科普-中华学生百科全书-第240节

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触电势差造成的）。伏特根据他的发现制成了用锌板和铜板作为两极的伏特
电堆，这是最早的能提供稳定直流电的电池。这一发明为　19　世纪电学的实验
和发展提供了最重要的工具。由于这一发现和发明，伏特的名字成为电势（电
压）的基本单位。伏特因而被法国皇帝拿破仑邀请到法国讲学。
　　　　电动力学的诞生
　　　　对静电的研究和电流的发现，导致了电学方面的一场科学革命。
　　　　法国人安培发现：通电导体不但会对磁针发生作用，而且两根通电导体
也会相互作用。当它们有同向电流时相互吸引（与静电荷不同，相同静电荷
相互排斥）。当它们有反向电流时则相互排斥。在　3　年后，安培完整地发现
了电流使磁体偏斜的方向法则——安培法则（右手螺旋法则），并且给出了
这一法则的完美数学形式（安培定律和安培环路定律）。由于他在电动力学
上的开创性贡献，使安培的名字成为电流的单位（然而，安培生前的生活并
不如意，他的父亲在革命中被斩首，这使年轻的安培精神上受到了刺激。他
的晚年是在荣誉后面的忧虑和苦恼中度过的）。
　　　　更重大的发现接踵而来。英国大化学家戴维的助手法拉第（1791～1867）
自　1822　年以来一直思考和尝试着把磁转化成电的设想。他试图用磁产生电。
1831　年，他终于成功了。他在实验中发现：当原线圈中的电流接通或断开时
的瞬间，连接的次级线圈中会产生电流。他在反复实验中认识到：当闭合电
路的磁通量发生变化（磁场强度发生变化）时，线路里就会产生感生电流，
感生电动势的大小与闭合线路中磁通量的变化率成正比。同一时期，美国人
亨利（1799～1878）甚至比法拉第更早独立地发现了电磁感应现象，但法拉
第在　1825　年便担任了英国皇家研究院院长，由于他的地位和他对电磁世界的
理论解释，使他的影响大大超过了亨利。电磁感应定律的发现，为发电机和
电动机的制造奠定了理论基础，而法拉第也是这方面的先驱。
　　　　电磁学理论的大厦是由英国人麦克斯韦（1831～1879）最后完成的。在
领略到法拉第成就的意义之后，麦克斯韦企图用完善的数学形式来表达它。
1862　年，他论证了位移电流的存在，并预言：变化着的电场和变化着的磁场
会相互连续地产生，以波的形式向空间传播。这便是电磁波。10　年后，麦克
斯韦便把包括库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥和萨伐尔、法拉第等人发现的
定律以及他本人的位移电流理论概括为一组积分形式的方程式（共　4　条），
并因此导出了电磁场的波动方程。由于式中电磁波的传播速度就等于当时测
出的光速，麦克斯韦便预言：光也是一种电磁波。他的理论成了反映电磁运
动基本规律的普遍理论。麦克斯韦　1873　年出版的《电磁学通论》与牛顿的《自
然哲学的数学原理》和达尔文的《物种起源》同样被视为科学巨著。

　　　　　　　　　　　认识光现象

　　　　光的本质和特点
　　　　光是光子的运动。它是光源中原子或分子中的电子运动状态发生变化时

辐射出来的光子的运动。
　　　　他还最早开始全面地研究光。他发现，点光源发出光的强度随着被照物
体与光源距离的平方成反比减弱。他还发现，光从玻璃中折射到它与空气的
界面上时，如果入射角大于　42　度，就会发生全反射。
　　　　1621　年，荷兰人斯涅尔（1591～1626）发现了光的折射定律。
　　　　荷兰人惠更斯在波动光学上贡献最大。他发现了惠更斯原理——介质中
波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，任意时刻这些子波的包络
就是新的波前。
　　　　牛顿在光学研究方面也是成果累累。他几乎总结了当时人们在光学方面
的所有成果——反射、折射、干涉和颜色。他用棱镜分解了太阳光，说明了
白光中包含了　7　种颜色光，发现了牛顿环，并定量解释了牛顿环和薄膜干涉，
还提出了对以后光学和物理学发生了重大影响的问题。牛顿这方面的成就集
中体现在他的《光学》一书中。根据他的大多数观点来看，他似乎把光看作
光源向各个方面阵阵簇射出来的粒子流。
　　　　红外线和紫外线
　　　　1800　年，天文学家赫歇耳发现在太阳光谱线的红外端以下所放的温度计
明显地受到了热辐射，从而发现了红外线。紫外线不会产生显著的热效应，
但却会产生一些化学效应。通过这个途径，英国人沃拉斯顿和德国人缪勒
（1809～1875）先后发现了紫外线。
　　　　1814　年，德国人夫琅合费（1787～1826）用他制成的分光镜发现了太阳
光谱中的暗线——夫琅合费暗线。他改进仪器后仔细观察，暗线竟达几百条！
当他把分光镜对准月球、金星和火星时，在这些星的光谱里也发现了那些暗
线，这一研究开创了天体分光学。后来，基尔霍夫（1824～1887）和本生（1811～
1899）对这些暗线的研究和解释表明，它们同太阳上的元素成分有关。这一
点，开始从化学上证明，天体和地球都是由同类化学元素构成的。

