自然科学史 09 电磁学与动力技术的新发展.ppt

第八章电磁学与动力技术的新发展,一、法拉第和他的实验研究,MichaelFaraday,1791-1867,对电磁学的发展贡献最大的是英国科学家法拉第。法拉第出身贫微而贡献卓著。他的科学思想、高尚品德、成功经验和研究成果早已超越国界，成为全人类的共同财富。法拉第的一生是奋斗的一生，是后人学习的楷模。,出身贫寒,1791年9月22日法拉第出生于英国伦敦近效一个贫困铁匠家里。5岁时随父母到伦敦，13岁时在一家订书店当学徒工，起初送报，后学装订。他勤奋好学，利用工余时间博览群书。在装订大英百科全书时，读到电的条目，从此对电发生了兴趣。科普读物化学漫谈对他也有很深的影响。他经常用简陋的器材自己做实验，验证书上的内容。1810年积极参加伦敦市哲学学会活动，每星期三晚聚会听学术报告并开展讨论，受到了科学的熏陶。电学家塔坦(JohnTatum)关于伽伐尼电的讲演引起了他极大的兴趣。由于塔坦的介绍，法拉第第一次知道了伏打电堆。,一个真实的故事,有一天，皇家研究所的丹斯(Dance)偶然来到书店，听说法拉第非常好学，建议他去听著名化学家戴维(HumphreyDavy)的演讲，并送给他一张讲座门票。戴维演讲的题目是化学哲学原理，共分四讲，法拉第认真地做了笔记，整理成稿，他渴望能有机会进入科学部门工作，就大胆地写了一封自荐信给戴维，同时附上经他精心整理并配有插图的听讲笔记。那时戴维是皇家研究所主任，很欣赏这个青年的热情好学。,成为戴维的实验助手,1813年，经戴维介绍，法拉第进行皇家研究所实验室当助理实验员，在戴维手下干些杂事。1813年戴维应邀去欧洲大陆访问，带法拉第随行。在欧洲大陆一年半，法拉第见到了许多著名科学家，参观了他们的实验室并了解他们的实验方法，使他大开眼界。他如饥似渴地吸取各种新知识。1815年4月回到伦敦后，在戴维的指导下，法拉第专心致专地工作，特别是在化学研究方面，取得了一系列的成果。很快就能独立地做研究工作。1824年当选皇家学会会员，1825年当选皇家研究所实验室主任。,以实验为最大乐事,法拉第以实验为最大乐事，做起实验来废寝忘食，他认为这是直接与自然对话。他的勤奋可以从他的实验室日记窥视一二，从1820年到1862年的40年间，从不间断，不少条目是节假日写的。其最后一条的编号是NO16041(实际条目比这个数还要多，因为有些地方编号重复)。1932年经后人整理，出版了法拉第日记，分七大卷，共3236页。这部巨著成了重要的科学遗产。,法拉第在伦敦皇家学会的实验室，图的右边可以看见他用来进行电学实验的仪器。,顽强追求真理,法拉第顽强追求真理，终生沉浸于与自然直接对话的实验研究中。法拉第做实验百折不挠，他在做化学实验时，曾多次试管爆炸，伤了眼睛，他绷上纱布，继续进行。,热心科普工作,法拉第在作圣诞科学演讲，前排正中是维多利亚女王的丈夫和他的两个儿子为孩子们在圣诞节做科学演讲成为深受大众欢迎的活动，直到现在还在进行。,法拉第热心科普工作。在任皇家研究所实验室主任后不久，发起举办星期五讨论会，每逢周五晚在皇家研究所召开讲演会，他在这一讨论会上先后做过100多次讲演。他还在皇家研究所的圣诞节少年科学讲座上讲演，共讲过19讲，他的科普名著蜡烛的故事就是这些讲演的汇集。,法拉第的科普讲演深受听众的欢迎，他注重从实际出发，讲解和演示并重，内容深入浅出，同时富有引人思考的哲理。,为人质朴,法拉第为人质朴，不愿在交际上浪费时间，也不屑为名利而奔波。他乐于助人，富有同情心，特别是对穷苦人家的孩子。为了专心从事科学研究，他放弃报酬优厚的玻璃制备工作，宁可终生过穷困的生活。法拉第以高昂的气节对待贵族的恩赐，1835年英国首相皮尔决定授予法拉第第一笔年金，但新任首相却在谈话中流露出轻蔑之意，使法拉第受到侮辱，乃忿而拒绝接受年金。1857年，英国皇家学会推选法拉第担任会长，法拉第不愿作上层工作，坚决辞去。英国政府提议册封法拉第为爵士，这在英国是一种特殊的荣誉，但法拉第宁愿永远作“普通的法拉第”。法拉第以坚忍不拔的探索精神，纯朴无私的人格，和对人民真挚的感情，获得了世代人们的尊敬。,划时代的发现！,法拉第一生最重要的贡献是提出了场的概念。法拉第是从大量实验所得到的感性认识，逐渐形成场的概念的。1831年法拉第发现磁铁同导线相对运动时，导线中有电流产生，这就是电磁感应。法拉第发现的电磁感应定律，是发电机的理论基础，为人类开辟了一种新的能源，打开了电力时代的大门。为了解释电磁感应现象，他提出了“力线”和“场”的概念，认为空间是布满磁力线的“场”。,法拉第与电磁感应,法拉第描绘磁力线的方法很巧妙，他把铁屑撒在玻璃板上，在磁力作用下，铁屑形成一定的分布，再拿一张带胶水的纸贴在玻璃板上，把铁屑都粘住了，于是这张胶纸就表现了各式各样的磁力线分布图。法拉第从这些实验中获得了生动的磁力线分布的图象概念。这是牛顿以后物理基本概念最重要的发展，但在当时，他的维多利亚时代的同辈人并不真正地理解它。他们把它看作是离经叛道的妄想。,英镑上的法拉第在做电磁演示,走在时代的前面,实际上，法拉第对场论的这些思考使他几乎超前于他的时代100年。相比之下，他关于电子场和磁场是由它们的源头扩散出来的观点，几乎马上就被人们接受了。,在1840年代，法拉第仍在发展他的思想。与考虑磁是磁场的来源，电荷是电子场的来源，和巨大的物体像太阳(或苹果、地球)是引力场的来源相反，他提出场本身才是真正重要的。