电气时代——以电、内燃机提供动力的时代

蒸汽机的使用给社会带来了巨大的生产力，但也暴露出许多缺点。首先，它太大了，只能用于工业用途，很少用于人们的生活。二是能源效率低、能耗高、产量低。第三，工作过程不连续，蒸汽流量有限，这限制了功率的增加。内燃机逐渐取代了蒸汽机的许多工作。随着电的发现，一些工作被电所取代，这标志着电子时代的到来。

19世纪80年代中期，德国发明家卡尔·奔驰提出了一种轻型内燃机的设计，这种内燃机使用汽油作为燃料。内燃机的发明解决了汽车的发动机问题，并在运输领域引起了革命性的变化。19世纪末，一种新型的交通工具——汽车出现了。19世纪80年代，德国卡尔·奔驰成功制造了第一辆由汽油内燃机驱动的汽车。1896年，美国人亨利·福特制造了他的第一辆四轮车。与此同时，许多国家已经开始建立汽车工业。随后，内燃机车、远洋轮船和飞机也出现了。1903年12月17日，美国的莱特兄弟成功地进行了一次飞行试验，实现了在空中飞行的梦想，并预示着一个新的运输时代的到来。内燃机的发明也促进了石油提炼工业的发展和石油化学工业的出现。石油和电力一样，已经成为一种极其重要的新能源。1870年，世界上仅开采了80万吨石油，到1900年已飙升至2000万吨。

电的发现要复杂得多。1600年，英国的威廉·吉尔伯特(1603-1640)发明了验电器，为后来的电学研究提供了实验基础，并在古希腊定义了电子一词。从吉尔伯特到富兰克林，人们基本上研究静电。富兰克林和其他人研究了闪电，发现它不是连续的电流。然后在1780年，意大利人加尔瓦尼(1737-1798)发现两种不同的金属相互接触时会产生放电，并称之为“动物电”，实际上是一种放电电路。加法尼的发现源于一种非常常见的闪电现象。闪电使加瓦尼解剖室桌子上的一只青蛙腿抽搐，这只青蛙腿正与镊子和镊子环接触。他严谨的科学态度使他没有放弃对这种“偶然的”奇怪现象的研究。他花了12年时间研究青蛙腿等肌肉运动的电效应。最后，他发现如果神经和肌肉接触两种不同的金属(例如铜线和铁丝)，青蛙的腿会痉挛。这种现象发生在电流回路中。然而，加发尼仍未能回答当前现象的原因。他认为青蛙腿的抽筋现象是“动物电”的一种表现，而金属线构成的电路只是一个放电电路。就这样，加法尼发现了一股连续的电流。1799年，意大利的沃尔特(1745-1827)发明了电堆和电池。1800年春，关于海流成因的辩论有了进一步的突破。伏特发明了著名的“伏特电池”。电池是由一系列圆形锌片和银片重叠而成的装置。在每一对银片和锌片之间，用浸在盐水或其他导电溶液中的纸板将它们分开。银片和锌片是两种不同的金属。盐水或其他导电溶液用作电解质。它们形成一个电流回路。这是一个相对原始的电池。它是由许多银和锌电池连接而成的电池组。伏特在英国皇家学会发表了一篇关于伏特电池的论文。Volt后来继续改进，产生了一个更加用户友好的堆栈。稳定直流电的出现宣告了人类电气时代的到来。

虽然人类此时已经发现了可用的直流电，但这种以金属为原料的发电方法注定不会大规模使用。这时，另一种产生电流的方法被发现了，那就是电磁感应。1821年，英国法拉第发现了电磁感应。在他的实验中，他意外地发现带电导线附近的磁性指针在电流接通时会偏转。电磁感应现象是指置于可变磁通量中的导体产生的电动势，称为感应电动势或感应电动势。如果导体闭合成回路，电动势将驱动电子流动并形成感应电流。1831年，法拉第根据电磁感应原理制造了世界上第一台发电机。1866年，德国西门子制造了世界上第一台大功率发电机。1882年，尼古拉·特斯拉发明了交流电，制造了世界上第一台交流发电机，并创造了多相电力传输技术。发电机和交流电的发明使得连续大规模生产能量并长距离输送成为可能，为现代能源奠定了基础。

内燃机的发明和电的发现推动了第二次科技革命，并将人们带入了电的时代。他们的发明不仅极大地改变了人们的生活，人们可以拥有自己的私家车，灯光取代了原有的照明工具，人们可以与大洋彼岸的人们对话等等，而且还为随后的信息技术革命奠定了基础。然而，内燃机和热能发电机使用煤作为原材料。煤是一种不可再生资源，煤燃烧后会在烟气中产生大量的污染气体。科学技术的发展总是不断发现和发明新事物，使旧事物退出历史舞台。因此，当科学技术发展到一定阶段时，这种以不可再生资源为原料提供动力的方式就成了旧事，而以核能为代表的新能源就成了新事物。

摘自清华出版社授权的《科学技术史与方法论》

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