世界现代前期科技史-第6部分

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流发电站，并于1895年建成了尼亚加拉5000马力的交流水电站。　

　　　　　当电这种新的能源刚刚来到世界的时候，它的主要作用是作为照明的光　

源。把电发出来再把它输送给用户，当然输送的距离越远，经济价值越大，　

在远距离输电方面，直流电首先进行了尝试。第一条直流输电线路在　1873　

年出现，长度仅有2公里。而世界第一条远距离直流输电实验线路是由法国　

人建立的。1882年法国物理学家和电气工程师德普勒（1843—1918）由德国　

葛依吉工厂资助在慕尼黑国际博览会上展出了一条实验高压直流输电线路，　

把米斯巴赫一台容量为3马力的水轮发电机发出的电能，输送到相距57公里　

的慕尼黑，驱动博览会上的一台水泵造成了一个人工喷泉。这一成功表现出　

电力的巨大潜力，证明了远距离输电的可能性。在这次实验中，线路始端电　

压为1343伏，末端降至850伏，输送功率不到200瓦，线损达78％，说明　

效率较低。在直流输电的发展过程中，经过技术改进曾一度达到甚为可观的　

水平。直流电机能发出电压高达57。6千伏，功率4650千瓦的电，输送距离　

达到180公里。但这种势头很快达到了技术上的极限，难以再取得新的进展。　

从焦耳—楞次定律可知，输送相同容量的电能，电压愈高热损耗就愈小。要　

加长输电距离，增大输电容量，而又减少输电损失，最为有效的办法就是提　

高输电电压。由于当时的直流输电只能靠发电机的电压把电力输送给用户，　

因此，若使直流电大幅度地升压或降压在当时是难以想象的。而用户的电压　

一般又要求在250伏以下。直接使用高压既不安全也不经济。在这种情况下，　

交流输电显示了其优越性，因而导致了交流高压输电方式的发展。　

　　　　　交流输电技术最早获得成功的是俄国的亚布洛契可夫。他在1876至1878　

年试验成功了单相交流输电技术。1880年前后，英国的费朗蒂改进了交流发　

电机，并力主采用交流高压输电方式。1882年英国的高登制造了大型二相交　

流发电机。1882年法国人高兰德（1850—1888）和英国人约翰·吉布斯获得　

了“照明和动力用电分配办法”的专利，并研制成功了第一台具有实用价值　

的变压器。可以说，它是交流输配电系统中的主要设备或心脏部分。变压器　

的基本结构是铁心和绕组，以及油箱和绝缘套管等部件。它所依据的工作原　

理是法拉第在1831年发现的互感现象，即由于一个电路中电流变化，而在邻　


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近另一电路中引起感生电动势的现象。在同一铁心上绕上原线圈和副线圈，　

