世界近代后期科技史-第17章
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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。
有电火花是一种信号，没有电火花是另一种信号，没有电火花的时间长度又
是第三种信号；这三种信号结合起来，代表数字或字母。数字或字母可以按
一定顺序编排。这样，文字就可以经电线传送出去，而远处的仪器就把信息
记录下来”。从此，他放弃了绘画，专心于新型电报机和电码的发明。
1837年，莫尔斯发明了用点和划组成的“莫尔斯”电码，这些点和划相
应地变成通电时间的长、短间隔，然后推动收报机的电磁铁吸引衔铁，并带
动钢笔在转动的纸带上作出相应的记号。就在这一年，他在纽约成功地完成
了长10英里的通讯试验。1845年，莫尔斯组建了磁电报公司，由于从华盛
顿到巴尔的摩全长40公里的电报线路经济效益很好，在很短的时间里，电报
线路延伸了几百英里。到1848年，除佛罗里达州外，密西西比河以东的各州
都联入了电报网。电报对增进铁路运输效率、传送天气预报和报告商业行情
等方面，发挥着日益重要的作用。
19世纪中叶，欧、美大陆已建立了陆上电报网，但大洋两岸的信息仍靠
邮船传送。1851年，横跨英吉利海峡的海底电缆率先敷设成功，线路全长45
公里。次年，伦敦和巴黎之间接通了电信线路，大大促进了两国间的工商业
活动。从1854年起开始了大西洋海底电缆建设，经过12年的努力，克服了
种种困难和挫折，终于完成了欧、美之间的越洋海底电缆的敷设。另一条跨
越欧亚大陆的电报线路起于伦敦，穿过英吉利海峡，横跨欧洲大陆，再延伸
到印度的卡里卡特城，全长一万海里，也于1869年顺利建设成功。
电报通讯工程的建立和发展，不仅沟通了全球的信息交流，推动了工商
业活动，而且对19世纪的科学研究和教育活动起着巨大的推动作用。
（3）电话的发明
电话的发明可以追溯到1837年发现的“伽伐尼音乐”，它是指电磁铁在
切断电流的瞬间发出的一种声音，曾启发后人利用电流传送语音。1860年，
累斯（1834—1874，德国）设计了一种巧妙的通话装置。他在啤酒瓶上蒙上
一层薄膜，膜上贴上一条铂丝，当有人讲话时，膜发生振动，铂丝便交替接
通和断开电路，于是远处的电磁铁随电流的通断会发出所谓“伽伐尼音乐”。
这实质上是第一部电话。1861年，累斯改进了这一装置，并取名叫
“telephone”。这一英文名称一直保留至今。
近代电话的发明归功于贝尔 （1847—1922年，美国）和他的助手华生。
贝尔在英国爱丁堡大学曾系统地学习过人的语音分析、发声机理和声波振动
等知识，移居美国后从事语音学的教学工作。1871年，他偶然见到累斯的
“telephone”，便立即联想到：“要传送语音必须制造出一种能随声音变化
的电流。”这一想法成了贝尔发明电话的理论基础。
贝尔本人缺乏关于电的专门知识，后来偶然遇到一位青年电气技师华
生，华生对发明电话的研究很有兴趣，便同意与贝尔合作。不久他们制造出
一台样机，其送话器是在圆筒上置一薄膜，膜的中央垂直连接一根碳杆，碳
杆的另一端则与硫酸接触。当送话时，薄膜随语音振动并带动碳杆一道运动，
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碳杆与硫酸间的接触电阻因而相应地变化，使电流也发生强弱的变化。听筒
则是利用电磁铁把电信号还原成声音。1876年，他们向美国政府申请了专
利，几小时之后，一位名叫格雷（1835—1901年，美国）的发明家也申请电
话发明专利，但美国最高法院仍判定贝尔是电话的发明者。
在美国建国100周年纪念的博览会上，贝尔表演了他的电话。后来，巴
西王太子来此参观，对这一发明深感惊异，他的发明因此引起人们的重视。
贝尔电话的改进工作还引起了许多发明家的兴趣，1877年，爱迪生等人发明
了一种新型送话器，它是由一个膜片压在碳粉上构成的装置，当膜片振动时
会改变碳粉的电阻，这一发明成为现代送话器的原型。
到90年代，有人发明了自动交换台，使电话可以通过拨号自动与通话者
接通。电话的发明从根本上改变了人类的通讯方式，它大大密切了人类之间
的联系，成为现代文明标志之一。
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十一、近代后期机械工程
