自然科学史 09 电磁学与动力技术的新发展

1、 电磁学与动力技术电磁学与动力技术 的新发展的新发展 一、法拉第和他的实验研究一、法拉第和他的实验研究 Michael Faraday,1791-1867 对电磁学的发展贡献最大的是英国科 学家法拉第。法拉第出身贫微而贡献 卓著。他的科学思想、高尚品德、成 功经验和研究成果早已超越国界，成 为全人类的共同财富。法拉第的一生 是奋斗的一生，是后人学习的楷模。 出身贫寒 n1791年9月22日法拉第出生于英国伦敦近效一个贫困铁匠家里。5岁时随 父母到伦敦，13岁时在一家订书店当学徒工，起初送报，后学装订。他 勤奋好学，利用工余时间博览群书。在装订大英百科全书时，读到 电的条目，从此对电发生了兴趣。

2、 n科普读物化学漫谈对他也有很深的影响。他经常用简陋的器材自己做 实验，验证书上的内容。 n1810年积极参加伦敦市哲学学会活动，每星期三晚聚会听学术报告并开 展讨论，受到了科学的熏陶。电学家塔坦(John Tatum)关于伽伐尼电的讲 演引起了他极大的兴趣。由于塔坦的介绍，法拉第第一次知道了伏打电堆。 一个真实的故事 n有一天，皇家研究所的丹斯(Dance)偶然来到书店，听说法拉第非常好学， 建议他去听著名化学家戴维(Humphrey Davy)的演讲，并送给他一张讲座 门票。 n戴维演讲的题目是化学哲学原理，共分四讲，法拉第认真地做了笔 记 ，整理成稿，他渴望能有机会进入科学部门工作，就大

3、胆地写了一封 自荐信给戴维，同时附上经他精心整理并配有插图的听讲笔记。 n那时戴维是皇家研究所主任，很欣赏这个青年的热情好学。 成为戴维的实验助手 n1813年，经戴维介绍，法拉第进行皇家研究所实验室当助理实验员，在戴 维手下干些杂事。 n1813年戴维应邀去欧洲大陆访问，带法拉第随行。在欧洲大陆一年半，法 拉第见到了许多著名科学家，参观了他们的实验室并了解他们的实验方法， 使他大开眼界。他如饥似渴地吸取各种新知识。 n1815年4月回到伦敦后，在戴维的指导下，法拉第专心致专地工作，特别 是在化学研究方面，取得了一系列的成果。很快就能独立地做研究工作。 1824 年当选皇家学会会员，1825年

4、当选皇家研究所实验室主任。 以实验为最大乐事 n法拉第以实验为最大乐事，做起实验来废寝忘食，他认为这是直接与自 然对话。他的勤奋可以从他的实验室日记窥视一二，从1820年到1862年 的40年间，从不间断，不少条目是节假日写的。其最后一条的编号是NO 16041(实际条目比这个数还要多，因为有些地方编号重复)。1932年经后 人整理，出版了法拉第日记，分七大卷，共3236页。这部巨著成了 重要的科学遗产。 法拉第在伦敦皇家学 会的实验室，图的右 边可以看见他用来进 行电学实验的仪器。 顽强追求真理 法拉第顽强追求真理，终生沉浸于与自然直接对话的实验研究中。法 拉第做实验百折不挠，他在做化学实验

5、时，曾多次试管爆炸，伤了眼 睛，他绷上纱布，继续进行。 热心科普工作 法拉第在作圣诞科学演 讲，前排正中是维多利 亚女王的丈夫和他的两 个儿子为孩子们在圣 诞节做科学演讲成为深 受大众欢迎的活动，直 到现在还在进行。 法拉第热心科普工作。在任皇家研究所实验室主任后不久，发起举办星期五讨论会， 每逢周五晚在皇家研究所召开讲演会，他在这一讨论会上先后做过100多次讲演。 他还在皇家研究所的圣诞节少年科学讲座上讲演，共讲过19讲，他的科普名著 蜡烛的故事就是这些讲演的汇集。 法拉第的科普讲演深受听众的欢迎，他注重从实际出发，讲解和演示并重，内容 深入浅出，同时富有引人 思考的哲理。 为人质朴 n法拉

6、第为人质朴，不愿在交际上浪费时间，也不屑为名利而奔波。他乐于助人，富 有同情心，特别是对穷苦人家的孩子。为了专心从事科学研究，他放弃报酬优厚的 玻璃制备工作，宁可终生过穷困的生活。 n法拉第以高昂的气节对待贵族的恩赐，1835年英国首相皮尔决定授予法拉第第一 笔年金，但新任首相却在谈话中流露出轻蔑之意， 使法拉第受到侮辱，乃忿而拒 绝接受年金。 n1857年，英国皇家学会推选法拉第担任会长，法拉第不愿作上层工作，坚决辞去。 英国政府提议册封法拉第为爵士，这在英国是一种特殊的荣誉，但法拉第宁愿永远 作“普通的法拉第”。法拉第以坚忍不拔的探索精神，纯朴无私的人格，和对人民 真挚的感情，获得了世代人

