电气化时代
发电机和电动机
1832年在巴黎的博览会里展出了世界上第一台发电机，它是法国人比齐创制的。摇动手柄让马蹄形磁铁绕轴旋转时，固定在磁铁上方的线圈里就会激发起感生电流。从此，形态各异而原理相似的发电机如雨后春笋般地不断出现。在19世纪常用的发电机中当金属导线绕匝的电枢在磁场中做切割磁力线运动时，将电枢的两个输出端与外电路接通，组成闭合回路，就会有电能输出。电枢输出端的两个半圆柱装置叫做换向器，是安培的仪器工派克赛发明的，发电机通过换向器输出的是一种方向不变的脉动电流，这种电流叫直流电。如果电流的大小也不变化，这种直流电叫做稳恒电流。从1856年起商用发电机开始向用户供电。1862年小功率的直流发电机在沿海的灯塔上使用了。
发电机是把机械能转变为电能，能不能发明一种装置——把电能转化成机械能？美国电学家亨利研究了这个课题，他把这种转变能量的装置叫电动机。1831年7月他在“西里门”杂志上发表了自己关于电动机的设想，从而取得了电动机的发明权。这位亨利先生是个“不走运”的科学家，他比法拉第更早发现了电磁感应现象，还发明了继电器和电报。但他书生气太足，只热衷于研究，不注意实用，也不去申请专利，失去了好几次的科学荣誉，这一次总算抓住了机会。
1834年美国铁匠达文波特造出了一架用电池供电的玩具电动机，在波士顿展出时引起了轰动。同一年，俄国人雅可比也创制了电动机，也靠电池供电。这架电动机后来被装到一艘涅瓦河上的小船上，这样小船成了世界上第一艘机电船，着实出了一番风头。然而，电动机消耗的能量相当大，靠电池中的化学能来驱动电动机是得不偿失的，因此在相当长的时间里，这种用电池的电动机只能作为玩具而已。人们迫切期望找到廉价的电源来带动电动机，使人类能从繁重的体力劳动中解放出来。这种美好的前景激励了几代发明家投身到电力的研究领域之中。
然而这一难题却在一次偶然事件中解决了。1873年维也纳博览会上，一位工作人员偶然地把两台发电机连了起来，一台发电机产生的电流流过了另一台发电机的电枢线圈，这后一台发电机就在第一台发电机提供的电力下作为电动机转动了起来，这一偶然发现使在场的科学家欣喜若狂，第二天博览会的大厅上展示了一个惊人的表演：用一个小型的人工瀑布来驱动发电机，发电机的电流带动电动机，电动机又带动了小水泵来喷射泉水。当一批又一批的观众围在两台电机前，望着这奇妙的景象，发出啧啧的赞叹声时，发明家们已经领悟到，驱动电动机的廉价电源已经找到。用电动机来代替人力劳动已经指日可待了。人类的电气化时代开始了。
下面，我们也来做个发电机—电动机的模拟实验。
器材：U型磁铁两块、铁架台、漆包线一卷。卷筒擦手纸的纸板圆筒两个。
实验：用漆包线在纸板圆筒上绕100圈，两端各留出0.5米长的引线，然后用胶水纸将漆包线固定在纸筒上。
把两个线圈分别套在两块U型磁铁的磁极上，用2根0.5米的导线分别把两个线圈的引线连起来，再悬挂在支架上。
这时用手拉动一个线圈，另一个线圈会发生什么现象？你能解释这是为什么吗？
交流电和直流电
从这一天起，电力技术大踏步地发展起来了。在美国，电器中第一个取得商业成就的是电灯泡。1882年爱迪生电气公司开始安装照明系统，仅仅经营了3年就出售了200000个灯泡，垄断了市场，并给股东支付可观的红利。发明家爱迪生也成了腰缠万贯的大老板。1884年的一天，爱迪生正踌躇满志地坐在办公室里，这时他才32岁，但头发已经花白了。突然一个青年人推门进来。“先生，我叫特斯拉，从巴黎分公司来。”说完双手递上一封信。爱迪生拆信一看，原来是自己改进贝尔电话机时的搭档，英国工程师巴切罗写来的推荐信。信上对特斯拉作了热情洋溢的介绍，说：“我知道两位伟人，您是其中的一位，另一位就是那位塞尔维亚的青年人！”特斯拉这时才20几岁，爱迪生是他崇拜的偶像，今日有幸相见心里激动不已。