世界全史（百卷本）
第077卷世界现代前期科学技术史
　　内容提要
　　1870年-1918 年，屈指算来不过48年的时间，但这48年却横跨了两个世纪。本书反映的是这一历史阶段世界科学技术发展的概貌。
　　世界现代前期科技史的主要内容包括：发生在这一历史时期的以电力技术为中心的第二次动力革命；发生在19世纪末至20世纪初的物理学革命与相对论的创立过程，并对世纪之交的化学、生物学、数学所取得的成就以及炼钢技术的发展等作了较为详尽的论述。
　　本书内容以史为主、史论结合，透视了作为科学技术这一特定文化现象的哲学内涵，对重要的人物和事件则作了专章介绍或着重论述。
　　一、概述
　　1870年-1918 年，总算起来不过48年时间，可这48年时间却非同寻常。
　　它在世界历史上占有重要的地位；它在人类的文明史上留下了辉煌灿烂的篇章。
　　有人把这一时期称作发明的英雄时代，绝非评价过高，在这近半个世纪的时间里，继英国、法国之后，德国、美国和日本也实现了产业革命，完成了工业化的历史任务，成为工业发达的国家。这段时间，恰处世纪之交，偏于此时爆发了第一次世界大战，后又发生了俄国十月革命，这些重大的历史事件和社会变革，自然会对世界范围内的科学技术发展产生影响。
　　1900年，在19世纪终结，20世纪开启之际，有两位科学巨人，在世界科学讲坛，分别作了关于物理学和数学发展前景的演讲，颇有辞旧迎新之感，昭示后人之意。他们一位是物理学泰斗开尔文勋爵(威廉.汤姆生），另一位是数学大师希尔伯特。开尔文勋爵总结了19世纪物理学取得的巨大成就，同时也忧心忡忡地指出了物理学上空出现的两朵乌云。恰恰是这两朵乌云形成了巨大的风暴，酿就了20世纪初物理学领域的革命。天才的爱因斯坦以其所创立的相对论，不仅包容了牛顿的经典力学体系，而且为以后物理学的发展指明了方向。希尔伯特值此世纪之交的当口归纳提出了数学领域有重大意义然而又尚未解决的23个问题，以期引起数学界的重视和研讨。孰不知这些问题竟对20世纪的数学研究发挥了巨大的指导作用。在解决这些问题的过程中，还获得了一系列与此相关的重大研究成果。其意义或许远远超过了这些问题本身。
　　关于物理学的情况，在此不妨作一点历史的回顾。在19世纪60年代，物理学的发展在当时说来，可谓达到了辉煌的顶点。经典物理学已经形成十分完备的理论体系。它所包含的经典力学和经典电磁学理论已达到" 尽善尽美" 的地步。牛顿以其创立的第一、第二、第三三条运动定律和万有引力定律构建了" 坚不可摧" 的经典力学大厦。麦克斯韦运用数学分析法建立了麦克斯韦方程组，从而把光、电、磁现象统一了起来。至此，很多人认为，经典物理学已经达到了顶峰，人类对自然的认识也已达到了尽头。因此，物理学从19世纪70年代起直至19世纪末，再没有取得显著进展(孕育着巨大变革）。当物理学家们送别19世纪，迎接20世纪的时候，英国享有盛名的科学家威廉.汤姆生(开尔文勋爵）于1900年4 月27日发表了一篇历史总结性演讲。他概括了19世纪物理学取得的巨大成就。也指出了在古典物理学万里长空中还漂荡着两朵" 乌云".其中之一是同比热和热辐射有关的理论问题。汤姆生认为它还可望" 在20世纪开头获得解决" ；而另外一朵乌云即" 以太漂移" 实验的否定结果则看不到任何可解决的途径。汤姆生说" 恐怕我们仍然必须把这一朵乌云看作是非常稠密的".乌云本是不祥之兆。处在世纪之交的物理学家们，以此坦露了他们感到的困惑。因为" 以太漂移" 实验的否定结果，预示着经典物理学的理论根基发生了动摇。然而，正是这两朵乌云引发了20世纪的物理学革命，解除了人们的困惑，使经典物理学从山重水复疑无路，走进了柳暗花明又一村。在物理学这场伟大的变革中，科学巨匠爱因斯坦以其超人的智慧和独特的思维，创立了狭义相对论和广义相对论，其理论不仅囊括了经典物理学的理论体系，而且把物理学推进到现代科学的新阶段。狭义相对论以惯性参考系中的" 相对性原理" 和" 光速不变原理" 否定了牛顿的绝对时空观，指出了仅仅在低速运动状态下经典力学的合理性，从而化解了以太之谜。在爱因斯坦完成狭义相对论之后，又向新的目标展开了进攻。他将相对性原理由惯性参考系进一步扩大到任意参考系，并把牛顿的引力理论作为一级近似包容其中，从而又创立了广义相对论。爱因斯坦在许多研究领域都取得了突破性的成果，在科学上为全人类作出了划时代的巨大贡献。
　　1880年以后，一场新的技术革命在世界范围内迅速展开。在这场革命中有三大技术发明带动了整个工业的发展。它们是法拉第发现电磁感应而导致的电力技术的发展和应用；贝塞麦炼钢法的成功奠定了钢铁工业大发展的基础；焦油化学理论的突破带来了有机化学工业的繁荣。
　　1820年奥斯特发现了电流的磁效应，1831年法拉第发现了电磁感应。这些看似微不足道的发现却孕育着第二次技术革命的兴起，以电能为主要动力的电力革命从此揭开了序幕，使20世纪成为" 电气化世纪".发电机的研制成功，迅速形成了一个以汽轮机、水轮机等为原动力，以交流发电机为核心，以变压器等电器的输配电系统为动脉的变压输电网。电，可以为电报、电话、电灯提供能源，亦可通过电动机将电能转变成机械能以带动其他机械做功。