他推断说，宇宙中充满了各种各样的场。像磁、电荷和成块的物质这样的东西，只是适当的场以某种方式在一起纠结的地方。,法拉第对场的本质虽有深刻的洞察，但对数学一点也不擅长，他一直未能将对光本质的模糊设想转化成一种综合的理论。这一工作由英国物理学家麦克斯韦完成。,二、麦克斯韦的综合,JamesClerkMaxwell,1831-1879),麦克斯韦10岁进爱丁堡书院，15岁发表几何学的探究论文。1850年进入剑桥大学，1856年发表论法拉第力线，1860年到伦敦的皇家学院任教。1861年发表论物理力线，1865年成为卡文迪什实验室的头，同年发表电磁场的动力学基础。,1858年，麦克斯韦接受了法拉第关于场、力线的大胆思想。他利用19世纪20年代和30年代数学家在理论力学方面的研究成果，把法拉第的思想用数学语言表述出来。1864年，他发表了一篇在电磁理论上有划时代意义的论文，用一组偏微分方程(即“麦克斯韦方程”)把全部电磁现象概括为一个完整而可应用的电磁学的数学理论。,20个变量的20个方程，用现代的符号表示：,JamesClerkMaxwell,1831-1879),麦克斯韦方程预言电磁波的存在，预言电磁波传播的速度就是光传播的速度，而光不过是波长在一定范围内的特殊的电磁波。这样，光学、电学和磁学就融合成一体。,麦克斯韦方程把电、磁、光统一了起来，这一伟大成就几乎把麦克斯韦和牛顿置于同等的地位。牛顿定律描述了在19世纪中期除电磁学之外的物理学世界中每样东西的运行；而麦克斯韦方程解释了当时电磁学所要解释的每样东西。牛顿和麦克斯韦一起，解释了物理科学中的每样东西。,(1).1857年,麦克斯韦曾提出土星光环的颗粒构成理论.他认为:这个光环从地球上看上去很像一个圆盘,但如果它果真是一个固体或流体的结构,那么引力和离心力等作用必定会使它分崩离析,除非它是一条带状的小天体群,否则不会保持稳定.,麦克斯韦其它方面的科学成就,(2).麦克斯韦在分子运动论领域做出过重要贡献.他曾提出一个假想的实验以表明热量可以由低温向高温逆流,但环境要付出更大代价.,“自从牛顿奠定理论物理学的基础以来，物理学的公理基础的最伟大的变革，是由法拉第和麦克斯韦在电磁现象方面的工作所引起的”。“这样一次伟大的变革是同法拉第、麦克斯韦和赫兹的名字永远联在一起的。这次革命的最大部分出自麦克斯韦。”,爱因斯坦的评价,1.赫兹简介:德国物理学家(18571894)。生于汉堡。父亲为律师，后任参议员；家庭富有。赫兹在少年时期就表现出对实验的兴趣，12岁时便有了木工工具和工作台，以后又有了车床，常常用以制作简单的实验仪器。1876年进入德累斯顿工学院学习工程,由于对自然科学的爱好,转入慕尼黑大学学习数学和物理，第二年又转入柏林大学，在亥姆霍兹指导下学习并进行研究工作。1880年他以纯理论性工作的旋转导体电磁感应论文获得博士学位，成为亥姆霍兹的助手。1883年到基尔大学任教。18851889年任卡尔斯鲁厄大学物理学教授，,三.电磁波的实验发现,1886年开始进行使他闻名世界的关于电磁波的实验工作。18891894年任波恩大学物理学教授接替R.克劳修斯的席位。1894年1月1日因血中毒而实施外科手术,手术失败不幸在波恩逝世，当时年仅36岁。为了纪念他发现电磁波的卓越贡献，将频率的单位命名为赫兹，现行国际单位制(SI)仍沿用。赫兹在物理学上的贡献主要是发现电磁波。,2.电磁波的发现:,第一阶段:从1878年开始,赫兹就至力于电磁波的实验研究.1886年,他在做放电实验时发现近处的线圈也发出火点,他敏锐地意识到这可能是电磁波在起作用.,第二阶段:赫兹设计了一个振荡电路用来在两个金属球之间周期性地发出电火花,按照麦克斯韦理论,在电火花出现时应该有电磁波发出.然后赫兹又设计了一个有缺口的金属环状线圈,用来检测电磁波.结果,当振荡电路发出火花时,金属缺口处果然也有较小的火花出现.这也就证明了电磁波的确存在.,第三阶段:赫兹进一步在不同的距离观测检测线圈,从而根据电火花的强度变化大致算出了电磁波的波长.,最后,赫兹在1888年1月发表的相关论文当中证明了电磁波具有与光完全类似的特性,还证明了电磁波的传播速度与光速有相同的数量级.赫兹的实验发现不仅证明了麦克斯韦理论的正确,也为人类利用无线电波开辟了道路.,赫兹实验示意图,3.电磁波的应用:发现电磁波产生的巨大影响，连赫兹本人也没料到。在他发现电磁波的第二年，有人问他，电磁波是否可以用作无线电通讯，赫兹不敢肯定。但是,赫兹研究电磁波无意中丢下的种子，却很快在异地开花结果了。在发现电磁波不到6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现了无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无线电报（1894年）、无线电广播（1906年）、无线电导航（1911年）、无线电话（1916年）、短波通讯（1921年）、无线电传真,（1923年）、电视（1929年）、微波通讯（1933年）、雷达（1935年），以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。