【世界电力事业发展】

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世界风力发电

风是人类最早有意识利用的能源之一，人类对风的感情是复杂的，因为它既可造福，又可成灾。早在一两千年前人们就已懂得建造风车利用风能。在世界进入21世纪的今天，风力发电是人类利用风能的一个极好途径，风将为人类社会做出更大的贡献。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴藏量巨大，全球风能资源总量约为2.74×10⁹兆瓦，其中可利用的风能为2×10⁷兆瓦。

世界风能

从20世纪70年代开始，联网型风力发电开始商业化，经过80年代和90年代的快速发展，风力发电的技术逐渐成熟。由于风力发电具有环境保护的独特优势，随着发达国家对CO₂减排义务的承诺，风力发电受到了众多国家的重视。特别是20世纪80年代后风力发电的增长速度惊人，其中1997～2000年之间全球年装机量平均增长速度达到38%。随着风力发电技术日趋成熟，市场规模不断扩大，风力发电的成本效益性能也逐渐改善。在过去的10年中，风电的成本下降了一半。以美国为例，20世纪90年代安装风力发电机，每发一度电的成本为8美分，而现在只需4美分。斯坦福大学环境工程教授马克·雅各布森与同事们在《科学》杂志上发表了一篇文章，详细地对比了风力发电与煤炭发电所需的费用。从计算得出的结果来看，用风力发电，每度电大概需要花费3～4美分；煤炭发电，基础的花费与前一种不相上下，但是如果加上煤燃烧后对健康和环境产生的间接影响等因素，这个花费就变成了5.5～8.3美分。另外研究者还指出，美国每年有2000名煤矿工人死于煤炭带来的污染。而从1973年起，美国纳税人每年要支付高达350亿美元，作为煤矿工人的生活和医疗费用。由此可以看出，风力发电显然比煤炭发电便宜，仅此一点，就没有理由不对风能进行投资。

就风能的商业利用价值来说，风力越大价值越高。地点稍有变化对发电都有很大影响，因为电能和风速的立方成正比。这意味着即使是同一台蜗轮发电机，在风速为12英里/时（1英里=1.6093千米），发电量比11英里/时的发电量高30%。风力发电的前提条件是离地面10米的风速必须达到4～5米/秒。海滨地区的风速大多超过这个数值，但越往内地，随着风力不断减弱，可生产的电能也就越少。随着人们越来越意识到在近海地区开发风能的重要性，同时，由于技术的不断发展（现在已经可以在近海区建造2.5～3兆瓦的风力发电设施），近海风能发电俨然已经成了开发风力发电的新方向。

随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。2007年全球风能装机总量为9万兆瓦，2008年全球风电增长28.8%，2008年底全球累计风电装机容量已超过了12.08万兆瓦，相当于减排1.58亿吨二氧化碳。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。

据统计表明，2001年全球风能发电总量达到23300兆瓦，其中德国风能发电量为8000兆瓦，位居全球首位。继德国之后，美国风能发电量为4150兆瓦，西班牙为3300兆瓦，分居二三位。

欧洲是风能开发比较早的地区，据欧洲风能协会发表的统计，截至2001年底，全欧已投入运行的风力发电设备装机容量达到17310兆瓦，比一年前剧增35%，占全球这类设备总装机容量的72%，年发电量为400亿千瓦时，可满足1000万个家庭的用电。

荷兰风车

欧洲风力资源丰富，如在法国濒临大西洋的诺曼底和布列塔尼等沿海地区，速度达60千米/时的大风司空见惯，时速逾100千米者亦不足为奇。但是，资源丰富只是一个客观条件，如何利用这种资源才是关键。在1973年第一次能源危机以后，欧洲特别是西欧国家痛感能源供应安全的重要性，制定了能源供应多样化的战略，其中一个组成部分就是开发和利用包括风能在内的可再生能源。

在欧洲，德国在风能发电方面一直走在前列。作为世界上风电装机最多和发展最快的国家，德国2002年新增装机320万千瓦，累计超过1200万千瓦，已提前达到其2010年风电发展目标。但是这几年对风能产业也在寻求一些新的出路。德国风场的选址由风力资源丰富的沿海地区，逐步向内陆和近海转移。2002年，65%的风电产自内陆平原区，只有8%是产自沿海地区。

德国风力发电

还有，风电的投资主体由早期的以农场主为主的个体私人向专门以经营风电为目的的企业协会和经营者联合会转移。这是由购买市场上销售的大型风机需要大额资金和德国政府正在推行的大规模风电生产计划的现实决定的。

最后，德国政府对风力发电实施鼓励政策，正是政府的资助对风力发电市场的发展和风力发电技术进步起到了决定性作用，使风电能够蓬勃发展。具体资助政策包括:①风电上网，法律规定电网公司必须允许风电上网，并统一收购风电。②资金补贴，政府为每台风力发电机组提供一定的资金补贴。它刺激了风电发展和风机制造企业改进技术，只有机组卖给用户并且并网发电后，制造商才能得到政府的资助。此外，某些州还提供额外补贴，数额在风机价格的20%～45%。③提高上网电价，电网公司支付的风电上网电价不低于最终售电价格的90%。④发电补贴，从1991年开始，对风电提供一定的补贴。⑤融资，德国银行（DAB)为风电提供资金。

说到欧洲的风能发电,还有一个国家我们也不能不提,它就是丹麦。在丹麦，尽管2001年是弱风年，但全国风力发电仍达到43亿千瓦时，相当于其全国电力消耗总量的13%左右。2002年，丹麦风电约占全国电力消费总量的18%～19%。从2002年开始，丹麦还将新建5个装机容量为15万～16万千瓦的风电场。丹麦风机制造业2001年又一次改写了历史纪录，所有风机制造企业共销售了345万千瓦的风机，比上年增长了60%。这一容量相当于全球核电所有新增销售容量170万千瓦的2倍。在过去5年中，丹麦风机制造业取得了年均增长率高达37%的惊人业绩。

美国风力发电

美国在风能发电方面虽然落后于欧洲，但近几年发展十分迅速，据美国风能协会2002年1月15日发表报告说，2001年美国风力发电业新增装机容量达到创纪录的1700兆瓦，使该行业的装机总容量达到4258兆瓦。据这个协会公布的数据，2001年新安装的风力发电设备可满足47.5万个家庭的用电需要，同时每年可减少300万吨CO₂和2.7万吨有害气体的排放。

根据美国能源部的测算，美国风能每年可发电6000亿千瓦时，可供应美国20%的电力。从理论上说，仅北达科他一个州的风力发电量就可满足美国1/3的电力供应。

印度风力发电

即使作为发展中国家的印度，出于缓解电力供应紧张局面的目的，也在积极推动风电的发展。印度政府就专门成立了非常规能源部，同时制定了强有力的激励政策。2002年，印度全国29个风电场新增装机近20万千瓦，累计装机达到约170万千瓦。

因此，从近年来全球风电产业的发展趋势来看，风电已经逐渐凸现成为21世纪最具发展潜力的能源品种。随着石油危机的爆发以及全球可持续发展、气候变化、温室气体减排等能源安全、能源环境问题的日趋突出，全球日益关注新能源和可再生能源的发展。越来越多地被人逐步意识到，人类正在逐步实现能源结构的第三次演化，21世纪越来越可能成为新能源和可再生能源主导的时代，而风能成为最有可能承担起历史重任的这样一种替代能源。

燃料电池

1839年，英国人葛瑞沃提出了氢和氧反应可以发电的原理，建立了氢-氧燃料电池的概念。但是，由于受多种原因的制约，直到20世纪60年代初，出于对航天和国防需要的考虑，才相继开发出液氢和液氧小型燃料电池。

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电，其发生电化学反应的实质是氢气的燃烧反应。它的与众不同之处在于燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是起催化转换作用，最主要的优点是热效率高和污染极低。

燃料电池如用做汽车动力，它将化学能转变为电能到达驱动轮后综合效率约为34％；而传统的发动机将化学能转变为机械能，到达驱动轮后的综合效率仅为12％左右，这意味着燃料电池比一般的发动机更加节能。以氢气为燃料的燃料电池经过化学反应后的产物只有水，其排放出的尾气对环境几乎没有任何污染。

燃料电池

依据电解质的不同，燃料电池主要分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)。长期以来，燃料电池产业化最主要的障碍是过高的生产成本。经过多年的研究和技术发展，随着实用化的电池系统结构的基本确定，新的设计与制作工艺大幅度降低了原材料的消耗水平，从而使燃料电池的生产成本开始大幅度下降，规模经济效益初步形成。

近二三十年来，由于一次性能源的匮乏，以及公众对环境保护的日益关注，要求开发利用新的清洁再生能源的呼声愈来愈高。燃料电池以其高效、零污染的特点在世界范围内引起了汽车行业的广泛关注。有数据显示，到2007年，燃料电池在运输方面的商业价值将达到90亿美元。美国、欧洲和日本的著名汽车公司纷纷投入巨资进行燃料电池汽车的研发，各国政府也在法规和政策方面给予极大的支持。

美国戴姆勒-克莱斯勒公司的甲醇改质型燃料电池汽车“NECAR5”于2002年5月20日从旧金山出发，成功横穿了北美大陆，在历经16天后安全抵达华盛顿特区。这是燃料电池汽车首次成功横穿北美大陆，行驶距离为5250千米，最高时速达到145千米。

燃料电池汽车

通用公司宣布液氢燃料电池汽车“氢动三号”已在日本获得公路行驶许可。与此同时，“氢动三号”的液氢贮藏系统也得到了认可。这样，该车就成为首款在日本得到公路行驶许可的液氢燃料电池汽车。

欧盟也提出了极具竞争性的“明日汽车”计划，由汽车公司、汽车零部件厂商、能源化工行业等共同进行低排放／零排放车辆研发工作。其中包括车用蓄电池、燃料电池在内的先进动力系统以及与此相关的重要技术(电子技术、轻量化材料、电子控制技术)的开发研究。