1。动力机械和交通工具的革命
（1）蒸汽机的改进和火车的发明
18世纪末，瓦特蒸汽机在工业上得到推广。但是因为高气压而引起爆炸
的问题未能得到解决，瓦特本人坚持发展低压蒸汽机。这种蒸汽机的功率多
在80马力以下，机身又笨重，不适宜做火车。但要提高功率就必须提高蒸汽
压力，这样对锅炉、汽缸、活塞的制造技术就提出了更高的要求，在当时这
些难题解决起来并不容易，因此初期的高压蒸汽机常发生爆炸事故，人们仍
然认为只有瓦特的低压蒸汽机才是安全机。
1800年，崔威席克（1771—1883年）研制使用几个大气压蒸汽工作的蒸
汽机。4年后，他研制出一种单缸高压蒸汽机车，车头仅有4个轮子，动力
通过齿轮系统传递给车轮。这辆机车拉着5辆4轮货车，装载着10吨铁和
70名乘客出现在伦敦街头，机车时速达每小时8公里，虽然总共只行驶了15
公里，却引起了轰动。由于当时使用铸铁制造的铁轨太脆，试运行几次之后，
便损坏了，人们却以为这是由于崔威席克的火车轮空转造成的结果。
1813年，有个叫兰顿的制造了一辆奇特的蒸汽机车，机车的后面安装了
二条象马腿一样的机构，他以为这样就可以防止车轮打滑。同一时期还有人
发明了带齿的轨道和车轮，车速达到每小时6公里，牵引着6吨的煤行驶。
法国人马克·塞贵因做出了一项有实用价值的发明，他的多管锅炉使受热面
大大提高。哈克沃斯发明了从烟道排出废气的办法，废气在烟道内产生了一
种抽风的效应，帮助锅炉中煤的燃烧。他们的发明一直使用至今。
从1814年起，煤矿司炉工乔治·斯蒂文森（1781—1848，英国）开始研
制真正的蒸汽机车，到1825年，他共研制了19台火车，顺利地解决了当时
运送煤炭的问题。同年9月，他研制出功率较大的机车“运行号”，这台机
车可以牵引38节客车，共载着450名乘客在斯托克顿到林顿之间行驶，在当
时，这是仅有的一条长21公里的铁路。后来“运行号”的时速提高到每小时
24公里。这一成就使斯蒂文森大受鼓舞，他不顾许多人的激烈反对，决定兴
建从利物浦到曼彻斯特的铁路，这条铁路共有63座桥梁和2公里长的隧道。
1829年，这一工程完成，次年顺利通车。
1829年，斯蒂文森制成了当时最先进的机车“火箭号”。他采用了多管
锅炉和利用废气抽风的技术，为了增加废气的抽力，火车的烟囱高达4。5米，
蒸汽机的活塞可以直接推动车轮。在雷因普希的比赛中火箭号获得优胜。同
年，“火箭号”在利物浦到曼彻斯特的铁路上运行，时速达到每小时29公里，
它证明用火车牵引是切实可行的。历史上通常把这一年作为蒸汽机车的诞生
日期。蒸汽机车和铁路运输对英国的经济发展做出了巨大贡献，并为其它各
国所仿效。
1860年，英国的伦敦地下铁路工程开工，3年后完成了长6公里的地段，
由于使用蒸汽机车牵引，隧道内常常是烟尘滚滚，但是它为人们带来便利，
仍受着市民的欢迎。1872年，纽约建成了第一条高架铁路。
（2）内燃机与汽车的发明
蒸汽机在19世纪暴露出固有的缺点：其一是效率低，当时仅达到5—8
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％；其二是体积过于笨重，巨大的蒸汽锅炉占据了大量空间，因而限制了它
应用的范围；其三是烧煤带来了污染，当时的工矿区无不浓烟滚滚，烟囱林
立；其四是运行事故多，不安全，例如在1862到1879的17年里，蒸汽机的
爆炸事故多达1万起，造成成千上万工人死亡。
18世纪末，法国工程师蓝蓬和英国的斯垂特开创了内燃机的研究，前者
以煤气做燃料，后者则使用松节油，但都没成功。
1820年，英国人塞歇尔发明了一种煤气机，在实验室内仅运行了60分
钟。
1833年，英国莱特提出了使用煤气——空气的混合物做燃料，将这种燃
料在气缸中点燃，推动活塞作功。5年后，他的同胞巴内尔特为这种发动机
发明了点火装置，并让煤气先经过压缩再点燃爆发，因而发明了煤气压缩式
内燃机。
1854年，意大利的巴尔桑蒂和马泰乌奇制成“自由活塞式”内燃机，其
传动系统采用齿轮——齿条机构，但运行并不理想。经过半个世纪的努力；
内燃机的部件得到不断改进，有的发明如1855年提出的可自动膨胀的活塞
环，大大改善了气缸的密封性能，并沿用至今。
1860年，技术工人雷诺（1822—1900年，法国）汲取了以往内燃机的成
果，终于制成了第一台实用的内燃机。他的发明与一�
