世界近代后期科技史-第16章
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人们在实验室里用从煤焦油中提炼出的芳香族化合物为原料，人工合成了硝
基苯和苯胺。
1856年，化学家柏琴（1838—1907年，英国）用重铬酸钾处理苯盐，目
的在合成奎宁，却意外地得到一种紫色颜料，定名为苯氨紫。这是第一种人
工合成的染料，适于染毛和丝。第二年，第一座以煤焦油为原料的合成染料
厂建成投产，不久苯氨紫便风行世界。
1858年，霍夫曼（1818—1892年，德国）用四氯化碳处理粗苯胺，得到
一种红色染料，定名为碱性品红。这种染料也可以直接染毛和丝，同鞣酸合
用可以媒染棉织品。两年后，他用苯氨与碱性品红的盐酸盐共热，又得到一
种叫苯氨盐的蓝色染料。此后的10年里人们又陆续合成了一批苯胺紫的衍生
物，例如碱性蓝、醛绿、碘等，藏红等，其中的一些是酸性染料。60年代因
此被叫做“苯氨紫十年”。
茜素原是从植物茜草中提取出的绛红色染料。1868年，格雷贝（1841—
1927年，德国）和里伯曼 （1844—1914年，德国）用茜素和锌粉一起蒸馏，
得到蒽。他们据此推断茜素是二羟基蒽醌，并认为有可能人工合成茜素。他
们第一步从煤焦油中提取蒽，又将蒽气化成蒽醌，再将蒽醌溴化并水解，最
终得到茜素。次年，他们用强碱与蒽醌溴共熔，得到与天然茜素完全相同的
产物。由于这一工艺要消耗大量的溴，不适合工业生产。后来，经过改进，
让蒽醌与浓硫酸在高温下共热，生成的产物再与强碱熔融，也制得茜素。这
后一种工艺很适合工业生产，立即为工厂接受。1871年，合成茜终于投入批
量生产，取代了天然茜素。
1878年，另一种天然染料靛蓝的人工合成，由拜耳（1835—1917年，德
国）研究成功。拜耳早在1865年就曾设想用还原的办法使靛红转化为靛蓝，
这设想直到13年后才获得成功，同时他还研究出合成靛红的方法。然而拜耳
的合成工艺不适合工业生产，但他却悟出了蓝淀的顺式结构。蓝淀的工业生
产直到19世纪末才实现。
除去上述染料外，偶氮染料的合成也取得了进展。19世纪的后半期，各
类染料品种日增，使染料的色谱趋于完善。1873年，第一个硫代染料也出现
了。
4。近代有机化工——药品、香料和炸药的合成
19世纪中叶，化学家们对药物的化学结构有了较深入的认识，从而开始
了药物的人工合成研究。
1859年，柯尔柏（1818—1884年，德国）首先合成了水杨酸。水杨酸是
一种用于防腐、消毒的药物，临床用于治疗风湿、感冒等症。柯尔柏将苯酚
的苛性钠水溶液制成干燥的粉末，然后通入二氧化碳并加热，所得熔块经水
解、酸化后就得到了水杨酸。后来，人们用水杨酸和甲醇在硫酸作用下合成
了水杨酸甲脂。继后又合成了水杨酸苯脂。水杨酸甲脂是一种很好的外用药，
它原是从冬青树等植物中提炼出来的，故又叫冬青油。水杨酸苯脂的药性比
水杨酸更持久平和。
在80年代又合成了“安替比林”和“非那昔丁”，这两种都是退热药。
香料的人工合成也取得了进展。1868年，柏琴用水杨醛、醋酸酐和醋酸
共热，得到香豆素。香豆素过去一直是从柑桔皮中提取出来的香料，有着很
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好的经济价值。1876年瑞迈尔（1856—1921年，德国）和蒂曼（1848—1899，
德国）发现苯酚、苛性钠溶液和氯仿反应，可以制成水杨醛，至此才解决了
香豆素合成的原料问题，为工业化生产扫清了障碍。
19世纪以来，由于炸药开始用于采矿和工程，因而大大推动了炸药的研
究和生产。
1846年，桑拜恩（1798—1868年，瑞士）用硝酸和硫酸的混合液浸棉花，
制成有强烈爆炸力的硝化纤维，又叫火棉。同年，索布雷罗（1812—1888年，
意大利）把甘油缓缓注入浓硝酸和浓硫酸的混合液中，得到一种无色油状液
体，这种液体只要稍受震动便立即爆炸，这种液体就是硝化甘油，它无论贮
存、运输都很不安全，一时无法应用。
1867年，诺贝尔（1832—1896年，瑞典）发现用硅藻土可以吸收硝化甘
油，所得物质仍能爆炸，但安全稳定得多，在一般条件下就可以运输和存储，
这样他就发明了一种有实用价值的炸药。诺贝尔又经过一系列实验和研究，
得到一系列以硝化甘油为主要成份，能安全使用的炸药。1875年，诺贝尔作
出了重大改进，他把硝化甘油与火棉混合，得到一种爆炸力更强，然而更安
全的胶状物。他的第一种配方叫炸胶，是用92—93％的硝化甘油与7—8％的
火棉制成，可以用于深井、水下和坚硬岩石爆破。他又适当减小硝化甘油的
比例得到一种双基无烟药，适合做子弹与炮弹的发射药。
诺贝尔是一位出色的发明家和企业家，他一生共有355项专利发明，他
逝世前留下遗嘱，设立诺贝尔奖，以奖励对科学、文化及和平事业有重大贡
献的人。
还在 1839年，罗朗利用苯酚合成了苦味酸。苦味酸能使蛋白质染成黄
色，因此在1849年有人用它做丝绸的染料。1871年起一度用它来做炸药，
但是它有强酸性，与重金属生成苦味酸盐，这种物质对震动与摩擦十分敏感，
常有炸膛事故发生。80年代后，人们制成三硝基甲苯，即T。N。T炸药后，便
淘汰了苦味酸炸药。
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十、电气化时代的开创
1。电机的发明与发展
19世纪以来，电学取得了突破性的发展。1820年，奥斯特发现了电与磁
现象的关系，不久安培就发现通电导线在磁场中受力的规律。由此导出了著
名的安培力公式；同年，安培和盖吕萨克发明了电磁铁。他们的研究为电动
机的发明奠定了基础。
磁针在通电导线附近受力旋转的现象，曾启发法拉弟发明了第一台可以
连续转动的电机模型。其它科学家受此启发也先后研制出不同形式的电动
机，但这些电机多是某种模型，功率很小，没有实用价值。
1834年，俄国科学院院士雅科比（1801—1874年，俄国）利用U形电磁
铁制成了第一台回转运动的直流电机。电机的转子是一个带有6个臂的轮，
轮臂上共装 12个棒状磁铁，棒状磁铁与电磁铁的排斥与吸引推动着轮子转
动。这一年底，他在巴黎科学院宣读论文，4年后他把电动机装在一条船上，
并在涅瓦河上试航成功。这台电机使用300个丹尼尔电池，航速却只有每小
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
