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法拉第演示变化着的磁场产生电流
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接着几个月过去了，当秋天又把阴雨带给伦敦时，法拉第花了一整天去追踪检流计上那奇怪的显示的原因。在第一个实验中，他把线圈绕在一个平直的铁芯上。他拿了两根长的磁铁棒，将它们摆成一个“V”字，并用缠好了的铁芯作为这个三角形的第三个边。当磁铁棒的“V”字被分开时，磁场的回路断开了，线圈里的电流被引发出来。法拉第在他的实验室日志中记叙道，“从这里明显看到了磁到电的转变”。当进一步做实验时，他拿来一根铅笔状的磁铁并简单地移动它，从线圈中进去又出来。这移动的磁场在线圈中产生了一个短暂的电流。但是法拉第感兴趣的是要产生一个连续持久的电流，而不只是短暂的突发。
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这样，他将一个简易的12英寸的铜制圆盘安装在一个轴上，使它可在一块有两个相反磁极的永久磁铁之间旋转。铜盘的一侧有一根导线从那根轴连接到一块检流计上，同时另一根导线从检流计连接到一个金属导体上，这导体对着铜盘的边缘并被其支撑着。当这铜盘旋转时，扰乱并因而改变了磁铁的磁场，检流计就显示出一个连续的电流。法拉第在他那详细的实验室日志中写道，“因此在这里证明了通过普通的磁铁产生了一个持久的电流”。法拉第的电磁感应定律可以简单表述为：“通过一个变化的磁场，可以在一个封闭的回路中产生电流。”
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法拉第通过运动磁体产生电流
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法拉第在1831年11月24日发给皇家学会的一篇论文中，谦虚地形容他那划时代的发明——世界上第一台发电机是“一个新的发电机器”。奥斯特证明了怎样用电来产生磁，而法拉第则展现了电磁效应的另一面，甚至是更为神秘和重要的一面——怎样用磁来产生电。就像法拉第对电的进一步译解一样，不可思议的是，那时候谁也没能预见到它那非同寻常的意义，因为没有谁能想到这就是现代电气工业的基石!伏特在发明了电池后就停滞不前了，而法拉第在接下来的15年里，“对许多自然奥秘都有直觉的洞察力”，驱使他去阐述有关电磁感应的磁力线和电流、磁场以及穿过磁场的运动之间的相互关系。他证明：只要简单地改变电流的大小，就可引起磁场的改变，并且反过来使磁场中的任何导体产生电流。法拉第也阐明了电的电化学本质，确定了许多材料的特殊的感应能力，建立了电与磁之间的关系，解决了长期有争议的问题，即由闪电、电站、电池以及发电机产生的电是否都具有相同的属性，结论是肯定的，它们确实相同。当时一位传记作家写道：“他的多才多艺、独创性、聪慧、想象力和充足的耐力，实在令人敬佩。”
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法拉第的电流发生器
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法拉第自己的生活、工作及其形象，给好几代成功的科学家们带来鼓舞，成为他们的典范。法拉第意识到戴维爵士因为财富和显赫的地位分散了追求科学的注意力，便婉言谢绝了那些耗费时间的头衔、挣钱的机会以及所有随着荣誉和财富而来的社交活动。作为一名基督教的虔诚教徒，他同他相爱的妻子在皇家学院的楼上朴素、宁静、幸福地生活着。但是一旦来到地下实验室，法拉第就变成了一头名副其实的狮子，一位具有罕见才能的、热情而又卓越的科学家。他有超凡的能力，能精选出一些要集中注意力的，最富有意义，最难以辨别的问题。他的科学成就在许多领域都是巨大的、影响深远的。他所做的实验室日志树立了一个关注细节、组织整理、真实记录的笔记样板。他丰富作品的魅力，和愿意承认在实验成功路上所犯错误的勇气，使他赢得了广泛而忠诚的支持者。他那三卷本的《电和磁的实验性研究》（Experimental Researches in Electricity and Magnetism）是一部不朽的杰作，流芳百世。