7、们的尊敬。 划时代的发现！划时代的发现！ n法拉第一生最重要的贡献是提出了场的概念。法拉第是从大量实验所得到的 感性认识，逐渐形成场的概念的。 n1831年法拉第发现磁铁同导线相对运动时，导线中有电流产生，这就是电磁 感应。 n法拉第发现的电磁感应定律，是发电机的理论基础，为人类开辟了一种新的 能源，打开了电力时代的大门。 n为了解释电磁感应现象，他提出了“力线”和“场”的概念，认为空间是布 满磁力线的“场”。 法拉第与电磁感应 n法拉第描绘磁力线的方法很巧妙，他把铁屑撒在玻璃板上，在磁力作用下， 铁屑形成一定的分布，再拿一张带胶水的纸贴在玻璃板上，把铁屑都粘住 了，于是这张胶纸就表现了各式各

8、样的磁力线分布图。法拉第从这些实验 中获得了生动的磁力线分布的图象概念。 n这是牛顿以后物理基本概念最重要的发展，但在当时，他的维多利亚时代 的同辈人并不真正地理解它。他们把它看作是离经叛道的妄想。 英镑上的法拉第在做电磁演示 走在时代的前面 实际上，法拉第对场论的这些思考使他几乎超前于他的时代100年。相比 之下，他关于电子场和磁场是由它们的源头扩散出来的观点，几乎马上 就被人们接受了。 在1840年代，法拉第仍在发展他的思想。与考虑磁是磁场的来源，电荷 是电子场的来源，和巨大的物体像太阳(或苹果、地球)是引力场的来源相 反，他提出场本身才是真正重要的。他推断说，宇宙中充满了各种各样 的场。

9、像磁、电荷 和成块的物质这样的东西，只是适当的场以某种方式 在一起纠结的地方。 n法拉第对场的本质虽有深刻的洞察，但对数学一点也不擅 长，他一直未能将对光本质的模糊设想转化成一种综合的 理论。这一工作由英国物理学家麦克斯韦完成。 二、麦克斯韦的综合二、麦克斯韦的综合 James Clerk Maxwell,1831-1879) 麦克斯韦10岁进爱丁堡书院，15岁发表几 何学的探究论文。1850年进入剑桥大学， 1856年发表论法拉第力线，1860年到 伦敦的皇家学院任教。1861年发表论物 理力线，1865年成为卡文迪什实验室的 头，同年发表电磁场的动力学基础。 n1858年，麦克斯韦接受了法

10、拉第关于场、力线的大胆思想。他利用19世纪 20年代和30年代数学家在理论力学方面的研究成果，把法拉第的思想用数 学语言表述出来。 n1864年，他发表了一篇在电磁理论上有划时代意义的论文，用一组偏微分 方程(即“麦克斯韦方程”) 把全部电磁现象概括为一个完整而可应用的电 磁学的数学理论。 20个变量的20个方程，用现代的符号表示： 电阻方程. 电弹性方程. 电动势方程.) .curlA.H 电流方程.4 电位移方程. iE kDE t A H（vE CcurlH t D iC James Clerk Maxwell,1831- 1879) 麦克斯韦方程预言电磁波的存在，预言电磁波传播的速度就

11、是光传播 的速度，而光不过是波长在一定范围内的特殊的电磁波。这样，光学、 电学和磁学就融合成一体。 n麦克斯韦方程把电、磁、光统一了起来，这一 伟大成就几乎把麦克斯韦和牛顿置于同等的地 位。 n牛顿定律描述了在19世纪中期除电磁学之外的 物理学世界中每样东西的运行；而麦克斯韦方 程解释了当时电磁学所要解释的每样东西。 n牛顿和麦克斯韦一起，解释了物理科学中的每 样东西。 (1).1857年,麦克斯韦曾提出土星光环的颗粒构成 理论.他认为:这个光环从地球上看上去很像一个 圆盘,但如果它果真是一个固体或流体的结构,那 么引力和离心力等作用必定会使它分崩离析,除 非它是一条带状的小天体群,否则不会保

12、持稳定. 麦克斯韦其它方面的科学成就 (2).麦克斯韦在分子运动论领域做出过重要贡 献.他曾提出一个假想的实验以表明热量可以由 低温向高温逆流,但环境要付出更大代价. n“自从牛顿奠定理论物理学的基础以来，物理学的公理基 础的最伟大的变革，是由法拉第和麦克斯韦在电磁现象方 面的工作所引起的”。 n“这样一次伟大的变革是同法拉第、麦克斯韦和赫兹的名 字永远联在一起的。这次革命的最大部分出自麦克斯韦。” 爱因斯坦的评价 1.赫兹简介:德国物理学家(18571894)。生于汉堡。 父亲为律师，后任参议员；家庭富有。赫兹在少年 时期就表现出对实验的兴趣，12岁时便有了木工工 具和工作台，以后又有了车床

13、，常常用以制作简单 的实验仪器。1876年进入德累斯顿工学院学习工程, 由于对自然科学的爱好,转入慕尼黑大学学习数学 和物理，第二年又转入柏林大学，在亥姆霍兹指导 下学习并进行研究工作。1880年他以纯理论性工作 的旋转导体电磁感应论文获得博士学位，成为 亥姆霍兹的助手。1883年到基尔大学任教。1885 1889年任卡尔斯鲁厄大学物理学教授， 三.电磁波的实验发现 1886年开始进行使他闻名世界的关于电磁波的实验 工作。18891894年任波恩大学物理学教授接替R. 克劳修斯的席位。1894年1月1日因血中毒而实施外 科手术,手术失败不幸在波恩逝世，当时年仅36岁。 为了纪念他发现电磁波的卓