同时，一项投资额为1850万欧元的“欧洲清洁城市运输项目计划”也在实施当中。该计划涉及欧洲7个国家9个城市，将在阿姆斯特丹、巴塞罗那、汉堡、斯图加特、伦敦、卢森堡、马德里、斯德哥尔摩、波尔图进行。每个城市都将有3辆燃料电池公众汽车参与。该项目希望通过示范活动，提高公众对燃料电池和有关氢基础设施的认识，同时也为进一步发展这项新技术积累使用经验，使其早日实现大规模商业化运营。

业内人士指出，燃料电池技术21世纪在技术上的冲击影响，会类似于20世纪上半叶内燃机所起的作用。燃料电池是唯一同时兼备无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作的动力装置，将会在国防和民用的电力、汽车、通信等多领域发挥更为重要的作用。

太阳能发电

太阳能是一种最普遍、最巨大、最清洁的能源。现在世界上许多国家都很重视太阳能的利用，日本有一座太阳能体育馆，目前是世界上利用太阳能的最大的建筑物。前面讲过的中国电谷建设也是利用太能发电的先进典型。锦江国际大厦就是一座小的太阳能发电站。大厦内部所有的电都是利用大厦外壁的太能电池板发电而来。

太阳能产业

太阳能发电板为什么能发电呢？屋顶上排满太阳能电池板，就可以实现家中用电的自给。太阳能电池板也同晶体管一样，是由半导体组成的。它的主要材料是硅，也有一些其他合金。

太阳能电池板的表面由两个性质各异的部分组成。当太阳能电池板受到光的照射时，能够把光能转变为电能，使电流从一方流向另一方。太阳能电池板就是根据这种原理设计的。

太阳能电池板只要受到阳光或灯光的照射，一般就可发出相当于所接收光能1/10的电来。为了使太阳能电池板最大限度地减少光反射，将光能转变为电能，一般在它的上面都蒙上了一层防止光反射的膜，使太阳能电池板的表面呈紫色。

不久前，科学家研制成功了一种高效的太阳能电池板。它不仅白天能提供电能，而且在夜间也可提供电力呢。

知道了太阳能为什么能发电，有一个问题在我们心中产生了——如何利用太阳能发电呢?有2种办法。

（1）利用太阳光的热能，把水烧成蒸汽，再用蒸汽去推动汽轮机。这个道理说起来简单，做起来也不容易。谁都知道，阳光的照射很分散，如果不经过反射聚光镜(也就是凹面镜)或凸透镜的聚焦，是不可能得到比较高的温度的。你把一张纸放在阳光下曝晒，无论阳光多么强烈，纸也不会被点着。可是你用放大镜使阳光聚成焦点，再把纸放在焦点的位置上，不大一会纸就点着了。点燃一张纸自然是容易的，要烧开一壶水就要难一些，这需要有直径1米多的反射聚光镜。要是想把发电厂锅炉里的水烧成蒸汽，那就更加不得了——需要一面直径有几层楼那么高的反射聚光镜(这样的镜子得用几千面小镜子来组成)。因此，建造一座太阳能发电站不是简单的事情，没有先进的技术是做不到的。

放大镜焦距

(2)用太阳电池直接把光能变成电能。太阳电池是用一些半导体材料做成的。这类半导体材料有一种特性，当太阳光射在它上面的时候，就有电流产生。

世界上第一个有实用价值的太阳电池是1954年在美国制成的。50多年来，这种电池已经广泛地应用在许多场合。宇宙飞船、人造卫星上尤其需要这种电池。有了它，飞船和卫星就不会有断电的危险。在沙漠、高山等缺少燃料的地方，用太阳电池作为仪器设备的电源，比用其他电源方便得多。海洋和河道中的航标灯，用太阳电池来供电也很合适。

我们在人造卫星的照片上，可以看到卫星上有两个“翅膀”，其实这不是翅膀(在没有空气的太空里，翅膀是没有用处的)，而是太阳电池。它伸展开来，为的是大面积接受阳光。

人造卫星的太阳能电池

太阳电池不需要燃料，也不需要笨重而复杂的设备，用它来发电自然是非常理想的，但是现在世界各国还没有普遍使用。为什么?因为目前制造太阳电池的成本还太高。等到将来成本降低了，利用规模当然会比现在大得多。有的国家已经提出了这样的设想：制造一个面积达60多平方千米的太阳电池，像发射人造卫星一样，把它发射到离地面3.6万千米的高空去，让它固定地对准地球上某一点，同地球一起转动。由于高空中没有空气和灰尘，而且也不分白天和黑夜，因此太阳光的照射量比在地球上要多9倍，太阳电池的发电效率也高得多。据说，这个巨型太阳电池的发电能力可达到1000万千瓦。发出来的电先变成微波，让它穿过电离层发射到地球上来，地面接收站接收以后再把它变成电。

还有人设想，在寸草不长的沙漠里建设若干巨大的太阳能电站，办法是把大片大片的太阳电池铺盖在沙面上。当然，要做到这一点，还要解决技术上的许多难题，不是短时期能实现的，但是这种设想是多么的诱人呀！

没有发电机的发电厂：磁流体发电

无论是火电厂还是水电站，没有发电机就发不了电，有没有不要发电机的发电厂呢?有！这种发电厂采用的发电技术，叫做磁流体发电。它是20世纪50年代发明的。

在介绍火力发电的时候，我们说过，火力发电的效率是不高的，最高只有40％。这是因为，在火力发电的过程中，燃料的热能先要转化为汽轮机的机械能，再转化为发电机的电能，有60％以上的能量消耗在机械能的转换上了。长期以来，科学家们就在想，如果能改变发电方式，让热能直接转换成电能，跳过机械能这个环节，减少了中间损耗，效率不是可以大大提高吗！经过科学家们的研究、探索，终于找到了跳过机械能这个环节的方法——磁流体发电。

磁流体发电原理

磁流体发电的原理和发电机发电的原理是一样的，都是由于电磁感应而在导体中产生电流。在发电机里，人们利用金属做的线圈来切割磁场，产生电流。如果切割磁场的导体不是金属这种固体，而是气体或者液体(物理学上叫做导电流体)，利用这种导电流体和磁场相互作用而发电，就叫做磁流体发电。

磁流体发电的方法有好几种，目前使用比较多的一种方法，是等离子体磁流体发电。

我们知道，空气是一种良好的绝缘体。在常温下是不导电的。在雷雨天气里，当云层中的电荷积累到相当程度，空气就阻挡不住它的传递，于是发生了火花放电。

如果把空气加热到6000℃，气体中的电子就会挣脱原子核的束缚，成为自由电子。这时候，气体中充满了带正电的离子和带负电的电子，两者总的说来是相等的，所以这种气体叫做等离子体，具有导电的性质。

如果我们让等离子体以1000米/秒的高速，在两个磁极中间穿过(也就是连续不断地切割磁场)，那么，带正电的离子和带负电的电子会按照发电机右手定则，分别向垂直于气流运动方向和垂直于磁力线的方向运动，如果用导线把这两处(就是两个电极)连接起来，那么就会有电流从导线里通过，即是说，产生了电流。磁场越强，产生的电量就越大。

等离子气体在这里既起着汽轮机的作用(喷射蒸汽)，又充当了转子的角色(切割磁场)。这种发电方法所发出的电流就是方向、电压和大小都固定不变的直流电。如果需要，通过换流装置，它也可以变换成交流电。

用这种方法发电，最大的困难是电离的气体不容易得到6000℃的高温(几乎等于太阳表面的温度)，用一般方法很难达到。怎么办?

科学家们在元素周期表里搜索，寻找在较低温度下能够电离的元素和它们的化合物。他们发现，有些碱金属元素，如铯、铷、钾、钠等的气体，在较低的温度下就能电离而具有导电性，要是把它们掺和到气体里去，就能把气体的电离温度降低到3000℃，甚至更低一些，而3000℃的温度在目前的技术条件下是比较容易达到的。

磁流体发电是直接把热能转换为电能，它的发电装置只有2个主要部分：①能产生高温电离气体的燃烧室；②两旁装有磁极和电极的装置，叫做气体通道。由于气体通道里通过的气体温度高达3000℃，速度为1000米/秒，而且有强烈腐蚀性，因此必须用耐高温、耐腐蚀并有一定强度的陶瓷材料做衬砌。这种材料还必须是有良好的绝缘性，否则电流就会从半途溜掉，也就达不到发电的目的。

磁流体发电是1959年美国首先研究成功的；由于它取消了机械能的转换这个中间环节，所以，热能的利用率就从40%提高到了50%，甚至60%。

从气体通道里流出来的气体，已经完成了它的发电任务，但是它的温度仍然高达1500℃，有人设想，这个高温气体还可以再供给燃气轮机发电。发电以后，它的温度虽然降到了700℃～800℃。还可以用来加热蒸汽，再用蒸汽去推动汽轮机发电。像这样，一环扣一环，环环都利用，总的发电效率就可以提高到70%左右。

对于这种设想，有的国家已经做了初步的试验。20世纪70年代初，一座发电能力为7.5万千瓦的磁流体——蒸汽联合发电厂已经建成了，热能利用效率达到了60％左右，比效率最高的火力发电厂高出20%～30％。

磁流体发电是一种很有前途的发电新技术，但是目前还处在研究阶段，不能广泛采用。随着现代科学技术的发展，磁流体发电厂一定会逐渐多起来。

美国发现一种细菌能发电

2005年美国科学家发现，在淡水池塘中常见的一种细菌可以用来连续发电。这种细菌不仅能分解有机污染物，而且还能抵抗多种恶劣环境。

美国南卡罗来纳医科大学的查理·密立根7日在亚特兰大举行的美国微生物学会年会上发表报告说，利用微生物发电的概念并不新奇，目前已有多个研究小组在从事微生物燃料电池开发，但他们的发现有2个与众不同之处：①发电的细菌属于脱硫菌家族，这个家族的细菌在淡水环境中很普遍，而且已被人类用于消除含硫的有机污染物；②在外界环境不利或养分不足时，脱硫菌可以变成孢子态，而孢子能够在高温、强辐射等恶劣环境中生存，一旦环境有利又可以长成正常状态的菌株。

