第10章 电力的历史

电力的历史始于威廉·吉尔伯特(William Gilbert,1544-1603 年),他是一位医生和自然科学家,曾为英国第一位伊丽莎白女王服务。在吉尔伯特之前,人们对电和磁的了解只是磁石(磁铁矿)具有磁性,摩擦琥珀和喷射会吸引各种材料开始粘附。

1600年,吉尔伯特出版了他的论文“De magnete,Magneticisique Corporibus“(关于磁铁)。这本书以拉丁语学术印刷,解释了吉尔伯特多年来在电和磁方面的研究和实验。吉尔伯特大大提高了人们对新科学的兴趣。正是吉尔伯特在他的名著中创造了“electrica“这个词。

早期发明家

在吉尔伯特的启发和教育下,包括德国的奥托·冯·格里克(Otto von Guericke,1602-1686),法国的查尔斯·弗朗索瓦·杜·费伊(Charles Francois Du Fay,1698-1739)和英国的斯蒂芬·格雷(Stephen Gray,1666-1736)在内的几位欧洲发明家扩展了知识。

奥托·冯·格里克(Otto von Guericke)是第一个证明真空可能存在的人。创造真空对于各种进一步的电子学研究至关重要。1660年,冯·格里克发明了产生静电的机器。这是第一台发电机。

1729年,斯蒂芬·格雷发现了电传导的原理,1733年,查尔斯·弗朗索瓦·杜·费伊(Charles Francois du Fay)发现电有两种形式,他称之为树脂(-)和玻璃体(+),现在称为负和正。

莱顿罐

莱顿罐是最初的电容器,一种存储和释放电荷的装置。(当时,电被认为是神秘的流体或力。莱顿罐于1745年由学者Pieter van Musschenbroek(1692-1761)于1745年在荷兰几乎同时发明,在德国由德国牧师和科学家Ewald Christian Von Kleist(1715-1759)发明。当冯·克莱斯特第一次触摸他的莱顿罐子时,他受到了强大的冲击,将他击倒在地。

莱顿罐子以Musschenbroek的家乡和大学莱顿命名,由法国科学家和神职人员Jean-Antoine Nollet(1700-1770)命名。这个罐子也被称为冯·克莱斯特(Von Kleist)之后的克莱斯特罐子,但这个名字并没有坚持下去。

本·富兰克林、亨利·卡文迪什、路易吉·伽伐尼

国开国元勋本·富兰克林(Ben Franklin,1705-1790年)的重要发现是,电和闪电是同一回事。富兰克林的避雷针是第一个实际应用电力。英国的阿图拉尔哲学家亨利·卡文迪什(Henry Cavendish)、法国的库仑(Coulomb)和意大利的路易吉·伽伐尼(Luigi Galvani)为寻找电力的实际用途作出了科学贡献。

1747年,英国哲学家亨利·卡文迪什(Henry Cavendish,1731-1810)开始测量不同材料的电导率(携带电流的能力),并发表了他的研究结果。法国军事工程师查尔斯-奥古斯丁·德·库仑(Charles-Augustin de Coulomb,1736-1806 年)于 1779 年发现了后来被命名为“库仑定律“的定律,该定律描述了吸引力和排斥力的静电力。

1786年,意大利医生路易吉·伽伐尼(Luigi Galvani,1737-1798)展示了我们现在所理解的神经冲动的电学基础。伽伐尼(Galvani)通过用静电机器的火花震动青蛙肌肉来使青蛙肌肉抽搐。

在卡文迪什和伽伐尼的工作之后,出现了一群重要的科学家和发明家,包括意大利的亚历山德罗·沃尔塔(1745-1827),丹麦物理学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特德(1777-1851),法国物理学家安德烈-玛丽·安培(1775-1836),德国的格奥尔格·欧姆(1789-1854),英国的迈克尔·法拉第(1791-1867)和美国的约瑟夫·亨利(1797-1878)。

