通讯与钢铁革命（—

（1）电力的生产与应用

与早期工业革命时期的纺织业和铁路革命不同，这一时期的电气产业的发展来自于科学技术的进步。19世纪早期，电学领域起初有着惊人的研究发现，但是随后的进展却远不如人意。直到1831年英国科学家法拉第发现了电磁感应的现象，并根据这一发现设计出了第一个电磁感应发电机的原型。这一发现和设计有着里程碑式的影响。随后，科学家开始在这一基础上开发更具有实用价值的发电机和电动机，但是这一商业化的进程非常缓慢。经过数十年的持续努力，德国科学家西门子利用电磁感应原理及相关的研究成果，成功设计开发出了世界上第一台自激式发电机。在随后的几年里，德国的电气工程师阿尔特涅克通过持续改造现有的直流发电机，简化了发电机制造的流程和工艺，从而让发电机的成本达到实用化的要求。这也意味着直流电磁发电机的结构和部件基本定型。而在1873年电动机研制过程中的一次意外，让研究者意识到发电机不仅可以发电，还可以通过某种方式逆变为电动机使用。这一发现深刻地影响了日后电动机的设计。随着发电和供电技术的不断成熟，新型电机的设计和制造不断完善，体积更小的电动机开始被那些注重动力源小型化技术的企业采用。到19世纪后期，已经出现了使用电动机作为动力源的电锯、车床、压缩机等产品，相应的制造产业也逐步出现。

尽管直流电机开始在某些产业得到广泛应用，但是直流电难以进行远距离传输，这一缺点限制了直流电机的应用范围。早期的直流电机使用者必须距离直流电厂和电站很近，否则就难以获得稳定的电力。为了解决这一问题，部分研究者开始研究如何将直流电远距离传输。1882年法国电工学家和物理学家德普勒在慕尼黑国际博览会上展示了一次实验，这一实验虽然成功地进行了直流电的远距离传输，但是80%左右的电力损耗远远不能满足用户的需求。直流电过低的传输效率也迫使科学家们试图研究一种新的电力传输方式。其中，三相交流理论的形成与技术发明是利用交流电解决远距离输电问题的核心。在这一理论的支撑下，俄罗斯工程师多勃罗沃尔斯基在1891年成功地进行了远距离三相交流输电实验。这次远距离的电力损耗只有之前的四分之一，远远地低于1882年的直流电实验。这意味着交流电在传输效率上远远地将直流输电抛之身后。三相交流电在远距离传输上的巨大优势导致了许多国家开始构建基于交流发电机的输配电系统，即通过使用水力和煤炭作为动力源，利用汽轮机、水轮机等设备产生交流电，通过变压器等设备构建变压输电网络。自此之后，大规模的生产和传输电力变得越来越普遍。

在另一方面，关于如何应用电力的探索也在如火如荼的进行当中。其中，利用电力来照明是其中最早，也是应用最广泛的领域。经过几千次的实验失败，美国发明家爱迪生终于在1880年发明了具有实用价值的碳化竹丝灯泡，灯泡开始被大规模投入生产。然而白炽灯泡的改进仍在继续，许多发明家都在这一领域做出了突出的贡献[1]。在白炽灯的导引下，许多新的电光源相继出现在人们的生活中。此外，照明仅仅是对电力的初级使用。随着远距离电力网的建立，以及发电机和电动机技术的持续进步，电力这一新动力源的使用范围越来越广，更多更好的工业和家用电力设备层出不穷。使用电力作为新动力的工业部门不断产生，最早出现的新工业部门主要是与电力生产和传输的部门，如电机、变压机制造，绝缘材料和电线线路等电力设备和材料的工业企业；其次是利用电力作为动力源的新生产部门，如照明、电梯、电冰箱等产业。同时，这些产业的发展，也进一步刺激科学家和企业不断地对发电技术和输电技术进行创新。从19世纪末开始，作为一种优良而价廉的新能源，电力开始在工业领域逐渐取代传统的蒸汽能源，并很快渗透到人类社会生产、生活的各个领域。

（2）通讯手段的革命

在人工电力的发明和使用之前，远距离信息传递的方式一直未有太大的改变，传递的速度和效率依赖于使用何种交通方式，如中国古代长城使用的烽火，世界各国都曾用过的信鸽、马匹，以及铁路出现后信件的轨道运输等等。人们对快速远距离的信息传输一直有着迫切需求，但是从未获得满足。随着电报机的发明，这一梦想开始得以实现。

美国的莫尔斯研发成功了世界上第一台具备实用价值的电报机。在1838年，他在纽约的一次公开实验中，通过电报将信息传递到16公里之外。通过对电报机的连续性创新和改进，他在1844年发出了那封“这是上帝创造的”电文，将电报的即时信息传递价值展现在大众面前。莫尔斯为了配合电报机特点所发明的莫尔斯电码（Morse Code）由于简单易于操作，很快就和他的电报机一起被各国普遍采纳，成为了电报业的实际标准，推动了电报产业的快速发展。