　　电的发现和利用是人类自觉应用电学知识的伟大成果。从此，电取代了蒸汽，它所创造的生产力是蒸汽时代所不可比拟的。蒸汽机利用机械力代替人的体力，是扩展人类肢体功能的一次革命；电的应用，尤其是电报、电话、无线电的应用是扩展人类感官功能的一次革命。电的应用，是科学转化为技术、技术转化为社会生产力的最好证明。随着科学技术的发展，电的应用逐渐深入到人类生活、生产的各个领域，它不仅给经济生活带来了前所未有的大发展，而且给人们的文化生活增添了丰富多彩的新内容。
　　蒸汽机技术的发明和应用，引发了18世纪的产业革命。从此机器大生产逐渐代替了手工业的生产方式，生产效率十倍、百倍地增长，产品质量其精细和准确程度使手工制品望尘莫及，达到了近乎完美的地步。蒸汽机在其发明后的一百多年中，形成了极大的生产力，建立了极其宏伟的业绩。然而，随着时代的发展和科学技术的进步，蒸汽机不可克服的缺点(笨重、热效率低、不安全等），促使人们去研制新的动力装置。于是在蒸汽机不断改进的同时，在热力学等科学理论的指导下，一种新型热机——内燃机诞生了，作为内燃机产生的前提条件，当然是燃料的变革。在18世纪末英国人默多克()发现了用煤在炼制焦炭的过程中，同时有煤气生成，很快，这种可燃气体便在19世纪初被欧洲一些国家用于照明。1859年美国人德莱克()用顿钻成功地打出了石油，到19世纪70年代石油生产进入了工业化时期。在煤气和石油能够充分供应的情况下，内燃机的发明才成为可能。法国人雷诺()发明了第一台二冲程煤气机，后由德国人奥托()、戴姆勒()和狄赛尔(）对内燃机进行了重要改进，于是出现了四冲程煤气机、汽油机和柴油机。以后又出现了蒸汽涡轮机和燃汽轮机。这一系列内燃机的改进、发展和应用，促进了交通事业的发展。其后出现了汽车、轮船、飞机等现代化的交通工具。
　　在这一时期，化学理论取得了重大进步，因而推动了化学工业的前进。
　　俄国科学家门捷列夫关于元素周期律的发现和周期表的提出，是化学理论研究的巨大成果。从此，人们利用周期律和周期表可以掌握元素的基本化学性质，从而把握化学反应的过程，预见化学反应的结果，并可据此预见未知元素的存在及其性质，在门捷列夫工作的基础上，英国的莫斯莱()
　　和德国的柯塞尔()对元素周期律进行了科学的阐述，进一步完善了周期律理论。此后，一些新元素陆续被发现，如惰性气体、放射性元素、稀土元素等。当时，门捷列夫制出的周期表，列出了66个位置，找到了63种元素，而到1945年元素周期表列出的92个元素均已找到。在20世纪40年代，科学家们在寻找新元素的过程中，又发现了一系列超铀元素。于是突破了92号元素的界限，使元素周期表又一次得到修正和完善。科学家们在研究中发现，有些元素化学性质十分相似，它们总是紧密地相聚在一起，很难使它们分离。英国的索第(）由此提出了" 同位素" 的概念，进一步丰富了元素周期律，完善了元素周期表。后来，物理化学、电化学、结构化学等一系列新的理论相继产生，对化学工业的发展产生了巨大的指导作用。
　　化学工业，包括无机化学工业和有机化学工业两部分。首先发展起来的是无机化学工业。无机化学工业的主要产品是酸和碱。在19世纪初期，酸、碱的制取都有了较为成熟的方法并逐渐形成一定的规模。而克尼奇的接触法制酸，和索尔维的氨碱法制碱，使酸、碱生产都进入现代化阶段。
　　有机化学工业的兴起始自维勒和李比希。维勒不仅合成了尿素打破了生命力论，而且和李比希一起提出了基团理论，开创了合成化学的新时代。在他们的带动下，德国出现了一大批杰出的科学家，如凯库勒、霍夫曼等。他们以煤焦油作原料，合成了一系列苯胺染料，其中最主要的是茜素和靛蓝，从而结束了由植物中提取茜素和靛蓝的历史。后来合成香料、合成药品、合成炸药均获成功。从此使煤化学成为化学的一个重要分支。合成化学取得的一系列巨大成就，使德国开始成为世界科学的中心。
　　电力技术的发展，化工技术的兴起，炼钢法的出现——这是第二次技术革命的重要成果和显著标志。
　　当人类社会步入铁器时代的时候，伴之而来的是铁器文化的兴起。世界著名的埃菲尔铁塔恰似一座历史的丰碑，成为钢铁时代的象征，钢铁冶炼技术的发展经历了从铁到钢的过程和炼钢法的一系列改进。高炉炼铁在14世纪就已出现，18世纪随着焦炭冶炼代替木炭冶炼使炼铁技术进入了焦炭时代。
　　铁器的使用，提高了生产力，改善了人们的物质生活条件。在此情况下，铁的需求量日益增加，但铁的弱点也越来越突出：生铁太脆，熟铁又太软。于是人们开始寻求新的冶炼方法，以期得到具有韧性的钢。在19世纪下半叶，由炼钢法的突破迎来了钢铁工业的新时代。
　　1856年8 月，英国的贝塞麦发表了《关于不使用燃料生产可锻铁和钢》的论文。在此之前，他发明了转炉炼钢新技术，使用了" 吹气精炼法".贝塞麦指出，这种炼钢法只需从炉底吹入空气，" 除了铁水和空气什么也不需要".人们对于贝塞麦的炼钢法疑惑不解，但贝塞麦的公开实验却使人们出乎预料，大开眼界。炼钢炉鼓入空气后，不但炉温没有降低反而升高，铁水中所含的锰、硅、磷等杂质在高温中氧化脱出，同时生铁中的碳也被氧化成二氧化碳，用了不到半个小时的时间，炼出一炉钢水。为了便于钢水倒出，贝塞麦把炼钢炉从固定式改为转动式结构，并获得了这一发明的专利。
