电气时代来临（中）

报告，权威们认为“电学中没有如此简单的规律，而且欧姆只不过是一名中学教员”。

直到1841年，英国皇家学会在多次反复研究欧姆的实验后授予他考普利奖章，欧姆的工作才引起德国学术界的重视。到1852年，欧姆成为德国慕尼黑大学教授。两年之后，他离开了人世。人们为了纪念他，把电阻的单位定为“欧姆”。“欧姆”已经成为今天电学中使用频率最高的词汇之一，然而人们却很少想到它背后的发人深思的故事。

1831年，电磁学研究取得了突破性进展，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，为人类找到了使机械能直接转化为电能的有效途径。

法拉第出生在一个贫困但温馨的家庭，父母有10个孩子。13岁时，法拉第就到印刷厂当了装订工。好学的法拉第通过三种途径在艰难的环境里学习：一是努力阅读他装订的书；二是加入当时一位热心传播知识的人组织的“伦敦哲学研究会”，这位组织者经常请人在自己家中介绍人们感兴趣的新知识，允许研究会成员阅读自己的藏书；三是听英国皇家学会定期为公众讲述科学的讲座。通过这些途径，年轻的法拉第走上了与众不同的科学探索之路。

1812年，法拉第成为著名化学家戴维（1778-1829）的助手，主要从事化学方面的研究工作；1821年，他成为英国皇家学会实验室主任。

从1820年起，欧洲掀起了研究电磁现象的热潮，出现了各种各样的理论。1821年，《英国哲学学报》的编辑邀法拉第写一篇关于电磁学研究的述评，使他转而研究这个新的领域。他重复了奥斯特、安培以及其他物理学家做过的许多实验，在仔细分析这些实验结果后，他坚信电和磁之间还有更深刻的联系。他认为，不仅电流能够产生磁，磁也会产生电，他希望用自己的实验证实这种想法。在1821年之后的10年间，法拉第总是在实验室里用电池、线圈、磁铁和磁针，反复进行各种各样他能够想出来的实验，他希望借助磁铁的磁性或电流产生的磁性，在一个与电池不相连的线圈里产生电流，结果一无所获。然而与众不同的执著和耐心，使他毫不气馁地进行着单调枯燥的实验。

1831年8月29日，法拉第的实验终于取得突破性进展。他在一个软铁做成的环形铁芯上绕了两个线圈，第一个线圈与伏打电池相连，让电流通过；第二个线圈的一端延伸出一段距离，再返回来和另一端连在一起（中间没有电池），在延伸的导线下方放一个可以自由转动的磁针，它距离铁心大约1米远，这样的距离可使磁针不受第一个线圈电流的影响，只探测第二个线圈里的电流。当接通第一个线圈的电流时，法拉第看到磁针突然剧烈摆动，然后平静下来回归原位。当断开第一个线圈的电流时，磁针再次剧烈摆动，然后平静复归原位。法拉第猛然意识到，磁针的摆动是由第一个线圈中电流的变化引起的，不同于当年奥斯特发现电产生磁的情况，法拉第发现的是磁力变化引起电流。

紧接着，法拉第又进行了三个实验，他发现磁铁插入或拔出线圈的时候，线圈里也会出现电流；如果线圈绕在一段铁棍上，铁棍两端分别与两个磁铁相接，当这两个磁铁的另一端合拢或离开时，线圈中会出现电流；当一个铜盘在磁铁的两个磁极之间旋转时，铜盘上也会产生电流，实际上，这就是最早的发电机。

1831年11月24日，法拉第在向英国皇家学会提交的报告中，把这种磁产生电的现象称为“电磁感应”，并且概括了可以产生感应电流的五种途径：电流变化、磁场变化、流过恒定电流的导线空间位置变化、磁铁运动以及使导体在磁场中运动。实际上，法拉第已经告诉了人们发电的五种方法，其中第五种已经成为今天全世界共同采用的发电方式，目前人们使用的电主要用这种方法得到。

法拉第一生淡泊名利，执著地探寻大自然的奥秘，为人类进入电气时代铺就了最重要的一块基石。他谢绝了英国王室授予的“爵士”头衔，谢绝了英国科学界希望他出任皇家学会主席的美意，只为自己保留两个职位：一个是皇家学会实验室主任，另一个是负责为青少年安排科学讲座的秘书。

1865年，英国物理学家麦克斯韦（1831-1879）发现，在库仑、奥斯特、安培、欧姆和法拉第分别发现的规律之间，有一种深刻的内在联系。他把这些定律归纳成一组统一的数学方程式，从这组方程式中解出一个令人惊异的结果：变化的磁场会产生变化的电场，变化的电场又会产生变化的磁场，交替变化的电磁场以光的速度向外传播，成为电磁波；这种波的传播方式与声波不同，不需要物质作为媒介，可以在真空中传播。麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，而且认为光本身就是一种电磁波。他在自己的方程式中，算出电磁波传播的速度应为每秒31.1万千米，与物理学家裴索（1819-1896）于1849年测得的光速每秒31.5万千米非常接近。

从伽利略时代开始，科学家即依靠实验发现自然规律，电磁学发展的早期，完全遵循着这条道路。随着数学的进展，科学家开始以实验发现的规律为依据，运用新的数学方法，进行高度抽象的逻辑推理探寻自然奥秘，一批精通数学的理论物理学家应运而生，这标志着人类探究自然的历程达到了一个新的高度。

