電改變世界課件

電——人類賴以生存的能源除了陽(yáng)光、空氣和水，現(xiàn)代文明須臾不可或缺的東西也許就是電了。從規(guī)模宏大的社會(huì)生產(chǎn)到千家萬(wàn)戶的衣食住行，電已經(jīng)滲透到人類活動(dòng)的細(xì)枝末節(jié)。我們對(duì)電的依賴從來(lái)沒有這樣強(qiáng)。2003年8月14日下午，北美發(fā)生了有史以來(lái)最嚴(yán)重的停電事故，整個(gè)社會(huì)頓時(shí)陷于混亂和癱瘓，其損失不亞于一次強(qiáng)烈地震。電作為人類的創(chuàng)造物卻成了人類的生命線，這種狀況在一百多年前是無(wú)法想象的。LOGO古希臘七賢早就發(fā)現(xiàn)電早在公元前600年，古希臘七賢之一泰利斯就發(fā)現(xiàn)了琥珀和皮毛摩擦后帶電，英語(yǔ)中電的名詞就來(lái)自希臘文“琥珀”。但直到1851年倫敦世博會(huì)拉開現(xiàn)代工業(yè)化帷幕時(shí)，電的地位還無(wú)足輕重。除了電報(bào)已經(jīng)成些氣候，偌大的水晶宮里只有幾個(gè)電鐘和電鍍?cè)O(shè)備。不過(guò)電的缺席也許只是表象，因?yàn)槿祟惖碾妼W(xué)知識(shí)體系已經(jīng)基本奠定，1752年富蘭克林用風(fēng)箏捕捉了天上的雷電后，伏打、安培、歐姆、法拉第等一批科學(xué)巨匠接踵而至，電已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里羽毛漸豐和蓄勢(shì)待發(fā)，只待大踏步走出來(lái)改天換地了。電燈——最耀眼的發(fā)明電燈之所以成為最耀眼的發(fā)明，因?yàn)槿祟悘拇瞬辉倏奎c(diǎn)一把火來(lái)尋找光明和驅(qū)除黑暗。1802年，英國(guó)科學(xué)家戴維用2000個(gè)原電池疊成的電池組連接兩個(gè)碳棒，讓電弧穿過(guò)10厘米間隙發(fā)出奪目的光芒。隨著法拉第發(fā)電機(jī)的改進(jìn)，弧光燈有了穩(wěn)定可靠的電源。但1889年巴黎世博會(huì)的照明并非由弧光燈獨(dú)挑大梁。除了煤氣燈仍然分一杯羹外，最引人注目的是白熾電燈靚麗登場(chǎng)，照耀和裝點(diǎn)著各個(gè)場(chǎng)館。愛迪生公司用2萬(wàn)個(gè)燈泡構(gòu)建成一座14米高的燈柱“光明之王”，展出的白熾燈從4燭光到250燭光共13個(gè)品種，工作電壓均為110伏，并且詳盡演示了白熾電燈生產(chǎn)的每個(gè)步驟和整個(gè)流程。世界上早期的電燈發(fā)展一九八九年巴黎世博會(huì)探照燈世界上早期的電燈發(fā)展愛迪生的世博會(huì)燈展示臺(tái)交流與直流的戰(zhàn)爭(zhēng)1893年芝加哥世博會(huì)對(duì)于電業(yè)發(fā)展的影響難以估量。不僅因?yàn)殡娫谶@屆世博會(huì)上頭一次獨(dú)立門庭，建造了龐大的電力館，也不僅因?yàn)槊簹鉄舻谝淮瓮顺鑫枧_(tái)，完全使用了電力照明。芝加哥世博會(huì)重要的背景是，直流電和交流電正進(jìn)行一場(chǎng)如火如荼的“電流戰(zhàn)爭(zhēng)”。交戰(zhàn)雙方旗鼓相當(dāng)，直流電一方是“發(fā)明之父”愛迪生和新組建的通用電氣公司，交流電一方是初露頭角的塞爾維亞移民科學(xué)家特斯拉和實(shí)力強(qiáng)大的威斯汀豪斯公司。1893年芝加哥世博會(huì)對(duì)于電業(yè)發(fā)展的影響難以估量。不僅因?yàn)殡娫谶@屆世博會(huì)上頭一次獨(dú)立門庭，建造了龐大的電力館，也不僅因?yàn)槊簹鉄舻谝淮瓮顺鑫枧_(tái)，完全使用了電力照明。