14、越贡献，将频率的单位 命名为赫兹，现行国际单位制(SI)仍沿用。赫兹在 物理学上的贡献主要是发现电磁波。 2.电磁波的发现: 第一阶段:从1878年开始,赫兹就至力于电磁波的实 验研究.1886年,他在做放电实验时发现近处的线圈 也发出火点,他敏锐地意识到这可能是电磁波在起 作用. 第二阶段:赫兹设计了一个振荡电路用来在两个金 属球之间周期性地发出电火花,按照麦克斯韦理论, 在电火花出现时应该有电磁波发出.然后赫兹又设 计了一个有缺口的金属环状线圈,用来检测电磁波. 结果,当振荡电路发出火花时,金属缺口处果然也有 较小的火花出现.这也就证明了电磁波的确存在. 第三阶段:赫兹进一步在不同的距离观

15、测检测线圈, 从而根据电火花的强度变化大致算出了电磁波的波 长. 最后,赫兹在1888年1月发表的相关论文当中 证明了电磁波具有与光完全类似的特性,还证 明了电磁波的传播速度与光速有相同的数量 级.赫兹的实验发现不仅证明了麦克斯韦理论 的正确,也为人类利用无线电波开辟了道路. 赫兹实验示意图赫兹实验示意图 3.电磁波的应用:发现电磁波产生的巨大影响，连 赫兹本人也没料到。在他发现电磁波的第二年，有 人问他，电磁波是否可以用作无线电通讯，赫兹不 敢肯定。但是,赫兹研究电磁波无意中丢下的种子， 却很快在异地开花结果了。 在发现电磁波不到 6年，意大利的马可尼、俄 国的波波夫分别实现了无线电传播，并

16、很快投人实 际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般 相继问世。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、 遥感、卫星通讯、射电天文学 它们使整 个世界面貌发生了深刻的变化。 1、背景： 第一次技术革命使矿物能源煤大规模的开发和利 用，蒸汽机虽然可以提供极大的马力，但它有许多缺 点 第一笨重的机械传导至使机器效率很低 第二燃料的运输费用高 第三不能适应流水作业的要求， 四.第二次技术革命 以电能的开发

17、和广泛应用为主要标志的电力革命 电磁学的发展为电能的开发和应用奠定了理论基 础，电能可以使能源的利用率更高，因为电能可以集 约化生产，也更洁净、更方便。 从19世纪70年代开始，电能在人类社会生产和生活 的各个方面得到了广泛的应用，这就 引发了以电能的开发和广泛应用为主要标志的第二次 技术革命。 寻找一个即集中又灵活又经济的能源分配方 法，对时代提出了要求，一场电机代替蒸汽机的 技术革命应达而生。 与第一次技术革命不同，是在理论的指导 下进行的，即理论在先，技术在后。 最先制造出电动机、发电机雏型的即是那 些发明这些理论的科学家，这很好的体现了科 学与技术的统一性。 2 2、新能源统治地位确立

18、 发电机 1831年，法国巴黎的皮克西根据法拉弟的发现制 出了世界上第一台手摇发电机及它的改进型(固定磁场 式)并进行了展览。 1834年英国伦敦仪器制造商克拉克制成了第一台商 用发电机。 1863年著名电机制造家外尔德制成了具有磁电激磁 机的发电机，并用于电镀工业。 三相交流电动机； 1889年，俄国工程师多布罗沃尔斯基设计了三相 交流电动机和三相变压器。 1891年在电能的实际应用中首次使用三相制、标 志着电工发展新阶段的开始。 1866年德国的西门子(1816-1892)用电磁铁取 代永久磁铁用自激的原理制成了自激式直流发电机， 这种发电机靠磁铁中的剩磁启动，可以把机械能高 效率的转化为

19、强大的电流。 这种方便的把电与磁的相互转换的技术发明具有 划时代的伟大意义。到19世纪70年代用直流电机供电 已开始占统治地位， 西门子的发电机在技术史上相当于瓦特的蒸汽机 西门子也因此被称为“近代德国科学之父”。 19世纪30年代以后发电厂相应的发展起来。 19世纪70年代以后，电能做为新能源占据了世界 能源市场的统治地位。 1901年美国密西西比河统域建成了50千伏的高压输电线路， 远距离输电成为现实，电力终于成为比蒸汽动力更方便更强大 的动力，它的广泛应用对工业发展起了决定性的作用。 3、信息传播技术的初步发展 电能的应用，使人类远距离传输信息的梦想成为 可能，人类开始探求新的通讯方式，

