電的科學史pdf

2019年4月24日20:57:49 評論 93
摘要

從富蘭克林做風箏實驗發現電的那一刻起,至今電的歷史已經超過了2個世紀。
《電的科學史》講述的就是這200多年里,從電的發現到電燈的發明直至今天博人眼球的特斯拉電動汽車,電伴隨著人類走過工業時代、規模經濟時代、互聯網時代,見證著這些時代的發展和科技的進步。
這個世界上精通“電”的羅斯博士,“十年磨一劍”寫作了這本有知識、有故事、有溫度、有可讀性的書。用一個個栩栩如生的人物、故事、發明、發現,為我們制作了一部跨越兩個多世紀的“紙上紀錄片”,讓我們了解他們的發明、創意、冒險精神、成功、失敗、秘密,感受電與我們生活緊密的關系。

電的科學史 內容簡介

“電”是現代生活的核心要素,沒有了電,我們的生活將很快“陷入癱瘓狀態”。每天我們都要按動幾十次電源開關,開啟現代生活不可缺少的電燈、電腦、手機、洗衣機、熱水器等電器設備。然而,我們已經習慣了一年365天隨時隨地可以接通電源的生活,以至于我們很少思考電是從哪里來的,它如何進入人類社會與我們朝夕相伴,又會如何揮動它的魔法棒為我們變出一個神奇的未來世界。這個世界上懂“電”的羅斯博士,花了10年時間,用一個個栩栩如生的人物、故事、發明、發現,為我們制作了一部跨越兩個多世紀的“紙上紀錄片”和“電的科學史”。無論你是事事考究的“歷史迷”,還是充滿好奇心的“科學控”,《電的科學史》都能滿足你的“閱讀口味”。在《電的科學史》里,你會與眾多鼎鼎大名的人物不期而遇,身臨其境地感知他們那些偉大的發明、創新與貢獻。比如,在雷雨天做風箏實驗的富蘭克林,改良蒸汽機并啟動工業革命的瓦特,發現電磁感應現象的法拉第和麥克斯韋,發明電報和開啟現代通信大門的摩爾斯,失敗幾千次最終發明電燈泡的愛迪生;建立質能方程的天才科學家愛因斯坦,吹響現代環保運動號角的卡森·蕾切爾,雄心勃勃的硅谷鋼鐵俠埃隆?馬斯克等。電不僅在現代生活中扮演了重要角色,在重要的歷史事件中也起到了“攪動風云”的作用。從工業革命、大蕭條、兩次世界大戰,到核電站、石油危機,再到全球氣候變化、頁巖氣革命、電動汽車、清潔能源,這些都與電息息相關。

電的科學史 目錄

引 言 放飛想象力 / III

第一部分 富蘭克林時代 / 1

第1章 富蘭克林的風箏實驗 / 3

第2章 瓦特的蒸汽機 / 21

第3章 法拉第與麥克斯韋的電磁理論 / 33

第二部分 愛迪生時代 / 53

第4章 摩爾斯的電報 / 55

第5章 愛迪生的電燈泡 / 71

第6章 特斯拉與威斯汀豪斯的交流電 / 87

第7章 英薩爾的電力帝國 / 105

第三部分 大規模時代 / 123

第8章 羅斯福的電力新政 / 125

第9章 胡佛水壩的榮耀 / 147

第10章 利連索爾的田納西河流域管理局實驗 / 165

第11章 “煤炭王”的統治 / 183

第12章 愛因斯坦的質能方程 / 199

第四部分 危機時代 / 217

第13章 艾森豪威爾的“原子能為和平服務”計劃 / 219

第14章 蕾切爾·卡森的《寂靜的春天》 / 239

第15章 加州電力危機和安然事件 / 255

第16章 電力市場的競爭性改革 / 277

第五部分 堅定信念的時代 / 295

第17章 全球氣候變化問題的解決之道 / 297

第18章 喬治·米歇爾的頁巖氣革命 / 315

第19章 埃隆·馬斯克的夢想和歷史的教訓 / 329

后 記 想象未來 / 351

致 謝 / 357

注 釋 / 359

電的科學史 精彩文摘

蜚聲國際的科學家

合適的時機和可靠的計劃

歷史學家、哈佛大學科學史名譽教授伯納德·科恩(Bernard Cohen)宣稱富蘭克林是當時“在世的最著名的科學家之一”,理由是富蘭克林提出了“第一個令人滿意的電學理論”,并且是“這門新科學的主要創造者”。在那個時代,即使簡單的溝通也需要通過書信的方式,而且書信寄送需要幾天甚至幾周的時間。但是,富蘭克林在1747—1752年這短短5年的時間里就聲名鵲起,主要原因在于,他通過書信向倫敦的彼得·柯林森(Peter Collinson)介紹了自己的電學實驗,這不能不令人感到驚奇。