图1-7　莫斯电码

即时电报具有巨大的军事和商业价值。因此，政府和商界都鼓励对电报的持续创新。在随后的几十年中，如何提升电报传输的效率和增大线路通讯量成为了当时的研发热点，并取得了巨大的成就，使得短程电报成为人们生活中必不可少的通讯手段。随着蒸汽机轮船等远洋交通工具的迅速发展，国际贸易变得越发频繁，快速获知跨地区、跨大洋的远距离信息成为降低贸易风险、提升资本回报的实际需求。因此，铺设海底电缆成为了一股浪潮，全球电报通信网络的架构初步显现。总之，电报业的发展推动了不同国家和地区之间信息的交流，促进了地区间的商业和贸易发展。

电报机的发明为人类提供了一种划时代的信息传递手段，使得文字的远距离传输成为了现实。但是在使用电报机时，信息要经过编码和翻译，个人使用起来非常不便。因此，一些科学家试图利用电将声音进行远距离传输。美国发明家贝尔是其中的佼佼者，他在1876年2月14日成功申请了电话的发明专利。并且，贝尔不仅仅是一个发明家，还是一个杰出的企业家。他通过不断地在美国各地发表演说和进行各种公开演示，让更多的人认识和体验到了电话的魅力，从而加速了电话市场的形成。随着电话应用人群的增加，电话机以及配套设备（电话线路和交换设备等）也不断地进行持续改进、创新和完善，如自动电话交换机的发明与改进。电话作为新的实时通讯工具也逐渐成为大众通讯手段。到1910年，电话用户已经达到了1000万户左右，而贝尔公司也成为了当时世界最著名的公司之一。

电报与电话的发明及应用给人们的生活和商业发展带来了极大的便利，但是这两种通讯方式都依赖于铺设的线路，无论从建设成本还是便利性的角度来说都还有待改善，所以科学家和企业家都不断试图突破这种物理线路的限制。物理学家对电磁波的预言以及对其存在的证实，为无线电通讯的发明奠定了理论基础。通过对电磁波特性的深入研究，众多科学家开始研发能够脱离线缆传输的新通讯方式。而在无线电接收发送装置的设计和改进过程中，检波器成为当时的难点。意大利的马可尼在1895年成功地攻克了这一难关，在技术上取得突破。经过数年时间的不断改进，他第一次成功发送和接收了跨越大西洋的无线电报。通过对现有装置和系统的改进，无线电通讯的接收和发送质量都有了极大提升。自此，无线电报进入实用阶段，而这也引发了无线电技术在其他领域的发展，如随后出现的无线广播等新技术和新产业。

（3）钢铁革命

从18世纪开始，为了获取更好的材料，人们通过种种方式设法将铁变成钢。“泡钢法”、“铸钢法”和“搅钢法”成为工业革命早期最重要的三种炼钢方法。然而这些方法的产钢效率极低，钢产量有限，成本较高，只能部分满足工业上的钢材需求。因此，钢材作为工业生产中最重要的原材料，不少科学家和工程师力图寻求更有效率的低成本炼钢方法。经过多年的探索，到了19世纪下半叶，新的炼钢技术不断被发明，如塞麦炼钢法、托马斯炼钢法、西门子—马丁炼钢法。这也使得转炉炼钢和平炉炼钢技术得到快速发展。1900年，全球的铁产量达到了4 100万吨，在30年间增长了接近3倍。而钢产量在这一时期取得了惊人的增长，1900年的全球钢产量从1870年的51万吨，增长到2 850万吨。在短短的30年间，钢产量增加了55倍。在这一时期，钢铁产量的领导者也发生了重要变化，长期占据钢产量首位的英国，在1890年被钢铁工业增速惊人的美国超过。

随着钢铁产量的急速增长，钢铁开始成为这一时期最为重要的基础材料，不仅在工业上作为原料大量使用，还成为了建筑产业的基本材料，一些桥梁和大型建筑开始使用钢铁制造。作为一种新型建筑材料，钢铁对基于土、木、砖、石等建筑材料的传统建筑业造成了巨大的挑战，新的结构力学、设计理念开始逐渐席卷全球。例如，当水泥和钢铁奇妙地结合在一起后，钢筋混凝土结构开始逐渐成为建筑建造的主流技术。正是这种建筑技术的出现，让发达国家的大都市开始出现体现该时代技术巅峰的摩天大楼等高层建筑。

此外，铁路建设、机械制造等重工业也消耗了大量的钢铁。作为重要的军用物资，机枪、大炮、坦克、钢铁舰艇等新的武器装备都依赖于钢铁这一重要原材料。除了传统的钢铁之外，适用于特殊应用场景的特种钢也开始出现，这些特种钢也成为了最能发挥其特性的工业领域的最重要的材料之一。例如，可以制作高端刀具的高碳钨锰钢，有广泛工业用途的无缝钢管，可用于高速切削的钨、铬合金钢、硅钢、镍铬合金不锈钢等。这些钢材各有特点，能够用于不同的生产和生活领域，在各自的适用范围内发挥着无与伦比的作用。

注释

[1]1910年美国通用电气公司 (1873—1975年）采用耐热金属钨丝制造灯丝，代替了爱迪生的碳丝，效果更好。1913年兰米尔(1881—1957年）又首创在灯泡内充入惰性气体的氮气以避免灯丝在真空中蒸发烧断，从而大大延长了白炽灯的寿命。1920年又采用氩气和氪气使灯丝能达到更高的温度，灯的亮度也更强，而灯丝的寿命并未缩短。