20、电报、电话、无 线通讯、电视等相继发展起来。 信息的获取和传播是人类社会最基本的需求之一。人类 最基本的信息传播手段就是语言，通迅就是使信息得到传输， 随着人类社会的发展，迫切需要建立远距离传输信息的手段。 通讯技术的产生和发展，真正的推动力是人类的社会需求，是 市场的需要，信息意味着财富，信息有利于资产阶级统治的强 化，信息是战争中克敌制胜的有利武器，这一切都极大的刺激 了信息技术的创立和发展。 电报的发展和应用； 电报的概念最初是安培提出的，他于1821年建议用 电磁装置来传递信号，最初实现用导线传递信号的是 高斯和韦伯。 1833年，他们就已在天文台和物理馆之间9000英尺的距离内架设了

21、原始 的电报线。 1844年他在政府资助下，在华盛顿和巴尔摩之间建 立了40公里的电报线，第一句电文是从美国最高法院大 庭上发出的由莫而斯拟好的“上帝创造奇迹” 1832年美国画家莫尔斯放弃了绘画而醉心于实现 电报通信的梦想，三年后他制成了电报机。 后来他根据电流在通、断时出现火花和不出现火花的现象，做为两种 信号发明了用点、线组成的“莫而尔斯电码” 1858年由于大西洋海底电缆接通英、美两国首 次用电缆通信。 1902年电缆己穿过太平洋把加拿大和澳大利亚连 接起来，至此一个全球各大陆的电报通讯网络建立起 来。 电话的发明和应用； 1867年美国人贝尔(1847-1922)在实验室中实验了 用

22、电传递声波，这标志着人类创造了比电报更方便、 更直接的信息传播技术。 10年后贝尔创办了电话公司，并在3年内安装了 5万多部电话。爱迪生和休斯发明了新的话筒和自动 拨号技术，电话得到进一步改进。 无线电技术的发明； 赫兹发现了电磁波，人们开始研究利用这种电 磁现象来传递信息的方法。 1895年意大利人马可尼(1847-1937)和俄国人 波波夫分别实现了无线电的发送和接收。 1901年马可尼首次完成了横跨大西洋的无线电通讯 设在2000英里以外的收报机成功，收到了大洋彼岸发来 的“S”字母。 电视机的发明和应用； 电视的发明和发展经历了一个漫长的过程。 1907年，俄国发明家罗辛提出使用尼普科

23、园盘对 景物进行扫描，用阴机射线管进行接收的远距离电视 图像设想。 电视机的发明和发展对人类文明的影响是巨大的。 它缩小了人与人之间的距离，使世界变的更小了，它不仅可以用来娱乐， 还可以用来学习，监视，利用卫星传遍世界的每个角落，即可民用，也可军 用，落后国家用它来发展教育，民主国家利用它来煽动选情。造势选举，总 之它极大的改变了人们的生活方式，思维方式，国际政治，以至于影响到人 类文明的发展走向。 1929年英国发明家贝尔德(1888-1946) 研制成实 用的电视系统，同年英国开始公共电视广播。 1930年电视机进入市场。 1941年开始正规的电视广播。 1964年开始普及彩色电视。 上世

24、纪70年代全世界已有电视4千万台，彩色电视机有三种制式(标准)， NTSC制，SECAM制和PAL制，我国采用的是PAL制， 阳光照相法的发明和普及。 1837年，法国人达盖尔(1787-1851)成功的发明了 一种照相法。 照相机的发明对人类文明的进步意义巨大，它使图像的传播成为现实，为后 来电影、电视等传插媒介的发展奠定了基础，只不过后者使图像动了起来，达盖 尔发明的照相技术广泛应用于科学研究，工业生产及军事领域，也极大的丰富了 人类的精神生活。 4、内燃机的发明和改进 1869年法国发明家里诺(1821-1900)制成了第一台实 用的内燃机，二冲程、无压缩、电点火煤气机，从此内 燃机开始

25、第一次批量生产 电能的利用和普及，使人类进入电器时代，蒸汽机渐渐退出工业领 域，但电动机也 有一个严重的制约因素就是必须有电缆供电或者由电池作为电源供电才 能使它运转，在有 些条件下使用电缆供电是不可能的。如汽车、火车等移动的运输工具， 再如偏远地区也不 可能有电缆供电，而电池做为供电电源其容量问题一直未能解决，几百 年来，人们一直费 尽心机的想解决这个问题，可目前为止不见大的进展，如能发明一个高 容量的储能电池则 对人类是极大的贡献，但遗憾的是直到现在科学家一直没能解决这个问 题，因此，人类对 利用方便的、可移动的矿物燃料为能源的动力机械产生了迫切的要求。 1862年法国工程师德罗沙，提出等

26、容燃烧的四冲 程缩环原理。 1876年德国工程师奥托制成了第一台四冲程的往 复式活塞内燃机，这是第一台煤汽机，热效率高达 12%-14%。 1892年，德国工程师狄塞尔发明了柴油机，这是 一种结构简单，燃料便宜的内燃机，被广泛的应用于 汽车和船舶。 1939年德国霍兹华尔斯研制成功2000千瓦的燃气轮 机。热效率达20%，使燃汽轮机进入实用阶段。 1957年德国的沃克尔经过30年的艰苦研制，制造 了一种三角旋转活塞式发动机，极大的提高了内燃机 的效率 1960年装在汽车上进行道路实验引起轰动，旋转 活塞式发动机成为效率最高的发动机 20世纪80年代以后，由于污染日益加重、矿物能 源日见减少，人