核电：未来发展的主力

煤、石油、天然气和水力等，是目前世界上主要的能源来源。近十几年来，世界上“能源危机”的呼声不绝于耳，这是因为以上几种能源有较大的局限性。煤炭、石油、天然气储藏量有限，在不久的将来会开发净尽；水力资源虽然是可再生的，但到底也有限，而且受地理分布限制较大。如果把化学工业对煤炭、石油、天然气的需求考虑进去，能源资源就更显得稀缺。因此，人们一直在寻找以上几种常规能源的替代能源。在可供人类选择的替代能源中，近期内能够发挥现实作用的是核能。核电迅速发展，是由核电自身的优越性决定的。

核电是浓集、清洁、安全和经济的能源。首先，核能是高度浓集的能源，核电站可建立在最需要用电的地方，不受燃料运输的限制。1千克铀裂变产生的热量相当于1千克标准煤燃烧后产生热量的270万倍。

核能是清洁的能源，有利于保护环境目前，世界上80%的电力来自烧煤或烧油的火力发电站，燃烧后的烟气排放到大气中严重污染环境。相同规模的火电站释放出的放射性比核电站大几倍。煤燃烧后排放的一氧化碳、二氧化碳、硫化氢和苯并芘，容易形成酸性雨，使土壤酸化，水源酸度上升，对植物及水产资源造成有害影响，破坏生态平衡，苯并芘还是一种强致癌物质。一个成年人每天要呼吸约14千克的空气，火电站污染造成的死亡概率是相同规模核电站的400倍。同时大气中二氧化碳浓度增加还导致大气层的“温室效应”。另外，煤和石油又是重要的化工原料，大量烧掉十分不利于化学工业的发展，是十分可惜的浪费。每千克铀-235裂变所产生的能量相当于2500～2700吨标准煤燃烧时放出的能量。2700吨标准煤折成煤炭为3780吨，如果用火车拉，要装70多节车皮。

据国际原子能机构2008年统计，全世界已经查明的铀矿储量约有550万吨，未探明的储量达1050万吨。这个数字是很有限的，但这只是陆地上的蕴藏量。海洋中还蕴藏有大量的铀，总量大得惊人，约有40亿～50亿吨。只是目前从海水中大量提取铀的技术还不过关，缺乏经济性。目前世界各国正加紧研究这一技术，一旦从海水中开采铀的技术问题得到解决，人类所拥有的铀资源就十分丰富了。

20世纪60年代中期至70年代初，核能作为取代石油的希望，受到世界许多国家（尤其是西方发达国家）的重视。美国等西方国家纷纷制订核电发展战略计划，着手建设一批核电站。从70年代起，核电得到迅速发展，在世界能源中的地位逐年提高。从1979年到1987年，世界能源消费总量增加了12.3％，其中煤增加21.2％，水电增加23.6％，天然气增加21.4％，石油减少5.9％，核电增长高达160.6％。到1987年，在世界一次能源消费总量中，石油占37.6％，煤占30.5％，天然气占9.9％，水电占6.9％，核电占5.1％。

据国际原子能机构公布的数字，截至2000年底，全世界正在运行的核电站共计500多座，总功率6.75亿千瓦，核电发电量占世界总发电量的17％。已有35个国家和地区拥有核电站。目前拥有核电反应堆最多的10个国家和地区是：美国110座；法国55座，俄罗斯53座，英国40座，日本39座，德国24座，加拿大18座，瑞典12座，西班牙10座，韩国9座。我国台湾省也有6座核电反应堆在运行。90年代前半期，全世界投运的核电机组容量达4亿千瓦。

法国是目前世界上核电占全部电力比重最大的国家。1988年全国总发电量为3724亿千瓦时，其中核电为2602亿千瓦时，占70%；常规火电为348亿千瓦时，占9％；水电为774亿千瓦时，占21％。法国是从1974年起大力发展核电的，陆续投入运行的核反应堆已有53座。截至2007年法国全国有59台在运机组，核电占总电量比例为80％左右。法国有世界上较成熟和先进的堆型技术，包括第三代核电EPR（欧洲先进压水堆），同时有世界上最大的核电公司之一（阿莱瓦集团），也是世界上最大的铀矿开采国，产量非常高，在非洲尼日尔、亚洲哈萨克斯坦、澳大利亚等主要产铀地区都拥有铀矿开采权。

法国核电站

美国是目前世界上核电装机容量最大的国家。1988年，美国核电装机总容量为1.1亿千瓦，占世界投运核电站总容量的31.1％。1979年，美国三里岛核电站发生事故，使美国核电发展一度受挫。近几年，核电在美国又开始复苏。1951年美国首次在爱达荷国家反应堆试验中心进行了核反应堆发电的尝试，发出了100千瓦的核能电力，为人类和平利用核能迈出了第一步。此后不久，1954年6月，原苏联在莫斯科近郊粤布宁斯克建成了世界上第一座向工业电网送电的核电站，但功率只有5000千瓦。1961年7月，美国建成了第一座商用核电站——杨基核电站。该核电站功率近300兆瓦，发电成本降至0.92美分/度，显示出核电站强大生命力。

美国核电站

今天，一些经济发达的国家，由于经济的高速发展与能源供应的矛盾日趋突出，同时，传统的能源工业造成的环境污染及温室效应严重威胁人类生存环境，因此，不仅缺乏常规能源的国家如法国、日本、意大利等发展核电站，而且常规能源煤、石油、水电等非常丰富的国家如美国、加拿大等也在大力发展核电站。截至1995年，全世界运转的核电站总数达438座。其中美国运转的核电站总数达109座，核发电量创下6730亿千瓦时的最高纪录，在美国电力生产中核电比例达22.5%。法国核发电量比前年增长4.9%，达3580亿千瓦时，运行中的56座核电站发电量占全国总发电量76%，而且出口核电达700亿千瓦时。核电已成为法国第六大出口产品。日本，由于其常规能源资源短缺，对核电的开发大为重视，目前运转中的51座核电站，供应全国28%的电力总需求，而且日本有关部门到2000年核电量提高了33%。

中巴合建恰西玛核电站

世界各国之所以竞相发展核电，是因为核电具有明显的优点。

(1)核电用燃料少，可以大大节省运输能力。一座装机容量为60万千瓦的常规火电厂，每天需要“吃”5000吨煤；而同样容量的核电厂，每天仅消耗3千克铀。

目前世界上运行的核电站大都是慢中子反应堆，这种反应堆只用天然铀中的铀-235作燃料，而铀-235在天然铀矿中只占0.715％，占铀元素99％以上的铀-238尚未得到利用，现在世界各国正积极发展快中子增殖反应堆，这种快中子堆能充分利用慢中子堆所不能利用的铀-238和钍-232，从而使铀资源利用率提高60～70倍。法国1986年2月投运的120万千瓦“超凤凰”快中子增殖反应堆，是目前世界上最大的快中子堆。世界上正在运行的几座快中子堆，令人信服地证实了其充分利用铀资源的优越性。

(2)核电厂发电成本低。核电厂的建造投资一般比火电厂高50％左右，但核电的运行成本是便宜的，比煤电低15％以上。尤其是100万千瓦以上的大容量核电机组，发电成本更低。

美国三里岛核泄漏

据专家测算，今后10多年内，建设核电站和火电厂的经济性对比如下：由2台60万千瓦机组组成的核电站与不加除硫装置的燃煤电厂相比，平准花发电成本大致相当。由2台90万千瓦机组组成的180万千瓦核电站与由3台60万千瓦机组组成的燃煤电厂相比，煤电比核电贵8%～10％。由2台120万千瓦机组组成的240万千瓦核电站与由4台60万千瓦机组组成的燃煤电厂相比，煤电比核电贵20％左右。如果火电厂安装除硫装置，核电比煤电就更具有经济性。从单个电厂来看，核电和火电的建造工期差不多。

(3)核电是安全和清洁的。1979年美国三里岛核电站事故和1986年苏联切尔诺贝利核电站事故后，许多人对核电的安全性产生怀疑。其实，不能因为一两次事故就认为核电站不安全。

切尔诺贝利核电站

核电站绝不会像原子弹那样爆炸。因为核电站反应堆大都采用低浓度裂变物质作燃料，其中铀-235的含量仅占3%～4％。而原子弹中铀-235的装填比例高达90％以上。再说，核电站反应堆还有安全控制手段，使能量释放缓慢地、有控制地进行。当核能因意外情况而释放太快，堆芯温度上升太高时(出现这种情况的可能性极小)，链式裂变反应能自行减弱乃至停止。因此，反应堆在任何情况下，都不会发生核爆炸。但为了做到万无一失，防止事故引起放射性污染，核电厂中还设有4道放射性保护屏障和应急事故处理系统。

前苏联切尔诺贝利核电站事故是由于采用老式反应堆，管理人员无视安全规程，发生了一连串操作失误造成的。从切尔诺贝利事故中应该得到的教训是，如何严格核电站的管理，从而避免应该能够避免的错误，而不是因噎废食，认为根本就不该建造核电站。

电学伟人和他们的故事

为什么安培未能发现电磁感应

安培1821年的实验装置

1832年法拉第宣布他发现了电磁感应之后，安培声称，实际上他在1822年就已经发现了一个电流能够感应出另一个电流。这确实是事实。但是这一事实他没有及时发表。1822年的仲夏，安培在日内瓦重做了他在1821年7月做过的实验。他的助手是他老朋友的儿子德莱里弗。实验装置如图所示。

图中，DEB是一个固定在支架上的线圈，它是由很多匝绝缘导线绕成的；F和B是线圈的引线，用来与伏打电堆相连；HIG是一个由很薄的铜条弯成的铜环，并利用一根穿过线圈的细线把铜环悬挂于小钩下，且使铜环正好同心地悬挂在线圈里面。1821年的实验是将线圈与电池接通，再把一根磁棒移向铜环，如图所示。在实验中他们没有观察到磁效应。而1822年的实验与1821年的实验相比，唯一不同之处是用一个马蹄形强磁铁代替了磁棒，如下图。关于1822年的实验究竟是怎样进行的，无论从安培的描述还是从德莱里弗的描述看，都不是很清楚。

