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世界上的第一台电动机,究竟是谁发明的?

  1731年7月的一次惊雷闪电之后,英国威克菲尔德的一名商人偶然发现他的新刀、叉、钢针竟然有了磁性。
  1751年,美国物理学家富兰克林偶然发现莱顿瓶(一种能贮电的装置)放电之后,附近的缝纫针被磁化了。
  电究竟能生磁吗?彼时的学界普遍认为:"电就是电,磁就是磁,它们之间不可能有联系。"
  但是,人们对未知世界的探索是是永无止境的。
  丹麦物理学家、化学家奥斯特受19世纪科学思潮的影响,认为自然界的各种力可以相互转化,也可以统一。他认为:"我们的物理学将不再是运动、热、空气、光、电、磁和我们所知的任何现象的零散汇总。我们将整个宇宙容纳在一个体系之中。"所以,他也加入了实验探索的队伍。
  奥斯特
  1820年4月的某个晚上,奥斯特同往常一样,在哥本哈根给一些颇有教养的人讲"伽伐尼电"。在助手的帮助下,用伏打电池给白金通电做电学演示实验。快下课时,他无意识地扳动电源开关的时候,偶然发现一枚放在细长铂丝导线附近的小磁针轻微地晃动了一下,然后停在与导线垂直的方向上。此时,他既惊又喜——这不正是他多年企盼的电流能产生磁场的效应吗?他竟激动得在讲台上摔了一跤,又连续试验了几次——包括把小磁针移得稍近或稍远一些,都出现了类似的现象。
  第二天,奥斯特和助手用20个伏打电池给导线通电,产生了更强的电流,对包括能在平面上自由旋转的磁针、悬挂的能在空间自由旋转的磁针,都进行了类似的实验研究。结果表明,电流的确能产生磁场——这就是著名的"电流的磁效应",后来,人们把它称为"电磁学第一定律"。
  遗憾的是,奥斯特发现"电生磁"现象之后,没能以它来发明用电来驱动的、能连续转动的装置。他没能做到的事,将被一个后来为全世界所熟知的天才所达成。
  他就是英国科学家迈克尔·法拉第。
  法拉第
  法拉第出生于1791年,只在家乡萨里纽因顿村(现属伦敦南部的一部分)的教堂学校里接受过准系统教育。14岁时,他在一家装订商处当学徒,并借此机会阅读了大量亲手装订的书籍。1812年,勤奋好学的法拉第结束了自己的学徒生涯,而他的一位装订客户则送给他一张参加汉弗莱·戴维在英国皇家学院举办的系列告别讲座的门票。
  法拉第详细记录了讲座内容,之后把副本寄给戴维并希望在他那里找份工作。当时皇家学会的化学助理职位正好空缺,于是戴维决定向法拉第伸出橄榄枝。
  戴维在萨里郡讲演
  戴维指导法拉第并向他传授化学原理。怀着永不满足的好奇心,法拉第在皇家学会的名气也越来越大。此时,奥斯特的电磁理论让认为电和磁是两种截然不同的现象的自然哲学界陷入恐慌,《哲学年鉴》的编辑希望法拉第他撰写一篇关于电磁学的综述,实验主义者法拉第为了写出完整的综述,他重建了奥斯特的实验。
  事实上,奥斯特实验之后,许多人认为,既然电流能够使磁针暂时偏转,如果可以将这个"暂时偏转" 持续下去,那么就可以实现电动机。法拉第发现当合理地摆放通电导线与磁铁的位置时,电线会被磁极周期性吸引及排斥,进而形成圆周旋转状态。他在笔记本上勾勒出磁体绕南极顺时针旋转、绕北极逆时针旋转的现象。他在当天的实验笔记中写道,"非常令人满意,但还需要制造出更合理的设备。"
  不久,他就完成了这个小目标。他选择一个很深的玻璃容器,用蜡把一块磁铁竖着固定在里面,之后在容器中装满了水银,直到磁极刚好处于汞面上方。他在水银中设置了一根坚硬的漂浮电线,并将设备连接到电池上。当电流通过电路时,它就会在电线周围产生圆形磁场。而当电线中的电流与固定在容器底部的永磁体相互作用时,电线就会顺时针旋转。在设备的另一侧, 电线则是固定的以确保磁铁能够自由移动,实验证明磁铁会绕着电线做圆周运动。
  这一天是1821年9月3日,英国物理学家、化学家法拉第制造出了人类史上第一台最原始的电动机的雏形。他站在前行者的肩膀上,运用自己的天才和智慧完成了这一项具有划时代意义的伟大创造。
  接下来就是电动机的不断完善和发展,1828年,物理学家阿尼斯·杰德里克展示了他发明的世界上第一台实用的电动机。这台包含了3个主要组成部分(定子、转子和换向器)的自激式电磁转子旋转直流电动机,采用水银槽换向器、用永久磁铁产生的固定磁场和旋转绕组。这台仅用于教学的电动机,后来存放在布达佩斯应用艺术博物馆,现在仍能运转。匈牙利和斯洛伐克把他誉为电动机和发电机的"幕后之父"。
  1870年比利时工程师格拉姆发明了直流发电机, 1888年美国发明家特斯拉发明了交流电动机……
  时至今日,经过一代又一代人不断地发展和完善,大大小小、种类繁多的电机早已成为工业生产和日常生活中必不可少的动力设备。

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