　　贝塞麦炼钢法适用于冶炼含磷、硫量较低的矿石炼出的生铁，而对含磷、硫量较高的生铁则不适用。这一问题的解决是由英国的托马斯完成的。托马斯通过试验找到了理想的脱磷方法。他用向炉内添加石灰石的方法，使磷进入矿渣，为避免石灰石和原来的酸性炉衬起化学反应，又把原来的酸性炉衬改为碱性炉衬，即由酸性硅酸质改变为碱性石灰质。托马斯对贝塞麦炼钢法的改革获得极大成功。
　　与贝塞麦炼钢法并驾齐驱的还有平炉炼钢法亦称西门子- 马丁炼钢法。
　　平炉有个较大的熔池，将经由下层蓄热室预热的空气和煤气送入上层，在熔池的铁水表面吹拂、燃烧，可较彻底地将铁水中的碳和其他杂质氧化。虽然平炉冶炼过程比转炉耗时要长，但平炉的容量大，产量高，原料广泛，炼出的钢质优良，因此适宜于大规模生产。
　　19世纪末的后30年，由于现代钢铁技术体系的形成，钢铁工业发展迅猛，30年钢产量增加了120 倍，到20世纪初叶，钢铁仍在稳步发展，而且钢的品种也不断增加，并出现了各种合金钢和特种钢。
　　钢铁的发展，特别是钢铁材料的使用，引起了社会生活的巨大变化。在水泥发明之后，出现了钢筋混凝土建筑。其中有高层楼房、大型桥梁等。另外，铁路铺设，机械产品的生产，轮船、汽车的制造等，没有大量钢铁作支撑，是不可能发展起来的。19世纪末至20世纪初，钢铁工业的大发展和钢铁材料的广泛应用，使世界进入钢铁时代。
　　如果说18世纪以前的科学史属于" 力学的世纪" ，19世纪和20世纪上半叶属于" 物理学的世纪" 的话，那么从20世纪开始，生物学的地位越来越显示出它的重要性。在19世纪生物学领域就已取得两大成果——进化论和细胞学说，它们奠定了后来生命科学发展的基础。19世纪下半叶，为了探索个体与群体之间，细胞与遗传现象之间的内在联系，遗传学应运而生并迅速得到发展。与此同时，微生物学也在应用中悄然兴起。至此，我们看到，随着生物学研究的不断深化，研究对象从宏观转向微观，即从生物的群体、个体、逐步深入到揭示生命现象的微观机制。当人们发现生物与生物之间、生物与环境之间存在着某种平衡关系时，一门新的学科——生态学诞生了，于是人们在科学研究中把个体与群体，宏观与微观，此种生物与彼种生物等因素统一在共同的环境中，进行共存研究。这时，生态学又使人们把对生物学的研究引向综合。在19世纪下半叶到20世纪上半叶，生物学的理论研究取得了一系列重大突破，在应用方面也开始取得实际效果。
　　达尔文这位进化论的集大成者，他的《物种起源》一书，成为19世纪最具影响的科学著作之一。他将自己5 年环球航行，20年研究、思考所形成的思想精华熔入其中。达尔文的进化论蕴涵着丰富的辩证法思想。它指出了生物的起源和进化问题，提出了自然选择的理论，有力地冲击了形而上学的世界观和物种不变的神创论。达尔文在提出进化论的同时已注意到了遗传现象。在《物种起源》一书中达尔文指出：" 支配遗传的诸法则，大部分是未知的。没有人能够说明同种的不同个体间或者异种间的同一特性，为什么有时候能够遗传，有时候不能遗传；为什么子代常常重现祖父或祖母的某些性状，或者重现更远的祖先的性状；为什么一种特性常常从一性传给两性，或只传给一性……".他认为，每一个能够各自独立变化的性状是与一种物质载体连接在一起的；组成身体的所有细胞都能产生微粒，即所谓的生殖微粒，这些微粒都能以不同的强度各自独立地繁殖，它们由循环系统带至生殖细胞，集中在一起，生殖细胞就是由来自各种器官的物质组成的。显然，达尔文没有把生殖细胞和体细胞加以严格区分。人们把达尔文对遗传现象的解释称为" 泛生说".
　　瑞士著名的植物学家耐格里()，在1884年作出了细胞内有遗传物质——种质的推想。他认为，种质充满整个细胞，从而遍布全身；每一个可感知的性状，作为一种素质或遗传因子被包含在种质里。
　　19世纪末，德国生物学家魏斯曼()批判了泛生论，提出种质理论也称种质连续假说。他认为体细胞和生殖细胞有根本区别，从而把生殖细胞称作" 种质" ，试图用" 种质论" 来解释进化与发育的关系。魏斯曼的学说为遗传学的研究奠定了基础。
　　随着显微镜的发明和应用，人们对生物的认识开始深入到生物的细微结构。19世纪初，人们已经认识到细胞是植物和动物最基本的结构单位。德国生物学家施莱登和施旺建立了完整的细胞学说，并明确指出了细胞是由细胞生成的。19世纪40年代后，许多生物学家先后发现了细胞的分裂过程，到1879年，德国生物学家弗莱明()发现了染色质。在细胞进行有丝分裂时，染色质形成线状染色质丝，1888年，德国的瓦尔德尔将染色质丝命名为" 染色体".1885年比利时胚胎学家贝纳登()又发现了在形成配子时的" 减数分裂" 过程。随着细胞学说的建立和发展，许多鲜为人知的生物学的秘密相继被揭开了。这一切又都为遗传学的产生和发展创造了条件。