,1、背景：第一次技术革命使矿物能源煤大规模的开发和利用，蒸汽机虽然可以提供极大的马力，但它有许多缺点第一笨重的机械传导至使机器效率很低第二燃料的运输费用高第三不能适应流水作业的要求，,四.第二次技术革命,以电能的开发和广泛应用为主要标志的电力革命,电磁学的发展为电能的开发和应用奠定了理论基础，电能可以使能源的利用率更高，因为电能可以集约化生产，也更洁净、更方便。从19世纪70年代开始，电能在人类社会生产和生活的各个方面得到了广泛的应用，这就引发了以电能的开发和广泛应用为主要标志的第二次技术革命。,寻找一个即集中又灵活又经济的能源分配方法，对时代提出了要求，一场电机代替蒸汽机的技术革命应达而生。,与第一次技术革命不同，是在理论的指导下进行的，即理论在先，技术在后。最先制造出电动机、发电机雏型的即是那些发明这些理论的科学家，这很好的体现了科学与技术的统一性。,2、新能源统治地位确立发电机1831年，法国巴黎的皮克西根据法拉弟的发现制出了世界上第一台手摇发电机及它的改进型(固定磁场式)并进行了展览。,1834年英国伦敦仪器制造商克拉克制成了第一台商用发电机。1863年著名电机制造家外尔德制成了具有磁电激磁机的发电机，并用于电镀工业。,三相交流电动机；1889年，俄国工程师多布罗沃尔斯基设计了三相交流电动机和三相变压器。1891年在电能的实际应用中首次使用三相制、标志着电工发展新阶段的开始。,1866年德国的西门子(1816-1892)用电磁铁取代永久磁铁用自激的原理制成了自激式直流发电机，这种发电机靠磁铁中的剩磁启动，可以把机械能高效率的转化为强大的电流。,这种方便的把电与磁的相互转换的技术发明具有划时代的伟大意义。到19世纪70年代用直流电机供电已开始占统治地位，西门子的发电机在技术史上相当于瓦特的蒸汽机西门子也因此被称为“近代德国科学之父”。,19世纪30年代以后发电厂相应的发展起来。19世纪70年代以后，电能做为新能源占据了世界能源市场的统治地位。1901年美国密西西比河统域建成了50千伏的高压输电线路，远距离输电成为现实，电力终于成为比蒸汽动力更方便更强大的动力，它的广泛应用对工业发展起了决定性的作用。,3、信息传播技术的初步发展电能的应用，使人类远距离传输信息的梦想成为可能，人类开始探求新的通讯方式，电报、电话、无线通讯、电视等相继发展起来。信息的获取和传播是人类社会最基本的需求之一。人类最基本的信息传播手段就是语言，通迅就是使信息得到传输，随着人类社会的发展，迫切需要建立远距离传输信息的手段。通讯技术的产生和发展，真正的推动力是人类的社会需求，是市场的需要，信息意味着财富，信息有利于资产阶级统治的强化，信息是战争中克敌制胜的有利武器，这一切都极大的刺激了信息技术的创立和发展。,电报的发展和应用；电报的概念最初是安培提出的，他于1821年建议用电磁装置来传递信号，最初实现用导线传递信号的是高斯和韦伯。1833年，他们就已在天文台和物理馆之间9000英尺的距离内架设了原始的电报线。,1844年他在政府资助下，在华盛顿和巴尔摩之间建立了40公里的电报线，第一句电文是从美国最高法院大庭上发出的由莫而斯拟好的“上帝创造奇迹”,1832年美国画家莫尔斯放弃了绘画而醉心于实现电报通信的梦想，三年后他制成了电报机。后来他根据电流在通、断时出现火花和不出现火花的现象，做为两种信号发明了用点、线组成的“莫而尔斯电码”,1858年由于大西洋海底电缆接通英、美两国首次用电缆通信。1902年电缆己穿过太平洋把加拿大和澳大利亚连接起来，至此一个全球各大陆的电报通讯网络建立起来。,电话的发明和应用；1867年美国人贝尔(1847-1922)在实验室中实验了用电传递声波，这标志着人类创造了比电报更方便、更直接的信息传播技术。,10年后贝尔创办了电话公司，并在3年内安装了5万多部电话。爱迪生和休斯发明了新的话筒和自动拨号技术，电话得到进一步改进。,无线电技术的发明；赫兹发现了电磁波，人们开始研究利用这种电磁现象来传递信息的方法。1895年意大利人马可尼(1847-1937)和俄国人波波夫分别实现了无线电的发送和接收。,1901年马可尼首次完成了横跨大西洋的无线电通讯设在2000英里以外的收报机成功，收到了大洋彼岸发来的“S”字母。,电视机的发明和应用；电视的发明和发展经历了一个漫长的过程。1907年，俄国发明家罗辛提出使用尼普科园盘对景物进行扫描，用阴机射线管进行接收的远距离电视图像设想。,电视机的发明和发展对人类文明的影响是巨大的。它缩小了人与人之间的距离，使世界变的更小了，它不仅可以用来娱乐，还可以用来学习，监视，利用卫星传遍世界的每个角落，即可民用，也可军用，落后国家用它来发展教育，民主国家利用它来煽动选情。造势选举，总之它极大的改变了人们的生活方式，思维方式，国际政治，以至于影响到人类文明的发展走向。,1929年英国发明家贝尔德(1888-1946)研制成实用的电视系统，同年英国开始公共电视广播。1930年电视机进入市场。1941年开始正规的电视广播。1964年开始普及彩色电视。上世纪70年代全世界已有电视4千万台，彩色电视机有三种制式(标准)，NTSC制，SECAM制和PAL制，我国采用的是PAL制，,阳光照相法的发明和普及。1837年，法国人达盖尔(1787-1851)成功的发明了一种照相法。照相机的发明对人类文明的进步意义巨大，它使图像的传播成为现实，为后来电影、电视等传插媒介的发展奠定了基础，只不过后者使图像动了起来，达盖尔发明的照相技术广泛应用于科学研究，工业生产及军事领域，也极大的丰富了人类的精神生活。