世界近代后期科技史- 第18部分

时2。2公里。　

　　　　　在1834年，伦敦的仪器制造商克拉克和美国的铁匠戴文泡特也制成了直　

流电动机。后者研制的转子是用电磁铁当作轮子的辐条，轮子夹在二个静止　

的磁铁之间。次年，他把这种电机安装在一辆电车模型上，电车沿圆形轨道　

行驶。这台电动机也是以电池为动力，并没有实用价值。　

　　　　　1860年，比萨大学教授巴奇诺基发明了一种接近实用的电动机，它包括　

环形电枢，整流子和合理的励磁方式，基本上具备了现代电动机的结构形式。　

由于当时没有较大功率的发电机供电，这种电机没有立即得到推广。10年　

后，格拉姆（1826—1901年，比利时）将巴奇诺基的环形电枢用在1台发电　

机上。次年在一次展览会上，一位工作人员误将另一台发电机与格拉姆的发　

电机接在一起，当发电机运转时竟带动格拉姆的电机转了起来，他由此知道　

直流发电机可以当作电动机用。由于新闻的宣传作用，人们对格拉姆的发电　

机另眼相看，工厂决定投入生产。　

　　　　　发电机的研制与电动机的研制几乎是同步发展的。1831年，法拉弟根据　

他发现的电磁感应现象提出了机械能转化为电能的原理。几个月后他又制成　

了第一台发电机的模型装置。这一切为发电机的研制奠定了基础。　

　　　　　1832年，皮克西　（法国）兄弟研制出世界上第一台永磁式交流发电机。　

这仅是一台手摇发电机模型，转子是马蹄形永久磁铁，定子是线圈。次年，　

他们采纳了安培的建议，增加了一个简单的换向器，使交流电转换成脉动的　

直流电。同年，萨克斯顿　（英国）在英国皇家学会的会议上也展出了一台手　

摇电机，其结构特点是线圈作为转子，而定子是永久磁铁，这两种发电机的　

电压很低，功率也很小。　

　　　　　1834年，克拉克制成了第一台可供实验室使用的直流发电机，其电压高　

于一般电池组。　

　　　　　1841年已出现了用蒸汽推动的发电机，可以连续工作，为其它用电器提　

供电力。1856年，霍姆斯发明了一种多极发电机。发电机5尺见方，重2吨，　

用蒸汽推动，每分钟600转，发电容量1。5千瓦。一家灯具厂买走了这台发　

电机，使它成为第一台商用发电机。1862年，霍姆斯又制成了容量为2千瓦　


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的发电机。　

　　　　　1863年，威尔德（1833—1919年，英国）发明了磁电激磁式发电机，他　

使发电机的研制进入了一个新阶段。他在解释这种电机的原理时说：自激磁　

场是依赖原来磁场的剩磁。同年，西门子（1816—1892年，德国）在一篇论　

文中也论证发电机中并不需要永久磁体，完全可以用发电机产生的电动势向　

激磁绕组提供激磁电流　（自激）。1867年，C·西门子向人们展示了一台自　

激式发电机模型。自激式发电机用磁性很强的电磁铁代替了永久磁体，因而　

可以发出很强的电流。因此，它在电机制造史上是划时代的成就。　

　　　　　1870年，巴黎的格拉姆　（1826—1901）制成了环形电枢的直流发电机，　

电枢用软铁做铁心，并用沥青绝缘以防止涡流。这项成就取得很大成功，广　

泛地用于灯塔和工厂供电。1872年，阿尔特涅克（1845—1904年，德国）发　

明了鼓式电枢，其绕组仅在电枢表面，其电枢中铜的利用率更高，技术上更　

完善合理，很快取代了环形电枢。这样，到19世纪70年代，电机已具备了　

近代电机的基本结构。　

　　　　　1867年，威德尔制成第一台独立激磁的交流发电机，但是他没有解决因　

涡流生热的问题。1876年，亚布洛契可夫提出可以制造一种多项交流电机的　

方案，两年后他制造了一台这样的电机，为弧光灯供电。这台发电机已具有　

现代同步发电机的主要结构。19世纪80年代，电工学家法拉里（1847—1897　

年，意大利），建立了旋转磁场的理论。80年代末发明了二相交流电动机和　

三相鼠笼异步电机。这些为90年代广泛使用交流电创造了条件。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2。发电站和输电技术的开创　