但是安培确实说过：“在电流通过螺旋线圈以前，铜环和磁体之间没有相互作用。”这意味着在电流接通之前，磁体已经放在铜环附近了。在实验中，他们两人都已清楚地观察到由于感应引起的吸引和排斥，使铜环发生偏转，但是都没有指出铜环中电流的瞬时性。

实际上，安培和德莱里弗是无意中制成了一个过阻尼冲击电流计，所以铜环的偏转是很明显的，而且能持续一段时间。但他们两人都不清楚这实验现象可以用来说明什么。德莱里弗仅仅报告说：“这个重要的实验表明：有些物质，虽然不能像铁、钢那样被电流永久地磁化，但是当它们受到这种影响时，至少能被暂时地磁化。”

这里，德莱里弗并没有明确指出一个电流感应出另一个电流。在这一方面安培就比德莱里弗讲得清楚。他说：“这个实验无疑地证明了感应能够产生电流，除非我们怀疑产生电流的铜环中混杂有少量的铁。”

但是，他们两人都没有意识到这个实验的极大的重要性。实际上，安培在他的报告中竟作出了如此令人惊讶的结论：“这个感应能够产生电流的事实，尽管它本身是很有趣的，但它却与电动力作用的普遍理论没有关系。”这一报告结论为我们了解安培对自己的实验发现所持的认识和态度提供了一个依据。

安培对磁性的解释

当时，法拉第及其他研究者们正热切期望和努力探索着电磁感应效应，安培本应该对他的发现大加宣传，但是安培却没有这样做。那么，安培为什么没有利用这一发现以获得他显然渴望得到的不朽声誉呢？在这一点上，各家众说纷坛。罗斯把原因归结为德莱里弗的年轻和缺乏经验，以至于在描述这个实验时没有强调感应电流；而安培则是由于疏忽，没有将他的发现探究到底。布龙德尔（Blondel）则简单地认为安培没有考虑1822年的实验结果，因为他坚持的是分子电流的学说。霍夫曼（Hofmann）则解释为：安培发现感应现象，被他同时作出的关于同一导线上的电流元之间相互排斥的“发现”所掩盖，使得安培忽视了感应现象。

其实，布伦德尔的陈述基本上是正确的，但令人难以理解，因为她没有指出隐藏在安培行动背后的原因。

1821年9月，法拉第发现通电导线能绕磁铁旋转。不久，他又创制了著名的电磁旋转器，并发表了批评安培理论的论文。对于新的发现和法拉第的批评，安培不能无动于衷，因为两者似乎都触动了他的新学说的基础。此时，分子电流说对安培已变得极为重要，因此他决不能放弃它。这就导致了他对自己的电磁感应的发现极度轻视。实际上，当德莱里弗宣读安培对该实验的叙述时，安培就在日内瓦，当时他是完全能够作出修正，然而他没有这样做。而对德莱里弗发表在《化学年鉴》上的文章他曾作过一些更改，但却没有修改对感应的叙述。这些事实为我们考察安培当时如何理解和对待感应实验提供了重要的线索。

在当时，安培为了保护他的分子电流理论，很想把同轴电流说否定掉。所以他把实验中由感应所产生的同轴电流也试图解释为分子电流。罗斯曾引用证据说明安培确实否定了同轴电流说。安培的这一指导思想，直到1825年10月给赫谢尔(JohnHerschel)的信中，也仍旧可以看出来。在该信中，安培仍把他的实验解释为：在铜环中感应出了环绕着分子的电流。其中有一段话很关键，转引如下：

“我愿意跟您聊聊您和巴巴奇先生所做的那个漂亮实验，是关于阿拉哥发现磁体和金属盘有一个沿着垂直轴振荡或转动时会产生的那种作用。

“这些现象之所以会产生，是由于电流或磁体对小电流的作用所产生的。对于第一种情况，这一小电流是由酸的接触引起的;对于第二种情况，则是由磁体的感应所产生。这是根据我1822年在日内瓦所做的实验得到的结果，当时已由德莱里弗发表。我常常遗憾的是，没有时间写这个问题。”

在这段话的前面一节中，安培还描述了一个电流怎样“产生一个非常小的闭合平面电流”，而这个小电流具有这样的行为，使得这种电流的组合能够代替一个永久磁体。这里，安培虽然没有说这些电流就是分子电流，但是这些电流具有分子电流同样大小的数量级，这一点是很清楚的。这表明，此时的安培，显然仍持有与1821年同样的思想。1822年的实验为他证明的只是电流是被感应出来了，但它们并不是与铜环同轴的电流。因此，安培并不想去确定电流方向，他对此是完全不在意的。

安培未能发现电磁感应的原因是安培把他的分子电流理论看得太重要了，而电磁感应只是他最后才希望发现的事情。如果他承认他已经在实验中产生的同轴电流，那就会把他珍贵的理论置于无立足之地。因此，他做了他不得不做的事。他把他原来用以在同轴电流和分子电流之间作出选择的（1821年完成的）实验变成了一项毫无意义的练习。他1822年的实验结论表明：无论他观察到什么，他都会坚持把它解释成分子电流，或者至少是分子大小的电流存在的证据。他完完全全成了自己理论的囚徒。

1822年夏，安培的实验完成不久，法拉第便得知了。他在写给德莱里弗父亲盖斯帕·德莱里弗的信中说：“我认为你提到的安培的实验是非常重要的，尤其是在一个仅仅和伏打电流邻近而没有与之接通的铜片中能够产生磁……”这说明法拉第已经从中得出：产生感应电流所需要的，仅仅是一根载流导线与另一相邻导体。由于这一实验很容易重复，可以相信法拉第从德莱里弗那儿听说后马上就会进行试验。他曾在1925年11月尝试过这个实验，但是探测不到效果，他在19世纪20年代的日记比较粗略，所以这个实验的记录可能没有保存下来。有趣的是，在他的第一集《电学实验研究》中做的是另一类实验，他没有使用铜箔环，而是用了一个铜盘。正像门道泽所指出的，是由于圆盘的转动惯量太大，所以没有观察到安培所看到的效应。

法拉第怎么会出这样的差错呢？这似乎与德莱里弗对该实验的描述含糊不清有关。德莱里弗讲的是“un elame de cuivre”（法文），译成英文就是“a sheet ofcopper”，意即铜片。尽管安培自己的叙述在法拉第逝世前没有发表过，然而安培的朋友德门夫仑（Demonferrand）出版过一本介绍安培观点的书，安培把它作为对他理论的极好总结，并寄给了法拉第。在该书中说到“un cercle de cuivre”（法文），即“copper circle”（铜圆圈）。卡明把该书译为英文时，重复了这一名词。两书中都有一个示意图，转引如图。德门夫仑的图看上去有点像一根导线被弯成一个圆环，尽管它也很容易与圆盘混淆；而卡明的图看上去就是一个圆盘，怪不得法拉第被引入了迷途。

最后我们可用一个有趣的猜想来结束全文了。如果安培把他的理论暂时放一下，而将他1822年在日内瓦做的实验全部准确地公布出来，那么，法拉第肯定会重复这个实验，而且凭着他的实验天资，会马上从中探索出用电流产生感应电流的必要条件，原电流和感应电流的方向，以及其他所有的与他在1831年独立作出的电磁感应发现中得出的结果相似的结论。这样，电磁感应有可能会提早几年得到发现，而安培也就会得到“最早发现者”的荣誉，用不着在1832年恳求分享这一荣誉了。这里人们也许可以吸取重要的教训。

文献中误把铜环（左）当成铜盘（右）

富有而博学的卡尔迪许

最富有的学者，最博学的富豪

据说卡文迪许很有素养，但是没有当时英国的那种绅士派头。他不修边幅，几乎没有一件衣服是不掉扣子的；他不好交际，不善言谈，终生未婚，过着奇特的隐居生活。卡文迪许为了搞科学研究，把客厅改作实验室，在卧室的床边放着许多观察仪器，以便随时观察天象。他从祖上接受了大笔遗产，成为百万富翁。不过他一点也不吝啬。有一次，他的一个仆人因病生活发生困难，向他借钱，他毫不犹豫地开了一张1万英镑的支票，还问够不够用。卡文迪许酷爱图书，他把自己收藏的大量图书，分门别类地编上号，管理得井井有序，无论是借阅，甚至是自己阅读，也都毫无例外地履行登记手续。卡文迪许可算是一位活到老、干到老的学者，直到79岁高龄，逝世前夜还在做实验。卡文迪许一生获得过不少外号，有“科学怪人”、“科学巨擘”、“最富有的学者，最博学的富豪”等。

卡文迪许实验室

视名利如天上的浮云

有一次卡文迪许出席宴会，一位奥地利来的科学家当面奉承卡文迪许几句，他听了起初大为忸怩，继而手足无措，终于坐不住站了起来，冲出室外径自坐上马车回家了。卡文迪许沉默寡言，对慕名来访的客人常常一言不发陪坐在旁，脑中想着科学问题，使一些帮闲文人尴尬扫兴。他一生致力于科学研究，成果丰硕，但只发表2篇并不重要的论文。

卡文迪许实验室

人们为纪念这位大科学家，特意为他树立了纪念碑。剑桥大学还把卡文迪许工作过的实验室命名为卡文迪许实验室，这个实验室曾经造就了不少有名望的物理学家。

沉睡了100年的手稿

1810年卡文迪许逝世后，他的侄子乔治把卡文迪许遗留下的20捆实验笔记完好地放进了书橱里，谁也没有去动它。谁知手稿在书橱里一放竟是70年。到了1871年，另一位电学大师麦克斯韦应聘担任剑桥大学教授并负责筹建卡文迪许实验室时，这些充满了智慧和心血的笔记获得了重返人间的机会。麦克斯韦仔细阅读了前辈在100年前的手搞，不由大惊失色，连声叹服说：“卡文迪许也许是有史以来最伟大的实验物理学家，他几乎预料到电学上的所有伟大事实。这些事实后来通过库仑和法国哲学家的著作闻名于世。”此后麦克斯韦决定搁下自己的一些研究课题，呕心沥血地整理这些手稿，使卡文迪许的光辉思想流传了下来。真是一本名著，两代风流。不啻是科学史上的一段佳话。

