电力技术革命

第五节　电力技术革命

我平生从来没有做出过一次偶然的发明。我的一切发明都是经过深思熟虑和严格试验的结果。

——爱迪生（美国）

发生于19世纪下半叶的电力技术革命，以电能的开发和应用为主要标志。电力技术革命极大促进了社会生产的发展和改变了人们生活质量，也引起了社会经济结构的巨大变革，使人类社会步入了“电气化时代”。

（一）电力技术的发展和应用

（1）电力技术的发明和改进

19世纪建立起来的电磁学的基本理论，虽然在理论上提供了发电机、电动机、变压器等电器的基本原理和原始模型，但从理论到实践却经历了一个较长的过程。

1819年，奥斯特关于电流使磁针发生偏转的实验，揭示了电动机的基本原理。1831年，法拉第在发现感生电流的实验装置的基础上，试制出一种最初的永磁铁发电机的实验模型。同年，美国物理学家亨利（J.Henry，1797～1878年）试制出了一台电动机的实验模型，由于其使用电磁铁，因此比法拉第的实验装置产生的动能要大得多，是电动机发展史上的一大进步。1834年，德国电学家雅可比（K.Ja-cobi，1801～1874年）将亨利的电动机模型中的水平电磁铁改为转动的电枢，加装了脉动转矩和换向器，试制了第一台实用的电动机。

在人们研制电动机的同时，发电机也处于研制阶段。1832年，法国工程师皮克希（H.Pixii，1808～1835年）试制成功一台手摇永久磁场旋转式发电机，该发电机可以产生工业所需的直流电。1857年，英国电学家惠斯通（C.Wheatstone，1802～1875年）制成了用电磁铁的发电机，但仍需外加电源，有很大局限性。1866年，德国著名电气工程师西门子（W.Siemens，1816～1892年）发明了自激式直流发电机，靠发电机自身发出的电流为自己的磁铁励磁，并于1867年向柏林科学院提交了一篇论文——《关于不用永久磁铁而把机械能转换为电能的方法》，为建造大容量电机，获得强大电力，提供了技术的现实可能性，意味着电气技术最重要的阶段的开始，具有划时代的意义。以后的发电机，都是在此基础上造出的。因此，西门子享有德国科学技术之父的美誉。

此后，比利时的格拉姆（Z.T.Gramme，1826～1901年）、德国的电器工程师阿尔特涅克等在西门子电机模型的基础上，从结构上对其加以改进，提高了发电机的效率。

（2）电能的广泛应用

1883年，德国的高拉德（L.Gaulard，1850～1888年）和吉布斯（J.Gibbs）发明了变压器，但降压不够理想。1885年，美国的威斯汀豪斯（G.Westinghouse，1846～1914年）对前者进行了改进，制成具有现实性能的变压器。由于变压器的出现，从19世纪80年代起，交流电的发展和应用迅速扩大。

1878年，俄国科学家亚布洛契诃夫制成一部多相交流发电机。1881年，南斯拉夫科学家特斯拉（N.Tesla，1856～1943年）发现了旋转磁场原理，1885年，意大利物理学家法拉利（G.Ferraris，1847～1897年）提出了旋转磁场原理，并研制出二相异步电动机模型，做出了交流发电机史上的具有决定意义的理论贡献。

1888年，特斯拉发明了交流感应电动机和交流输电系统，3年后，他又发明了特斯拉线圈，解决了电力传输与配置的关键问题，大大提高了人类使用电力的能力。1889年，俄国科学家多里沃·多布洛夫斯基（1862～1919年）研制成第一台实用的三相流鼠笼异步发电机，一年后，他又发明了三相变压器。1890～1891年，从法国劳芬到德国法兰克福架起了世界上第一条长达170千米的三相交流电线路。三相交流电的发明标志着电工技术发展到一个新阶段。

随着电能应用的迅速扩大，发电厂相应地发展起来。1889年，英国建成一座电站，是现代大型中心发电站的先驱。1882年，法国物理学家和电气技师德普勒成功地进行了远距离高压直流输电试验。1901年，美国在密西西比河流域建成了50千伏的高压输电线。远距离输电技术的发展，对工业的发展具有决定性的作用。

（二）电力革命带来的技术进步及社会进步

（1）通信和照明技术的大飞跃

①电报技术

1838年，美国的莫尔斯（S.F.B.Morse，1792～1872年）发明了用点、划两种信号组成的“莫尔斯电码”，在美国政府的资助下，1844年，在华盛顿至巴尔架起了全长为40英里的电报线。1869年，铺成了从英国伦敦到印度卡里卡特城全长达1万海里的电缆。1902年的电缆线穿过太平洋，把澳大利亚和加拿大连接起来。

②照明技术

1879年，美国大发明家爱迪生（T.A.Edison，1847～1931年）发明了用炭化棉线作为灯丝的灯泡，可连续点40小时。后来，他又发现了竹子纤维在炭化后可以做灯丝，使其寿命延长至1200小时。1878年，他建立了“爱迪生电气照明公司”，开始大批量生产这种灯泡。1882年，爱迪生在纽约建成了一个当时世界上最大规模的电力系统。

图2-16　爱迪生

③电话技术

1876年，美国语音学家贝尔（G.Bell，1847～1922年）制成最早的实用电话机。后来，爱迪生又在此基础上进行了改进，能把声音传到更远的地方。1878年，英国第一家商业电话公司开办。接着巴黎在1879年、柏林和圣彼得堡在1881年也相继成立了电话局。1889年，美国又发明了自动电话交换台。电话的迅速发展和普及，极大地改变了通信技术的面貌。

④无线电技术

1895年5月7日，俄国物理学家波波夫（A.S.Bobov，1859～1906年）成功的当众表演了他发明的无线电接收机，这一天也被前苏联定为“无线电发明日”。并且波波夫首先把无线电通信应用到航海中，1897年，他在相距5000米的两艘军舰上成功地实现了通信联系。1901年，他又制成能安装在两轮车上供陆军使用的收发报机和两用无线电台，为无线电通讯技术作出重大贡献。1889年，他又发明了无线电话接收机。几乎与此同时，费森特制成第一台高频率交流发电机，首创了可传送语音的无线电话。在无线电通讯技术领域作出重要贡献的还有意大利的工程师马可尼（G.Marconi，1874～1937年），虽然在发明时间上比波波夫晚，但后来由于英国邮政部门的热心支持及其他因素的影响，他的研究成就很快超过了波波夫。也正因为如此，导致了一场关于俄国和意大利争讨无线电发明权的国际争端。后经北美巡回法庭判定马可尼为无线电的发明者。20世纪以来，无线电话已广泛地被运用到人类生活的几乎每一个领域，给人类社会带来深远的影响。

（三）电力革命及其影响

（1）从机械化时代到电气化时代的跨越

电能的应用打破了工业发展的区域界限，大大增强了人们对自然力的支配力度，促使一批新的工业部门的诞生。首先是出现了一大批以发电、输电和配电及用电为主要内容的电力生产工业，如电机、变压器、线路器材等发电设备的制造、安装、维修和运行等生产部门。电力的应用还推动了材料、工艺、控制等领域工程技术的发展。同时也发展出电力、电子、化学、汽车和航空等一批技术密集型新兴产业，增加了生产对科学技术的依赖关系，从而使技术从机械化进入到电气化时代。

（2）社会的巨大进步

电力革命促进了生产过程的机械化和自动化，大大提高了劳动生产率，改善了劳动条件，促使社会生产力呈直线上升趋势。同时，也加速了垄断资本主义形成，引发了生产关系的变革。

（3）电力革命的启示

①科学成为技术的先导

恩格斯曾指出：“社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。”如果说蒸汽技术革命时代是社会生产发展需要推动了技术进步，并最终促进了科学的发展的话，那么在电力革命时代，科学、技术和生产三者之间的关系则紧密地联系在一起。从19世纪上半叶开始，过去仅仅为了追求纯粹自然知识的科学开始走在了技术和实验的前面，成为技术和生产的先导。最明显的说明这一事实的就是从电磁学理论的建立与发展促使了发电机、电动机和其他电磁设备的发明，并导致了无线电报和电话的诞生，从而把人类带入全新的电气化时代。

②科学技术的体制化

如果说在17、18世纪，从“无形学院”到法国科学院的建立标志着科学活动的初步体制化，那么到19世纪，科学则开始发展成为一种专门的职业，而科学家作为一种社会角色逐渐地确立了它在社会中举足轻重的地位。

首先是德国的一批科学实验室，它的建立是科学活动职业化的开始，然后是美国的大学实验室和工业实验室的出现在科学活动的体制化的过程中起到关键性的作用。19世纪40年代，美国人自称为“教育觉醒年代”，政府不断改革旧的教育传统，借鉴欧洲特别是德国的成功经验，结合本国国情，建立了具有美国特点的教育制度，为美国培养了大批集科学家、工程师和企业家于一身的现代科技人才。爱迪生成立了美国第一个工业研究实验室——美国通用电器公司的前身。贝尔成立了贝尔电话公司，网罗了一批优秀科技人才专业从事发明与生产。1884年，贝尔建立了以专职科学家为主的基础性工业研究班子——贝尔实验室的前身，不仅对美国电气技术开发和电气工业及工业电气化起了重要作用，而且产生了多名诺贝尔奖获得者。

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【思考题】

1.请简述电力技术的发明和应用。

2.结合自身的知识，谈一下电力革命对我们有哪些启示？