27、们开探索新型动力机 如氢气发动机，磁流体发动机，原子能发动机， 太阳能发动机，燃料电池发动机，这些发动机需要满 足减少污染和可持续发展的社会要求 五、爱迪生：电气时代的到来！五、爱迪生：电气时代的到来！ 1879年10月碳化棉线灯丝实验成功， 1882年9月4日电灯照明实验成功！ “天才是99%的汗水加1%的灵感！” “我没有失败，我只是找到了第10001种不 能奏效的方法！” 托马斯托马斯阿尔瓦阿尔瓦爱迪生（爱迪生（1847 1931）是举世闻名的美国电学家，）是举世闻名的美国电学家， 科学家和科学家和发明家发明家，被誉为，被誉为“世界世界 发明大王发明大王”。他除了在。他除了在留声机留声机

28、、 电灯电灯、电话电话、电报电报、电影电影等方面等方面 的发明和贡献以外，在矿业、建的发明和贡献以外，在矿业、建 筑业、化工筑业、化工 等领域也有不少著名的创造和真知灼见。爱迪生一等领域也有不少著名的创造和真知灼见。爱迪生一 生共有约两千项创造发明，为人类的文明和进步作生共有约两千项创造发明，为人类的文明和进步作 出了巨大的贡献。他是世界上第一个发明家利用出了巨大的贡献。他是世界上第一个发明家利用大大 量生产量生产原则和其工业研究实验室来生产发明物的人。原则和其工业研究实验室来生产发明物的人。 在在美国美国，爱迪生名下拥有，爱迪生名下拥有1093项项专利专利，而他在，而他在美国美国、 英国英国

29、、法国法国和和德国德国等地的专利数累计超过等地的专利数累计超过1500项。项。 1892年年创立创立通用电气公司通用电气公司。 爱迪生在爱迪生在1847年年2月月11日一个日一个 风雪中的凌晨三点钟风雪中的凌晨三点钟 诞生了，大家都诞生了，大家都 叫他阿尔。他叫他阿尔。他 八岁的时候阿尔去上小学了，八岁的时候阿尔去上小学了， 可是他只上三个月的课就退学可是他只上三个月的课就退学 了，阿尔在上课的时候，妈妈了，阿尔在上课的时候，妈妈 常被叫到学校去跟老师说话，常被叫到学校去跟老师说话， 这是因为阿尔常常提出一些老这是因为阿尔常常提出一些老 师认为很奇怪的问题，老师认师认为很奇怪的问题，老师认 为

30、他是一个低能儿童，为他是一个低能儿童， 爱迪生用这笔钱在新泽西州爱迪生用这笔钱在新泽西州 纽瓦克市的沃德街建了一座工纽瓦克市的沃德街建了一座工 厂，专门制造各种电气机械。厂，专门制造各种电气机械。 他通宵达旦地工作。他培养出他通宵达旦地工作。他培养出 许多能干的助手，同时，也巧许多能干的助手，同时，也巧 遇了勤快的玛丽，他未来的第遇了勤快的玛丽，他未来的第 一个新娘。在纽瓦克，他做出了诸如蜡纸、油印机一个新娘。在纽瓦克，他做出了诸如蜡纸、油印机 等的发明，从等的发明，从1872至至1875年，爱迪生先后发明了二年，爱迪生先后发明了二 重、四重电报机，还协助别人搞成了世界上第一架重、四重电报机，

31、还协助别人搞成了世界上第一架 英文打字机。英文打字机。从此，他路上了科学发明的征程。从此，他路上了科学发明的征程。 爱迪生一生以罕见的热情及爱迪生一生以罕见的热情及 惊人的精力，完成了惊人的精力，完成了2000多项多项 发明，其中申请专利登记的达发明，其中申请专利登记的达 1328项。人们颂扬他：项。人们颂扬他：“他虽他虽 不发明历史，却为历史锦上添不发明历史，却为历史锦上添 花。花。”位举世闻名的美国电学位举世闻名的美国电学 家和发明家，他除了在留声机、电灯、电话、电报、家和发明家，他除了在留声机、电灯、电话、电报、 电影等方面的发明和贡献以外，在矿业、建筑业、化电影等方面的发明和贡献以外，

32、在矿业、建筑业、化 工等领域也有不少著名的创造和真知灼见。工等领域也有不少著名的创造和真知灼见。 1931年年10 月月18日清晨日清晨3时时24分，爱迪生带着宽慰的微笑，闭目辞分，爱迪生带着宽慰的微笑，闭目辞 世，享年世，享年84岁。临终时他坦然地说：岁。临终时他坦然地说：“我为人类的幸我为人类的幸 福，已经尽力了；没有什么可遗憾的了。福，已经尽力了；没有什么可遗憾的了。” 电灯是人类征服黑夜的一电灯是人类征服黑夜的一 大发明。大发明。19世纪前，人们用世纪前，人们用 油灯、蜡烛等来照明，这虽油灯、蜡烛等来照明，这虽 已冲破黑夜，但仍未能把已冲破黑夜，但仍未能把 现在，现在， 人们公认人们公