自学成才的法拉第

不爱金钱爱科学

法拉第从小就善于思考，经常提出一些有意义的问题。有一天，他到一家订户送报，突然对花园的栏杆出了神，心想：如果我的头伸进栏杆里，而身子还在栏杆外，那么我究竟应该算在栏杆的哪一边呢？法拉第好提问题，以至别人这样来形容他：他的头“老是往前伸着，好像随时准备向别人提问题似的。”

法拉第在书店学徒时，他不但博览群书，而且用它们作指导，在宿舍里做了许多实验。他的工钱除了吃饭以外，几乎全部花在买实验用品上。后来法拉第听了戴维的讲演，更下定了“献身于科学”的决心。据说法拉第为了进皇家学院工作，戴维曾经同他进行过如下的谈话，戴维一边指着自己手上、脸上的伤疤，一边对法拉第说：“牛顿说过：‘科学是个很厉害的女主人，对于为她献身的人，只给予很少的报酬。’她不仅吝啬，有时候还很凶狠呢。你看，我为她效劳十几年，她给我的就是这样的奖赏。”法拉经坚定地说：“我不怕这个！”戴维又说：“这里工资很低，或许还不如你当订书匠挣的钱多呢！”法拉第回答说：“钱多少我不在乎，只要有饭吃就行。”戴维追问一句：“你将来不会后悔吧？”法拉第频频点头说：“我决不后悔！”就这样，法拉第正式踏进了科学的殿堂。

法拉第在科学的征途上走过了半个多世纪，他始终如一地实践了自己“献身于科学”的诺言。由于法拉第在电学和化学研究上出了名，有一段时间，法院曾经聘请他做专家作证的工作。在不到一年时间里，法拉第获得了5000镑的报酬。这时候，一位朋友劝法拉第辞去皇家学院的研究工作，告诉他“如果继续干下去，每年可以稳赚2.5万镑”。当时皇家学院每年给法拉第的报酬只有500镑。爱科学不爱金钱的法拉第经过郑重考虑，为了专心进行科学研究，毅然辞去了专家作证的工作。

法拉第经常不分昼夜地在实验室里工作，为了利用每一分钟时间，凡是和实验无关的事情，他尽量推辞、谢绝。他不去朋友家吃饭；不上剧院看戏。他不停地做实验，记笔记。在他的实验日记上，记满了“没有效果”、“没有反应”、“不行”、“不成”等字样。1855年出版的8卷《法拉第日记》就是他日夜辛勤工作的明证，他的一系列重大科学成果，就是他心血和汗水的结晶。法拉第退休以后还念念不忘皇家学院实验室，经常去那里扫地、擦桌子、整理仪器。

法拉第不计较名誉地位，更不计较钱财，他拒绝了制造商的高薪聘请，谢绝了大家提名他为皇家学会会长和维多利亚女王授与他的爵位，终身在皇家学院实验室工作，甘愿当个平民。1867年8月25日，他在伦敦去世。尽管法拉第一生中获得各国赠给他的学位和头衔多达94个，而遵照他的“一辈子当个平凡的迈克尔·法拉第”的意愿，他的遗体被安葬在海洛特公墓，墓碑上只刻着3行字：迈克尔·法拉第，生于1791年9月22日，殁于1867年8月25日。后人为了纪念法拉第，特意用他的名字来命名电容的单位，简称“法”。

坐在椅子上平静地离开了人间

法拉第在研究电感应和磁感应传播时，一时还不能完整地表述出自己的新思想，感到数学基础也不够，于是他把自己的想法先写了下来，信中说：

我倾向于把磁力从磁极向上散布，比作受扰动的水面的振动，或者比作声音现象中空气的振动；也就是说，我倾向于认为，振动理论将适用于电和磁的现象，正像它适用声音，同时又很可能适用于光那样……

法拉第小心翼翼地将信封好，存放在皇家学院的保险箱里，希望有一天自己的想法会有知音，并得到发展和证实。光阴荏苒，弹指整整23年过去了，还未见有人问津这个领域，此时法拉第已经垂垂老矣。想到自己的理论也许再要过100年才能人发现，心里不觉有点凄然，他感叹说道：“那个时候我也许是看不见喽！”且说那天法拉第正在叹息不已时，突然，放在桌上新到专业期刊上一篇醒目的标题跳入了他的眼帘：《论法拉第的力线》。法拉第一阵激动，他如饥似渴地将论文读了一遍，真是一篇好文章啊！文章把法拉第充满力线的比作一种流体场，又借助了流体力学的研究成果，推导出一组矢量微分方程。法拉第想自己从小失学，最缺的就是数学，现在突然降下了这么一位理解自己思想，又长于数学和帮手，真是高兴得乐不可支。“哈哈，我的理论后继有人了！”法拉第感到无限的欣慰。

几年后，也就是1860年，70高龄的法拉第在自己的寓所里会见了比他年轻40岁的麦克斯韦，他高兴地说：“当我知道你用数学来构造这一主题，起初我几乎吓坏了，我惊讶地看到，你处理得如此之好啊！”“先生能给我指出论文的缺点吗？”麦克斯韦腼腆地说，“这是一篇出色的文章，”法拉第想了想说：“可是你不应当停留于用数学来解释我的观点，而应该突破它。”这句话鼓励了麦克斯韦不懈地努力，去攀登经典电磁理论的顶峰，他终于在1865年前建立起了完整的电磁场理论方程。

1867年8月25日幸运的法拉第在看到了自己的理论后继有人，经典电磁学理论大厦完全竣工之后，坐在椅了上平静地离开了人间。

敢于揭穿雷电秘密的第一个人：富兰克林

闷热的夏天的午后，天空里堆积起大块的云。一霎时，气温突然下降，狂风、骤雨、电闪、雷鸣，跟着都来了，还可能夹着冰雹。

雷雨的时间短，面积小，可是从全球来说，雷雨的发生场数却多得惊人。据说每天44000多场，在任何时间内，都有1800场雷雨正在进行。

雷雨时发生的“电闪雷鸣”，往往使高大建筑物、树木和人畜遭到雷击。

闪电和打雷究竟是什么现象？在美国科学家富兰克林进行的历史上著名的“费城实验”之前，人们给它披上了一层神秘的外衣，认为这是“上帝之火”，是“天神发怒”的现象；还有少数科学家认为，雷电是一种天上的毒气云爆炸的结果。

富兰克林不信这一套。这位科学家已对摩擦产生的静电进行过长期的观察研究，发现闪电和它有许多共同之处。为了发现天上闪电打雷的秘密，他冒着生命危险进行了捕捉雷电的实验。

1752年7月一个雷雨交加的日子，在美国费城郊外一间四面敞开的小木棚下，富兰克林和他的儿子威廉，将一只用丝绸做成的风筝放上了天空，企图引下天空中的雷电。风筝顶端缚了一根尖细的金属丝，作为吸引电的“先锋”，中间是一段长长的绳子，打湿以后就成了导线。绳子的末梢系上充作绝缘体的绸带，绸带的另一端则在试验者的手中，在绸带和绳子的交接处，挂上一把钥匙。为了避免吸引下来的电通过试验者而造成触电，手中的绸带必须保持干燥，这就是富兰克林躲在小木棚下的原因。

随着一道长长的闪电，风筝引绳上的纤维丝纷纷都竖立起来，富兰克林心里一阵高兴，禁不住把左手伸过想抚摸一下，忽然“哧”的一声，在他的手指尖和钥匙之间跳过一个小小的火花。富兰克林只觉得左半身麻了一下，手不由己地缩了回去。“这就是电！”他兴奋地叫喊道。

富兰克林在给他的朋友柯灵逊的信中，比较详细地谈到了当时试验的情况。他写道：“当带着雷电的云来到风筝上面的时候，尖细的铁丝立即从云中吸取电火，风筝和绳子全都带了电，绳子上的松散纤维向四周竖起来，可以被靠近的手指所引。当雨点打湿了风筝和绳子，以致电火可以自由传导的时候，你可以发现电火从钥匙向你的指节大量地流过来。用这个钥匙，可以使莱顿瓶充电；用充得的电火，可以点燃酒精，也可以进行其他电气实验，像平常用摩擦过的玻璃球或玻璃管来做电气实验一样。于是，带着闪电的物体和带着普通电的物体之间的相同之处就完全显示出来了。”

富兰克林风筝实验

“费城实验”的结果，令人信服地证明了天空中的闪电和地面物体摩擦产生的电是属于同一种物理现象，天电和地电的性质是一样的。不久，富兰克林写了一篇《论闪电和电气相同》的论文，寄给英国皇家学会，希望对他的雷电本质的阐述能引起应有的重视。但是，他的科学成果受到了意外的冷遇。当富兰克林的论文在皇家学会的会议上宣读时，引起的反应只是一阵轻蔑的嘲讽和怀疑。这些“大学者”们不相信，科技落后的美洲的一个小人物居然会比他们还有能耐。

但是，富兰克林的观点有科学实验做基础，任何权威也否认不了。正如他自己所说：“我所说的都是实验的描写，任何人都能复试和证明，如果不能证明，也就无法辩护。”过了不久，法国科学家特里布尔在巴黎成功地重复了富兰克林的“费城实验”，甚至被国王路易十五请去进行了表演。这样一来，欧洲科学家才开始承认富兰克林的研究成果，渐渐改变了对他的偏见，后来甚至还接纳他为英国皇家学会的会员，授予他柯普利金质奖章。