1888年，德国物理学家赫兹（1857-1894）用实验证明电磁波的存在，验证了麦克斯韦的理论。赫兹设计了一个十分巧妙的实验，用充电的莱顿瓶通过火花放电，激发金属导体组成的电路产生电流振荡；在几米之外放置接收这种振荡信号的探测器。如果电磁波真的存在，那么当接收器的固有频率和电流振荡的频率一致时，振荡电路激发的电磁波就会在探测器上感应高电压，从而在它的间隙上产生火花放电。然而，无数次实验都失败了，赫兹总也看不到探测器上的电火花。

有一天，新婚的妻子拉着疲惫不堪的赫兹离开实验室到花园散步，心不在焉的赫兹看见空中一群飞来飞去的小虫，问：“这是什么？”妻子说：“它们是萤火虫。”他又问：“为什么看不见它们发光？”妻子说：“白天不是也看不见星星吗？”赫兹如梦初醒，径直跑回实验室，拉上厚厚的窗帘，重新开始实验。果然，在昏暗的背景下，他看到了探测器上微弱的电火花。

无数个夜晚，赫兹一次又一次地进行实验，在振荡电路和探测器之间放置各种物体，观察它们对电磁波传播的影响。他观测到金属平板使电磁波发生反射，绝缘体大棱镜使电磁波发生折射，金属凹面镜使电磁波发生聚焦。他又根据振荡电路的频率和测量出的电磁波波长，计算出电磁波传播的速度，与当时人们测得的光速相同。

1888年1月，赫兹发表了他的最终研究结果。遗憾的是，此时麦克斯韦已经去世9年，他没有见到自己预言的电磁波。

从马申布洛克到赫兹，科学家以各自不同的方式探索电和磁的奥秘，发明家以丰富的想象力，把新的科学发现变成前所未有的技术。电从科学家的实验室一步一步走进充满生机的世界。

伏打电池出现后的第四年，人们发明了用电传输信息的方法。

1804年，西班牙发明家萨尔瓦发明了最早的电报。他用27条长长的电线传送简短的信函，这些电线的一端浸泡在酸水里，其中有一条导线的另一端固定在电池的一极，其余26条线分别代表26个拉丁字母，传送字母时，它们与电池的另一极相连。当某个线头与电池相连时，另一端的线头由于发生了电化学反应，有气体在线头析出，因此会在酸水里冒泡。萨尔瓦就是利用这种办法，把文字传送到了1000米之外的地方。

1807年，英国化学家戴维发明了电解技术，他利用电池产生的电流使溶液中的物质分解，使构成化合物的成分从溶液中分离。用这种方法，戴维得到了在自然界中很难找到的金属钠和钾。这种用电流“拆开”物质的办法非常有用，它使人们能够用简便的方法，把宇宙中众多的化合物，还原成构成它们的组分。今天人们使用的金属铝，就是电解熔融的三氧化二铝矿石得到的。如果有一天人类到达遥远的星球时，大可不必自带氧气，只要在那里找到水，用电解水的方法就可得到维系生命所必需的氧。

差不多与此同时，戴维还发明了电镀技术，用电学方法使一种金属均匀牢固地附着在另一种金属表面。

电镀技术在本质上是借助电流在液体中“搬运”物质的技术。戴维在溶液中放置两种不同的金属，分别与电池的两极相连，电流通过溶液时，一种金属会变成溶液中的离子转移到另一种金属表面析出，并牢牢地固结在另一种金属的表面。通过控制电流的大小，可以精确控制镀层的厚度。利用它，可以为钢铁表面镀金、镀银、镀铜、镀镍或镀铬。这样，不仅可以使钢铁制造的器物表面光洁美观，避免锈蚀，而且还可以改变它的表面硬度，使其更加耐磨。利用电镀技术，人们还可以在溶液中静悄悄地“铸造”出精美奇特的艺术品和机器零件。

1808年，人类开始探索用电照明的方法。这一年，戴维发明了最早的电弧灯。他把几十个伏打电池串联在一起，构成可以产生高电压的组合电池。电池的两极，各接一根石墨做成的碳棒，当这两根碳棒的尖端相互接近到一定距离时，在间隙处就会突然出现明亮耀眼的弧光。这是由于空气在电池的高电压作用下分解成导电的离子，使绝缘的间隙成为电流的通路，伴随着通过间隙的强大电流，电弧产生高温，就会使更多的空气电离，发出明亮的光。不同于稍纵即逝的静电火花，弧光能够持续相当长一段时间，它的空间位置十分稳定，可以照亮一大片地方。

弧光是一种可以控制、连续发生的微型闪电，它是人类最早制造的不用燃料的光源。

然而，弧光灯点燃之后，电弧迅速烧蚀碳棒，使碳棒间隙不断加大，电池的电压不足以维持放电，不久弧光就会熄灭，而戴维对此无能为力。后来，英国发明家施泰特用一个发条驱动钟表机构推动其中一根碳棒，在发出弧光时缓慢向另一根碳棒靠近，使它们在烧蚀过程中保持间距不变，以维持长时间发光。不久，他又用一根铜丝做成的弹簧直接推动碳棒，利用电弧发出的热量使弹簧膨胀产生位移，自动补偿碳棒烧蚀产生的空间距离变化，使弧光保持稳定。

经过发明家的改进，弧光灯终于出现在英国伦敦和法国巴黎的街道，成为当时的动人景观。

1832年，法国人皮克希（1808-1835）发明了可以连续产生电流的最早的发电机，他是第一个赋予法拉第发现的电磁感应现象以实用价值的人。1835年，美国人达文波特（1802-1851）发明了实用的电动机。

有了电动机，人们可以安然自如地使用自然界提供的动力，不必永远守着喧闹而且冒着黑烟的蒸汽机。这种新的动力机械启停方便，操纵灵活，可以同各种装置配合在一起构成多种多样的新机器。

电动机的发明，使人们远远地望见了电气时代的曙光。（未完待续）

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