,4、内燃机的发明和改进1869年法国发明家里诺(1821-1900)制成了第一台实用的内燃机，二冲程、无压缩、电点火煤气机，从此内燃机开始第一次批量生产,电能的利用和普及，使人类进入电器时代，蒸汽机渐渐退出工业领域，但电动机也有一个严重的制约因素就是必须有电缆供电或者由电池作为电源供电才能使它运转，在有些条件下使用电缆供电是不可能的。如汽车、火车等移动的运输工具，再如偏远地区也不可能有电缆供电，而电池做为供电电源其容量问题一直未能解决，几百年来，人们一直费尽心机的想解决这个问题，可目前为止不见大的进展，如能发明一个高容量的储能电池则对人类是极大的贡献，但遗憾的是直到现在科学家一直没能解决这个问题，因此，人类对利用方便的、可移动的矿物燃料为能源的动力机械产生了迫切的要求。,1862年法国工程师德罗沙，提出等容燃烧的四冲程缩环原理。1876年德国工程师奥托制成了第一台四冲程的往复式活塞内燃机，这是第一台煤汽机，热效率高达12%-14%。,1892年，德国工程师狄塞尔发明了柴油机，这是一种结构简单，燃料便宜的内燃机，被广泛的应用于汽车和船舶。1939年德国霍兹华尔斯研制成功2000千瓦的燃气轮机。热效率达20%，使燃汽轮机进入实用阶段。,1957年德国的沃克尔经过30年的艰苦研制，制造了一种三角旋转活塞式发动机，极大的提高了内燃机的效率1960年装在汽车上进行道路实验引起轰动，旋转活塞式发动机成为效率最高的发动机,20世纪80年代以后，由于污染日益加重、矿物能源日见减少，人们开探索新型动力机如氢气发动机，磁流体发动机，原子能发动机，太阳能发动机，燃料电池发动机，这些发动机需要满足减少污染和可持续发展的社会要求,五、爱迪生：电气时代的到来！,1879年10月碳化棉线灯丝实验成功，1882年9月4日电灯照明实验成功！,“天才是99%的汗水加1%的灵感！”,“我没有失败，我只是找到了第10001种不能奏效的方法！”,（一）、爱迪生生平,托马斯阿尔瓦爱迪生（18471931）是举世闻名的美国电学家，科学家和发明家，被誉为“世界发明大王”。他除了在留声机、电灯、电话、电报、电影等方面的发明和贡献以外，在矿业、建筑业、化工,等领域也有不少著名的创造和真知灼见。爱迪生一生共有约两千项创造发明，为人类的文明和进步作出了巨大的贡献。他是世界上第一个发明家利用大量生产原则和其工业研究实验室来生产发明物的人。在美国，爱迪生名下拥有1093项专利，而他在美国、英国、法国和德国等地的专利数累计超过1500项。1892年创立通用电气公司。,爱迪生在1847年2月11日一个风雪中的凌晨三点钟在美国俄亥俄州的米兰诞生了，大家都叫他阿尔。他是家中的第七个儿子，家族为荷兰移民。他的父亲曾在加拿大开创了一所餐厅，后来因为加入革命军而被通缉，于是逃到了美国米兰,镇，转营木材生意；母亲曾经在加拿大当过小学教师，但结婚后就没有再执教鞭，当了全职的家庭主妇。由于患病，爱迪生较晚才开始接受学校教育。,1早年生活,小时候的爱迪生很爱发问，常常问一些奇怪的问题让人觉得很烦，家人也好，路上的行人也好，都是他发问题的对象，如果他对于大人的答复感到不满时就会亲自去实验，例如有一次阿尔看到了一只母鸡,在孵蛋，他就问妈妈为什么母鸡总是成天坐在那里呢？妈妈就告诉他母鸡在孵蛋，阿尔便想如果母鸡可以那我也一定可以，过了几天爸爸妈妈发现阿尔一直蹲在木料房里，不知道在做什么，当家人发现阿尔在孵蛋的时候每个人都捧腹大笑了起来。,1早年生活,八岁的时候阿尔去上小学了，可是他只上三个月的课就退学了，阿尔在上课的时候，妈妈常被叫到学校去跟老师说话，这是因为阿尔常常提出一些老师认为很奇怪的问题，老师认为他是一个低能儿童，令学校老师火大，并称他作,“addled”（臭蛋）。这使爱迪生只有受过三个月的学校教育。爱迪生的母亲南西毅然地把托马斯带回家，由自己来教导爱迪生，并用自己的方法教导爱迪生知识，同时鼓励他读书和作实验。,1早年生活,于是妈妈就决定自己来教导阿尔，并决心把阿尔教成一位伟大的天才，就这样阿尔便开始了他的自学课程，阿尔被妈妈教的很好。他之后回忆道:“我的母亲是我成功的因素。她是很真诚的，我十分肯定；并且我感到我需要为某事生,存，我不能使她失望”。爱迪生喜欢做些小实验，经过妈妈允许，他在地下室里设置一个实验室，为了不让别人乱动他的实验品阿尔还想出妙计，就是在每一个实验品的瓶子上贴上毒药标签。,1早年生活,8岁时，他读了英国文艺复兴时期最重要的剧作家莎士比亚、狄更斯的著作和许多重要的历史书籍，到9岁时，他能迅速读懂难度较大的书，如帕克的自然与实验哲学。10岁时酷爱化学。,11岁那年，他实验了他的第一份电报。为了赚钱购买化学药品和设备，他开始了工作。12岁的时候，他获得列车上售报的工作，辗转于休伦港和密歇根州的底特律之间。他一边卖报，一边兼做水果、蔬菜生意，只要有空他就到图书馆看书。,2报童生涯,他买了一架旧印刷机，开始出版自己的周刊先驱报，第一期周刊就是在列车上印刷的。他用所挣得的钱在行李车上建立了一个化学实验室。不幸有一次化学药品著,火，他连同他的设备全被扔出车外。另外有一次，当爱迪生正力图登上一列货运列车时，一个列车员抓住他的两只耳朵助他上车。另一说法是这一行动导致了爱迪生成为终身聋子。