第二次工業革命:電力時代的到來

“電”是一個與人們生活息息相關、密不可分的事物,它的發明和利用,促進了人類製造技術的發展,而以製造業為基礎的工業文明,使人類社會進入了一個嶄新的時代。

其實,在近代科學昌明之前,人類一直苦於沒有辦法將電運用於生產生活。直到19世紀以後,伴隨著

工業革命

和科學思潮,人類發現了製造和儲存電能的方式,由之而來的就是電能的大規模運用,這在世界歷史上被稱為“

第二次工業革命

”。而作為第二次工業革命最重要標誌的電力,也在走完19世紀不平凡的發展史之後,在20世紀繼續著自己的進化歷程。

第二次工業革命:電力時代的到來

義大利科學家伏打,右下角即伏打電堆

人類最早知道的電能來自於

摩擦起電

,這種電能從本質上講是利用的

電勢差

1800年,義大利科學家

伏打

發明的

伏打電堆

成為了世界上第一個可以穩定供應電力的裝置

。如此,人們對電的認識一下於就躍出了靜電的領域,就不再是摩擦毛皮上的電,雷雨中的電,萊頓瓶裡的電,也不只是動物身上的電,而是能控制流動的電。

伏打的發明雖然意義重大,但是其釋放的電能很不穩定,而且伏打電堆過於龐大,不便於攜帶。在整個19世紀,還有許多科學家沿著伏打的思路改進電池,並陸續研究出了蓄電池和乾電池,但電池產生的電能並不足以驅動大規模的工業生產。

第二次工業革命:電力時代的到來

儲存至今的伏打電堆實物

此後不久,1820 年,丹麥物理學家

奧斯特

發現電流能使其附近的小磁針偏轉,顯示了電和磁之間的聯絡;

在奧斯特工作的啟發下,英國物理學家

法拉第

從1831年到1854年一直用各種方式進行

電磁感應

實驗,法拉第的工作為電能和機械能的轉化提供了基礎,併為電動機和發電機的發明鋪平了道路;

在這些理論支援下,德國人

西門子

於19世紀60年代發明了

發電機

到19世紀70年代發電機實用化之後,電器開始用於代替機器,成為補充和取代以蒸汽機為動力的新能源

。隨後,電燈、電車、電影放映機相繼問世,人類進入了“電氣時代”。

所謂“電氣時代”,是指以電能作為一種主要的能量形式支配著社會經濟生活。

電能的突出優點在於:第一,它是一種易於傳輸的工業動力;第二,它還是極為有效、可靠的資訊載體。因此,電力時代主要體現在動力傳輸與資訊傳輸兩個方面。與動力傳輸相關聯,出現了大型發電機、高壓輸電網、各種各樣的電動機和照明電燈;與資訊傳輸相關聯,出現了電報、電話和無線電通訊。

第二次工業革命:電力時代的到來

西門子早年建造的發電機之一

電力的動力得到解決後,想要把電力應用於生產,還必須解決遠距離輸送問題。

1876年,俄國出現了街道及家庭的電力照明。1882年,法國學者德普勒發現了遠距離送電的方法。同年,美國發明大王

愛迪生

的公司在改良了燈泡設計之後,立刻在直流輸電技術上進行跟進。

在紐約建立了美國第一個火力發電站,把輸電線連線成網路

。隨著對電能需求的顯著增加和用電區域的擴大,直流電動機逐漸顯示出了成本高、易出事故等缺點。

第二次工業革命:電力時代的到來

愛迪生

從19世紀80年代起,人們又投入了對

交流電

的研究

。交流電具有透過變壓器任意變化電壓的長處,使輸電效率達到80%以上,最早較大規模使用交流電是在電力照明中的應用。

尼古拉·特斯拉

是最早提出交流電設想的人

,他原本是愛迪生公司團隊的一員,後來因為受不了愛迪生強勢的作風和在獎金問題上的食言而自立門戶。後來,特斯拉開始在西屋電器與製造公司位於匹茲堡的實驗室與

喬治·威斯汀豪斯

一起工作,這成了特斯拉和整個交流輸電系統命運的轉折點。

特斯拉改良了

非同步電動機

,將交流電遠距離高壓傳輸的優點展現出來,同時也解決了機器不能使用交流電的問題

。這次被後世稱為“

電流大戰

”的爭端,以特斯拉和交流電的完勝而告終,這也奠定了如今電力系統的基礎。

第二次工業革命:電力時代的到來

美國科學家特斯拉

1885年,義大利科學家

法拉第

提出的旋轉磁場原理,對交流電機的發展起到了重要作用。19世紀80年代末90年代初,人們研製出三相非同步電動機,這種比較經濟、可靠的三相交流電機迅速得到推廣。

電、電流、電磁感應和電磁波的發明和應用,以及電力傳輸的成功,是電力取代蒸汽動力的重大突破,它使電力很快成為廣泛應用的能源和動力。電力工業的發展進入新的階段。電力照亮了城市和農村,為工廠和礦山提供了方便、靈活的強大動力,成為生產、交通運輸、通訊等全面轉向工業化的決定因素。

第二次工業革命:電力時代的到來

法拉第

19世紀末20世紀初,在世界上掀起了電氣化的高潮

,美國、德國由於最早實現了電氣化而迅速進入世界工業強國行列。電力技術的廣泛應用,首先促進了電力工業、電氣裝置工業的迅速發展。以發電、輸電、配電這三個環節為主要內容的電力工業產生並發展起來了。發電機、電動機、變壓器、斷路器及電線、電纜等電氣裝置製造工業也迅速興起,同時還促進了材料、工藝和控制等工程技術的發展。電力技術的發展使許多傳統產業得到改造,使得一系列新技術應運而生。

20世紀以來,電池技術隨著新材料和新技術的運用取得了長足進展

。第二次世界大戰期間的潛水艇技術中,德國人就已經開發出了續航力更久的電池組,戰後,氫氧燃料電池、鋰電池等新型電池作為伏打電堆遙遠的子孫後代登上歷史舞臺,為人類的新能源問題提供了一種可能的解決方向。

目前的汽車市場中,雖然如特斯拉等電動汽車有著各種不足,但其搭載的電池無論是從可靠性和續航力上都比過去幾年有了明顯進步,這可謂是新時代電力發展的明證了。