　　　　　　　　　近代技术的发展

　　　　纺织机器的革命
　　　　牛顿时代科学的发达又给英国人增加了精神上的优越感。一次悄悄的但
却是影响深远的技术革命随之发生了。这场革命是从英国最发达的、为海外
贸易而生产产品的纺织部门开始的。
　　　　1733　年，凯伊发明了飞梭，从此人可以不再用手抛梭织布了，织布效率
大大提高，使手工纺纱供不应求。5　年后，惠特制出了滚轮式纺纱机，这样
又不用手指纺纱了。
　　　　1764　年，哈格里沃斯（1720～1778）把单绽纺车改造成了多绽纺车，引
纱和捻纱都实现了机械操作，纺纱效率提高了十几倍。他以自己女儿珍妮的
名字称呼这个能纺出细纱的杰作。1768　年，理发师阿克莱特可能是剽窃了木
匠海斯的设计，制成水力带动的滚筒纺纱机，它能纺出不够均匀但却坚实的
纱。1774～1779　年间，当过童工的工厂主克伦普敦（1753～1827）综合了哈
格里沃斯和阿克莱特机器的优点，制出了骡机——它效率很高，纺出了既结
实又均匀的纱。这样又改变了纺织业的局面：在纺纱机面前，飞梭已嫌太慢。
1785　年，牧师卡特赖特（1743～1823）发明了自动织布机。这些机器的应用
使工厂的生产能力和利润直线上升，机器成了摇钱树。尽管它因造成工人的

失业而遭到了反对，但仍然逐渐在整个纺织业中迅速推广开了。到　1800　年
时，英国的纺织业已基本上实现了机械化。
　　　　蒸汽机的完善
　　　　1784　年，曾在格拉斯哥大学当过仪器制造工人的瓦特（1736～1819）把
纽可门的汽压机变成了能在各个工业部门应用的动力机，完成了在工业中将
热能转化成机械能的伟大勋业，使他的名字成为工业革命的象征。
　　　　瓦特出生在苏格兰偌克镇，他祖父教授数学。瓦特小时候，家里墙上挂
着耐普尔和牛顿的画像，培养了他对科学的好奇心。他　13　岁时就在父亲的作
坊里制造出一些机械模型，这使他后来选择了实验室工具制造者的职业。瓦
特懂法语、意大利语和德语，他是一个博学和智力敏锐的人，对哲学、诗和
音乐也有兴趣。
　　　　蒸汽机这样一个巨大的发明是不能在实验室中进行的，建造和实验都需
要齐全的设备和人员。因此，布莱克教授把瓦特介绍给了他的朋友—工厂主
罗巴克。他们合伙研究和应用，后来罗巴克破产，他们的合同被转让给博尔
顿。瓦特的蒸汽机终于在同后者的合伙中成功，成为工业中的动力机：具有
曲轴连杆、飞轮和离心调速器的双向蒸汽机。蒸汽的膨胀力在这里被转化成
了均匀的机械的圆周运动，成了所有工业的普遍动力。蒸汽使工业发展起飞
了。
　　　　印刷术的革命
　　　　欧洲最早的印刷机是古腾堡于　1450　年制成的，和古代一样，古腾堡的印
刷是靠手工排字进行的，造纸、印刷、装订也都是专门的手工作业。这种方
法在欧洲持续了约　350　年。
　　　　1798　年，法国人尼古拉·路易·罗贝尔发明了长网造纸机，并随后将他
的专利带到英国，作了进一步改进，于　1803　年展出了第一台造纸机。机器造
纸的时代开始了。到　1843　年时，英国纸张的价格已降低了一半。
　　　　继造纸机之后，德国人柯尼斯（1774～1833）在机械师弗里德里希·鲍
尔的帮助下于　1812　年发明了高速印刷机。1814　年　11　月　24　日用高速印刷机
印刷的《泰晤士报》首次发行，这一年，柯尼斯发明了双面印刷机。高速印
刷机的出现标志着印刷的机械化，是印刷术发明以来一次重要的技术革新。
　　　　交通工具的飞跃
　　　　1814　年，矿工出身的英国人史蒂文逊（1781～1848）制成了第一台实用
的蒸汽机车。1822　年他建立了机床车辆厂，3　年后他建造的铁路正式通车。
从此，铁路首先在英国，紧接着在欧美大陆乃至全世界延伸，成为工业的大
动脉。
　　　　1803　年，得到拿破仑（1769～1821）资助的美国人富尔顿设计的蒸汽船
在塞纳河上试航时断裂下沉。又过了　3　年，富尔顿的蒸汽船“克利蒙梭”号
在北美的哈得逊河上试航成功了。在瓦特去世的　1819　年，美国人制造的装有
蒸汽动力的帆船“萨凡那”号满载棉花，用　29　天走完了哥伦布　72　天的航程。
燃料动力船满载着工业原料和产品在各大洲之间穿梭，它把世界各大洲迅速
地联结起来了。这样，古老的帆船就永远退出了远航的行列。
　　　　与化学有关的工业
　　　　1735　年，亚伯拉罕·达比发明了焦炭（在抽去空气的炭窑中烘烤煤，产
物为焦炭、煤气、煤焦油）。从此，煤成了炼铁的燃料。瓦特的蒸汽机出现
后，煤成为工业动力机的燃料。炼焦产生的煤气和天然煤气也被用作煤气灯