,2报童生涯,1862年8月，爱迪生以大无畏的英雄气魄救出了一个在火车轨道上即将遇难的男孩。孩子的父亲对此感恩戴德，但由于无钱可以酬报，愿意教他电报技术。从此，爱迪生便和这个神秘的电的新世界发生了关,系，踏上了科学的征途。1863年，爱迪生担任大干线铁路斯特拉福特枢纽站电信报务员。从1864年至1867年，在中西部各地担任报务员，过著类似流浪的生活。足迹所至，包括斯特拉福特、艾德里安、韦恩堡、印第安那波利斯、辛辛那提、那什维尔、田纳西、孟斐斯、路易斯维尔、休伦等地。,3流浪岁月,1868年，爱迪生以报务员的身份来到了波士顿。同年，他获得了第一项发明专利权。这是一台自动记录投票数的装置。爱迪生认为这台装置会加快国会的工作，它会受到欢迎,的。然而，一位国会议员告诉他说，他们无意加快议程，有的时候慢慢地投票是出于政治上的需要。从此以后，爱迪生决定，再也不搞人们不需要的任何发明。,4报务起家,1869年6月初，他来到纽约寻找工作。当他在一家经纪人办公室等候召见时，一台电报机坏了。爱迪生是那里唯一的一个能修好电报机的人，于是他谋得了一个比他预期的更好的工作。10月他与波普一起成,立一个“波普爱迪生公司”，专门经营电气工程的科学仪器。在这里，他发明了“爱迪生普用印刷机”。他把这台印刷机献给华尔街一家大公司的经理，本想索价5000美元，但又缺乏勇气说出口来。于是他让经理给个价钱，而经理给了4万美元。,4报务起家,爱迪生用这笔钱在新泽西州纽瓦克市的沃德街建了一座工厂，专门制造各种电气机械。他通宵达旦地工作。他培养出许多能干的助手，同时，也巧遇了勤快的玛丽，他未来的第,一个新娘。在纽瓦克，他做出了诸如蜡纸、油印机等的发明，从1872至1875年，爱迪生先后发明了二重、四重电报机，还协助别人搞成了世界上第一架英文打字机。从此，他路上了科学发明的征程。,5成果卓著,爱迪生一生以罕见的热情及惊人的精力，完成了2000多项发明，其中申请专利登记的达1328项。人们颂扬他：“他虽不发明历史，却为历史锦上添花。”位举世闻名的美国电学,家和发明家，他除了在留声机、电灯、电话、电报、电影等方面的发明和贡献以外，在矿业、建筑业、化工等领域也有不少著名的创造和真知灼见。1931年10月18日清晨3时24分，爱迪生带着宽慰的微笑，闭目辞世，享年84岁。临终时他坦然地说：“我为人类的幸福，已经尽力了；没有什么可遗憾的了。”,5成果卓著,电灯是人类征服黑夜的一大发明。19世纪前，人们用油灯、蜡烛等来照明，这虽已冲破黑夜，但仍未能把人类从黑夜的限制中彻底解放出来。只有发电机的诞生，才使人类能用各色各样的电,（二）、电灯的发明,灯使世界大放光明，把黑夜变为白昼，扩大了人类活动的范围，赢得更多时间为社会创造财富。现在，人们公认真正发明电灯（白炽灯）使之大放光明的是美国发明家爱迪生。自从法拉第发明电机后，爱迪生就决心制造电灯，为人类带来光明。,爱迪生12岁时，便沉迷于科学实验之中，经过自己孜孜不倦地自学和实验，16岁那年，便发明了每小时拍发一个信号的自动电报机。后来，又接连发明了自动数票机，第一架实用打字机、二重与,二、电灯的发明,四重电报机，自动电话机和留声机等。有了这些发明成果的爱迪生并不满足，1878年9月，爱迪生决定向电力照明这个堡垒发起进攻。他翻阅了大量的有关电力照明的书籍，决心制造出价钱便宜，经久耐用，而且安全方便的电灯。,爱迪生想制造的电灯指的是白炽灯。它是电流把灯丝加热到白炽状态而用来发光的灯。白炽灯外壳用玻璃制成，把灯丝保持在真空，或,低压的惰性气体之下，作用是防止灯丝在高温之下氧化。其中只有7%8%的电能变成可见光，90%以上的电能转化成了热，白炽灯的发光效率很低，然而，它却是电灯世界的开路先锋。现代的白炽灯一般寿命为1000小时左右。电灯是根据电产生热的原理制成的。现在的灯泡一般都选用钨丝做灯丝。,爱迪生并不是第一个研究电灯的人。早在19世纪末，俄国的彼德罗夫、英国的戴维都为制作电弧灯做出过杰出贡献。到了19世纪末，电弧灯已经广泛应用于灯塔、剧场和广场的照明。电弧灯最大的缺点是耗电量惊人，每一盏灯的旁边都需要配备一台发电机。因而使其发展受到极大限制。,古希腊神话中说，普罗米修斯给人类偷来天火。而在人间，送来光明的是爱迪生。他不是神，而是一个名副其实的“发明大王”。,爱迪生小的时候家里是很穷的，当时的蜡烛和煤油都是非常之贵的物品，几乎都要靠进口。所以爱迪生就立志发明电灯来造福全世界贫穷的人们。爱迪生在1877年开始了改革弧光灯的试验，这项试验要达到满意的程度。必须找到一种能燃烧到白热的物质做灯丝，这种灯丝要经住热度在二,千度一千小时以上的燃烧。同时用法要简单，能经受日常使用的击碰，价格要低廉。这在当时是极大胆的设想，需要下极大的功夫去探索，去试验。爱迪生知到，他面临的主要问题：一是寻找合适的耐热材料；二是改进抽空设备，使灯泡有高真空度。,他从白热灯着手试验。把一小截耐热的东西装在玻璃泡里，当电流把它烧到白热化的程度时，便由热而发光。他首先想到炭，于是就把一小截炭丝装进玻璃泡里，刚一通电可马上就断裂了。,“这是什么原因呢？”爱迪生拿起断成两段的炭丝，再看看玻璃泡，过了许久，才忽然想起，“噢，也许因为这里面有空气，空气中的氧又帮助炭丝燃烧，致使它马上断掉！”于是他用自己手制的抽气机，尽可能地把玻璃泡里的空气抽掉。一通电，果然没有马上熄掉。但8分钟后，灯还是灭了。,爱迪生不断地动脑筋，其中一个技术的关键就是抽真空。因为我们现在看到的这个灯泡里面是真空的，如果不是真空的话，灯丝非常容易氧化，一氧化这个灯泡就烧不了多长时间。那么抽真,空怎么抽呢？爱迪生自制了一个抽气机，不仅如此，爱迪生通过仔细地观察发现，看上去是抽成真空了的灯泡，可是一通电，好像又有一些残余的气体。原来通电之后灯丝加热，会使得残留在灯丝上的气体释放出来。于是他就想到，在给灯丝通电加热这个时候继续抽真空，于是他使得这个灯泡的真空度大大地提高了，当然也就延长了灯泡的寿命。,真空的问题解决了，下面的关键就是灯丝了。那么应选择什么样的耐热材料好呢？爱迪生左思右想，熔点,最高，耐热性较强要算白金啦！于是，爱迪生和他的助手们，用白金试了好几次，可这种熔点较高的白金，虽然使电灯发光时间延长了好多，但不时要自动熄掉再自动发光，仍然很不理想。,爱迪生并不气馁，继续着自己的试验工作。他先后试用了钡、钛、锢等各种稀有金属，效果都不很理想。过了一段时间，爱迪生对前边的实验工作做了一个总结，把,自己所能想到的各种耐热材料全部写下来，总共有1600种之多。接下来，他与助手们将这1600种耐热材料分门别类地开始试验，可试来试去，还是采用白金最为合适。,由于改进了抽气方法，使玻璃泡内的真空程度更高，灯的寿命已延长到2个小时。但这种由白金为材料做成的灯，价格太昂贵了，谁愿意化这么多钱去买只能用2个小时的电灯呢？,实验工作陷入了低谷，爱迪生非常苦恼，一个寒冷的冬天，爱迪生在炉火旁闲坐，看着炽烈的炭火，爱迪生感到心烦意乱，浑身燥热。,这时，他看到一位老先生穿着的棉线外套，他突然想到：“棉线”。他把一截棉丝撒满炭粉，弯成马蹄形，装到坩锅中加热，做成灯丝，放到灯泡中，再,用抽气机抽去灯泡内空气，电灯亮了，爱迪生非常高兴，紧接又制造很多棉纱做成的炭丝，连续进行了多次试验。灯泡的寿命一下子延长13个小时，后来又达到45小时。,就这样，世界上第一批炭丝的白炽灯问世了。1879年除夕，爱迪生电灯公司所在地洛帕克街灯火通明。这便是爱迪生最早发明的白热电灯。,这个消息一传开，轰动了整个世界。使英国伦敦的煤气股票价格狂跌，煤气行也出现一片混乱。人们预感到，点燃煤气灯即将成为历史，未来将是电光的时代。,大家纷纷向爱迪生祝贺，可爱迪生却无丝毫高兴的样子，摇头说道：“不行，还得找其它材料！”“怎么，亮了45个小时还不行？”助手吃惊地问道。“不行！,我希望它能亮1000个小时，最好是16000个小时！”爱迪生答道。大家知道，亮1000多个小时固然很好，可去找什么材料合适呢？他根据棉纱的性质，想到了植物纤维，决定从植物纤维这方面去寻找新的材料。,于是，马拉松式的试验又开始了。凡是植物方面的材料，只要能找到，爱迪生都做了试验，甚至连马的鬃，人的头发和胡子都拿来当灯丝试验。最后，爱迪生,选择竹这种植物。通过高温密闭炉烧焦，再加工，得到炭化竹丝，装到灯泡里，并进一步提高了灯泡的真空度，通上电后，这种竹丝灯泡竟连续不断地亮了1200个小时！电灯的发明，曾使煤气股票3天内猛跌百分之十二。,我们常说爱迪生发明电灯，其实爱迪生发明的不仅仅是一个灯泡本身，而是因为他还发明了能够帮助灯泡运行的这样一套系统。因为灯泡的发明最突出大家都想到还是灯泡，用现在的话是电灯,的发明，而为了让电灯照明，还有相应的一套设备。比如说要有开关，要有电源，要有电站，还有电力的输送等等一系列问题，这些也都是爱迪生的发明，这就是为什么爱迪生的发明，能达到上千种的原因。就是因为这些发明，都是电灯的一个很重要的组成部分。,其实，爱迪生发明电灯后，他并没有陶醉。他说：“成功了一个实用白炽灯的发明，我不过踏着一个整个组织的门槛而已。我们一定会不断进行试验，使这灯更臻完美。”于是，在其后的几个星期，他和助手们便投入了制造,灯泡的工作。他不断改变灯泡的尺寸和形状，变换引入灯丝和密封灯泡的方法。并将改进后的灯泡挂在实验室，或在自己家里，以及其他人的家里，还有街道上、旅馆中进行试用。另外，还竖起电线杆，将这些电灯与实验室的发电机相连。直到12月底，爱迪生才公开他试验电灯成功的消息。,爱迪生的电灯与以往的电弧灯相比，无疑显得实用多了。它的出现，标志着人类使用电灯的历史正式开始。然而，这种炭丝电灯亮度不理想，灯丝的制作方法比较复杂，使用的寿命也不是很长。因此，世界各国的科学家都在致力于白炽灯的改进。,由于碳丝表面多孔，性脆，强度很低。在炭丝电灯诞生30年后的1909年，美国通用电器公司的库里基发明了以钨丝做灯丝的电灯泡。这种电灯与炭丝电灯相比，又前进了一步，但由于通电后钨丝极易变脆，因此它的使用寿命也受到影响。,美国化学家兰米尔又于1913年发明了功率大、寿命长、效率高的充气灯泡。后来，兰米尔又把小直径灯丝圈成螺旋形，减少了热传导损失，并且发明了以氖气代替氮气而制成的小功率充气灯泡。,1928年，兰米尔由于发明充气灯泡和对高温低压下化学反应的研究作出的突出贡献，获得了美国化工学会颁发的帕金奖章。1932年，兰米尔由于在化学上取得重大成就，获得诺贝尔化学奖。直到今天，我们仍在使用兰米尔发明的充气电灯。,需要说明的是，在爱迪生之前很多其它人亦对电灯的发明作出了不少贡献。1801年，英国一名化学家戴维将铂丝通电发光。他在1810年亦发明了电烛，利用,两根碳棒之间的电弧照明。1854年另一美国人亨利戈培尔使用一根炭化的竹丝，放在真空的玻璃瓶下通电发光。他的发明今天看来是首个有实际效用的白炽灯。