芝加哥世博會(huì)重要的背景是，直流電和交流電正進(jìn)行一場(chǎng)如火如荼的“電流戰(zhàn)爭(zhēng)”。交戰(zhàn)雙方旗鼓相當(dāng)，直流電一方是“發(fā)明之父”愛迪生和新組建的通用電氣公司，交流電一方是初露頭角的塞爾維亞移民科學(xué)家特斯拉和實(shí)力強(qiáng)大的威斯汀豪斯公司。交流與直流的戰(zhàn)爭(zhēng)芝加哥世博會(huì)照明競(jìng)標(biāo)成為兩廂的戰(zhàn)略博弈。通用公司將報(bào)價(jià)從最初每盞燈18.49美元一直砍到5.95美元，總額從170萬(wàn)美元下降到不足45萬(wàn)美元，此后便再不讓步。威斯汀豪斯公司則孤注一擲，斷然以低于40萬(wàn)美元的報(bào)價(jià)贏得了世博會(huì)的照明權(quán)。合同于1892年5月23日正式簽訂。芝加哥世博會(huì)就此成為交流電取得決定性勝利的“葛底斯堡戰(zhàn)役”。交流與直流的戰(zhàn)爭(zhēng)“電流戰(zhàn)爭(zhēng)”應(yīng)該說(shuō)是愛迪生首先發(fā)動(dòng)的。打從美國(guó)有了電燈，直流電便是唯一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，愛迪生的地位不容挑戰(zhàn)。但直流電的弊端日益明顯，由于電能在傳輸過(guò)程中的巨大損耗，發(fā)電廠只能覆蓋1.6公里內(nèi)的用戶，為了減少電阻必須不斷將銅線加粗。紐約市到處可見沉重下垂的電纜和密如蛛網(wǎng)的導(dǎo)線。1881年愛迪生在紐約珍珠街建造的第一個(gè)發(fā)電站僅供60盞燈照明。1888年愛迪生公司總用戶為112萬(wàn)盞電燈，而不同功率的發(fā)電廠就達(dá)1700個(gè)。年輕的特斯拉初到美國(guó)給愛迪生打工時(shí)便提出了交流電方案，但缺乏數(shù)學(xué)素養(yǎng)的愛迪生卻不能理解。當(dāng)威斯汀豪斯從飽受輕慢的特斯拉手中買走交流電專利后，“天下從此多事”了。交流電能夠通過(guò)變壓器將電壓升高到幾十萬(wàn)伏并以極小損耗傳輸?shù)竭h(yuǎn)方，然后將高壓降低送到用戶。這是一場(chǎng)幾乎將直流電體系推倒重來(lái)的革命。愛迪生不再沉默，他鐵口斷言交流電不安全，“直流電如一條小河，平靜地流向大海。交流電像一股惡浪，狂暴地撞向峭巖?！睘樽C明這一理論，愛迪生多次當(dāng)眾用交流電將貓、狗和馬電死。此類表演的高潮是電死紐約公園的大象圖潑西。愛迪生還指示下屬搞到威斯汀豪斯公司的交流發(fā)電機(jī)，為紐約市政府制造了美國(guó)第一部電椅。當(dāng)威斯汀豪斯抗議紐約政府違反人道并訴諸法庭時(shí)，愛迪生出庭作證說(shuō)電椅是處決囚犯的首選途徑，致使紐約政府勝訴。此后哪個(gè)犯人處死了，公眾便說(shuō)“被威斯汀豪斯了”。交流與直流的戰(zhàn)爭(zhēng)交流與直流的戰(zhàn)爭(zhēng)背著如此黑鍋的威斯汀豪斯公司卻以空前的完美征服了芝加哥世博會(huì)。當(dāng)2500馬力的埃利斯蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)巨型的多相交流發(fā)電機(jī)，全場(chǎng)7萬(wàn)弧光燈和13萬(wàn)白熾燈一齊點(diǎn)亮，把“白城”照耀得如同白晝，巴黎制造的直徑45米電動(dòng)噴泉流光溢彩，10公里外密歇根湖上的串串浮標(biāo)都安上了100燭光的白熾燈泡，電動(dòng)游船能直接在碼頭充電，仿真的伊利諾伊軍艦也靠電力來(lái)演示炮塔轉(zhuǎn)動(dòng)。用變壓器向每個(gè)角落送電實(shí)屬輕而易舉。