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1829年，52岁的汉弗莱·戴维英年早逝。从1830年起，法拉第正式接管了皇家学院。他最初的举措之一，就是开创了星期五的晚间论坛，还有特意在圣诞节给儿童举办的演讲。法拉第恰恰由于参加了戴维爵士的令人着迷的演讲，而被彻底地、幸运地改变了，他坚信这些为公众服务的事业是非常重要和高尚的。试想，某个孩子参加了圣诞演讲后就会去一生拥抱科学，或者在星期五晚间的听众中就有受到影响的热心人，会决定去皇家学院捐献大量金币，这有什么不可能呢？在那个实验室科学真正开始崭露头角的年代，法拉第就是它最伟大的圣人和预言家，他也是学院最出色的、才华横溢和令人着迷的演讲人。当他在挤满听众的会场前面，来回走动并演示他的实验时，他那英俊的脸庞充满激情，头发富有诗意地飞扬。星期五的演讲在晚上9点准时开始，在此之前，文质彬彬的听众们穿着正式礼服，就像是来听歌剧一样。一个法拉第的追随者这样回忆道，“他的听众同他一样怀着火热的激情，每个人的脸上都闪闪发光。”法拉第的朋友这样写道，“他不得不对听众说谎，劝说他们可以走了，因为他们已经全部理解了所讲的论题，但他知道他们实际上根本没有真正明白。”当演讲在晚上10点准时结束后，兴奋不已的听众游逛到学院那华丽的二层图书馆，在那儿吃些小点心，观看一个与晚间演讲题目有关的展览，惊叹着科学的神奇。法拉第在1849年时给儿童做的圣诞演讲“一根蜡烛的化学史”，至今仍被孩子们阅读着。
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在法拉第的热心领导下，皇家学院成为当时英国最重要的社交和科学的活动中心之一，那时候国家强大，蒸蒸日上，吸引了许多著名的维多利亚时代的杰出人物，其中包括查尔斯·狄更斯、查尔斯·达尔文和赫胥黎。一位法拉第传记的作者这样写道，“正是他慷慨的创作和丰富的技艺，使得近代化学家、物理学家、工程师和材料学家，都把他尊为它们学科的创始人，甚至把有些科学技术的存在都归功于他的研究。他馈赠给后代的科学成果的数量，比其他任何物理学家都要大得多，而他的发明的实际效果，对人类文明生活起了本质上的深远影响。”法拉第对花时间做那些特别实用的事不感兴趣，他解释说：“一个哲学家应该能听取和接受任何建议，但自己要做出最后的判断和决定。哲学家不应因为任何表面现象而产生偏见，不应存在任何带有个人喜好的假设，不应有学派之分，不应有教旨上的大师……真理原本是客观的。如果再加上勤奋，那他就真有希望在大自然神庙的幕幔下散步了。”因此，随着真理的不断召唤，法拉第对其实用价值就越来越没耐心了。当他证明了一个新的化学过程，或者揭开了一个新的电磁学领域以后，那不可避免的问题就随之而来——它的用途是什么？法拉第喜欢引用富兰克林的名言，“‘一个婴儿有什么用呢？’科学实验者的回答是‘努力使它有用’。”
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在随后的几年里，英国、比利时、法国、德国、美国和其他西方国家的科学家和发明家们，都在尽最大的努力让电变得实用。他们紧跟在法拉第的权威研究之后，竭尽全力地发挥着自身的智慧。这时出现的电镀，就是将电实际应用于工业和商业的例证。而且，电池改进工作也在稳步开展。因此，到了19世纪40年代，电完成了它的第一次奇迹般的革命，成了制造实用的电报机的基础。在19世纪中叶的几十年里，可以看到科学技术在突飞猛进地发展，蒸汽发动机、铁路和电报的出现，推翻了所有关于能量、空间和时间的传统概念。同样在这些年中，煤气灯取代鲸油和蜡烛而成为都市住宅、办公室和一些工厂的廉价方便的室内照明设备。经由地下管线，从中心气站输送到大楼和人行道——同水管原理一样——煤气灯迅速在大城市里普及。在漆黑的夜晚，在主要大城市的街道上，煤气灯也已取代了鲸油灯来照明。
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煤气灯的到来，就像铁路和电报的到来一样，明显地改变了亿万年来时间和空间的一贯节奏。罗伯特·路易斯·史蒂文森（Robert Louis Stevenson）在赞誉煤气灯时这样写道：“一个社会性和公众性享乐的新时代开始了……普罗米修斯的工作又被大大地推进了——步，人类的晚宴不再任凭几英里的海雾所摆布，日落后人行道上也不再空旷无人，白天随着人们的意愿而延长了。城里人有了他们自己的星星，听话的、家庭化的星星。说实在的，这些煤气灯不像原先的灯那么稳定，也不那么干净，它们的光彩也确实比不上用最好的蜂蜡制成的蜡烛。但是，这些煤气灯星星，比起朱庇特来，离我们更近，也更实用……每晚的点灯人都是带着愉快的心情离开的。看到人们如此与日月争辉，真是让人高兴。”煤气灯在美国就像在多雾的伦敦一样流行，到1875年时，美国已经有了400多家煤气灯公司。