使用磁铁

约瑟夫·亨利(Joseph Henry)是电力领域的研究员,他的工作激励了许多发明家。亨利的第一个发现是,磁铁的功率可以通过用绝缘线缠绕来大大加强。他是第一个制造出可以举起3,500磅重量的磁铁的人。亨利展示了由并联并由几个大电池激发的短长度导线组成的“数量“磁铁与用单根长线缠绕并由串联电池组成的电池激发的“强度“磁铁之间的差异。这是一个最初的发现,大大增加了磁铁的直接用途及其未来实验的可能性。

东方骗子被停职

迈克尔·法拉第、威廉·斯特金(1783-1850)和其他发明家很快就认识到亨利发现的价值。斯特金宽宏大量地说:“约瑟夫·亨利教授已经能够产生一种磁力,这种磁力在整个磁学史上完全超越了其他所有磁力,自从著名的东方骗子奇迹般地悬浮在他的铁棺材里以来,再也找不到类似的了。

约瑟夫·亨利还发现了自我归纳和相互归纳的现象。在他的实验中,通过建筑物第二层的电线发送的电流通过下面两层地下室中的类似电线感应电流。

电报机

电报是一项早期的发明,它使用电线在远处传输信息,后来被电话取代。电报这个词来自希腊语tele,意思是远方,grapho的意思是写。

在亨利对这个问题感兴趣之前,通过电(电报)发送信号的第一次尝试已经进行了多次。威廉·斯特金(William Sturgeon)发明的电磁铁鼓励英国的研究人员对电磁铁进行实验。实验失败了,只产生了几百英尺后减弱的电流。

电报的基础

然而,亨利串起了一英里的细线,在一端放置了一个“强度“电池,并使电枢在另一端敲响了铃铛。在这个实验中,约瑟夫·亨利发现了电报背后的基本机制。

这一发现是在1831年做出的,比塞缪尔·莫尔斯(Samuel Morse,1791-1872)发明电报早了整整一年。关于谁发明了第一台电报机没有争议。这是莫尔斯的成就,但激励并允许莫尔斯发明电报的发现是约瑟夫亨利的成就。

用亨利自己的话说:“这是第一次发现电流可以传递到很远的距离,而力的减小到足以产生机械效应,以及实现传输的手段。我看到电报现在是可行的。我没有想到任何特定形式的电报,而只是提到一个普遍的事实,即现在已经证明电流可以传输到很远的距离,并且有足够的功率来产生足以达到所需物体的机械效果。

磁性引擎

接下来,亨利转向设计了一种磁性发动机,并成功地制造了一种往复杆电机,他在其上安装了第一个自动换极器或换向器,用于电池。他没有成功地产生直接的旋转运动。他的酒吧像汽船的行走光束一样摆动。

电动车

托马斯·达文波特(Thomas Davenport,1802-1851 年)是佛蒙特州布兰登的一名铁匠,他于 1835 年制造了一辆适合上路的电动汽车。十二年后,美国电气工程师摩西·法默(Moses Farmer,1820-1893 年)展出了一台电力机车。

1851年,马萨诸塞州发明家查尔斯·格拉夫顿·佩奇(Charles Grafton Page,1712-1868)在巴尔的摩和俄亥俄铁路的轨道上驾驶着一辆电动汽车,从华盛顿到布莱登斯堡,时速十九英里。

然而,当时电池的成本太高,在运输中使用电动机还不实用。

发电机

发电机或发电机背后的原理是由迈克尔·法拉第和约瑟夫·亨利发现的,但其发展成为实用发电机的过程消耗了很多年。如果没有发电机发电,电动机的发展就停滞不前,电力无法像今天这样广泛用于运输,制造或照明。

路灯

弧光作为一种实用的照明装置是由俄亥俄州工程师查尔斯·布拉什(Charles Brush,1849-1929)于1878年发明的。其他人已经解决了电照明问题,但缺乏合适的碳阻碍了他们的成功。Brush从一台发电机中串联了几盏灯。第一盏Brush灯用于俄亥俄州克利夫兰的街道照明。