芝加哥世博會(huì)首次開設(shè)的電力館有4個(gè)穹頂和10個(gè)尖塔，面積4萬(wàn)平方米，進(jìn)口處5米高的富蘭克林雕像仰望天空，電梯能把觀眾快速送到60米的頂層。來(lái)自世界各國(guó)的電器產(chǎn)品分成17個(gè)種類在這里展出，可謂洋洋大觀盛況空前。特斯拉和威斯汀豪斯公司的交流電設(shè)備成為眾目所矚的焦點(diǎn)。芝加哥世博會(huì)選擇了交流電，也是歷史性地選擇了美國(guó)工業(yè)發(fā)展道路。1893年芝加哥世博會(huì)上威斯汀豪斯交流電展覽電的又一偉大發(fā)明——電池愛迪生在1901年布法羅世博會(huì)上依然受到眾星捧月般的尊崇，他首次展出的鐵鎳堿性蓄電池重2.6公斤，容量為100安培小時(shí)，被譽(yù)為白熾電燈后最重要的發(fā)明。蓄電池的功能是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能并隨時(shí)“整存零取”。20年前普蘭特已經(jīng)發(fā)明了鉛酸蓄電池，缺點(diǎn)是體重大，壽命短。鐵鎳堿性蓄電池的重量減輕了一半，壽命卻大大延長(zhǎng)。不過(guò)愛迪生主動(dòng)放棄了角逐布法羅世博會(huì)大獎(jiǎng)，他認(rèn)為自己的展品還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠完善。愛迪生發(fā)明蓄電池的故事幾乎完全重演了發(fā)明電燈時(shí)“試錯(cuò)法”的浩瀚歷程，先后試驗(yàn)多達(dá)5萬(wàn)次，幾乎窮盡了所有可用的金屬和酸堿材料。愛迪生常和下屬一起工作到深夜，頭枕化學(xué)詞典伏案小憩，被戲稱“夢(mèng)里讀書”。十年磨一劍，這種長(zhǎng)壽蓄電池1909年才最后大批量投產(chǎn)并風(fēng)行美國(guó)，尤其深受貨運(yùn)和城市電車公司的青睞。電動(dòng)機(jī)的偶然誰(shuí)能想到電動(dòng)機(jī)竟然是在1873年維也納世博會(huì)上偶然誕生的呢？比利時(shí)人格拉姆在展出他的直流發(fā)電機(jī)時(shí)將線錯(cuò)接在另一臺(tái)發(fā)電機(jī)上，結(jié)果發(fā)電機(jī)意外轉(zhuǎn)了起來(lái)，格拉姆恍然悟到原來(lái)動(dòng)能和電能在磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)換是可逆的。1888年特斯拉發(fā)明了交流電動(dòng)機(jī)，讓全世界機(jī)械工業(yè)面貌一新。早期由蒸汽機(jī)通過(guò)皮帶、連桿和齒輪直接驅(qū)動(dòng)各類機(jī)器的景觀永不復(fù)見了，先用蒸汽機(jī)發(fā)電，再用電開動(dòng)機(jī)器，世博會(huì)的用電量也越來(lái)越大，1904年圣路易斯世博會(huì)發(fā)電廠的規(guī)模幾乎和紐約地鐵中心電廠相當(dāng)。通用公司展出了世界最大的1萬(wàn)馬力發(fā)電機(jī)，威斯汀豪斯公司展出了2000馬力的電動(dòng)機(jī)。電已經(jīng)從扶墻摸壁的稚子長(zhǎng)成了頂天立地的巨人?？偨Y(jié)今天如果要?dú)v數(shù)電的用途和貢獻(xiàn)，不如反過(guò)來(lái)看看還有哪個(gè)領(lǐng)域能和電脫離干系。龐大的智能化電網(wǎng)正成為社會(huì)奔流的血脈，無(wú)論熱能、機(jī)械能、化學(xué)能、核能都首先被用來(lái)發(fā)電，電成了當(dāng)代社會(huì)能量交換的“通貨”。我們對(duì)電召之即來(lái)，似乎像享用陽(yáng)光、空氣和水一樣天經(jīng)地義和習(xí)以為常，而人類真正擁有電的歷史很短，百年世博會(huì)上處處留下了開拓者們清晰的身影和足跡。