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当煤气灯取代了由来已久的油灯和蜡烛，并第一次给许多阴暗的城市街道带来夜晚的灯光时，发明家和企业家们也在努力寻找，如戴维爵士在1809年就已经演示过并博得喝彩一样的，使明亮的弧光灯可实际应用的方式。英国人用大电池建造了几个独立的、偏僻遥远的弧光灯照明房，而与此同时，仍不服输的几个法国精英、勇敢的激进派成员则在他们的国土上做着相同的实验。当工程师们在里昂附近的一个葡萄种植园建起了实验用的弧光灯时，当地的报纸这样报道，“事实上人们已经相信，太阳出来了。这个错觉是那样逼真，以至于小鸟从沉睡中醒过来后，开始在人造光中欢唱。”弧光的光谱确实与日光很相近，它柔和、稳定，与煤气灯、油灯或是蜡烛所产生的闪烁摇曳的灯光有着根本的不同。但是要使弧光灯应用于商业，它必须具有更简单、更完美的设计和一个实用的发电机。如果电池的容量足以满足电报、电话最低功率的要求，那么电池比起由蒸汽发动机发的电，价格要贵20倍，因此它就是一种太不经济的电能，也根本无法与普及的煤气灯竞争。
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制造一个更好的发电机是一项极为不易的工作。从法拉第划时代演示他的“发电器”到一个真正实用的发电机的成功出现，用了几乎35年的时间。许多努力花费在发电机上，但是最终让“使它有用”的信念成功的人，是比利时的工程师泽诺布·西奥菲勒·格拉默（Zéobe–Théophile Gramme）。他为巴黎的一个电气设备制造商工作。在19世纪70年代早期，格拉默不仅设计出了更加强大的直流发电机，而且同样重要的是，他又发明了电动机，所显示的恰恰是一个电机或发电机的反向运行。沃纳·冯·西门子（Werner von Siemens）这样介绍格拉默的主要成就：他的发电机领先于其他所有人的根本点是，利用了电磁体而不是普通的磁体。格拉默电机的特点是，一个被线圈缠绕的铁环在两个电磁体之间的磁力线的平面中间旋转。
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有了格拉默电机，弧光灯的时机也就成熟了。1876年，俄国军事工程师保罗·雅布罗科夫（Paul Jablochkoff）（当时也住在巴黎）做出了一个商用灯具——称为雅布罗科夫“蜡烛”。它发射出来的弧光比早期那强烈的光柔和多了。这个“蜡烛”配有两根高高的被一层陶瓷隔离开来的细炭棒，它们既绝缘又相连。“不用机械操作；一旦开始，炭棒就会连续燃烧直到烧尽，大约可持续2小时。一串‘蜡烛’被放好，以便一个烧尽时另一个就会自动点燃。”雅布罗科夫的灯不像早先的弧光灯，它能运行16小时之久，因为当一对炭棒熄灭时，另一对就接上来了。
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然而，格拉默原先的电机设计有一个被称为“整流器”的部件，它导出的电流酷似由电池产生出来的直流电，结果造成一根炭棒烧得比另一根快两倍，这是个严重的缺陷。这时的格拉默已经有了自己的公司，他通过重新设计发电机解决了这个问题，使发电机产生出一个交替变化的电流，从而使那一对“蜡烛”可以以相同的速度燃烧。与直流电的电子在沿着导体直接流过时均匀分配不同，交流电则是电子聚集成束，并且间断地前进和后退。尽管有许多优点，早期的弧光灯用起来仍然比煤气灯要困难得多，而且它那刺眼的强光限制了它只适用于大的场所——主要是广场和大道、百货商场、火车站、马戏场、建筑工地、码头和工厂，它们需要竖立起特别的塔形电极，以便光线不会影响正常的视觉，刺伤人们的眼睛。