　　在19世纪末至20世纪初，遗传学的发展取得了重大突破。为遗传学作出卓越贡献的代表人物是孟德尔和摩尔根。孟德尔通过豌豆杂交试验预见了遗传因子(基因）的存在，揭示了遗传的秘密，提出了" 分离定律" 和" 自由组合定律".分离定律被确定为遗传第一定律，系指一对遗传因子，其中一个为显性因子，另一个为隐性因子，在彼此结合的状态下，并不相互影响，相互沾染，而在形成配子时完全按原样分离到不同的配子中去。自由组合定律彼确定为遗传第二定律，系指一对性状的分离与另一对性状的分离是相互独立的，它们可以自由组合，故又称独立分配律。遗憾的是，孟德尔超越时代的伟大发现，由于种种原因并没有被同时代的人所接受，竟至埋没达三十多年才被重新发现。孟德尔遗传定律的重新发现标志着一个绵延两千多年的关于生殖和遗传的臆想和猜测时代的终结。遗传学的进一步发展，使它与细胞学结合了起来。美国的萨顿()和德国的鲍维里是实现这一结合的先行者。他们在1902年利用显微镜证实了染色体行为和遗传因子的相似性。摩尔根利用著名的果蝇试验发现了" 基因连锁" 现象，即几个相邻的基因往往组成" 连锁" 一起遗传而不彼此分开，不同染色体上的基因可以自由组合，但在同一染色体上的基因却不能自由组合。这就是连锁遗传定律，亦称遗传第三定律。摩尔根和他的学生在研究工作中还发现了基因" 交换"现象，提出了基因在染色体上直线排列的学说，说明了由杂交所引起的基因重组是使生物发生变异的原因，并指出基因重组的发生与外界环境没有必然的联系，因此获得性状是不遗传的等等。摩尔根提出了较完整的基因理论，发展了孟德尔的遗传学说。
　　在19世纪下半叶，就生物学而言，除了细胞学说和生物进化论两大发现之外，还有微生物学的研究和应用也取得了重大进展。尤其是法国的巴斯德(）为微生物学的建立及揭示微生物的秘密，取得了令世人瞩目的功绩。巴斯德奠定了细菌致病学说，随后他不仅提出并且创造了细菌消毒法，他还发现了免疫作用，成为抗御细菌感染，造福人类的千秋功业。
　　 年，在这近半个世纪的时间内，科学技术的发展取得了惊人的进步。首先是生活在这一历史时期的科学家们，他们的创造性劳动和对科学技术的献身精神是推动科学技术发展的主要动力。在这一历史时期，活跃着一大批出类拔萃的科学家和发明家，他们在各自的领域内都做出了不寻常的贡献。例如卓越的物理学家法拉第、麦克斯韦、爱因斯坦、玻尔、开尔文勋爵(汤姆生）、普朗克、德布罗意、薛定谔、海森堡；数学大师希尔伯特、彭加勒；化学家门捷列夫、凯库勒、霍夫曼、拜耳；生物学家孟德尔、摩尔根、巴斯德；炼钢专家贝塞麦、托马斯、马丁父子、西门子兄弟；为内燃机的发明和改进作出重大贡献的雷诺、奥托、戴姆勒、本茨、狄塞尔；为电力技术的发展和应用建立了不朽功勋的爱迪生、莫尔斯、贝尔、波波夫、马可尼，以及第一架飞机的制造者莱特兄弟和率先使汽车投入大规模生产的技师兼企业家福特……
　　在这一时期各国的科学家们相继建立了一批著名的实验室，并在科学研究中形成了多支享有盛名的学术流派。著名的实验室如贝尔实验室、爱迪生发明工厂、卡文迪许实验室、拜耳实验室、巴斯德研究所等。著名的学术流派有哥廷根学派、哥本哈根学派、摩尔根学派等。这些著名的实验室和学术流派为科学技术的发展和学术研究的争鸣发挥了重要作用。
　　在科学理论的指导下，技术发明获得成功，技术改进取得突破，技术成果又迅速投入应用，形成强大的社会生产力。这是 年这一历史时期的一个最显著的特点。如在电学理论的指导下，电力技术迅速发展起来，先后发明了发电机、电动机、电灯、电报、无线电等，这些技术发明投入应用以后，使人们的生产、生活发生了前所未有的变化。有机化学的发展是如此，炼钢技术的发展是如此，内燃机的发展亦是如此。科学技术能够产生强大的生产力，科学技术就是生产力，在当时科学技术发达的国家不仅形成了这样一种观念，而且成为活生生的现实。
　　二、热机变革及对交通事业的促进
　　蒸汽机作为一种强大的工业动力机械，自18世纪发明以来不断得到改进，对当时的工业革命产生了巨大的作用和影响，并导致了火车和轮船的发明。其后，在陆路和水路运输业中都迅速得到了应用。然而蒸汽机又存在着许多难以克服的缺点，诸如效率低(热效率一般在5-8 ％）、速度慢、体积大、运转笨、安全性差(时常发生爆炸）。由于其在性能方面难以取得突破，因此不易在更大的范围推广，应用便受到了限制，因此，人们祈盼着发明理想的热机。1859年8 月29日，美国采矿工程师德莱克在宾夕法尼亚州利用地下取盐的钻机打出了世界上第一口油井，从此，石油成为化学工业的重要原料，亦为内燃机的发展提供了能源条件。在这种情况下，内燃机便应运而生了。
　　1.内燃机的发明与发展
　　说起内燃机发明来，应当说首先是火炮给了人们重要启迪，甚至可以说火炮是内燃机的雏形。最早利用火炮原理进行动力机械研究的是著名物理学家惠更斯。由于发明内燃机的条件尚不具备，结果是尽管内燃机的设想在蒸汽机之前，而内燃机的诞生却在蒸汽机之后。
　　(1)从煤气机的问世到汽油机的成功
　　18-19 世纪随着煤炭、石油工业的发展，煤气的生成和石油的分馏使内燃机的发明成为可能。在年燃机的发展过程中，不少国家的工程师、发明家对内燃机的设计、改进做出了开拓性的贡献。而第一台可以实际应用并投入生产的内燃机是一部二冲程、无压缩、电点火的煤气机，其功劳当归法国人雷诺()，制造成功时为1860年。虽然其热效率只有4 ％，但它毕竟是一种非蒸汽动力的新型热机。其后，随着热力学理论的发展，法国工程师德.罗沙在1862年提出了制造高效率内燃机的四冲程循环原理。这一原理的实现是由德国人奥托(）率先完成的。他研制出第一台四冲程活塞式内燃机并于1876 年获得专利，1877年在巴黎博览会上展出便很快得到推广。奥托内燃机是一种煤气机，其热效率达14％。奥托在35年中，一直从事内燃机的研究，后来又把热效率提高到20％以上。他因此而获得了内燃机发明者的荣誉。
