電的發(fā)現(xiàn)和電氣時代的到來

邱家評

一直到18世紀(jì)為止,人類還一直認(rèn)為電和磁是沒有任何關(guān)系的兩件事物。對電和磁的知識還相當(dāng)原始。

18世紀(jì)末,一位叫伽伐尼的意大利醫(yī)生想吃青蛙,他的太太用外科小刀剝青蛙皮,當(dāng)小刀失手掉在青蛙腿上,同時又碰到鋅盤時,那只死青蛙的腿劇烈地跳動了一下。伽伐尼注意到這一現(xiàn)象,于1780年11月6日進(jìn)行了實驗,并把實驗重復(fù)了許多次,認(rèn)為蛙腿的收縮是由于動物電引起的,他于1791年發(fā)表了《論電力對肌肉的作用》。伽伐尼的朋友、物理學(xué)家伏打很快弄清了蛙腿收縮的道理:神經(jīng)和肌肉被外界的由金屬產(chǎn)生的電流激發(fā)了,并找到了產(chǎn)生電流的條件:“干性導(dǎo)體”和“濕性導(dǎo)體”的兩類金屬相互接觸就會產(chǎn)生電流。1800年3月,伏打把30塊、40塊乃至60塊銅塊與同樣多的錫塊或鋅塊連在一起,再在金屬層間充滿水(或鹽水、堿水),伏打電堆問世了。從此電的研究在整個科學(xué)界炙手可熱。1820年春天,丹麥化學(xué)家兼外科制藥師漢斯·克利斯蒂安·奧斯特(1777—1851)在哥本哈根大學(xué)的教室里做實驗時,將一根與伏打電堆相連的金屬絲放在磁針旁邊,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電流通過時,磁針會偏向一邊,激動萬分的奧斯特發(fā)表了題為《電流對磁針影響的實驗》的論文,證明磁和電之間是有聯(lián)系的。1821年,一位思想敏銳默默無聞的英國化學(xué)家法拉第在日記中寫下了一個閃光的設(shè)想:“從磁產(chǎn)生電!”。1831年法拉第取一個磁鐵從銅線圈中穿過,線圈產(chǎn)生電流。這就是著名的電磁感應(yīng)實驗。1862年才華橫溢的麥克斯韋寫出《論物理學(xué)的力線》,用方程式的方式揭示了電和磁之間深刻的聯(lián)系。1886年赫茲進(jìn)行了證實電磁波存在的實驗,人類進(jìn)入到電的時代。