和煤汽机的燃料。世界采煤量自工业革命以来迅速上升，煤不但一直是城市
和农村的家用燃料，并且由于化学的进步，使它成了化学工业的重要原料。
　　　　纺织工业需要有稀酸来加工纺织纤维。1746　年，英国医生罗巴克发明了
用铅室法生产硫酸的方法，后来在伯明翰建立了首批硫酸工厂。纯碱是制造
玻璃和肥皂不可缺少的东西，在织物的漂、染、印过程中，它和硫酸一样重
要。而且，生产纯碱的初级产物中还有硫酸。因而，纯碱制造成了　18～19
世纪相当重要的化学工业。
　　　　当硫酸厂、制碱厂在法国、英国和德国纷纷建立起来的时候，德国人李
比希把他的化学研究成果应用到化学工业中，通过宣传和实验指导，首先使
19　世纪　40　年代的德国，紧接着是英、法两国，出现了第一批生产磷肥和钾
肥的化肥工厂。
　　　　19　世纪化学家的发现使新的化学工业出现了。1856　年，年轻的英国化学
家珀金（1837～1907）首次合成苯胺紫。这是第一个人工合成的染料。以前
各种染料只有从植物和动物中才能提炼出来。英国人由于能从广阔的殖民地
便宜地获得这种天然染料，起初对它并没有强烈的兴趣。但不占有殖民地却
急于发展的德国人对它产生了极大的兴趣。
　　　　由于很多化学工厂是从药铺或大药房发展起来的，医生和药物学家们常
常是化学家。19　世纪后半叶，在化学工业中诞生了制药工业。19　世纪　80　年
代，成批生产的合成药剂进入了市场。进入　20　世纪以来，这些药物的种类迅
速增长，日益繁多。在最初的合成药剂中，只要举出阿司匹林、佛罗那和德
国病理学家保罗·艾利希所发明的“606”，就足以说明这类新产品对人类生
活的影响了（到　20　世纪，西医主要是用合成药剂和新发明的抗菌素类药物做
药物治疗的）。
　　　　19　世纪化学工业的另一项伟大发明是瑞典化学家和工业家阿尔弗雷
德·诺贝尔（1833～1896）于　1863　年发明的安全炸药。他的发明为采矿、工
业及筑路提供了爆破物。几乎所有工业国家都根据他的专利兴建了诺贝尔炸
药厂。这一专利和经营俄国巴库油田的利润给他带来了万贯家产。19　世纪后
半叶，无论是军用火药，还是民用的炸药，都已经由化学工艺生产，而不再
用人工方法配制了。
　　　　19　世纪的机器制造业、枪炮制造、火车机车、铁轨和轮船的制造，使对
钢铁的数量和质量的要求以空前速度增长。矿山的规模在日益扩大，矿山设
备在日益更新，18　世纪的土法炼铁炼钢法已大大不能满足要求了。