　　内燃机在其发展过程中不断改进和完善，但其向小型化、高速化转变则是在石油燃料出现之后，确切地说是采用汽油作燃料之后才实现的。在奥托成功地研制出四冲程活塞式内燃机之后，他创立了德意志煤气发动机股份公司，其合作者德国人戴姆勒()在奥托内燃机的基础上，改用汽油作燃料，于1883年成功地制造出第一台现代四冲程往复式汽油发动机。其中的关键部分是戴姆勒发明的汽化器。于是发动机的转数由煤气机的每分种200 转迅速提高到900 转。1889年，戴姆勒又制成了V 型双缸汽油机，用于汽车并获得了专利。
　　(2)柴油发动机的诞生
　　在石油中的轻质部分——汽油，用来充当燃料驱动内燃机获得成功之后，人们自然想到了石油中的重油成份。于是许多人开始研制煤油机和柴油机。1886年，滕特和卜雷斯特曼研制成功100 马力的煤油机，并用于农业耕作。1892年，德国机械工程师狄塞尔()研制成功了柴油机。这是一种不用点火装置的压燃式内燃机。它加长了燃烧过程前的压缩过程，增大了压缩比，使热效率大幅度提高到27-32 ％，取得了内燃机技术的重大突破。狄塞尔研制的第一台18马力的压燃式内燃机，1897年在慕尼黑展览会上一展出，立即引起了人们的注目和赞赏。狄塞尔看到自己发明的商业价值之后，迅速申请了专利，并广为推销其发明，他还开办了自己的柴油机制造厂，于是很快成了百万富翁。由于这种新型的柴油机还不够成熟，狄塞尔又无暇进行继续研究和改进，于是他的柴油机制造厂所生产的第一批产品，由于运转不良，用户纷纷退货。狄塞尔和他的柴油机一下子弄得声名狼籍，在激烈的竞争中，不仅赔光了家产，而且负下了20万美元的债务。面对这一沉重打击，狄塞尔悲观之极自杀身亡。此后，狄塞尔柴油机经过30年的改进才日趋完善，并成为重型运转工具中无可替代的原动机。
　　(3)汽轮机的研制
　　在内燃机发展的同时，另外两种新型热机也在加紧研制之中。一种是蒸汽涡轮机。另一种是燃汽轮机。蒸汽涡轮机的运动部件是转子，转子在蒸汽反冲力的作用下发生转动，由此带动其他部件的运动。英国人查尔斯.帕森斯(）在1884 年取得了蒸汽涡轮机的专利。这部涡轮机的转子以每分钟750-18　000转的转速高速旋转。1889年瑞典人拉瓦尔()
　　制造的冲击式高速汽轮机的转速竟高达每分种转。由于汽轮机较之蒸汽机具有明显的高速、强力、高效等优点，因此汽轮机成为更加理想的热机。
　　燃汽轮机的结构与蒸汽轮机类似，所不同的是使用燃料，通常是用煤油作燃料，使燃料与高压空气混合后，连续燃烧，产生的燃烧气体推动转子的涡轮叶片转动。在燃汽轮机的发明、改进过程中，不少人为此进行了不懈的探索，1872年德国人斯托兹第一个实际制造出具有现代特征的燃汽轮机，因其热效率很低，并未获得应用。进入20世纪后，几经改进燃汽轮机才达到实用阶段。由于燃汽轮机存在难以克服的缺点：热效率低、噪声大、成本高、寿命短、污染严重，因而仅用于发电、飞机、船舶等几个有限的方面。
　　2.内燃机的应用和推广
　　内燃机发明之后，由于它和蒸汽机相比有着极大的优越性，因此很快投入应用并迅速得到推广。内燃机的应用和推广，使生产力发生了巨大变革，加速了社会生活现代化的进程。因此，其意义不逊于电的发现和应用。
　　(1)内燃机的应用和汽车工业的崛起
　　从内燃机能够实际使用起，人们就看到了它的发展前景，于是试图用之驱动车辆，以代替笨重的蒸汽机。内燃机的推广使用，使交通运输业产生了继火车之后的又一次革命。从19世纪开始，人们制出了最初的汽车，如蒸汽机汽车、蓄电池汽车和内燃机汽车，在20世纪初形成了世界的内燃机汽车工业。
　　①汽车工业的前奏曲
　　法国军官居纽1769年将一台蒸汽机安装在三轮车上，用来拖运大炮，同时还可乘坐四人。这种新型的运输工具，开创了自带动力装置驱动的新纪元。
　　这辆用蒸汽机驱动的车子堪称为世界上第一辆汽车。此后，蒸汽机汽车一度得到发展，法国巴黎在1790年出现了蒸汽机公共汽车，英国城市之间在19世纪中叶出现了蒸汽机客车。在这一期间，法国、德国、丹麦、美国都发展了蒸汽机汽车。到20世纪初，美国汽车保有量中40％为蒸汽机汽车，38％为蓄电池汽车，而内燃机汽车仅占22％。当时，蒸汽机汽车的技术水平正处于优势，1906年美国的一辆斯坦利牌蒸汽机汽车，创造了当时汽车时速205 公里的世界纪录。但因蒸汽机汽车的产量小，故未能形成汽车工业。又因蒸汽机自身的笨重、污染、使用不便等缺点，不久蒸汽机汽车便被内燃机汽车所淘汰。
　　从19世纪70年代起，电力逐步取代了蒸汽机成为工业的主要能源和动力。1873年，英国人罗伯特.戴维森研制成第一辆用蓄电池驱动的电动汽车。
　　随后在法国和美国也出现了电动汽车。由于电动汽车便于操纵和使用，所以也曾有过一段辉煌发展的时期。在1899年美国的汽车大赛中，蓄电池电动汽车时速达到106 公里，创造了当时的世界纪录。1915年，美国生产的蓄电池汽车，年产达到5000辆。随着科学技术的发展，蓄电池汽车在竞争中亦逐渐被内燃机汽车所代替。
　　②汽车的出现