嗫嚅地说：“我对交流电很有兴趣。去年我在施特拉斯堡工作时自制了一台交流发电机。我想用直流电向用户供电，电压低损耗大。传电的范围只有3、5公里。每隔几公里建一座发电厂太不经济了，如果改用交流电网来输送高压电……”爱迪生听到这里竟拉长了脸，摆手打断了他说话。爱迪生是直流输电系统的创造人，见这乳臭未干的小伙子竟敢在祖师爷的面前说直流电这也不是，那也不是，岂不惹在爱迪生的气头上！事实上特斯拉的话是对的，因为发电机的输出功率决定于它的输出电压和输出电流，如果用直流低压输电，电流很大，会在输电线上损耗了大部分的电功率。倘若改用交流输电的办法，可以将发电机发出的低压电通过变压器升高电压，因为总的输电功率保持不变，经过变压后的高压电的电流就很小，在输电线上不会损耗多少电功率。到了用户处，再通过变压器将电压降落下来，这样既节电又安全，有什么不好呢？
直流发电机也可以输送高压电？这样不也可以在输电线上流通小电流吗？这种想法只能是纸上谈兵。直流发电机产生的电压最高只可到几千伏，电压再往上升高，线圈的绝缘性就不够了。由于它不能变电压，就是将几千伏电压的电流直接输入工厂、车间甚至住宅，既昂贵也太危险，也根本无法制造耐几千伏电压的白炽灯。
然而爱迪生已无意再听特斯拉说话，拿起了桌上的铜铃摇了几下，让秘书把特斯拉安排到修理部去当一名低级工程师，满腔热情的特斯拉如一下掉入冰窖里，连连打了几个寒噤。但转念一想，自己凭本事吃饭。我好好地干，干出成绩来，那时你就不敢小觑我了。从这天起特斯拉真的起早摸黑地埋头苦干，每天在车间里耽上18～20个小时，他不仅出色完成了本职工作，还抽出时间来研究交流电。然而这时的爱迪生已经十分主观，容不得半点反对意见。他不仅对特斯拉的成绩视而不见，还常常对他横加指责，使斯特拉觉得伤心和委曲。后来发生了一件事，终于导致了两人分道扬镳。特斯拉不得不离开了爱迪生电气公司。后来特斯拉想到了一个名叫乔治·威斯汀豪斯的人，这个人是军人出身，前几年发明了铁路上用的空气闸而在工程技术界崭露头角。最近他进口了两套戈拉—吉布斯的变压器和西门子交流发电机，在纽约附近的布法罗地区开了一家小小的电气公司。特斯拉拿定了主意立即搭车去布法罗。
再说威斯汀豪斯电气公司虽然已经开张多日，奈何只有十几个人，七八条枪，一时也难成气候，特斯拉的到来真使乔治喜出望外，他早就知道特斯拉是电力工程方面的高手，如今投奔来帮自己，可谓是如虎添翼。乔治立即以极大的热情来支持特斯拉的工作。这两个人都不是等闲之辈，经过几个月的努力就准备在匹茨堡建立起一个交流供电网来。爱迪生起先还并不把这两个小人物放在眼里，听说了这事后，不由得大吃一惊。本来白炽灯乃是自己公司的一统天下，想不到小小的威斯汀豪斯公司竟然要来抢饭吃，又羞又恼。爱迪生竟不顾自己的显赫名声，鼓动如簧之舌大造舆论：“交流电用高压，不安全，会电死人。”恰好纽约州的立法机关通过了一项用电刑来执行死刑的法令，用的正是威斯汀豪斯公司制造的发电机。这一下助长了民众对交流电的恐惧心理。经过报纸的渲染，一时街头巷尾、剧场餐厅都有人在谈论交流电的可怕。眼看这威斯汀豪斯公司刚刚挣扎起来的一点家业就要被葬送在这股流言蜚语之中。“先生，我们不能听任这些胡说八道泛滥惑众，开个记者招待会吧！”特斯拉愤愤不平地说。