　　　　　由于电机技术日趋成熟，加上早期的电力照明的需求，人们开始考虑用　

工业方法集中生产电力。最早兴建的是燃煤的火力发电厂，继后才有水力发　

电站产生。　

　　　　　1875年，巴黎建成北火车站电厂，这是世界上第一个发电厂，生产的电　

力专供弧光灯照明。1881年，美国在威斯康星州建成了爱迪生发电厂，其功　

率只能为250盏电灯使用。第2年，在纽约市建成了爱迪生珍珠街电厂，共　

有6台直流发电机，总功率达到600千瓦。　

　　　　　交流发电厂建成稍晚，1886年在美国建成的第一座交流发电厂，输出功　

率仅有6千瓦。但到1890年，在德国出现了较大规模的交流发电厂，使用2　

台1250马力的柴油机拖动发电机发电，工作电压为5000伏，还有4台更大　

的交流发电机，分别由1万马力的蒸汽机拖动，工作电压高达1万伏。90年　

代以后才出现三相交流发电厂。　

　　　　从一开始，世界上的工业先进国家就十分注意开发水力发电厂。因为水　

电站的发电成本低，还可以综合开发利用水资源。　

　　　　　1882年，爱迪生在威斯康星州创建了第一座水电站。同年德国也建成了　

一座容量是1。5千瓦的水电站。上述水电站均是试验性的小水电站。较大型　

的水电站产生于90年代，例如1892年美国建成的尼亚加拉水电站，共安装　

了11台4000千瓦的水电轮发电机。到本世纪水电站才得到巨大的发展。　

　　　　　电力输送技术与发电站技术几乎是同步发展的，它包括输电、变电和配　

电三大部分，并和发电、用电形成一个完整的电力系统。　

　　　　　1873年，在维也纳举办的国际博览会上，法国人弗泰内用长达2公里的　


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电线，向一台电动水泵供电。1874年，俄国人皮罗次基建成长1公里的直流　

输电线路，输送电功率达到4。5千瓦。2年后，他别出心裁以铁轨代替导线　

输送低压直流电，输送距离为3。6公里，这一方法后来使用在有轨电车上。　

　　　　　1881年，W·汤姆逊（开尔文勋爵）对电能分配理论作了重要贡献，他　

在《用金属导体导电的经济性》一文中阐明了开尔文定律，说明输电导线的　

最经济截面的要求是：在给定时间里能量损失的费用等于同时期资本的利率　

和折旧费。　

　　　　　80年代里，人们已从理论上认识到高压输电的必要性。这样在1882年　

建造了世界上第一条远距离输电实验线路，物理学家德普勒　（1843—1918　

年，法国）把57公里外的1。5千瓦电力输送到慕尼黑国际博览会上，输电线　

始端电压是1343伏，终端降为850伏，线损高达78％。1883年，德普勒在　

法国南部又建成一条长14公里的输电实验电路，2年后，他把输电电压升高　

到6000伏，输电线路长56公里，结果线损下降到55％。但是直流电压受到　

大容量直流发电机的限制，所以直流电不宜于远距离输送。　

　　　　　19世纪80年代里围绕着成熟的直流输电技术和新兴的交流输电技术，　

展开了一场激烈的争论。爱迪生和开尔文为争论的一方，主张直流电优于交　

流电，他们认为当白天与黑夜用电量相差很多时，交流电的成本几乎要高出　

一倍。另外交流电机并联运行的问题还有待解决；特斯拉和威斯汀豪斯（1846　

—1914年，美国）则主张交流电是发展方向，主要理由是它的输电效率高。　

他们还认为只要把用电户扩大到炼铝、电车、工厂的动力等方面，就能解决　

用电不均衡的问题。　

　　　　　到90年代，交流电机，升、降压变压器相继完善，交流电的优势日益明　

显。实践证明：三相交流发电、变电、输电、配电具有比直流电更安全、经　

济、可靠的优点。　

　　　　　在交流输电中，变压器是关键性的设备。1876年，亚布洛契可夫发明了　

单相变压器。1883年，高拉德（1850—1888年，德国）和吉布斯设计了一台　

降压变压器，但是他们把多台变压器系统的原线圈串联在电路中，导致了电　

路中的电压随负载变动的缺点。后来，由三位匈牙利工程师将变压器改装成　

并联连接，这一缺点才得以克服。1885年，威斯汀豪斯制成了具有实用性能　

的变压器，并在美国麻省建成1千伏高压输电系统，完成了交流电的工业传　

输试验工程。到90年代才出现了第一条三相交流输电线路，这一方法后来得　

到迅速推广。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3。电灯、电报与电话　



　　　　　（1）电灯的发明　

　　　　　就在伏打发明电池不久，英国皇家学会的戴维　（1778—1829年，英国）　

观察到二根碳电极接触后再分开的瞬间，电流会产生很亮的弧光。他于是用　

2000个伏打电池串联成电池组，制成了第一个碳极弧光灯。但是，电池贮电　

有限，不能长时间维持弧光灯工作。到40年代，虽然有丹尼尔新电池出现，　

碳棒也有了改进，弧光灯仍难推广使用。　

　　　　　1853年，人们用磁电机代替蓄电池向弧光灯供电。同一时期里，俄国的　

亚布齐柯夫发明了两根碳棒并列放置的弧光灯，其优点是不要调整二根碳棒　

的问题，省去了许多麻烦，人们称它是电蜡烛。80年代后，由于有了发电机　


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供电，弧光灯得到推广，当时多用于灯塔。　

　　　　　白炽灯起源于20年代，法国的一位物理学家发现铂丝在通过强电流时，　

由于发热而呈现白炽发光的状态。1840年，英国人格罗布为了防止高温氧化　

作用，他用玻璃杯倒扣在水中获得真空，然后把通电的铂丝置于其中发光，　

铂丝的寿命果然大大延长。次年，冯·马林治把这一装置改进成抽成真空的　

电灯泡。1845年，美国人斯塔研制出两种供幻灯机使用的电灯。一种是把铂　

丝密封在真空的玻璃瓶中，另一种是用碳棒代替铂丝。1852年，罗巴林发明　

了给白炽灯安装灯口的办法。1860年，化学家斯旺（英国）设计出一种低电　

阻的碳丝电灯，但性能并不好。斯旺的灯丝是用纸和丝绸碳化而成的。　

　　　　　真正实用化的白炽灯是美国发明家爱迪生发明的，他使人类跨入了电灯　

的时代。1878年，他通过对弧光灯的分析认识到白炽灯必须采用低压并联运　

行，以确保使用者的安全。由于采用并联电路电灯的电流相对较小，就要求　

灯丝具有高电阻。他的主张受到一些著名科学家和工程师的反对，但他坚持　

己见，先后从1600种材料中选出炭化棉丝作为灯丝。1879年，他完成了白　

炽灯的发明，当时电灯的寿命只有45小时，他还设计了灯座、室内布线、地　

下电缆系统等成套设备。　

　　　　　到本世纪初，人们才发明了今天常用的钨丝白炽灯。　



　　　　　（2）电报的发明　

　　　　　自17世纪以来就不断有人提出远距离通讯的技术方案，例如18世纪末，　

法国的一位牧师夏普发明了一种视力信号机，利用一个装在转轴上的木杆系　

统向远处传递信号，每隔若干距离设一个信号站，使信号这样一站一站地传　

下去。这种通讯方式曾在欧洲形成过一个庞大的通讯网，一直维持到19世纪　

中叶才衰落下去。　

　　　　　1753年，有人试图创造一种静电电报，但没有被人使用。伏打电池发明　

后，工程师沙尔伐　（西班牙）曾在静电电报的基础上发明了化学电报，其原　

理是当电路中有电流通过时，会在终端的水瓶中产生氢气泡，可以设置许多　

这样的瓶子，分别代表不同的字母，就能实现通讯。1804年，他用伏打电池　

做电源，在相距600米处并列布置了36根导线，分别代表36个字母，导线　

的终端置于盛盐水的试管中。它虽是第一个电报装置，却毫无实用价值。后　

来还有人研制了其它的化学电报，但无一例成功。　

　　　　　1823年，电学家安培在他发明的电磁铁的基础上，首创电磁式电讯机，　

这一装置共有30根磁针和60根导线，结构繁琐不能实用。10年后，数学家　

高斯和物理学家韦伯在哥丁根研制出一个电报系统，它是根据磁针偏转的大　

小进行通讯的一种装置。他们为磁针装上一面镜子，使用望远镜读取磁针偏　

转的角度。这一发明使通讯设备大大减化，但离实用仍有距离。　

　　　　　1836年，科克　（1806—1879年，英国）制成了几种不同式样的电报机。　

后来有一种电报机的电磁铁出了一些问题，他就此请教皇家学院的惠斯通教　

授（1802—1875年，英国），结果他们决定合作研究。1837年，他们申请了　

第一个电报机的专利。这种电报机共装置了6个线圈和6个磁针，当不同的　

线圈通电时，相应的磁针便偏转。次年，他们建成了长达13英里的电报线，　

通讯实验完成得也很成功。1842年，他们延长了线路，同时改用双针式电报　

机。这一成就大大推动了英国电报事业的发展。1846年，英国成立了电报公　

司，6年后，英国已建成的电报线路总长估计达到4千英里。直到本世纪初，　


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科克—惠斯通电报机还在英国使用。　

　　　　在同一时期，在美国和欧洲也开展着新式电报机的发明和改进工作。1832　

年，画家莫尔斯从欧州乘萨利号邮船回国，为了消磨时间，他和同船的杰克　

逊博士一起做电学实验，他忽然想到“电流发生在一瞬间，如果它能不中断　

地传送10英里，我就可以让它传遍全球。瞬间切断电流，使之闪现电火花。