在雷电实验中富兰克林已经了解到，雷电现象是一种大规模放电现象。

原来，雷雨是从天空里堆积得像高高的山峰似的积云中落下来的。而积云在下雨前模样儿很宁静，里面却在剧烈地翻腾着。小水珠并成了水滴要往下落，跟上升的空气发生猛烈的冲突。水滴和空气摩擦，使云带了电；空气带着负电升到云的顶部，水滴带着正电降到云的底部。因此云的顶部负电越积越多，云的底部正电越积越多。地面受了云的底部的正电的感应，也带了负电。

当大颗的水滴终于冲破上升气流从云端里掉下来时，天空里树枝状的电光一闪一闪，雷声隆隆。这些闪电，有的从一块积云的顶部一直贯穿到底部，有的发生在两块积云之间，有的则发生在积云和地面之间。给闪电穿过的空气立刻猛烈爆炸。要是闪电离我们近，我们眼前一亮，紧接着听到一声清脆的霹雳；要是离得远，电光闪过后，得过一阵子才能听到隆隆声，这是由于声音在空气中传播速度比光要慢得多的缘故。

富兰克林认识到，如果能用某种方法阻止电荷的大量聚集，雷击就可以避免。它根据雷电可以引导下来的原理，在费城实验的第二年，做成了世界上第一套避雷装置，富兰克林把它取名为“避雷针”。

不过其实富兰克林并不是最早发明避雷针的人，我们的祖先远在富兰克林之前就发明了避雷装置，并在实践中应用。据《后汉书》记载，一次当时的重要宫殿未央宫和柏梁台遭雷电袭击发生火灾不久，就有一位名叫“勇之”的方士向汉武帝建议，在宫殿的屋脊上安装“鸱鱼”来防止灾难。此后2000年来，我国古建筑的屋脊上大多安装了这一类金属瓦饰，有的是龙、有的是飞鱼和雄鸡。虽然它们形状各异，却都有尖状物指向天空。尽管没有引导线与地面连接，但大雨淋湿的屋檐和墙壁，自然起到了接地的作用。由于这类瓦饰高于建筑物之上，即使是猛烈的落地雷，也通常只是击毁了瓦饰而保全了建筑物主体。

大约在三国时期，工匠人们已经意识到接地的重要，他们在建造远远高于一般建筑的古塔时，顶部安装了钢铁制造的“葫芦串”，自然着眼于避雷的目的。而且还把它与涂了金属粉末容易导电的塔心柱连接起来，柱的下端又设置了贮藏金属的龙窟，组成了一套十分完整的避雷装置。如江苏省高淳县的保圣寺塔始建于公元229年的三国时期，塔高31.5米，远远高于周围的建筑群，由于塔顶安装了4米高的铁制古刹，由覆钵、木轮和宝葫芦等部分组成，至今历经千年风雨而从未遭雷击。明代，由金属杆、接地线组成的完整的避雷装置也出现了。明初工部侍郎萧询在《故宫遗事》一书中记道，他亲眼看见当时北京万寿山(今北海公园琼岛)绝顶的广寒殿旁“设有铁杆，高数丈，上置金葫芦三个，引铁链于地”，据说是为了“镇龙”，其实是为了“防雷”。1688年西方传教士马卡连来华，在《中国札记》上写道：“中国有些建筑物的屋顶上有一种叫做龙的装饰物，它头部仰向天空，张着嘴。这些怪物向上伸出的舌头是根尖端的金属芯子，另一端和埋在地下的金属相接，能让雷电跑到地面去而不伤害建筑物。”就按这位西方人的记载来算，也要比富兰克林早了70余年！

永不言败的开尔文

“第十一条诫律”

开尔文出身于一个由于宗教压迫而离国逃迁的苏格兰誓约派教徒的家族。10岁时丧母。父亲是格拉斯哥大学的自然哲学教授。他为他的6个子女，提供了一套旨在保护他们的心灵而磨砺他们智力的教育方式。他所设计的这个教育方式，既有广度，又有深度。几乎从婴儿时期起，孩子们的成长就与思想的广阔天地结成友谊。他们被地质学和天文学的原理所吸引，而植物则是他们游玩时的小伙伴。当他们围坐在桌子四周时，他们惊奇地注视着桌上的玩具地球仪；他们梦想着到地球上最遥远的地方去遨游。而后他们的眼睛又转移到另外一个更大的球体上。这是他们的父亲为他们购买的一个天球仪——它讲出了天体的史诗，而地球只不过是这个伟大史诗中一个小小的音节而已。

开尔文在弟兄中排行最小，但他的想象力却是最敏捷的。他发现自己完全被这两个球的故事迷住了。尽管年龄还小，他已决心接受挑战，把这个故事的神秘弄清楚。当他还只有16岁时，就在日记中写下了第十一条诫律。正如十诫是宗教对他的良心的召唤一样，这第十一条诫律则是心智对开尔文理性的召唤：

科学领路到哪里，就在哪里攀登不息；

前进吧，去测量大地，衡量空气，记录潮汐；

去指示行星在哪一条轨道上奔跑，去纠正老黄历，叫太阳遵从你的规律。

第一所现代实验室在酒窖里诞生

开尔文的智力成熟得很快。他17岁进入剑桥大学，18岁就写出了一篇杰出的热力学方面的论文，还在《剑桥数学学报》上发表了几篇文章。毕业时，他认识了法国和英国一些第一流物理学家，并对他们提出颇有价值的研究建议。22岁时，他被任命为格拉斯哥大学教授。

大学里文质彬彬的苏格兰同事们，对于开尔文的血气方刚的那种进取劲头，颇有点受不了。开尔文刚刚被选拔到很多白发苍苍的对手们求之不得的光荣职位上，就决定在格拉斯哥的物理系来一场革命。他到几个老前辈那里，申请拨给他一间房子，以便进行课堂以外的实验。这种狂妄气焰是他们前所未闻的。多年以来，节约成癖的苏格兰教授们满足于把实验统统挤到教室里去进行。这个刚被提升的小伙子竟然要求自己占一间房子，天下哪有这个道理？

然而，他们的好奇心战胜了他们的反感。“假若你一定要的话，那么你可以把那间地窖拿去，我们把那些酒桶搬走就是了。”

这样，英国的第一所现代实验室，就在一个酒窖里诞生了。

用塔顶楼作思考的房屋

年轻的开尔文的工作劲头，就像一股龙卷风。他就是他自己提出的动力学理论的化身。他从班级里的90个学生中，挑选了30人，组成了一个志愿队伍，他促使他们飞快地工作。工作成果累积得如此之快，以致他发现他需要更多的空间——“再给我一间作思考的房屋。”

他的同事们又奇怪地看着他了。他们说：“你用那间塔顶楼好了。”

从早到晚，他钻入深处，爬到高处，进行实验活动或抽象的设想。晚上，他散步回家——只有50码之遥——把一个技术专家的身躯和一个哲学家的心灵送进了睡乡——一个身强力壮的人的休憩。

把证明“浸透”到学生心里

对于学生来说，这位冷热无常的大教授是很令人兴奋的。没有人知道他下一步会干什么。有一天，他的朋友德国科学家亥姆霍兹来到他的实验室，参观开尔文进行陀螺仪的实验。一个厚的金属圆盘正在快速旋转。大教授打算证明，圆盘在旋转中，应该是垂直不动的，从而可以用类比法来说明，地球就其轴心来说，也是垂直不动的。突然间，他抓起一个钉锤，对着圆盘猛击了一下。金属圆盘失去平衡，马上向离心方向飞去，恰巧击中了衣帽架上悬桂着的亥姆霍兹的帽子，并将帽子砸破了。学生们哄堂大学。亥姆霍兹无可奈何，只得也随着大家笑了。开尔文倒是满天真的，他轻描谈写地说：“出了点毛病，我会赔你一顶新帽子的。”

他的话从不沉闷。他说：“我取消了上课宣读发了霉的论文的办法。”他的课堂和实验室堆满了各种各样的仪器，真是五花八门，样样俱全。小配件堆积在桌上，有的吊在天花板上，有的还挂在墙上。至于大件，有一套三件的螺旋弹簧振荡器；一座30英尺长的摆钟，摆的尾巴上还悬挂着一个12磅(1磅≈0.4536千克)重的炮弹；一部怪样子的机器，里面装着许多的弹子球，球不断地向各个方向滚动，借以揭示星云的动力学运动；此外还有成堆的陀螺仪。他把一个陀螺仪放在另一个陀螺仪上面旋转，借以研究行星的运动。他把这些陀螺仪用各种方式放到一起，扭来扭去。在课堂的一角，从天花板上吊下一件看上去平凡无奇的装置——一个覆盖着橡皮薄膜的金属圈，是用来揭示露滴的性质的。有一天，他叫人弄了水来，把水浇在金属圈上，使橡皮往下垂胀。加上更多的水。最后橡皮破裂，“像一个负载过重的露滴”。水一直泼到了教室前排学生的头上。教授笑了，“我向来喜欢把我的证明浸透到你们的心里去。”

“每个困难一定有解决的办法”

开尔文的思想很丰富，数学能力很强，在物理学的各个方面都开辟了许多新的道路。他在当时科学界享有极高的名望，受到英国本国和欧美各国科学家的推崇。他的科学观点可以引用1800年5月他在伦敦皇家研究所关于大气电学的讲演中对现象与本质问题的话来说明：

“常常提出这样的问题，人们是否只管事实和现象，而放弃追究隐藏在现象后面的物质的最终性质呢？这是一个必然由纯正哲学者回答的问题，它不属于自然哲学的范围。但是近许多年来世界上看到从这个屋子的实验结果中所发生的，在实验科学史上未曾有过的一连串的令人惊奇的发现。这些发现必然把人们的知识引导到这样一个阶段，将使无生物世界的规律表现出每一现象基本上与所有全体现象相连，而无穷无尽的多样化的运用规律所达到的统一性将被认为是创造性智慧的产物。”