其他发明者改进了弧光,但也有缺点。对于户外照明和大型大厅,弧光灯效果很好,但弧光灯不能在小房间里使用。此外,它们是串联的,也就是说,电流依次通过每盏灯,一个意外使整个系列失去作用。室内照明的整个问题将由美国最著名的发明家之一托马斯·阿尔瓦·爱迪生(Thomas Alva Edison,1847-1931)解决。

托马斯·爱迪生股票代码

爱迪生的众多电力发明中的第一个是自动投票记录仪,他在1868年获得了专利,但无法引起人们对该设备的任何兴趣。然后他发明了一个股票代码,并在波士顿开始了一个有30或40个订户的股票代码服务,并在黄金交易所的一个房间里操作。这台机器爱迪生试图在纽约出售,但他没有成功就回到了波士顿。然后,他发明了一种双工电报机,通过这种电报可以同时发送两条消息,但在测试中,由于助手的愚蠢,机器失败了。

1869年,当黄金指标公司的电报失败时,爱迪生当场,这是一个向其订户提供证券交易所黄金价格的问题。这导致他被任命为总监,但是当公司所有权的变化使他离开了他与富兰克林·L·波普(Franklin L. Pope)的职位时,他是美国第一家电气工程师公司Pope,Edison和Company的合伙企业。

改进的股票行情图、灯和发电机

不久之后,托马斯·爱迪生发布了这项发明,使他走上了成功之路。这是改进的股票代码,黄金和股票电报公司为此向他支付了40,000美元(255260人民币)。托马斯·爱迪生立即在纽瓦克开了一家店。他改进了当时使用的自动电报系统,并将其引入英国。他试验了海底电缆,并制定了一个四重电报系统,通过该系统,一根电线可以完成四条电缆的工作。

这两项发明被大西洋和太平洋电报公司的所有者杰伊·古尔德(Jay Gould)买下。古尔德为四重系统支付了30,000美元(191445人民币),但拒绝支付自动电报费。古尔德买下了西联汇款,这是他唯一的竞争对手。“当古尔德得到西联汇款时,“爱迪生说,“我知道电报学不可能取得进一步的进展,于是我进入了其他线路。

门洛帕克

爱迪生恢复了他在西联电报公司的工作,在那里他发明了一种碳发射器,并以10万美元(638150人民币)的价格卖给了西联汇款。在此基础上,爱迪生于1876年在新泽西州门洛帕克建立了实验室和工厂,正是在那里,他发明了留声机,于1878年获得专利,并开始了一系列实验,生产了他的白炽灯。

托马斯·爱迪生致力于生产室内使用的电灯。他的第一项研究是一种耐用的灯丝,可以在真空中燃烧。用铂丝和各种难熔金属进行的一系列实验结果并不令人满意,包括人类头发在内的许多其他物质也是如此。爱迪生得出结论,某种碳是溶液而不是金属-英国发明家约瑟夫·斯旺(Joseph Swan,1914-828)在1850年得出了同样的结论。

1879年10月,经过十四个月的辛勤工作和40,000美元(255260人民币)的支出,在爱迪生的一个地球仪上密封的碳化棉线进行了测试,持续了四十个小时。“如果它现在能燃烧四十个小时,“爱迪生说,“我知道我可以让它燃烧一百个小时。于是他就这么做了。需要更好的灯丝。爱迪生在碳化的竹条中发现了它。

爱迪生迪纳摩

爱迪生也开发了他自己的发电机,这是当时最大的发电机。与爱迪生白炽灯一起,它是1881年巴黎电气博览会的奇迹之一。

随后很快在欧洲和美国安装了用于电气服务的工厂。爱迪生的第一个大中央车站,为三千盏灯供电,于1882年在伦敦的霍尔本高架桥建成,同年9月,美国第一个中央车站纽约市珍珠街站投入运营。

完毕!谢谢大家的阅读。