电气时代——以电、内燃机提供动力的时代
细数电气时代。
蒸汽机的使用为社会带来了巨大的生产力，但是其也暴露出很多缺点: 一是体积偏大，只能用于工业用途，在人们生活中很少使用；二是其能源利用效率低下，高能耗，低产出；三是工作过程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。渐渐地内燃机替代了以前蒸汽机所做的很多工作，随着电的发现，又有一部分工作被电替代，这标志着电气时代的到来。
19世纪80年代中期，德国发明家卡尔·本茨提出了轻内燃发动机的设计，这种发动机以汽油为燃料。内燃机的发明解决了交通工具的发动机问题，引起了交通运输领域的革命性变革。19世纪末期，新型的交通工具──汽车出现了。19世纪80年代，德国人卡尔·本茨成功地制成了第一辆用汽油内燃机驱动的汽车。1896年，美国人亨利·福特制造出他的第一辆四轮汽车。与此同时，许多国家都开始建立汽车工业。随后，以内燃机为动力的内燃机车、远洋轮船、飞机等也不断涌现出来。1903年12月17日，美国的莱特兄弟制造的飞机试飞成功，实现了人类翱翔天空的梦想，预告了交通运输新纪元的到来。内燃机的发明还推动了石油开采业的发展和石油化学工业的产生。石油也像电力一样成为一种极为重要的新能源。1870年，全世界开采的石油只有80万吨，到1900年猛增至2000万吨。
电的发现就曲折得多，1600 年，英国吉尔伯特(William Gilbert，1603—1640)发明了验电器，这为后来人们对电的研究提供了试验基础，并以古希腊语定义了electron(电子)一词。自吉尔伯特到富兰克林，人们基本都是研究静电。富兰克林等人研究闪电，研究发现不是持续的电流。而后1780 年，意大利的加凡尼(Galvani，1737—1798)发现两种不同金属相碰会产生放电，并称之为“动物电”，其实是放电回路。加凡尼的发现源自一次极为普通的闪电现象。闪电使加凡尼解剖室内桌子上与钳子和镊子环连接触的一只青蛙腿发生痉挛现象。严谨的科学态度使他没有放弃对这个“偶然”的奇怪现象的研究。他花费了整整12年的时间，研究像青蛙腿这种肌肉运动中的电气作用。最后他发现，如果使神经和肌肉同两种不同的金属(例如铜丝和铁丝)接触，青蛙腿就会发生痉挛。这种现象是在一种电流回路中产生的现象。但是，加凡尼对这种电流现象的产生原因仍然未能给出回答，他认为蛙腿的痉挛现象是“动物电”的表现，由金属丝构成的回路只是一个放电回路。这样加凡尼发现了持续的电流。1799年，意大利伏特(Volta，1745—1827)发明电堆及电池。1800年春季，有关电流起因的争论有了进一步的突破。伏特发明了著名的“伏特电池”。这种电池是由一系列圆形锌片和银片相互交迭而成的装置，在每一对银片和锌片之间，用一种在盐水或其他导电溶液中浸过的纸板隔开。银片和锌片是两种不同的金属，盐水或其他导电溶液作为电解液，它们构成了电流回路。这是一种比较原始的电池，是由很多银锌电池连接而成的电池组。伏特在英国皇家协会发表了关于伏特电池的论文。伏特后来又继续改进，制出了更加易用的电堆。稳定直流电流的出现宣告了人类的电气时代的到来。
虽然人类这时已经发现了可以利用的直流电，但是这种以金属为原材料的发电方式注定不能大规模使用。这时另外一种产生电流的方式被发现，这就是电磁感应。1821年，英国人法拉第发现了电磁感应现象。他在实验时，无意间发现带电的导线在接通电流的一瞬间，靠近导线的带磁性指针会发生偏转。电磁感应(electromagnetic induction)现象是指放在变化磁通量中的导体会产生电动势，此电动势称为感应电动势或感生电动势。若将此导体闭合成一个回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流。1831年，法拉第根据电磁感应原理制出了世界上第一台发电机。1866 年德国人西门子(Siemens)制成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(AC)，制造出世界上第一台交流发电机，并创立了多相电力传输技术。发电机和交流电的发明，使能源的持续大规模产生和长途运输成为可能，奠定了现代能源的基础。
内燃机的发明和电的发现推动了第二次科学技术革命，带领人们进入了电气时代，它们的发明不但极大地改变了人们的生活，人们可以有自己的私家汽车，电灯取代了原有的照明工具，人们可以同大洋彼岸的人进行对话等等，而且为后面的信息技术革命奠定了基础。但是内燃机和火力发电机是以煤为原材料，煤是一种不可再生的资源，而且煤燃烧后的烟雾中会产生大量的污染气体。科学技术的发展总是不断地发现和发明新事物，使旧事物退出历史舞台，因此当科技发展到一定阶段，这种以不可再生资源为原材料提供动力的方式成为旧事物，而以核电为代表的新能源成为新事物。
摘自《科技史与方法论》清华出版社授权登载
