内燃机提供动力的时代

蒸汽机的使用为社会带来了巨大的生产力，但是其也暴露出很多缺点:一是体积偏大只能用于工业用途，在人们生活中很少使用；二是其能源利用效率低下，高能耗，低产出；三是工作过程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。渐渐地内燃机替代了以前蒸汽机所做的很多工作，电的发现和广泛使用标志着电气时代的到来。

19世纪80年代中期，德国发明家卡尔·本茨提出了轻内燃发动机的设计，这种发动机以汽油为燃料。内燃机的发明，一方面解决了交通工具的发动机问题，引起了交通运输领域的革命性变革。19世纪末期，新型的交通工具——汽车出现了。80年代，德国人卡尔·本茨成功地制成了第一辆用汽油内燃机驱动的汽车。1896年，美国人亨利·福特制造出他的第一辆四轮汽车。与此同时，许多国家都开始建立汽车工业。随后，以内燃机为动力的内燃机车、远洋轮船、飞机等也不断涌现出来。1903年12月17日，美国的莱特兄弟制造的飞机试飞成功，实现了人类翱翔天空的梦想，预告了交通运输新纪元的到来。另一方面，内燃机的发明推动了石油开采业的发展和石油化学工业的产生。石油也像电力一样成为一种极为重要的新能源。1870年，全世界开采的石油只有80万吨，到1900年猛增至2　000万吨。

电的发现就曲折得多，1600年，英国吉尔伯特（William Gilbert，1603－1640年）发明了验电器，这为后来人们对电的研究提供了试验基础，并以古希腊语定义electron（电子）一词。自吉尔伯特到富兰克林，人们基本都是研究静电。富兰克林等人研究闪电，研究发现不是持续的电流。而后1780年，意大利的加凡尼（Galvani，1737—1798）发现两种不同金属相碰会产生放电，并称之为“动物电”，其实是放电回路。加凡尼的发现源自于一次极为普通的闪电现象。闪电使加凡尼解剖室内桌子上与钳子和镊子环连接处的一只青蛙腿发生痉挛现象。严谨的科学态度，使他没有放弃对这个“偶然”的奇怪现象的研究。他花费了整整12年的时间，研究像青蛙腿这种肌肉运动中的电气作用。最后，他发现如果使神经和肌肉同两种不同的金属（例如铜丝和铁丝）接触，青蛙腿就会发生痉挛，这种现象是在一种电流回路中产生的现象。但是，加凡尼对这种电流现象的产生原因仍然未能回答，他认为蛙腿的痉挛现象是“动物电”的表现，由金属丝构成的回路只是一个放电回路。这样加凡尼发现了持续的电流。1799年，意大利伏特（Volta，1745—1827年）发明电堆及电池。1800年春季，有关电流起因的争论有了进一步的突破。伏特发明了著名的“伏特电池”，这种电池是由一系列圆形锌片和银片相互交叠而成的装置，在每一对银片和锌片之间，用一种在盐水或其他导电溶液中浸过的纸板隔开。银片和锌片是两种不同的金属，盐水或其他导电溶液作为电解液，它们构成了电流回路。这是一种比较原始的电池，是由很多银锌电池连接而成的电池组，并在英国皇家协会发表关于伏特电池的论文。伏特后来又继续改进，制出了更加易用的电堆。稳定直流电流的出现宣告了人类的电气时代的到来。

虽然人类这时已经发现了可以利用的直流电，但是这种以金属为原材料的发电方式注定不能大规模使用。这时另外一种产生电流的方式被发现，这就是电磁感应。1821年，英国人法拉第发现了电磁感应现象。他在实验时，无意间发现带电的导线在接通电流的一瞬间，靠近导线的带磁性指针会发生偏转。电磁感应（Electromagnetic Induction）现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势，此电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流。1831年，法拉第根据电磁感应原理制出了世界上第一台发电机。1866年德国人西门子（Siemens）制成世界上第一台大功率发电机。1882年，尼古拉·特斯拉发明了交流电（AC），并制造出世界上第一台交流发电机，并创立了多相电力传输技术。发电机和交流电的发明，使能源的持续大规模产生和长途运输成为了可能，奠定了现代能源的基础。