1866年,德國科學(xué)家兼工程師西門子發(fā)明了世界上第一臺大功率自激式發(fā)電機(jī),標(biāo)志著第二次工業(yè)革命的開始。電作為新能源逐步應(yīng)用于工業(yè)、照明及城市公用事業(yè),標(biāo)志著電氣時代的來臨。1902年,美國已有發(fā)電廠3621座,裝機(jī)容量為121.2萬千瓦。1907年,德國23.3萬多家機(jī)器動力企業(yè)中,使用電動機(jī)的企業(yè)有7.1萬家,總馬力達(dá)到190萬以上,居各種動力之首,占總數(shù)的30.6%。1870年美國幾乎沒有電氣設(shè)備工業(yè),9年以后電氣設(shè)備工廠生產(chǎn)了價值190萬美元的產(chǎn)品,1890年電器產(chǎn)品價值高達(dá)2180萬美元。1875年,世界上第—座發(fā)電廠——專供弧光燈照明用電的巴黎北火車站電廠建成。19世紀(jì)80年代,美、英等國出現(xiàn)第—批商業(yè)性發(fā)電站。1882年9月,紐約市愛迪生珍珠街電廠投入運行,這是世界上第—座比較正規(guī)的發(fā)電廠。同年,愛迪生在威斯康星州創(chuàng)建了亞伯爾水電廠這是世界上最早的水力發(fā)電廠之一。同年,德國米斯巴赫小型水電站也投入運行。1890年,倫敦迪普德福特電廠建成,安裝有2臺柴油機(jī)拖動的交流發(fā)電機(jī)和4臺蒸汽機(jī)拖動的交流發(fā)電機(jī),給倫敦地區(qū)供電。1893年,俄國諾沃羅西斯基建造了世界上第—座供工廠和港口用的三相交流發(fā)電廠。在商業(yè)電站不斷出現(xiàn)的同時,電力技術(shù)和電力生產(chǎn)不斷取得歷史性的重大成就:發(fā)電機(jī)組容量和電廠規(guī)模從小到大,技術(shù)參數(shù)和自動化水平不斷提高;發(fā)電能源由單一進(jìn)而多樣化(水力、火力發(fā)電等);輸電電壓等級不斷提高,輸電距離不斷延長;發(fā)供電從孤立發(fā)展到聯(lián)合為電網(wǎng),電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大。19世紀(jì)末,歐美主要國家迅速地實現(xiàn)電氣化,電力、電氣技術(shù)在各工業(yè)部門得到越來越廣的應(yīng)用。19世紀(jì)70年代以前,蒸汽機(jī)是工業(yè)中惟一的動力機(jī)械,19世紀(jì)末,電動機(jī)開始排擠蒸汽機(jī)。進(jìn)入20世紀(jì),電力作為新的能源逐步取代蒸汽動力而占據(jù)統(tǒng)治地位。

電力能源的開發(fā),電機(jī)工程的發(fā)展,使得獨立的電力工業(yè)部門日漸成為近代工業(yè)體系中的重要部門之一。發(fā)電、輸電、變電、配電和用電有機(jī)地構(gòu)成一個整體,形成日漸龐大的系統(tǒng)。同時,以電機(jī)制造、家用電器為主體的電器行業(yè)迅速崛起,成為新興的產(chǎn)業(yè)部門。

電力作為二次能源在能源的開發(fā)利用中起著極為重要的中介作用,它為整個社會生產(chǎn)創(chuàng)造了一種新的動力形式,從而為社會生產(chǎn)造就了新的動力基礎(chǔ)。推動了整個技術(shù)領(lǐng)域的全面發(fā)展。正因為有了電,才能生產(chǎn)出更為靈敏機(jī)動的電氣控制技術(shù),使生產(chǎn)過程實現(xiàn)了機(jī)械化和半自動化,產(chǎn)生了新的產(chǎn)業(yè);才涌現(xiàn)出一系列以電為能源和動力的新興技術(shù)部門如電化學(xué)技術(shù)、電冶金技術(shù)、電焊技術(shù)、電鍍技術(shù)、以及其它各種店加工技術(shù);才推動了發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、汽輪機(jī)、水輪機(jī)和各種電器、變壓器、電線電纜、電工儀表等的高速發(fā)展,使電氣工業(yè)技術(shù)形成一個龐大的工業(yè)部門;才使電報、電話、無線電等電信技術(shù)得以蓬勃發(fā)展,跨進(jìn)了新時代。所有這些都說明,自19世紀(jì)70年代起,從生產(chǎn)到生活都轉(zhuǎn)到了利用電能的基礎(chǔ)上來,正因為這樣,造成了比蒸汽機(jī)時代大得多的生產(chǎn)力。據(jù)不完全統(tǒng)計,世界工業(yè)產(chǎn)值在1870——1900年間增長了2.2倍,恩格斯說:“這實際上是一次巨大的革命。蒸汽機(jī)教我們把熱變成機(jī)械運動,而電的利用將為我們開辟一條道路,使一切形式的能——熱、機(jī)械運動、電、磁、光——互相轉(zhuǎn)化,并在工業(yè)中加以利用……使工業(yè)幾乎徹底擺脫了地方條件所規(guī)定的一切界限,……成為消除城鄉(xiāng)對立的最強(qiáng)有力的杠桿。”