末，庫侖確定了電荷相互作用量的特性曲線。這就是著名的庫侖定律。

　　雖然對靜電的性質和作用的研究，並未能預示它在何種程度上可以運用於實際目的，但對電現象的進一步認識卻具有極重要的意義。通過研究，發現了靜電荷的有趣的特性，創立了一系列重要的電學理論，完善了試驗技術，精心創造出一系列試驗儀器。更為重要的是，電現象的研究已經引起了人們的密切注視，電學研究專著的數量在18世紀也迅速得到了增長。18世紀的後10年，科學家的注意力轉到了路·伽伐尼所發現的並為亞·伏特發展了的一系列新的電現象方面，進一步發現了人們認為與摩擦電不同的新形式的電，這就是電流。

　　18世紀的最後一年（即1800年），科學上發生了一個著名的重大事件。亞·伏特根據自己的同國人路·伽伐尼所做過的試驗和結論作了進一步的試驗和分析，製造出第一台恒向（直流）電流發電機，這就是著名的伏特電堆和環形電池。從此，開闢了伽伐尼電流研究的新時代。對伏特發明的那種新的電池現象的檢驗，證明這些材料是完全可信的。從此，更進一步探索電流秘密的工作開始了，電工技術的最重要時期開始了。這一時期的特點是，整個時期全部被用來研究伽伐尼電流，並試圖投入實際應用。眾所周知，電能的運用是五花八門的，大體說，可以分為兩種：一、作為動力，就是大量地把電能變成另外幾種形式的能，如變成機械能（傳動、牽引），光能（照明），熱能（加熱過程），化學能（各種電解過程）等；二、作為非動力，基本上就是利用電脈衝或少量的能，以便作用於各種指示器或調整儀器等。

　　從1800年伏特發明電堆到1831年法拉第發現電磁感應現象，這是電工技術發展的第一時期。這一時期對於電流的利用來說雖收效甚微，但對電流的特性的研究和實際利用途徑的初步探索卻收效極大。卡萊爾和尼科爾遜早在1800年就已發現了電流的化學作用，並用電流把水的構成元素分解出來。1801年烏·赫·沃拉斯頓用實驗方法證明：從伏特電堆中所獲取的電流同在出現靜電時所獲得的那些電荷相同，曾發現電流的熱效應，即電流可使導體變熱並出現火花形式的發光效應。

　　電流的化學作用的發現給當時年輕的科學家、倫敦皇家學院的化學教授赫·代維留下了強烈的印象。他在1807年製造一個由4000個銅片和鋅片組成的功率強大的伽伐尼電流電源後，也觀察了兩個炭極間產生的電弧效應。代維利用這一功率強大的電流電源於1807年—1808年對許多金屬進行了電解並得到一些純元素。弗·裡特在1803年發現伽伐尼電流的電能有可能被蓄積起來。

　　值得指出的是，伏特給皇家學會去信以後的幾年內，各方面在伽伐尼電流方面進行了大量的實驗工作。在電流發現後的這一最初時期裡，是否可以研究電的實際應用問題？電的應用的先決條件是否已經具備了呢？

　　那些年正是產業革命的勝利發展時期。機器工業和作為機械能源的蒸汽發動機普及到越來越多的新興工業部門。速度更快和效率更高的運輸工具（即由有蒸汽牽引車的鐵路），很快取代陸地獸力運輸工具，水運使用蒸汽發動機的試驗也正在順利進行。這些試驗，有力地表明蒸汽發動機能使這一技術部門發生革命性的變革，能給予世世代代所使用的船帆以致命的打擊。產業革命創造了許多先進條件，而這些條件的利用程度還很低。這時是否就需要尋求利用電流的途徑呢？這種需要在電工學發展初期就已開始產生了。人們考慮到這一點，並對這些問題做了精心研究。首先研究的問題是：在使用了當時已做出了足夠研究的力學、光學、氣體動力學等學科的各種方法都不能解決重要的實踐課題時，可否使用電來解決？為著這一目的，迫切需要解決的問題，首先就是利用電流能神速地沿著與大地絕緣程度很高的電線傳導的特性；其次是利用電流能把各種液體電解成其各種組成成分的特性。

　　伽伐尼電堆的遠距離神速傳導的性能，可以被用來把信號傳送到遠方去，即用於有線電通訊。1909年澤海林格利用伏特計在液體分解時靠出現的氣泡顯示出脈衝現象的基礎上發明了電解電報機，但並不好使用。帕韋爾·利沃維奇·希林格發明了電磁電報機。他在慕尼黑用他的電報機進行了多次試驗，作出了不少的有益結論。電磁電報機傳送到離傳送點很遠的地點的脈衝能產生出火花，並能點燃某種爆炸物。帕·利·希林格在彼得堡涅瓦河（1812年）和在巴黎塞納河（1815年）成功地演示電流起爆水雷法，並以此開創了地雷電工技術。由於1819年奧斯特發現了電磁現象，即電流作用於磁的現象，使電工技術發展在第一時期就有了極重要的變化。

　　由阿拉哥和安培等人所證實並發展了的埃爾斯捷德試驗導致了創造出電線螺線管、擴程器、電磁鐵和電流計；弄清了電流對導體的磁化和電磁的轉動效應。巴洛、法拉第和亨利的試驗表明，電能和磁能可以轉變為機械能，即可以製造出電機。我們認為1880年—1831年這一時期內伏特電堆和所有各種各樣的電池組實際應用起來功率太小，性能不穩定，不可靠。1821年塞貝克發現了熱電並重視熱電堆的建立。但熱電並不能保證製造出實際所需電流的發電機。麥克爾、法拉第開始進行電感應及其他問題方面的試驗。喬治·西蒙·歐姆在1827年發表了對簡單的傳導電路規律性進行探討的專著。畢奧·薩伐爾和拉蔔拉斯在1821年得出了電流和磁體間相互作用力的數學公式，而安培則得出了電流間的相互作用的數學公式。

　　綜上所述，可以說1800年—1831年這一時期為以後技術上使用電流的工作創造了許多先決條件。這些先決條件涉及到對電流特性的研究和電流的表現形式與作用的發現。

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