　　1862年诞生了第一部使用雷诺煤气机的汽车。1864年奥地利人西格弗里德.马库斯曾将一台点燃式二冲程内燃机装在一辆四轮车上。后经改进，1875年马库斯又制成第二辆装用内燃机的汽车。1883年德国人戴姆勒在奥托四冲程煤气机的基础上，制出一台用汽油代替煤气作燃料的单缸小型汽油机，并于1885年11月装在自行车上，制成了第一部摩托车。同年戴姆勒又将一台小型汽油机装在一辆四轮车上。另一位德国发明家本茨()也成功地将奥托的煤气机改为汽油机，也在1885年将其研制的单缸、两冲程汽油机装在一辆三轮车上，成为最早的一部三轮汽车，其时速可达20公里。后来本茨又自己设计了专门用于汽车的四冲程汽油内燃机，在技术上对戴姆勒汽油机作了重大改进，如采用水循环冷却系统和齿轮传动变速装置。1899年英国兽医丹洛甫()发明了充气轮胎，本茨迅即将其采用作为车轮，直到这时汽车才可称之谓真正意义上的汽车了。1886年1 月26日为本茨的内燃机汽车正式取得专利的日子，为纪念本茨一生对汽车作出的贡献，这一天被作为内燃机汽车诞生之日。
　　为汽车的改进作出了重要贡献的还有法国人雷内.帕哈德和埃米尔.卢瓦瑟。他们将戴姆勒汽车改成为发动机前置、后轮驱动，通过离合器、变速器、链条驱动差速器、后半轴及后车轮的现代汽车的雏形。法国科学院于1891年确认该车为第一辆现代汽车，并于1895年正式将这种乘人的汽车定名为"automobile"，其中"auto"为希腊文" 自己" ，"mobile"为拉丁文" 运动".汽油机的发明和汽油燃料的使用，成为汽车工业的开端。内燃机汽车后来又分为两种类型，即汽油机汽车和柴油机汽车。汽油机汽车发明较早，柴油机汽车则是在20世纪初才出现的。1921年戴姆勒汽车制造公司制成了柴油机汽车。1925年该公司又将柴油机载货汽车正式投产。在此之前，戴姆勒公司还于1896年研制成功第一辆汽油机载货汽车。
　　③汽车工业的形成与发展
　　在汽车发明后的一段时间，人们想到的是乘坐汽车是一种娱乐和享受，因此设计和制造汽车都是围绕着轿车进行的。由于当时轿车售价高、产量少，所以并未很快形成汽车工业。1906年德国、法国的汽车制造厂家宣称欧洲的汽车年产量占世界年产量的一半以上，但欧洲的年产量也仅有5 万辆左右。
　　在汽车工业的形成和发展中，美国人亨利.福特是较早取得成功的企业家。亨利.福特()本是一位钟表匠，在汽车刚刚问世的时候，便看到了这种新型交通工具的极大优越性和未来发展的巨大潜力。于是福特改行从事汽车制造。他从1892年开始研制第一辆二缸汽车。这是一部结构简单，装有四个自行车轮，并有两个前进档的小型汽油机四轮车。该车时速可达20公里。1893年他将该车售出，经少量生产销售后，很受人们欢迎。福特在底特律市长的支持下，1899年集资成立了底特律汽车公司，开始批量生产豪华轿车，每辆售价高达2700美元。起初销路不错，1902年出现滞销。
　　福特提出，要扩大汽车生产，就要将汽车由奢侈品变为人们的必需品；要使汽车成为必需品，就要改豪华型为普及型。由于公司合作者的反对，福特脱离了底特律汽车公司，并于1903年成立了福特汽车公司。他积极研制普及型轿车，广为吸收各种设计思想和先进技术，很快便使A 型汽车投入大批量生产。1905年，A 型汽车达到年产1700多辆。1907年，福特又将新研制的普及型T 型轿车投入生产。1909年T 型轿车年产超过一万辆，售价从1000美元以上降至950 美元，销路很好。福特又将惠特尼枪枝零件标准化生产方法和钟表制造业采用的总装法应用于汽车制造过程中，于1913年创造了流水作业法，建成了世界上第一条汽车" 装配线" ，进行大规模生产。到1914年，T 型汽车年产量达到30万辆，到1916年每辆售价降至360 美元。在1926年，T 型福特轿车停产前，年产达到200 万辆，售价仅290 美元，在20年的时间内，生产了T 型轿车1500万辆，为汽车工业大生产创造了基本经验。从此，汽车开始成为人们日常交通的重要工具。
　　第一次世界大战，使欧洲工业受到很大影响，但却促进了美国工业的发展，加之美国政府对汽车消费的引导和许诺，以及对轿车生产的支持，使美国成为世界上第一个普及汽车的国家。由于各汽车生产公司相互竞争，致使美国的汽车生产成本大幅度降低，汽车质量不断提高，因而具备了进入国际市场进行竞争的优势。到1923年，美国福特、通用汽车公司汽车年产量达400 多万辆，占世界汽车年产量的90％以上，汽车工业开始成为美国的支柱产业之一。在此期间福特公司和通用公司又代表了大规模生产的两种不同的组织模式。福特公司则代表了全能型的生产组织模式，即汽车的全部零部件，甚至包括轮胎、蓄电池都由本公司生产。而通用公司则代表了专业化的生产组织模式。它将一些汽车制造企业联合起来，分工协作，根据各个企业的条件，实行专业化生产。企业的竞争，也体现了这两种生产组织模式的竞争。
　　1927年，通用汽车公司的年产量第一次超过福特公司，跃居世界汽车企业年产量排名榜首。