33、认 爱迪生想制造的爱迪生想制造的 爱迪生并不是第一个研究电灯的人。早在爱迪生并不是第一个研究电灯的人。早在19世世 纪末，俄国的彼德罗夫、英国的戴维都为制作电纪末，俄国的彼德罗夫、英国的戴维都为制作电 弧灯做出过杰出贡献。到了弧灯做出过杰出贡献。到了19世纪末，电弧灯已世纪末，电弧灯已 经广泛应用于灯塔、剧场和广场的照明。电弧灯经广泛应用于灯塔、剧场和广场的照明。电弧灯 最大的缺点是耗电量惊人，每一盏灯的旁边都需最大的缺点是耗电量惊人，每一盏灯的旁边都需 要配备一台发电机。因而使其发展受到极大限制。要配备一台发电机。因而使其发展受到极大限制。 古希腊神话中说，普罗米古希腊神话中说，普罗米 修斯

34、给人类偷来天火。而修斯给人类偷来天火。而 在人间，送来光明的是爱在人间，送来光明的是爱 迪生。他不是神，而是一迪生。他不是神，而是一 个名副其实的个名副其实的“发明大发明大 王王”。 爱迪生小的时候家里是很穷的，当爱迪生小的时候家里是很穷的，当 时的蜡烛和煤油都是非常之贵的物品，时的蜡烛和煤油都是非常之贵的物品， 几乎都要靠进口。所以爱迪生就立志几乎都要靠进口。所以爱迪生就立志 发明电灯来造福全世界贫穷的人们。发明电灯来造福全世界贫穷的人们。 爱迪生不断地动脑筋，其中一爱迪生不断地动脑筋，其中一 个技术的关键就是抽真空。因为个技术的关键就是抽真空。因为 我们现在看到的这个灯泡里面是我们现在看到

35、的这个灯泡里面是 真空的，如果不是真空的话，灯真空的，如果不是真空的话，灯 丝非常容易氧化，一氧化这个灯丝非常容易氧化，一氧化这个灯 泡就烧不了多长时间。那么抽真泡就烧不了多长时间。那么抽真 空怎么抽呢？爱迪生自制了一个抽气机，不仅如此空怎么抽呢？爱迪生自制了一个抽气机，不仅如此 ，爱迪生通过仔细地观察发现，看上去是抽成真空，爱迪生通过仔细地观察发现，看上去是抽成真空 了的灯泡，可是一通电，好像又有一些残余的气体了的灯泡，可是一通电，好像又有一些残余的气体 。原来通电之后灯丝加热，会使得残留在灯丝上的。原来通电之后灯丝加热，会使得残留在灯丝上的 气体释放出来。于是他就想到，在给灯丝通电加热气体

36、释放出来。于是他就想到，在给灯丝通电加热 这个时候继续抽真空，于是他使得这个灯泡的真空这个时候继续抽真空，于是他使得这个灯泡的真空 度大大地提高了，当然也就延长了灯泡的寿命。度大大地提高了，当然也就延长了灯泡的寿命。 这时，他看到一位老这时，他看到一位老 先生穿着的棉线外套，先生穿着的棉线外套， 他突然想到：他突然想到：“棉线棉线”。 这便是爱迪生最早发明的白热电这便是爱迪生最早发明的白热电 灯。灯。 他每天工他每天工 作十八、九个小时。每天清作十八、九个小时。每天清 早三、四点的时候，他才头早三、四点的时候，他才头 枕两、三本书，躺在实验用枕两、三本书，躺在实验用 的桌下睡觉。有时他一天在凳

37、子上睡三、四次，每的桌下睡觉。有时他一天在凳子上睡三、四次，每 次只睡半小时。次只睡半小时。 试验电灯时，他观察到他称试验电灯时，他观察到他称 之为爱迪生效应的现象：在之为爱迪生效应的现象：在 点亮的灯泡内有电荷从热灯点亮的灯泡内有电荷从热灯 丝经过空间到达冷板。他思丝经过空间到达冷板。他思 索着电流到底是怎样穿过真索着电流到底是怎样穿过真 空区的，觉得这一现象对他空区的，觉得这一现象对他 改革电灯没有什么用处。但改革电灯没有什么用处。但 发明家所特有的耐心、仔细和敏锐驱使他把这一发明家所特有的耐心、仔细和敏锐驱使他把这一 现象详细地记在笔记本上，后来，爱迪生只是把现象详细地记在笔记本上，后来

38、，爱迪生只是把 这一发现作为这一发现作为“电检测器电检测器”登记了专利，没有继登记了专利，没有继 续作深入的研究。续作深入的研究。 没过几年，科学家们发现爱迪没过几年，科学家们发现爱迪 生所见到的现象是十分重要的，他们把它称为生所见到的现象是十分重要的，他们把它称为 “爱迪生效应爱迪生效应”。 最早解释最早解释“爱迪生效应爱迪生效应”的是卓的是卓 越的英国物理学家越的英国物理学家汤姆逊汤姆逊，因汤，因汤 姆逊的论据是以纯理论为根据的姆逊的论据是以纯理论为根据的 ，所以当时许多科学家是以怀疑，所以当时许多科学家是以怀疑 的心理电子的存在的。为了说服的心理电子的存在的。为了说服 这些科学同行，苏格