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一位访问巴黎的游客为弧光灯那“富丽堂皇的明亮色彩”而喝彩，他惊呼：“整个街道，连最高的屋顶，都被一片光柱照得通明，这街道就像歌剧中某个壮丽的演出场地。”但是，史蒂文森第一次看到巴黎的弧光灯时震惊了，他谴责它们是“荒谬的、不可思议的、对人的眼睛是有害的，是一个制造噩梦的灯！像这样的灯，只能照亮谋杀或公开犯罪的场地，或者精神病院的走廊，这是一个制造更大恐怖的灯。看它一眼就会转而爱上煤气灯，因为煤气灯给人们温暖如家的感觉。”法国政界人士和许多商界人士则持不同看法，所以到1878年时，长达半英里的最高贵的剧院大道也被弧光灯照亮了，同样还有巴黎其他的主要场地，包括卢浮宫和夏特莱剧院。
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美国的科学家和商人们对弧光灯的兴趣，就像他们在欧洲大陆的对立派一样，当他们听到了巴黎雅布罗科夫的“蜡烛”发明后，在美国推出某种可与之相媲美的东西的竞赛就开始了。北方的商人们首先想出了可使用的弧光灯系统，也许能和范德比尔特一样，因为照亮了美国的夜晚而获得名誉和财富。1876年在费城举办的百年展览会上，最著名的有1 400马力的科利斯蒸汽发动机和爱迪生的多种形式的电报机，电气发明家摩西·法默（Moses G.Farmer）展示了他自己的3种弧光装置。它们的电能是由美国人设计的第一台发电机提供的，这是法默和威廉·华莱士（William Wallace）的作品，后者是法默的合伙人，也是美国在康涅狄格州安索尼亚市最著名的黄铜和紫铜铸造厂的老板。在这一年里，一位弧光灯的主要竞争者出现在克利夫兰市，他是一位年轻的化学家，名叫查尔斯·布拉什（Charles F.Brush）。他抢在华莱士和法默之前占领了市场，到1878年秋，他已经在波士顿百货公司的欧洲服装商店里安装上他那嘶嘶作响的、耀眼的弧光灯。
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爱迪生的老朋友，宾夕法尼亚大学的乔治·巴克（George Barker）教授确信，这对爱迪生来说肯定是个再好不过的出成果的领域，他试图通过给爱迪生送去大量有关这种人造光源的最新报告，来激发他的兴趣。当发现这样做没有什么效果时，在9月8日，一个星期天，巴克陪着爱迪生来到华莱士的大型黄铜铸造厂。天气很阴冷，爱迪生、巴克和一名《纽约太阳报》（New York Sun）记者一起下了火车。这是爱迪生第一次有机会亲眼看到并检测华莱士和法默的8马力蒸汽发电机，他们给它起的绰号是“telemachon”。这台机器能同时点亮8个弧光灯。那个记者报道说，“爱迪生欣喜若狂，对此非常痴迷……他从机器到灯、又从灯到机器来回跑着，他四脚朝天躺在桌上，像个天真的孩子，并做着各种各样的计算。他估算了机器和灯的功率，传输过程中可能的损耗，用这设备分别在一天、一星期、一月、一年里能节省的煤的数量，以及批量生产可节省的煤的数量。”这实实在在摆在面前的机器和炽烈的灯光正是巴克教授所期望的，爱迪生也兴奋不已。爱迪生转向华莱士——他的竞争对手——说，“我相信，我会在电灯制造上击败你。我觉得你的研究方向不正确。”华莱士对弧光灯的研究已经有很多年了，并且一切顺利，是个讨人喜欢的人。他伸出手来，和爱迪生握了一下，表示接受了这场打赌。
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爱迪生回到安静的、田园般的门罗公园，在他新泽西的工作室里，全身心地投入研究，以创造一个更好、更实用的电灯。他工作热情极高，为在这新的领域可能发生的事而激动不已。“这就是摆在我面前的一切，我看见的东西并未走得很远，我还有机会。我看到的已经做完的那些东西，从来没有过实际效益。因为这强烈的灯光没有被再细分，所以也不适于私人住宅家用。”爱迪生总是喜欢追求“大事情”。在测试华莱士的灯时，他已经领悟到，这发电机既有巨大的潜能，但又限制了弧光灯的亮度。谁能造出最好的电弧灯系统，谁就有机会从煤气灯那儿抢走10%的生意——指的是街灯。但是如果有人能够细分这种灯——让它进入室内并变成柔和的光，而且只用一个发电机带动，那么这个人就是真正的普罗米修斯，燃烧着的电之先驱，深受爱戴的为人类造福（除此之外还会很富有）。一场用电照亮家庭和办公室，以及给新工业社会的机器寻找动力的竞赛，已经在美国，不，是在全世界开始了。
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