　　美国汽车在高速发展中打入了欧洲市场，随着汽车销售情况的发展和变化，美国的汽车厂商先后采取了两种新的生产方式。其一是就地装配，其二为投资办厂。福特公司和通用公司到1929年分别在21个国家和16个国家建立了总装厂。将美国生产的汽车零部件运往欧洲，再将这些零部件就地装配成车。这样与整车运输相比：一来可以降低成本，二来可避免长途运输对汽车外表的损伤。后来，欧洲各国政府，为了保护本国的汽车工业，开始对美国汽车进口增加关税，特别对零部件进口实行重税，于是美国又采取了向欧洲各国大量投资直接设厂的办法。但此举仍然遭到一些国家的反对，如法国和意大利就拒绝美国厂家的建厂投资。欧洲各国的汽车厂家虽不能用降低售价的办法与美国厂家竞争，但他们充分利用欧洲的技术优势，使汽车的品种实现多样化，使汽车的性能更适应欧洲国家的自然条件、社会环境和生活习惯等不同要求，从而以新颖的汽车产品与美国厂家争夺市场。所以汽车在整体结构、整车布置方面的新式样，如发动机前置前驱动，后置后驱动，承载式车身、微型省油轿车等，都在欧洲首先出现。这些新技术的研究和采用为西欧各国汽车工业的发展，奠定了基础。随着石油工业的发展和公路网的建设，欧洲的汽车工业到二次大战后其总产量达到可与美国平分秋色的地步。
　　汽车的发展，为人们带来了方便，同时也带来了新的问题。如汽车保有量的增长，使交通事故的发生率相应上升；汽车发动机的废气排放，使空气污染日趋严重。在二次大战之后，各国政府积极采取措施，严格交通管理，不断完善公路交通安全法规，以减少交通事故的发生。同时对汽车废气的排放做出限制，以减轻由此造成的日益严重的空气污染。
　　④主要汽车生产国概况
　　在19世纪末汽车诞生之后，到1945年第二次世界大战结束，汽车主要生产国有美国、德国、法国、意大利和苏联。
　　美国在这一期间，无论从汽车的年产量还是销售量，以及保有量与普及率均占世界首位。20世纪初，福特汽车公司以物美价廉的T 型轿车占领了国内市场，1924年年产已达到200 万辆以上。第一次世界大战之后，美国经济增长很快，人民生活水平提高，国内汽车市场出现了高档需求的倾向。通用汽车公司适应这一需求的变化，不失时机地以较高档次普及型轿车开辟了新的市场。通用汽车公司建立了大量销售体系，因此自1931年以来在汽车销售方面一直居于首席地位。美国政府有意识地引导人民购买轿车，强化了美国人民对汽车的需求，因而为美国的汽车工业提供了宏大的国内市场，也使美国的汽车厂家较早地具备了国际市场的竞争能力。在美国建立较早也是较大的三家汽车公司是福特汽车公司、通用汽车公司、克莱斯勒汽车公司，它们分别建立于1903年、1908年、1925年。这三家公司，被称为美国汽车工业的" 三巨头".在汽车工业急剧发展的1903年至1926年，美国先后建立了181 家汽车厂，其中137 家在1927年宣告撤销。20世纪30年代，由于世界性的经济萧条，美国轿车的销售量大幅下降，1932年只有114 万辆，直到1937年才恢复到392 万辆。而" 三巨头" 的销售量之和占了全国汽车总销售量的90％以上。在二次世界大战中，福特、通用等公司转向生产军用物资。战争结束之后，又出现了新一轮的汽车热，到1950年，美国国内的轿车需求量又上升到500-600 万辆。同时，市场对轿车的需求趋向于大型化、豪华化。
　　德国的汽车工业是从19世纪80年代发展起来的。戴姆勒和本茨分别研制成功汽油机汽车，并各自成立了汽车制造公司。1926年，这两个公司合并，成立了戴姆勒- 本茨(奔驰）汽车公司。后来又有奥贝尔等汽车企业相继建立。1925年美国福特公司在德国建厂，通用公司又于1929年收买了奥贝尔。
　　于是福特公司和通用公司成为德国最早的两家外资企业。1932年，戴姆勒-本茨公司与奥迪等四个公司结成汽车联合体。1937年，专门生产小型轿车的大众汽车公司宣告成立。在第二次世界大战期间，德国的汽车工业基本毁于战争。战后的联邦德国汽车工业得到迅速发展，1950年汽车产量就达到30多万辆，超过了战前德国汽车生产的最高水平。战后联邦德国的汽车生产，以国内的劳动阶层为目标，大量生产普及型轿车。由于联邦德国的汽车行业生产成本较高，因此整车价格的竞争力不强。后来在联邦德国出现了多家汽车零部件公司。这些零部件公司在世界市场具有很强的竞争能力。
　　法国的汽车工业起于19世纪末，当时标致和雷诺汽车公司已开始了商业性生产。其后雪铁龙在1916年，西姆卡在1935年也相继投产。在20世纪初，法国还引进了英国和德国的技术以发展自己的汽车工业。在二次世界大战之前，法国的汽车生产规模已达到20万辆。战后，法国的汽车工业已处于本国支柱产业地位。
　　意大利是欧洲最大的汽车消费市场之一。它的汽车工业在19世纪末起步，菲亚特公司是意大利最大的汽车制造公司。自1899年该公司成立以来，便垄断了国内市场，其产量占全国总产量的90％以上。而国营的阿尔发.罗密欧公司和其他一些小公司其生产规模无法与之匹敌。因此意大利的汽车产业为菲亚特所控制和左右。1935年，意大利的汽车年产量约5 万辆，二次世界大战后，产量才有较大发展，到1950年，年产量已超过12万辆。
　　苏联在十月革命前，汽车的生产规模很小，当时仅有里加的俄罗斯- 波罗车辆厂，于 年间生产了9000辆轿车和货车。1920年苏联开始生产载货汽车，后来又从美国的福特公司引进了技术和设备，在二次世界大战前的1938年汽车年产量达到20万辆，战后迅速恢复并很快发展起来。1924年莫斯科汽车制造厂开始生产轻型载货汽车，1931年达到近3 万辆的生产规模。1928年苏联开始建设高尔基汽车厂，1932年IA3-A 型小轿车在该厂投入生产。后来，又有两个轿车厂建成，它们是莫斯科轿车厂和伏尔加轿车厂。