39、兰物理学家这些科学同行，苏格兰物理学家 威尔逊使用了一种叫威尔逊使用了一种叫威尔逊云室威尔逊云室 的的 设备，成功地拍摄了个别电子通过一团云雾的轨迹。设备，成功地拍摄了个别电子通过一团云雾的轨迹。 他以确凿无疑的证据向人们展示了电子实体的存在。他以确凿无疑的证据向人们展示了电子实体的存在。 美国美国实验物理学家实验物理学家密立根精确地测定了电子的电荷、密立根精确地测定了电子的电荷、 质量，有力地支持了质量，有力地支持了电子学电子学说。威尔逊和密立根都因说。威尔逊和密立根都因 他们在证明电子的存在方面做出了杰出的贡献而获得他们在证明电子的存在方面做出了杰出的贡献而获得 了了诺贝尔物理学奖诺贝尔物

40、理学奖。 正是爱迪生效应的发现，为一正是爱迪生效应的发现，为一 门新科学门新科学-电子学的诞生创造了条件。电子学的诞生创造了条件。 19世纪被誉为科学的世纪，也是以世纪被誉为科学的世纪，也是以 科学的技术化和社会化为突出特科学的技术化和社会化为突出特 征的世纪。科学在这个世纪开始征的世纪。科学在这个世纪开始 成为社会生活的一个重要组成部成为社会生活的一个重要组成部 分。风起云涌的伟大创新转变成分。风起云涌的伟大创新转变成 为技术科学的巨大威力。这个世为技术科学的巨大威力。这个世 纪的一些科纪的一些科 技巨匠继续活跃于技巨匠继续活跃于20世纪。托马斯世纪。托马斯阿尔沃阿尔沃爱迪生正爱迪生正 是生

41、活在这一时代，由于其坚忍不拔的毅力与坚持不是生活在这一时代，由于其坚忍不拔的毅力与坚持不 懈的努力，作出了大量的造福人类的重大的发明，使懈的努力，作出了大量的造福人类的重大的发明，使 之成为当之无愧的之成为当之无愧的“发明大王发明大王”。美国。美国生活生活周刊周刊 在在1999年评出的过去年评出的过去1000年中年中100位最有影响力的人位最有影响力的人 物中，爱迪生名列第一。物中，爱迪生名列第一。 爱迪生出身低微，生活贫困，他爱迪生出身低微，生活贫困，他 只上过只上过3个月的小学，老师因为总个月的小学，老师因为总 被他古怪的问题问得张口结舌，被他古怪的问题问得张口结舌， 竟然当他母亲的面说他

42、是个傻瓜，竟然当他母亲的面说他是个傻瓜， 将来不会有什么出息。母亲一气将来不会有什么出息。母亲一气 之下让他退学，由母亲亲自教育。之下让他退学，由母亲亲自教育。 这时，爱迪生的天资得以充分地这时，爱迪生的天资得以充分地 展露。在展露。在 母亲指导下，他阅读了大量的书籍，并在家中自己建了母亲指导下，他阅读了大量的书籍，并在家中自己建了 一个小实验室。为筹措实验室的必要开支，他只得外出一个小实验室。为筹措实验室的必要开支，他只得外出 打工，当报童、办报纸。最后用积攒的钱在火车的行李打工，当报童、办报纸。最后用积攒的钱在火车的行李 车厢建了个小实验室，继续作化学实验研究。后来，化车厢建了个小实验室，

43、继续作化学实验研究。后来，化 学药品起火。行李员气得把实验设备都扔下车去，还打学药品起火。行李员气得把实验设备都扔下车去，还打 了他几记耳光，据说爱迪生因此终生耳聋。了他几记耳光，据说爱迪生因此终生耳聋。 1868年，爱迪生以报务员的身份来到了波士顿。同年，年，爱迪生以报务员的身份来到了波士顿。同年， 他获得了第一项发明专利权：投票自动记录装置，可他获得了第一项发明专利权：投票自动记录装置，可 这是一个不受欢迎的发明。这是一个不受欢迎的发明。1869年年6月初，他来到纽月初，他来到纽 约寻找工作。爱迪生又因能修好电报机，而谋得了一约寻找工作。爱迪生又因能修好电报机，而谋得了一 个比他预期更好的

44、工作。个比他预期更好的工作。 爱迪生爱迪生有自己的有自己的专门制造各专门制造各 种电气机械种电气机械的工厂之后的工厂之后，他通，他通 宵达旦地工作宵达旦地工作，并并培养出许多培养出许多 能干的助手能干的助手。接着，他相继做接着，他相继做 出了出了诸如蜡纸、油印机等的发诸如蜡纸、油印机等的发 明，从明，从1872至至1875年，爱迪生年，爱迪生 先后发明了二重、四重电报机，还协助别人搞成了先后发明了二重、四重电报机，还协助别人搞成了 世界上第一架英文打字机。世界上第一架英文打字机。 1876年春天，爱迪生又一次年春天，爱迪生又一次 迁居，这次他迁到了新泽西州迁居，这次他迁到了新泽西州 的的“门罗