内燃机的发明和电的发现推动了第二次科学技术革命，带领人们进入电气时代，它们的发明不但极大地改变了人们的生活，人们可以有自己的私家汽车，电灯取代了原有的照明工具，人们可以同大洋彼岸的人进行对话等，而且为后面的信息技术革命奠定了基础。但是内燃机和火力发电机是以煤为原材料，煤是一种不可再生的资源，而且煤燃烧后的烟雾中会产生大量的污染气体，科学技术的发展总是不断地发现和发明新事物，使旧事物退出历史舞台，因此当科技发展到一定阶段，这种以不可再生资源为原材料提供动力的方式成为旧事物，而以核电为代表的新能源成为了新事物。

法拉第的故事

在1791年，迈克尔·法拉第（Michael Faraday）生于离英国伦敦不远的纽因格顿城市的一个铁匠的家中。他有九个兄弟姊妹。由于家境贫穷，法拉第幼年并没有受到完整的初等教育。14岁那一年，法拉第在一间书店学习书本装订技术。这份工作给了他很多阅读的机会，他尤其喜欢读物理学和化学方面的书。

他有强烈的求知欲，挤出一切休息时间力图把他装订的一切书籍内容都读一遍。读后还临摹插图，工工整整地做读书笔记；用一些简单器皿照着书上进行实验，仔细观察和分析实验结果，把自己的阁楼变成了小实验室。在这家书店待了八年，他废寝忘食、如饥似渴地学习。他后来回忆这段生活时说:“我就是在工作之余，从这些书里开始找到我的哲学。这些书中有两本对我特别有帮助，一是《大英百科全书》，我从它第一次得到电的概念；一是马塞夫人的《化学对话》，它给了我化学的科学基础。”

一个偶然的机会，英国皇家学会会员丹斯来到印刷厂校对他的著作，无意中发现法拉第的“手抄本”。当他知道这是一位装订学徒的笔记时，大吃一惊，于是丹斯送给法拉第皇家学院的听讲券。法拉第以极为兴奋的心情，来到皇家学院旁听。作报告的正是当时赫赫有名的英国著名化学家戴维。法拉第瞪大眼睛，非常用心地听戴维讲课。回家后，他把听讲笔记整理成册，作为自学用的《化学课本》。后来，法拉第把自己精心装订的《化学课本》寄给戴维教授，并附了一封信，表示:“极愿逃出商界而入于科学界，因为据我的想象，科学能使人高尚而可亲。”

收到信后，戴维深为感动。他非常欣赏法拉第的才干，决定把他招为助手。法拉第非常勤奋，很快掌握了实验技术，成为戴维的得力助手。1813年3月，24岁的法拉第担任了皇家学院助理实验员。后来戴维曾把发现法拉第作为自己最重要的功绩而引以为荣。半年以后，戴维带法拉第出国，到欧洲大陆作一次科学研究旅行，访问欧洲各国的著名科学家，参观各国的化学实验室。就这样，法拉第跟着戴维在欧洲旅行了一年半，会见了安培等著名科学家，长了不少见识，还学会了法语。

1831年是法拉第做出重大发现的一年。他发现了电磁感应现象，这个现象的发现奠定了日后电工业发展的基础。与此同时，他还研究了电流的化学作用。1833年，法拉第发现了电流化学的两个定律，震动了科学界。这两个定律一起被命名为“法拉第电解定律”。1845年，他病愈后又重新置身于研究工作之中，并发现了抗磁性。1867年8月25日，法拉第坐在他的书房里看书时逝世，终年76岁。

法拉第依靠刻苦自学，从一个连小学都没念过的装订图书学徒工，跨入了世界第一流科学家的行列。他最初从事化学研究工作，也涉足合金钢、重玻璃的研制。在电磁学领域，倾注了大量心血，取得出色成绩。在法拉第连年取得科学成果的日子里，他不断收到各种诱人的建议。高达十二倍的工资在诱惑他，各种不同的职务在等着他，英国贵族院要授予他贵族封号，皇家学院想聘请他为学会主席。但是法拉第一概予以谢绝了。“上帝把骄矜赐给谁，那就是上帝要谁死。”他对妻子这样说:“我父亲是个铁匠的助手，兄弟是个手艺人，曾几何时，为了读书学习，我当了书店的学徒。我的名字叫迈克尔·法拉第，将来，刻在我的墓碑上的也唯有这一名字而已！”恩格斯曾称赞法拉第是“到现在为止最伟大的电学家”。