到底是什么讓富蘭克林從成功的印刷匠轉變成世界知名科學家的呢?顯然,這樣的轉變離不開他的學術天賦,但更重要的原因是,富蘭克林對時代的需要和關注點有一種敏銳的直覺。在富蘭克林時代,“科學”一詞的意思是“智慧”,而自然哲學則與今天的物理學相一致。18世紀,最新的實驗報告甚至常常被發表在地方性報紙上。做印刷學徒期間,富蘭克林通過閱讀《旁觀者》(Spectator,英國散文家約瑟夫·阿狄生在這份雜志上自豪地宣布,他“把哲學從壁櫥、圖書館以及大學院校中解放出來,使其扎根于俱樂部、集會場所、茶桌旁和咖啡屋”)等大眾期刊,自學寫作。

富蘭克林不僅選擇了一個合適的時機,還為自己能引起世人關注制訂了一個可靠的計劃,并逐步把自己培養成今天所謂的“公共知識分子”的形象。他知道,地位低下的英屬北美殖民地人民必須得到倫敦的支持,才能有機會成為一個名聲在外的科學家。為此,當富蘭克林獲悉倫敦植物學家、英國皇家學會會員彼得·柯林森正在物色“英屬北美殖民地門徒”時,他立刻寫信與柯林森取得聯系。后來,柯林森向倫敦的英國皇家學會介紹了富蘭克林的電學實驗。

向牛頓定律發起挑戰

1687年,艾薩克·牛頓的名著《自然哲學的數學原理》正式出版,比富蘭克林出生的時間早19年。牛頓的另一部經典著作《光學》,出版于1704年。這兩部作品從本質上看是不一樣的,對富蘭克林影響更大的是后者。《光學》對富蘭克林來說比較容易閱讀,因為它是用英語寫成的,而不是拉丁語。但是,科恩認為更重要的原因是這部著作“致力于描述設計完美、操作簡單的實驗”。富蘭克林的研究與《光學》都非常關注實驗,兩者的基本特性也是一致的。牛頓在《自然哲學的數學原理》中指出,萬有引力是質量的函數,而與物質的類型無關。《光學》卻與這一觀點形成了鮮明的對比,因為它非常關注物質的具體類型,以及材料是否導電、有磁性。富蘭克林的研究與《光學》具有相同的特點,正如科恩指出的,富蘭克林是“信奉牛頓學說的實驗科學家”。

富蘭克林在科學研究方面一直恪守英國皇家學會的箴言:“不盲目相信任何人。”也就是說,自然法則應該通過實驗來發現,而不是想當然。這種凡事講求實驗證據的態度,是牛頓等人發起的科學革命的基礎。電學研究是擺在他們面前的一個巨大考驗,因為人們很有可能會堅守牛頓的著名發現,而不愿意接受一種不同的新觀點。但是,這些大膽的電力科學家并沒有畏縮不前,而是勇敢地面對引力和電力之間的差異,即使困惑不解也不退縮。牛頓的萬有引力定律描述的是天體之間的吸引力,而電力不僅包括吸引力,還包括排斥力。他們必須解釋吸引力和排斥力為什么可以共存,這是前所未有的一個新任務。富蘭克林給柯林森寫信的目的,就是要解釋其中的原因。

巧妙的電學實驗

1747年5月25日和7月28日,富蘭克林先后給柯林森寫了兩封信,解釋他的電學基本理論。整個理論建立在平衡概念的基礎之上。當一個物體(如琥珀或玻璃管)中有正常數量的“帶電物質”或“電流體”時,物體就會處于正常狀態,既不會吸引也不會排斥其他物體。然而,如果物體中的電流體數量減少或者增加,這種平衡將會被打破,物體就會“有電”。富蘭克林對這些不平衡狀態進行了定義:電流體數量增加的物體帶正電,電流體數量減少的物體帶負電。這套理論關注的重點是單一類型的帶電物質或電流體的再分布情況。

最重要的是,富蘭克林的理論解釋了吸引力和排斥力。分別帶正電和帶負電的兩個物體或兩種材料彼此接近時,就會產生吸引力。也就是說,我們可以認為電流體與愛情一樣,具有異性相吸的特點。相反,如果把兩個帶正電或者兩個帶負電的物體放在一起,它們就會相互排斥,即同性相斥。富蘭克林的理論有時也被稱為單流體理論。為了證明這套理論,他設計了一些簡單而巧妙的實驗。其中一些實驗甚至給人一種玩室內游戲的感覺,因為這些帶正電或帶負電的實驗對象都是活生生的人。在一個實驗中,甲用絲綢摩擦玻璃,然后把這塊帶靜電的玻璃遞給乙;當乙拿到玻璃的時候,可以觀察到火花飛濺的現象。

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