他当时试验的灯泡已可维持400小时，但是并没有及时申请设计专利。,爱迪生20岁出头开始研究电灯，历时10余年，时常通宵达旦，有一次他和助手们竟连续工作5昼夜。他每天工作十八、九个小时。每天清早三、四点的时候，他才头枕两、三本书，躺在实验用,的桌下睡觉。有时他一天在凳子上睡三、四次，每次只睡半小时。爱迪生是在认真总结了前人制造电灯的失败经验后，在制定了详细的试验计划进行试验的，试验的内容一是分类试验1600多种不同耐热的材料；二是改进抽空设备，使灯泡有高真空度。他还对新型发电机和电路分路系统等进行了研究。,试验电灯时，他观察到他称之为爱迪生效应的现象：在点亮的灯泡内有电荷从热灯丝经过空间到达冷板。他思索着电流到底是怎样穿过真空区的，觉得这一现象对他改革电灯没有什么用处。但,发明家所特有的耐心、仔细和敏锐驱使他把这一现象详细地记在笔记本上，后来，爱迪生只是把这一发现作为“电检测器”登记了专利，没有继续作深入的研究。没过几年，科学家们发现爱迪生所见到的现象是十分重要的，他们把它称为“爱迪生效应”。,最早解释“爱迪生效应”的是卓越的英国物理学家汤姆逊，因汤姆逊的论据是以纯理论为根据的，所以当时许多科学家是以怀疑的心理电子的存在的。为了说服这些科学同行，苏格兰物理学家威尔逊使用了一种叫威尔逊云室的,设备，成功地拍摄了个别电子通过一团云雾的轨迹。他以确凿无疑的证据向人们展示了电子实体的存在。美国实验物理学家密立根精确地测定了电子的电荷、质量，有力地支持了电子学说。威尔逊和密立根都因他们在证明电子的存在方面做出了杰出的贡献而获得了诺贝尔物理学奖。正是爱迪生效应的发现，为一门新科学-电子学的诞生创造了条件。,19世纪被誉为科学的世纪，也是以科学的技术化和社会化为突出特征的世纪。科学在这个世纪开始成为社会生活的一个重要组成部分。风起云涌的伟大创新转变成为技术科学的巨大威力。这个世纪的一些科,技巨匠继续活跃于20世纪。托马斯阿尔沃爱迪生正是生活在这一时代，由于其坚忍不拔的毅力与坚持不懈的努力，作出了大量的造福人类的重大的发明，使之成为当之无愧的“发明大王”。美国生活周刊在1999年评出的过去1000年中100位最有影响力的人物中，爱迪生名列第一。,（三）、当之无愧的发明大王,爱迪生出身低微，生活贫困，他只上过3个月的小学，老师因为总被他古怪的问题问得张口结舌，竟然当他母亲的面说他是个傻瓜，将来不会有什么出息。母亲一气之下让他退学，由母亲亲自教育。这时，爱迪生的天资得以充分地展露。在,母亲指导下，他阅读了大量的书籍，并在家中自己建了一个小实验室。为筹措实验室的必要开支，他只得外出打工，当报童、办报纸。最后用积攒的钱在火车的行李车厢建了个小实验室，继续作化学实验研究。后来，化学药品起火。行李员气得把实验设备都扔下车去，还打了他几记耳光，据说爱迪生因此终生耳聋。,此后，爱迪生因以救出了一个在火车轨道上即将遇难的男孩，而获得了学习电报技术的机会。从此，爱迪生便和这个神秘的电的新世界发生了关系，踏上了科学的征途。,1868年，爱迪生以报务员的身份来到了波士顿。同年，他获得了第一项发明专利权：投票自动记录装置，可这是一个不受欢迎的发明。1869年6月初，他来到纽约寻找工作。爱迪生又因能修好电报机，而谋得了一个比他预期更好的工作。,1869年10月他与波普一起成立一个“波普爱迪生公司”，专门经营电气工程的科学仪器。在这里，他发明了“爱迪生普用印刷机”。他把这台印刷机献给华尔街一家大公司的经理，本想索价5000美元，但,又缺乏勇气说出口来。于是他让经理给个价钱，经理给了4万美元。爱迪生用这笔钱在新泽西州纽瓦克市的沃德街建了一座工厂，专门制造各种电气机械。,爱迪生有自己的专门制造各种电气机械的工厂之后，他通宵达旦地工作，并培养出许多能干的助手。接着，他相继做出了诸如蜡纸、油印机等的发明，从1872至1875年，爱迪生,先后发明了二重、四重电报机，还协助别人搞成了世界上第一架英文打字机。,1876年春天，爱迪生又一次迁居，这次他迁到了新泽西州的“门罗公园”。他在这里建造了第一所“发明工厂”，它“标帜著集体研究的开端”。1877年，爱迪生改进了早期由贝尔,发明的电话，并使之投入了实际使用。他还发明了他心爱的一个项目留声机。电话和电报“是扩展人类感官功能的一次革命”；留声机是改变人们生活的三大发明之一，“从发明的想象力来看，这是他极为重大的发明成就”。到这个时候，人们都称他为“门罗公园的魔术师”。,爱迪生在发明留声机的同时，经历无数次失败后终于对电灯的研究取得了突破，1879年10月22日，爱迪生点燃了第一盏真正有广泛实用价值的电灯。为了延长灯丝的寿命，他又重新试验，大约试用了6000,多种纤维材料，才找到了新的发光体日本竹丝，可持续1000多小时，达到了耐用的目的。从某一方面来说，这一发明是爱迪生一生中达到的登峰造极的成就。接著，他又创造一种供电系统，使远处的灯具能从中心发电站配电，这是一项重大的工艺成就。,他在纯科学上第一个发现出现于1883年。试验电灯时，他观察到他称之为爱迪生效应的现象：在点亮的灯泡内有电荷从热灯丝经过空间到达冷板。,爱迪生在1884年申请了这项发现的专利，但并未进一步研究。而旁的科学家利用爱迪生效应发展了电子工业，尤其是无线电和电视。,爱迪生又企图为眼睛做出留声机为耳朵做出的事，电影摄影机即产生于此。