这一段话表达了开尔文的理想，他想象一个完善的统一的理论，能把世界的现象包罗无遗。他的意志是坚强的。他在1904年出版的《巴尔的摩讲演集》的序言上关于如何对待困难有这几句话：

“我们都感到，对困难必须正视，不能回避；应当把它放在心里，希望能够解决它。无论如何，每个困难一定有解决的办法，虽然我们可能一生没有能找到。”

开尔文终生不懈地致力于科学事业，他不怕失败，永远保持着乐观的战斗精神。1896年，在纪念他在格拉斯哥大学任教50年的会上，他说过：“我在过去50年里所极力追求的科学进展，可以用‘失败’这个词来标志。我现在不比50年以前当我开始担任教授时知道更多关于电和磁的力，或者关于以太、电与有重物之间的关系，或者关于化学亲合的性质。在失败中必有一些悲伤；但是在科学的追求中，本身包含的必要努力带来很多愉快的斗争，这就使科学家避免了苦闷，而或许还会使他在日常工作中相当快乐。”开尔文的这段话，可以说是对自己的科学生涯的总结。

“开尔文勋爵，研究生”

他更老了。他抱怨光阴流逝得太快。“一秒钟是太短促了，我们需要长一些的时间量度。”每天，他口授几个小时，身旁有两名秘书，一左一右。两名秘书各自记录他分别口授的东西，题目各不相同。

而现在，他已经快走到生命之路的尽头了。用毕生时间搞出来的学说和发明，眼看就要被更新的一些学说和发明挤进阴暗的角落里。威廉·伦琴、亨利·贝克勒耳以及玛丽·居里等人，他们为将来开辟了多么丰富的研究园地！在科学的世界观方面，他们又进行了一场什么样的革命！比起他们来，他又显得多么渺小和不足！在他担任格拉斯哥大学教授50周年纪念日时，他有点自嘲地笑了。

任职50周年庆祝后又过了3年，他辞去了格拉斯哥大学教授的职务。董事会希望他不要退休，继续工作。但是他摇摇头。“请不必感情用事吧，我已经没有什么用处了。”

他最后一次看到了他的学生们。“我最近相信，当一个人老了的时候，他在家内炉边最欣赏的，就是那些把他带回到大学生活时代的照片……使你们的生活充满光明和纯洁的那些照片……”就这样，他离开了他的教授岗位，可是并没有离开格拉斯哥大学。只要一息尚存，他无法割断他同格拉斯哥的纽带。1899年，当学年开始时，这位76岁的年迈学者，同大学本科生一道，走进注册室，也报了名：“开尔文勋爵，研究生。”他终于懂得，他不能再教了；从现在起，他只是学。

幸运儿麦克韦斯

从“乡巴佬”到“神童”

麦克斯韦8岁那年，母亲去世，但在父亲深情的关照和详尽的指导下，加上自己的勇气和求知欲，麦克斯韦的童年仍然充满着美好。当他10岁进入爱丁堡中学读书时，衣着土里土气，带着浓重的乡下口音，在班里受到出身名门的富家子弟的嘲笑、欺侮，叫他“乡巴佬”，但他十分顽强，勤奋学习，不受干扰，很快就显示出自己的才华，扭转了别人的看法。他在全校的数学竞赛和诗歌比赛中都取得了第一名，成了有名的“神童”。“神童”不是天生的，是他强烈的求知欲望和刻苦钻研的结果。

麦克斯韦幼年

麦克斯韦从小就有很强的求知欲和想象力，爱思考，好提问。据说还在他2岁多的时候，有一次爸爸领他上街，看见一辆马车停在路旁，他就问：“爸爸，那马车为什么不走呢？”父亲说：“它在休息。”麦克斯韦又问：“它为什么要休息呢？”父亲随口说了一句：“大概是累了吧？”“不，”麦克斯韦认真地说，“它是肚子疼！”还有一次，姨妈给麦克斯韦带来一篮苹果，他一个劲地问：“这苹果为什么是红的？”姨不知道怎么回答，就叫他去玩吹肥皂泡。谁知他吹肥皂泡的时候，看到肥皂泡上五彩缤纷的颜色，提的问题反而更多了。上中学的时候，他还提过像“死甲虫为什么不导电”，“活猫和活狗摩擦会生电吗”等问题。父亲很早就教麦克斯韦学几何和代数。上中学以后，课本上的数学知识麦克斯韦差不多都会了，因此父亲经常给他开“小灶”，让他带一些难题到学校里去做。每当同学们欢蹦乱跳地玩的时候，麦克斯韦却进入了数学的乐园，他常常一个人躲在教室的角落里，或者独自坐在树阴下，入迷地思考和演算着数学难题。

他自己做的玩具

麦克斯韦在上课的时候，总是认真听讲，积极思考。他不但爱提一些别出心裁的问题，而且还能纠正老师讲课中出现的错误。据说有一次，他发现一位讲师写的公式有错误，立即站起来作了报告。老师很自信，挖苦地说：“如果是你对了，我就把它叫做麦氏公式！”后来老师回家一验算，果然是麦克斯韦对了。

巧遇名师

19岁的麦克斯韦初到剑桥，一切都觉得新鲜。这一时间，麦克斯韦专攻数学，读了大量的专门著作。不过，他读书不大讲系统性。有时候，为了钻研一个问题，他可以接连几个星期什么事都不干；有时候，他又可能见到什么读什么，漫无边际。

这个善于学习和思考的年轻人，需要名师点拨，才能放出异彩。幸运的是，一次偶然的机会，麦克斯韦果然遇到了一位好老师，这就是霍普金斯。霍普金斯是剑桥大学数学教授，一天，他到图书馆借书，他要的一本数学专著不巧被一位学生先借走了。那书是一般学生不可能读懂的，教授有些奇怪。他询问借书人名字，管理员答道“麦克斯韦”。教授找到麦克斯韦，看见年轻人正埋头摘抄，笔记本上涂得五花八门，毫无头绪，房间里也是乱糟糟的。霍普金斯不禁对青年发生了兴趣，诙谐地说：“小伙子，如果没有秩序，你永远成不了优秀的数学物理家。”从这一天开始，霍普金斯成了麦克斯韦的指导教授。霍普金斯很有学问，培养过不少人才。麦克斯韦在他的指教下，首先克服了杂乱无章的学习方法。霍普金斯对他的每一个选题，每一步运算都要求很严。这位导师还把麦克斯韦推荐到剑桥大学的尖子班学习，这个班由有多方面成就的威廉·汤姆生(开尔文)和数学家斯托克主持，他俩也曾是霍普金斯的学生，数学造诣都很高。经这两位优秀数学家的指点，麦克斯韦进步很快，不到3年，就掌握了当时所有先进的数学方法，成为有为的青年数学家。霍普金斯曾对人称赞他说：“在我教过的所有学生中，毫无疑问，这是我所遇到的最杰出的一个。”

接过大师的火炬

1854年，麦克斯韦毕业后不久，就读到了法拉第的名著《电学实验研究》。法拉第在这书中，把他数十年研究电磁现象的心得归结为“力线”的概念。法拉第做了一个构思精细、设计巧妙的实验：把铁粉撒在磁铁周围，铁粉就呈现出有规则的曲线，从一磁极到另一磁极，连续不断。法拉第把这种曲线称为力线；他还进一步用实验证明，这种力线具有物理性质。他把布满磁力线的空间称为磁场，而磁力就是通过连续磁场传递的。麦克斯韦完全被书中的实验和新颖的见解吸引住了。法拉第的著作，把他带到一个崭新的知识领域，使他无比神往。

一年之后，24岁的麦克斯韦发表了《法拉第的力线》，这是他第一篇关于电磁学的论文。在论文中，麦克斯韦通过数学方法，把电流周围存在磁力线这一特征，概括为一个数学方程。这一年，恰好法拉第结束了长达30多年的电学研究，在科学笔记上写下了最后的一页。麦克斯韦接过了这位伟大先驱手中的火炬，开始向电磁领域的纵深挺进。

麦克斯韦对库仑定律的验证

4年后，在一个晴朗的春天，麦克斯韦特意去拜访法拉第。他们虽然通信几年了，还没有见过面。这是一次难忘的会晤。两人一见如故，亲切交谈起来。

阳光照耀着这两位伟人。他们不仅在年龄上相隔40年，在性情、爱好、特长等方面也颇不相同，可是他们对物质世界的看法却产生了共鸣。这真是奇妙的结合：法拉第快活、和蔼，麦克斯韦严肃、机智。老师是一团温暖的火，学生是一把锋利的剑。麦克斯韦不善于说话，法拉第演讲起来娓娓动听。

两人的科学方法也恰好相反：法拉第专于实验探索，麦克斯韦擅长理论概括。

在谈话中，法拉第提到了麦克斯韦4年前的论文《法拉第的力线》。当麦克斯韦征求他的看法时，法拉第说：“我不认为自己的学说一定是真理，但你是真正理解它的人。”

“先生能给我指出论文的缺点吗？”麦克斯韦谦虚地说。

“这是一篇出色的文章”，法拉第想了想说，“可是你不应停留于用数学来解释我的观点，而应该突破它。”

“突破它！”法拉第的话大大地鼓舞了麦克斯韦，他立即以更大的热忱投入了新的战斗，要把法拉第的研究向前推进一步。

麦克斯韦在紧张的研究中，2年的时光过去了。这是努力探求的2年，也是丰收的2年。

1862年，麦克斯韦在英国《哲学杂志》上，发表了第二篇电磁论文《论物理的力线》。文章一登出来，立即引起了强烈的反响。这是一篇划时代的论文，它与7年前麦克斯韦的第一篇电磁论文相比，有了质的飞跃。因为《论物理的力线》，不再是法拉第观点单纯的数学解释，而是有了创造性的引伸和发展。

教授与爱犬

麦克斯韦教授每天都到剑桥大学的卡文迪许物理实验室去。他巡视每个人的工作，但在任何地方都不过多地停留。有时他沉湎于自己的思考之中，竟然连学生向他提出的问题都听不见。因此，当第二天教授走到某个学生身旁对他说话时，这个学生会感到出乎意外的愉快。