两天后的一个傍晚，威斯汀豪斯电气公司的大门前车塞马鸣，人头攒动，围了有几百人。其中一部分是记者，更多的是看热闹的人。会议开始了，乔治先生说了几句开场白之后，特斯拉雄纠纠走上台阶。他从一台公司造的发电机上引出两根长长的绝缘导线，捆在自己身上，竖一下，横一下，一共捆了十几道。然后再将导线联到一长串灯泡上。“开闸。”随着他一声令下，挂在门前的一长串灯泡顷刻大放光明。特斯拉站在灯光之中不住地微笑，向大家挥手示意。观众都惊呆了。在片刻的寂静后，人群里爆发出雷鸣般的掌声，有人还把帽子抛上了天空。混在人群里的几个爱迪生电气公司的职员，原来想来看笑话，这一下倒急得手足无措，正要溜之大吉，突然见特斯拉迎面走了过来。特斯拉耸了耸肩膀说：“真理不崇拜权威啊！”爱迪生公司的几个职员满脸羞惭赶紧溜之大吉了。从这次记者招待会后，威斯汀豪斯公司才算站稳了脚跟。随着时间的推移，交流电逐渐显示出它的优越性，既经济实惠，又安全可靠。1893年威斯汀豪斯公司在芝加哥博览会上接受了25万只灯泡供电的订货。特别是酝酿已久的尼亚加拉大瀑布水电站决定采用威斯汀豪斯电气公司生产的交流发电传输系统，使交流电赢得了决定性的胜利。爱迪生电气公司的信誉已到了维持不下去的地步，不得不改名为通用电气公司。而威斯汀豪斯公司的业务一直兴旺到1907年美国经济大萧条之前。发明家特斯拉，虽然名字被铭刻在大瀑布发电机的主机上，但他仍然过着清贫的生活，也没有像爱迪生那样广为人知。事实上特斯拉是一位罕见的天才，他对未来世界有过许多新颖、独到的设想。这些设想中有一部分现在已成为事实，更多部分仍有待于现在工程技术人员去发掘和整理。特斯拉的晚境十分凄凉。1943年1月8日他在贫病中死于大瀑布附近的小客栈里，享年86岁。后来他的骨灰，生前使用的仪器和发电机模型被运回南斯拉夫，安放在贝尔格莱德的特斯拉博物馆里。
电话的发明
“电能传递信息，为什么不能传递声音呢？”提出这个问题的是美国波士顿大学的语言教授贝尔，当时他22岁。贝尔于1847年生于英格兰，他的父亲和祖父都是声学家。贝尔小的时候十分淘气，好奇性很强，喜欢提各种怪问题。贝尔17岁进爱丁堡大学学习语言，毕业后获得博士学位，移居美国当了教授。当时电报刚发明不久，人们对电的作用产生了强烈的印象。贝尔也怀着浓厚的兴趣，业余从事研究。一天，他在做实验时偶然发现，当电路接通或断开时，螺旋线圈就会发出轻微的噪声。这启发了他，既然空气能使薄膜振动发出声音，那么如果用电使薄膜振动，不就可以把人的声音传递开来了吗？1873年夏，贝尔正式向校长提出辞呈，决定去发明一种能传递人的声音的电话！他不去理会周围人的闲言碎语，变卖了家产做经费，与18岁的电工技师沃特森一起开始了艰难的创制电话的生涯。
下面我们利用废旧的双听筒耳机来了解电话机的工作原理。
找一副双听筒耳机，把原来的听筒线拆下来，再用有绝缘皮的双股长导线把两只听筒连起来。当一个人对着耳机说话时，站在远处的人就可以从另一个耳机里听到他的说话声音。
再拆卸耳机，可以看到里面有一块永久磁铁和一铁片。当有人对耳机说话时，声波使耳机里的薄铁片前后振动，铁片与永久磁极之间的空隙就忽大忽小，引起了磁场强度的变化。这样绕在永久磁铁上的线圈里就激发出忽强忽弱的感生电流来。这个随声波变化的电流，传到另一个耳机的线圈里，又引起了磁场对薄铁片的吸力变化，铁片振动发出了相应的声音，电就这样把声音传递开来了。贝尔的电话机就是按上述的原理设计的。他们在试制的时候也是备尝了艰辛，耗费了整整1年的时间。有趣的是，从电话里传来的第一声却是呼救声。当时贝尔正在把一个装置浸到硫酸里，不小心硫酸溅到了腿上，痛得他对着话筒大叫：“沃得森，快来！”这句话经过电线传到了安装在另一个房里的接收器，被沃得森听清了。两人兴奋地各自从房里跑了出来，在走廊里拥抱，庆贺电为人类第一次送话。这天是1875年6月2日。
贝尔发明电话之后，于1876年申请了专利。但它并没给贝尔带来好运。为了推广这个发明，他耗尽了家产，出卖了专利……后来富翁休巴顿爵士同意帮助他，1878年贝尔电话公司终于开张了。
1915年第一架实用电话机试制成功。不久在贝尔的指导下美国架起了4000英里的长途电话线，从此电话进入了千家万户。今天，以计算机控制的具有多种功能的程控电话成了现代化通讯事业的主角，并在我国许多城市里得到普及和发展。