使用一条乔治伊斯曼新发明的赛璐珞胶片，他拍下一系列照片，将它们迅速地、连续地放映到幕布,上，产生出运动的幻觉。他第一次在实验室里试验电影是在1889年，1891年申请了专利。1903年，他的公司摄制了第一部故事片“列车抢劫”。爱迪生为电影业的组建和标准化做了大量工作。,1887年爱迪生把他的实验室迁往西奥兰治以后，为了他的多种发明制成产品和推销，他创办了许多商业性公司；这些公司后来合并为爱迪生通用电,气公司，后又称为通用电气公司。此后，他的兴趣又转到荧光学、矿石捣碎机、铁的磁离法、蓄电池和铁路信号装置上。第一次世界大战期间，他研制出鱼雷机械装置、喷火器和水底潜望镜。,1929年10月21日，在电灯发明50周年的时候，人们为爱迪生举行了盛大的庆祝会，德国的爱因斯坦和法国的居里夫人等著名科学家纷纷向他祝贺。,不幸的是，就在这次庆祝大会上，当爱迪生致答辞的时候，由于过分激动，他突然昏厥过去。从此，他的身体每况愈下。1931年10月18日，这位为人类作过伟大贡献的科学家因病逝世，终年84岁。,爱迪生一生以罕见的热情及惊人的精力，完成了2000多项发明，其中申请专利登记的达1328项。其中最大的贡献是发明电灯、留声机和自动电报机，实验并改进了电话。人们颂扬他：“他虽不发明历,史，却为历史锦上添花。”当1931年10月18日清晨3时24分，爱迪生带着宽慰的微笑，即将闭目辞世的时候，他坦然地说：“我为人类的幸福，已经尽力了；没有什么可遗憾的了。”,爱迪生的文化程度极低，对人类的贡献却这么巨大，这里的“秘诀”是什么呢？他除了有一颗好奇的心，一种亲自试验的本能，就是他具有超乎常人的艰苦工作的无穷精力和果敢精神。当有人称爱迪生是个“天才”时，他却解释说：“天才就,是1%的灵感加上99%的汗水，而那1的灵感是至关重要的。”他在“发明工厂”，把许多不同专业的人组织起来，里面有科学家、工程师、技术人员、工人共100多人，爱迪生的许多重大发明就是靠这个集体的力量才获得成功的。他的成就主要归功于他的勤奋和创造性才能以及集体的力量，此外，他的妻子也曾起了相当重要的作用。,电灯发明之后，爱迪生在这以后开始研制的碱性蓄电池，困难很大，他的钻研精神，更是十分惊人。这种蓄电池是用来供给原动力的。他和一个精选的助手苦心孤诣地研究了近十年的时间，经历了许许多多,的艰辛与失败，一会儿他以为走到目的地了，但一会儿又知道错了。但爱迪生从来没有动摇过，而再重新开始。大约经过五万次的试验，写成试验笔记一百五十多本，方才达到目的。,爱迪生一生勤奋好学，善于思考，努力工作，在75岁的时候，还每天准时到实验室签到上班，他在几十年间几乎每天工作十几个小时，晚间在书房读3至5小时书，若用平常人一,生的活动时间来计算，他的生命已经成倍的延长了。因此，爱迪生在79岁生日的那天，他骄傲地对人们说，我已经是135岁的人了。爱迪生逝世以后，全美国熄灭电灯一分钟，以示哀悼。这是人们表达对爱迪生无限怀念之情的最隆重的方式，也是人们献给这位伟大发明家的一曲无言的赞歌。,爱迪生一生只上过三个月的小学，他的学问是靠母亲的教导和自修得来的。他的成功，还应该归功于母亲自小对他的谅解与耐心的教导，才使原来被人认为是低能儿的爱迪生，长大后成为举世闻名的“发明大王”。,1881年是他发明的最高纪录年。这一年，他申请立案的发明就有141种，平均每三天就有一种新发明。伟大发明家爱迪生的一生告诉我们：巨大的成就，出于艰巨的劳动。爱迪生不会随着时光流走而被人们遗忘，他的一生是光荣的，他的一切是为人类的。,爱迪生是举世闻名的美国电学家，科学家和发明家，他除了在留声机、电灯、电话、电报、电影等方面的发明和贡献以外，在矿业、建筑业、化工等领域也有不少著名的创造和真知灼见。爱迪生一生共有约两千项创造发明，为人类的文明和进步,等作出了巨大的贡献。为此，1912年的诺贝尔物理学奖本打算授予爱迪生和他的劲敌特斯拉，但当特斯拉知道自己将与爱迪生一起分享的诺贝尔物理学奖时，明确表示不接受授奖。最后这个年度的诺贝尔物理学奖便转发给了瑞典的物理学家达伦，以表彰达伦在发明灯塔与浮标照明用的自动调节器所作的贡献。,（五）、与诺贝尔奖失之交臂,爱迪生从小就对很多事物感到好奇，而且喜欢亲自去试验一下，直到明白了其中的道理为止。长大以后，他就根据自己这方面的兴趣，一心一意做研究和发明的工作。他在新泽,西州建立了一个实验室，一生共发明了电灯、电报机、留声机、电影机、磁力析矿机、压碎机等等总计两千余种东西。爱迪生的强烈研究精神，使他对改进人类的生活方式，作出了重大的贡献。同理，也给社会留下了诸多的趣闻轶事。,(六)、爱迪生趣闻轶事,爱迪生从小就喜欢用他那与众不同的大脑袋思考一连串的问题。他看到铁匠将铁在熊熊的烈火中烧红，然后锤打成各式各样的工具时，就晃着大脑袋提出一个又一个问题：火是什么东西？火为什么会燃烧？火为什么是红的？火为什么,这么热？铁在火中被烧之后为什么会发红？铁红了为什么就软了？回到家，小爱迪生在自家的木棚里开始了他最初的实验。他抱来干草，并将其点燃，他想弄明白火究竟是什么。然而，小爱迪生的第一次实验就引来了一场火灾，将家中的木棚烧掉了。,1在自家的木棚里实验,爱迪生常对助手说。“人生太短暂了，要多想办法，用极少的时间办更多的事情。一天，爱迪生在实验室里工作，他递给助手一个没上灯口的空玻璃灯泡，说：“你量量灯泡的容量。”他又低头工作了。,过了好半天，他问：“容量多少?”他没听见回答