45、公园门罗公园”。他在这里建造。他在这里建造 了第一所了第一所“发明工厂发明工厂”，它，它“标标 帜著集体研究的开端帜著集体研究的开端”。1877 年，爱迪生改进了早期由贝尔年，爱迪生改进了早期由贝尔 发明的电话，并使之投入了实际使用。他还发明了发明的电话，并使之投入了实际使用。他还发明了 他心爱的一个项目他心爱的一个项目留声机。电话和电报留声机。电话和电报“是扩是扩 展人类感官功能的一次革命展人类感官功能的一次革命”；留声机是改变人们；留声机是改变人们 生活的三大发明之一，生活的三大发明之一，“从发明的想象力来看，这从发明的想象力来看，这 是他极为重大的发明成就是他极为重大的发明成就”。到这个

46、时候，人们都。到这个时候，人们都 称他为称他为“门罗公园的魔术师门罗公园的魔术师”。 爱迪生在发明留声机的同时，爱迪生在发明留声机的同时， 经历无数次失败后终于对电灯经历无数次失败后终于对电灯 的研究取得了突破，的研究取得了突破，18791879年年1010 月月2222日，爱迪生点燃了第一盏日，爱迪生点燃了第一盏 真正有广泛实用价值的电灯。真正有广泛实用价值的电灯。 为了延长灯丝的寿命，他又重为了延长灯丝的寿命，他又重 新试验，大约试用了新试验，大约试用了60006000 多种纤维材料，才找到了新的发光体多种纤维材料，才找到了新的发光体日本竹丝日本竹丝 ，可持续，可持续10001000多小时

47、，达到了耐用的目的。从某一多小时，达到了耐用的目的。从某一 方面来说，这一发明是爱迪生一生中达到的登峰造方面来说，这一发明是爱迪生一生中达到的登峰造 极的成就。接著，他又创造一种供电系统，使远处极的成就。接著，他又创造一种供电系统，使远处 的灯具能从中心发电站配电，这是一项重大的工艺的灯具能从中心发电站配电，这是一项重大的工艺 成就。成就。 他在纯科学上第一个发现出他在纯科学上第一个发现出 现于现于18831883年。试验电灯时，他年。试验电灯时，他 观察到他称之为爱迪生效应的观察到他称之为爱迪生效应的 现象：在点亮的灯泡内有电荷现象：在点亮的灯泡内有电荷 从热灯丝经过空间到达冷板。从热灯丝经

48、过空间到达冷板。 爱迪生在爱迪生在18841884年申请了这项发现的专利，但并未进年申请了这项发现的专利，但并未进 一步研究。而旁的科学家利用爱迪生效应发展了电一步研究。而旁的科学家利用爱迪生效应发展了电 子工业，尤其是无线电和电视。子工业，尤其是无线电和电视。 爱迪生又企图为眼睛做出留爱迪生又企图为眼睛做出留 声机为耳朵做出的事，电影摄声机为耳朵做出的事，电影摄 影机即产生于此。使用一条乔影机即产生于此。使用一条乔 治伊斯曼新发明的赛璐珞胶片，治伊斯曼新发明的赛璐珞胶片， 他拍下一系列照片，将它们迅他拍下一系列照片，将它们迅 速地、连续地放映到幕布速地、连续地放映到幕布 上，产生出运动的幻觉

49、。他第一次在实验室里试验上，产生出运动的幻觉。他第一次在实验室里试验 电影是在电影是在18891889年，年，18911891年申请了专利。年申请了专利。19031903年，他年，他 的公司摄制了第一部故事片的公司摄制了第一部故事片“列车抢劫列车抢劫”。爱迪生。爱迪生 为电影业的组建和标准化做了大量工作。为电影业的组建和标准化做了大量工作。 1887年爱迪生把他的实验室年爱迪生把他的实验室 迁往西奥兰治以后，为了他的迁往西奥兰治以后，为了他的 多种发明制成产品和推销，他多种发明制成产品和推销，他 创办了许多商业性公司；这些创办了许多商业性公司；这些 公司后来合并为爱迪生通用电公司后来合并为爱迪

50、生通用电 气公司，后又称为通用电气公司。此后，他的兴趣气公司，后又称为通用电气公司。此后，他的兴趣 又转到荧光学、矿石捣碎机、铁的磁离法、蓄电池又转到荧光学、矿石捣碎机、铁的磁离法、蓄电池 和铁路信号装置上。和铁路信号装置上。 第一次世界大战期间，他研制出鱼雷机械装置、喷第一次世界大战期间，他研制出鱼雷机械装置、喷 火器和水底潜望镜。火器和水底潜望镜。 1929年年10月月21日，在电灯发日，在电灯发 明明50周年的时候，人们为爱迪周年的时候，人们为爱迪 生举行了盛大的庆祝会，德国生举行了盛大的庆祝会，德国 的爱因斯坦和法国的居里夫人的爱因斯坦和法国的居里夫人 等著名科学家纷纷向他祝贺。等著名科学家纷纷向他祝贺。 不幸的是，就在这次庆祝大会上，当爱迪生致答辞不幸的是，就在这次庆祝大会上，当爱迪生致答辞 的时候，由于过分激动，他突然昏厥过去。从此，的时候，由于过分激动，他突然昏厥过去。从此， 他的身体每况愈下。他的身体每况愈下。19311931年年1010月月1818日，这位为人类日，这位为人类 作过伟大贡献的科学家因病逝世，终年