如在原线圈中通入交变电流，由于电流的不断变化，而使其产生的磁场也随　

之不断变化，在副线圈中也就感应出电动势来。变压器靠这一工作原理，把　

发电机输出的电压升高，而在用户那里又把电压降低。有了变压器可以说就　

具备了高压交流输电的基本条件。1884年英国人埃德瓦德、霍普金生（1859　

—1922）又发明了具有封闭磁路的变压器。1885年，威斯汀豪斯（1846—　

1914）对高拉德和吉布斯变压器的结构又进行了改进，使之成为一台具有现　

代性能的变压器。1891年布洛在瑞士制造出高压油浸变压器，后又研制出巨　

型高压变压器。由于变压器的不断改进，使远距离高压交流输电取得了长足　

的进步。　

　　　　　在采用直流输电还是交流输电的问题上曾产生过一场争论。当时在美国　

电气界最负盛名的大发明家爱迪生和对电气化作出了重要贡献的著名英国物　

理学家威廉·汤姆生（即开尔文勋爵）以及罗克斯·克隆普顿（1845—1940）　

等人都极力反对使用交流输电，主张发展直流输电方式；而英国的费朗蒂、　

高登等人和美国的威斯汀豪斯、特斯拉（1857—1943）、斯普拉戈（1857—　

1934）等人则力主采用交流输电。随着输电技术的发展，交流电很快取代了　

直流电。这场关于交、直流输电方式的争论，最终以力主交流输电派的取胜　

而告结束。　

　　　　　远距离输电问题的根本解决是三相交流理论的形成与技术发明的结果。　

1887—1891年德国电机制造公司取得了三相交流技术的成功。其主要发明者　

是在德国、瑞士工作的俄国电工学家多里沃—多勃罗沃尔斯基。他在　1889　

年制成最早的一台功率为100瓦的三相交流异步发电机。1891年又制成了75　

千瓦的三相交流异步电动机和150千伏安的三相变压器。是他，在电能应用　

中首次采用了三相制。1891年，多里沃—多勃罗沃尔斯基在德国法兰克福的　

电气技术博览会上，成功地进行了远距离三相交流输电实验。他将180公里　

外三相交流发电机发出的电能用8500伏的高压送电，输电效率达到75％，　

在当时的条件下，如此高的传输效率是直流输电所不能办到的。从此，高压　

交流输电的有效性和优越性得到了公认。由于交流输电的发展和成功，美国　

当时正在准备建设的尼亚加拉水电站最终决定采用三相交流输电系统。威斯　

汀豪斯为其公司争得了这座水电站的承建合同，从　1891年开始建设，1895　

年建成，1896年投入运行。这座发电站的总容量近10万千瓦。它将发出的　

5000伏电压的电用变压器升至11000伏，输送到距离40公里的巴法罗市。　

电力的作用已不仅仅是用于照明，而开始成为新兴工业的动力和能源。　

　　　　　电力的应用和输电技术的发展，促使一大批新的工业部门相继产生。首　

先是与电力生产有关的行业，如电机、变压器、绝缘材料、线路器材等电力　

设备的制造、安装、维修和运行等生产部门；其次是以电作为动力和能源的　

行业，如照明、电镀、电解、电车、电梯等工业交通部门；另外还有各种与　

生产、生活有关的新的电器生产部门也相继出现了。这种发展的结果，又反　

过来促进了发电和高压输电技术的提高。到　1903年输电电压达到6万伏，第　

一次世界大战前夕，输电电压达到15万伏。　

　　　　　20世纪初，发电、输电、配电形成了以交流发电机为核心，以汽轮机（涡　

轮机）、水轮机等为动力，以变压器等组成的输配电系统为动脉的变压输电　

网，使电力的生产、应用达到较高的水平，并具有相当的规模。从此，电力　

取代了蒸汽，使人类历史迈进了电气化时代。电的应用，很快渗透到人类社　


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会生产、生活的各个领域，它不仅创造了极大的生产力，而且促进了人类文　

明的巨大进步，并导致了第二次动力革命，使20世纪成为“电气化世纪”。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2。电力的应用　



　　　　　电，从它被发现的那一天起，科学家们就预见了它的重大意义和广泛用　

途。英国科学家法拉第经过9年的努力，终于发现了感应电流，验证了他的　

磁可以生电的想法，迎来了电力时代的新曙光。此后随着电力技术的进步，　

电在各行各业的应用迅速发展起来。　

　　　　　　（1）电灯泡的发明和爱迪生的贡献　

　　　　　从钻木取火，到电灯照明，少说也经过了若干万年。在科学研究和技术　

发明的道路上，遍布着人类征服黑暗寻找光源的累累足迹。别的不说，只说　

电灯，看似小小的电灯泡，但其发展的历史却凝聚着几代发明者的智慧和心　

血。早在1809年，英国大化学家戴维发明了弧光灯。这虽是一种强光源灯具，　

但其在使用上尚有不少缺陷。比如用来产生弧光的炭棒在点燃时必须经常移　

动因此操作不便；再有炭棒燃烧时会产生大量二氧化碳造成空气污染；还有　

弧光灯需用成本昂贵的大功率电池供电代价太高。因此，在英国弧光灯除了　

安装在沿海的灯塔上，没能在更大范围进行推广。后来，科学家们将电照明　

的研究重点集中在白炽灯方面。最初法国的德·拉·留在1820年制成了用白　

金线做灯丝的白炽灯，但因白金太贵无法实现大量生产。1854年海因里希·戈　

贝尔（1818—1893）把碳化的竹子纤维放在玻璃管内抽去空气，通电时可以　

发亮，但这种灯寿命很短，制造也很困难。后来俄国人罗德维金于1872年发　

明了一种由细碳棒作发光体的白炽电灯。这种灯适用于街道照明，但对室内　

却不适用。在1878年，英国化学家斯旺发明了碳质灯丝，并点亮了一盏白炽　

灯，但他的碳丝灯泡寿命太短。当时，31岁的爱迪生宣布立志要解决这个难　

题。在总结以往经验教训的基础上，为了找到一种理想的灯丝，爱迪生和他　

的助手，先后试验了1600多种耐热材料，经历了种种挫折和失败，终于找到　

了一种适用的灯丝材料，这就是碳化了的绵线。1879年10月21日，爱迪生　

用这种灯丝做成灯泡，抽去空气，电灯发光持续了45个小时。到1880年5　

月，经他们实验过的植物纤维多达6000余种。后来爱迪生又试验成功用碳化　

后的竹丝作灯丝，这种灯泡竟能连续点燃1200个小时。随后这种灯泡开始投　

入大量生产，从此，电灯从试用阶段转入了实用阶段。然而白炽灯泡的改进　

仍在继续。1910年美国通用电气公司的库利奇（1873—1975）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）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。　

　　　　　随着科学技术的发展，电力照明工具也在不断得到改进。在白炽灯的导　

引下，许多新的电光源相继来到世间。　

　　　　　在电力技术革命中，爱迪生可谓是功勋卓著的发明家。由于他的杰出贡　

献，而使其享有“发明大王”的美誉。　

　　　　　1847年2月11日，汤姆斯·爱迪生出生在美国俄亥俄州的米兰镇，一　

个农民的家庭。由于家境贫困，爱迪生在7岁的时候，便随父母搬到密执安　

州的休伦。爱迪生从小怀有一颗强烈的好奇心。他时常被大自然和生活中的　


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种种现象引入冥思苦想之中，大凡新奇的东西，他都想看个究竟，对于不解　

的问题，他总要打破砂锅问到底。于是，在上小学时，他常常向老师提出一　

些稀奇古怪的问题，弄得老师莫名其妙却又无可奈何，有时甚至搞得老师极　

为难堪。由于爱迪生的心思不在学堂而另有所寄，因此每每考试倒数第一。　

有一天，老师请来了爱迪生的母亲向她说道，爱迪生是天生愚笨、不堪造就，　

干脆让他退学算了。母亲无奈，只好答应。爱迪生从此就离开了学堂。孰不　

知，好奇，是创造的先导；怪异的思索，往往蕴含着发明的火花。