“哦，昨天是您向我提出了一个问题，我考虑过了，可以告诉您……”

教授的回答自然是全面而详尽的，这里无须再加说明。麦克斯韦一向尽力使他的学生们相信，他只是向他们提出建议，而不想让他们把他的话当作是教训，仅仅是建议而已。

为使巡视实验室的工作尽量显得随便、自然，他到哪儿去的时候几乎总带着一条小狗，狗的名字叫托比，是他从格林列依带来的。

“假如散步不带着狗，我就觉得自己很糊涂。”麦克斯韦总喜欢重复这句话。

托比在实验室里表现很好，当离它不远的地方由于放电而“拍、拍”作响时，它就发怒地叫起来，显出一副惊恐不安的样子，直到主人抚摸它后，才安静下来。它能满足主人的一切要求，即使把电极触在它颈上也可以，这时托比悄悄地叫几声，不过是装装样子而已。

有人在卡文迪许实验室的记事簿上发现有这样的记载：狗毛摩擦放电要大于猫毛摩擦放电。托比在实验室似乎应该为狗的同类捍卫这种荣誉。通常将托比安置在一个专门的坐垫上，之后，人们就用毛皮来摩擦。出于对主人的恭顺，托比忍耐着，而心里多半指望这一切能够早点结束。

韦伯和高斯的一个实验

成功了的喜悦难于言表

瞧，又一次试验，这回两人各自坐在自己的地方。韦伯坐在学校物理实验室里，而比他年长的朋友和同伴、天文台台长和数学教授卡尔·弗里德里希·高斯则坐在天文台里。

韦伯刚刚“拍发”完第一条消息，不觉陷入了沉思。他不再挪动手摇发电机上的线圈，高斯已经在线圈上缠了7000匝。

“应该接收到！应该！”韦伯思忖着。

而后，他怀着抑制不住的激动心情，拿起了雨衣，向市内跑去。

这时，高斯正朝他亲自设计的磁强计俯着身子，不断摆动着的指针停住了，一种难以名状的幸福感涌上了心头。他再次看了看那条消息，那是韦伯发给他的，与他们俩事先约定好的电码完全相符，这是很普通的电码——指针在这个或那个方向上偏转多少次，早就谈定了。高斯迫不急待地翻译电码。

突然，敲门声打断了他的工作，门口出现了韦伯那探询的目光。不待他发问，高斯简单地说了声：

“成功了。”

韦伯深深地吸了口气。瞬间，一片沉寂，然后，两个朋友聊了起来。他们兴致勃勃地开始筹划建立哥廷根和汉诺威、汉诺威和伯尔尼之间的电报联络，而再往后呢？越过高山和大海、跨过冰川和草地——欢乐和忧愁的信息以闪电般的速度传向四面八方，也正是这欢乐与忧愁谱写着人类的生活……

给世界带来光明的人：爱迪生

爱迪生发明电灯的原因

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。然后爱迪生每天想啊想啊想啊，终于想到了一个很好的办法，因为当时最便宜的就是电源。所以爱迪生就把发光器连接上电源之后产生了照明用的光来造福全世界贫穷的人们。

一个大雪天的夜晚,爱迪生的妈妈突然生病了,爸爸急忙找来医生。医生说：“你妈妈得了急性阑尾炎，需要开刀做手术。”那时候只有油灯没有电灯，油灯的光线很暗，一不小心就会开错刀。爱迪生突然想起一个好办法，他把家里所有的油灯全都端了出来，再把一面镜子放在油灯的后面，让医生顺利的做完了手术。医生说：“孩子你是用你的智慧和聪明救了你的妈妈。”爱迪生拉着妈妈的手说：“妈妈我要制造一个晚上的太阳。”

从那以后，爱迪生产生了发明灯泡的想法。

发明电灯的艰苦过程。

爱迪生在1877年开始了改革弧光灯的试验，提出了要搞分电流，变弧光灯为白光灯。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，这种灯丝要禁得住热度在2000℃1000小时以上的燃烧。同时用法要简单，能禁受日常使用的击碰，价格要低廉，还要使一个灯的明和灭不影响另外任何一个灯的明和灭，保持每个灯的相对独立性。为了选择这种方法做灯，这在当时是极大胆的设想，需要下极大的工夫去探索，去试验。爱迪生先是用炭化物质做试验，失败后又以金属铂与铱高熔点合金做灯丝试验，还做过用矿石和矿苗共1600种不同的试验，结果都失败了。但这时他和他的助手们已取得了很大进展，已知道白热灯丝必须密封在一个高度真空玻璃球内，而不易熔掉的道理。这样，他的试验又回到炭质灯丝上来了。仅植物类的炭化试验就达6000多种。他的试验笔记簿多达200多本，共计4万余页，先后经过3年的时间。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，躺在实验用的桌子下面睡觉。有时他一天在凳子上睡三四次，每次只半小时。

爱迪生和电灯

　到了1880年的上半年，爱迪生的白热灯试验仍无结果，就连他的助手也灰心了。有一天，他把试验室里的一把芭蕉扇边上缚着一条竹丝撕成细丝，经炭化后做成一根灯丝，结果这一次比以前做的种种试验都优异，这便是爱迪生最早发明的白热电灯——竹丝电灯。这种竹丝电灯继续了好多年。直到1908年发明用钨做灯丝后才代替它。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10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5万次的试验，写成试验笔记150多本，方才达到目的。

爱迪生对我们启示

当人们点亮电灯时，每每会想到这位伟大的发明家，是他，给黑暗带来无穷无尽的光明。1979年，美国花费了几百万美元，举行长达1年之久的纪念活动，来纪念爱迪生发明电灯100周年。

爱迪生一生只上过3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”。

有人作过统计：爱迪生一生中的发明，在专利局正式登记的有1300种左右。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3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。

莫尔斯：电报

塞缪尔·莫尔斯(1791～1872年)，本来是一名著名的画家。1826～1842年任美国画家协会主席。但一次平常的旅行，却改变了莫尔斯的人生轨迹。电报机也因此而登上了历史舞台，通信史翻开了崭新的一页。

1832年，莫尔斯已经41岁了，在法国学了3年绘画后坐轮船返回祖国。轮船在大西洋中航行，为了打破长途旅行的沉闷气氛，美国医生杰克逊向旅客们展示了一种叫“电磁铁”的新器件,并讲述电磁铁原理。杰克逊滔滔不绝地介绍电磁学的一些知识，莫尔斯被深深地吸引住了。杰克逊的一句话深深地印在了莫尔斯的脑海里。杰克逊说：“实验证明，不管电线有多长，电流都可以神速地通过。”这句话使莫尔斯产生了遐想：既然电流可以瞬息通过导线，那能不能用电流来进行远距离传递信息呢？莫尔斯为自己的想法兴奋不已，从这以后，他毅然改行投身于电学研究领域。

莫尔斯电报机

莫尔斯回到美国后，在教授画画课程之余，他把大部分精力都投到电报机的设计上。

1835年，他毅然告别了绘画艺术，专心攻读电磁学知识，一门心思地进行电报装置的制作。莫尔斯从在电线中流动的电流在电线突然截止时会迸出火花这一事实得到启发，“异想天开”地想，如果将电流截止片刻发出火花作为一种信号，电流接通而没有火花作为另一种信号，电流接通时间加长又作为一种信号，这三种信号组合起来，就可以代表全部的字母和数字，文字就可以通过电流在电线中传到远处了。

经过几年的琢磨，1837年，莫尔斯设计出了著名且简单的电码，称为莫尔斯电码，它是利用“点”、“划”和“间隔”（实际上就是时间长短不一的电脉冲信号）的不同组合来表示字母、数字、标点和符号。1844年5月24日，在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里，一批科学家和政府官员聚精会神地注视着莫尔斯，只见他亲手操纵着电报机，随着一连串的“点”、“划”信号的发出，远在64千米外的巴尔的摩城收到由“嘀”、“嗒”声组成的世界上第一份电报。

第一封电报的内容是圣经的诗句：“上帝创造了何等的奇迹。”莫尔斯的新奇构思是电报发明的一个重大突破，直到今天，莫尔斯电码仍在普遍使用着。

电话发明人：贝尔

如今，电话走进了千家万户，你知道电话是谁发明的吗？贝尔，就是发明电话的人。他1847年生于英国，年轻时跟父亲从事聋哑人的教学工作，曾想制造一种让聋哑人用眼睛看到声音的机器。1873年，成为美国波士顿大学教授的贝尔，开始研究在同一线路上传送许多电报的装置——多工电报，并萌发了利用电流把人的说话声传向远方的念头，使远隔千山万水的人能如同面对面的交谈。于是，贝尔开始了电话的研究。

贝尔试用电话

那是1875年6月2日，贝尔和他的助手华生分别在两个房间里试验电报机，一个偶然发生的事故启发了贝尔。华生房间里的电报机上有一个弹簧黏到磁铁上了，华生拉开弹簧时，弹簧发生了振动。与此同时，贝尔惊奇地发现自己房间里电报机上的弹簧颤动起来，还发出了声音，是电流把振动从一个房间传到另一个房间。贝尔的思路顿时大开，他由此想到：如果人对着一块铁片说话，声音将引起铁片振动；若在铁片后面放上一块电磁铁的话，铁片的振动势必在电磁铁线圈中产生时大时小的电流。这个波动电流沿电线传向远处，远处的类似装置上不就会发生同样的振动，发出同样的声音吗？这样声音就沿电线传到远方去了。这不就是梦寐以求的电话吗！

贝尔和华生按新的设想制成了电话机。在一次实验中，一滴硫酸溅到贝尔的腿上，疼得他直叫喊：“华生先生，我需要你，请到我这里来！”这句话由电话机经电线传到华生的耳朵里，电话成功了！1876年3月7日，贝尔成为电话发明的专利人。

贝尔一生获得过18种专利，与他人合作获得12种专利。他设想将电话线埋入地下，或悬架在空中，用它连接到住宅、乡村、工厂……