　　莫斯科轿车厂在二次大战前生产过KNM-10型汽车，战后在1947年生产了莫斯科人轿车，伏尔加轿车厂专门生产拉达轿车，其生产能力可达年产70万辆。此外，在其他地方还建立了一些小型汽车厂。
　　(2)内燃机的应用与航空、航海事业的发展
　　除汽车外，内燃机在航空和航海方面也建立了勋业。1903年，第一架飞机用汽油机驱动，由赖特兄弟驾驶试航成功。虽然这架用螺旋浆推进的滑翔机，留空时间仅有59秒种，飞行高度不过260 米，但这次空中飞行却是人类千百年来美好向往的第一次胜利尝试。1909年法国工程师布莱里奥特驾驶飞机飞越了英吉利海峡，从此飞机的发展引起了社会的广泛重视。飞机的制造技术和性能不断得到改进，并完全进入实用阶段。中国的冯如、谢缵泰等也于这一时期在国外各自独立地研究飞机，尤其是冯如的飞机性能良好，1911年运回中国，遗憾的是在国内未能得到进一步发展。第一次世界大战期间，德国将飞机用于战争，给人类带来了灾难和恐惧，然而也使军用飞机获得飞快的发展。战争的需要使飞机的飞行速度、爬高能力和航行距离不断提高，而这又有赖于增压发动机、涡轮增压发动机和变螺距螺旋浆等技术突破。1927年，林德伯格驾驶飞机从纽约直飞巴黎。此后，航空事业才获得大发展。内燃机在船舶制造中的应用，使航海事业出现了新的景象。1903年，第一艘内燃机轮船建造成功；1908年，柴油机成为潜水艇的动力机；1912年，第一艘柴油机驱动的远洋货轮下水。此外，1910年，拖拉机开始大批生产，使农业迈进机械化的新里程。1913年，以柴油机为动力的内燃机车投入运行，揭开了铁路运输史的灿烂篇章。
　　三、第二次动力革命——电力的发展和应用
　　电，当人类感知到它的存在的时候，便以极大的好奇心展开了对电现象的观察与研究。电学，当其开始时仅仅是在静电学的范围内徘徊，而在18世纪的最后一年，意大利人伏打()发明了伏打电堆，使化学能转化为电能，电学才迈出了静电学的狭小区域。因此，伏打电堆可称为电学转变的一个重要标志。进入19世纪之后，电化学和电磁学的研究一度取得了惊人的成就，但随后又陷入了停滞不前的境地。恰在此时，英国人法拉第(）开始了" 转磁为电" 的研究。1831年8 月29日，法拉第成功地进行了" 电磁感应" 的实验，10月底又创制了第一部感应发电机的模型。真可谓一发而不可收，从此，电的研究和应用迅速发展起来，电作为一种新的强大的能源开始在人类的生产、生活中发挥着日益巨大的作用。
　　1.电力技术的发展
　　(1)发电机、电动机的革新和应用
　　在生产需要的直接推动下，具有实用价值的发电机和电动机相继问世，并在应用户不断得到改进和完善。初始阶段的发电机是永磁式发电机，即用永久磁铁作为场磁铁。由于永久磁铁本身磁场强度有限，因而永磁式电机不能提供强大的电力，故缺乏实用性。要增大发电机的输出功率，使其达到实用要求，就要对发电机的各个组成部分进行改造。发电机的主要部件是场磁铁、电枢、集电环和电刷。首先用电磁铁取代永久磁铁取得了极大成功。1845年，英国物理学家惠斯通()通过外加电源给线圈励磁，又改进了电枢绕组，从而制成了第一台电磁铁发电机。1866年德国科学家西门子()制成了第一台使用电磁铁的自激式发电机。西门子发电机的成功标志着建造大容量电机，从而获得强大电力，在技术上已经取得突破。
　　因此，西门子发电机在电学发展史上具有划时代的意义。
　　自激原理的发现是永磁式发电机向励磁式发电机发展的关键环节。自激是指直流发电机利用本身感应的电功率的一部分去激发场磁铁，从而形成电磁铁。在发电机的改进过程中，磁场的变化经历了从永磁到励磁；而电流励磁又经历了从他激到自激；自激又经历了从串激到并激，再到复激的发展过程。因此直流电机按其励磁方法的不同又可分为他激和自激两类，而自激电机又包括了串激、并激和复激三种形式。
　　1870年比利时人格拉姆()依靠瓦利所提出的原理，并采用了意大利人帕契诺蒂(65年发明的齿状电枢结构，创造了环形无槽闭合电枢绕组，制成了环形电枢自激直流发电机。1873年，德国电气工程师赫夫纳.阿尔特涅克()对直流电机的电枢又作了改进，研制成功鼓状电枢自激直流发电机。他吸取了格拉姆和帕契诺蒂电机转子的优点，简化了制造方法，因而大大提高了发电机的效率，降低了发电机的生产成本，使发电机进入到实用阶段。至此，直流发电机的基本结构已达到定型化。1880年，美国的爱迪生(）制造出了名为" 巨象机" 的大型直流发电机，并于1881年在巴黎博览会上展出。
　　与此同时，电动机的研制工作也在进行之中。19世纪初叶，在法拉第制出电动机模型后不久，美国的一位机械工人达文波特()在1836年用电动机带动木工旋床，1840年又带动报纸印刷机。1834年俄国物理学家雅可比(）发明了功率为15瓦的棒状铁心电动机，1839年他在涅瓦河上作了用电动机驱动船舶的实验。可以说发电机和电动机是同一种机器的两种不同的功能，用其作为电流输出装置就是发电机，用其作为动力供给装置就是电动机(又称马达）。电机的这一可逆原理偶然在1873年获得证明。是年，在维也纳的工业展览会上，由于一位工人的操作失误，竟把一对电线错接到一台正在运行的格拉姆发电机上，结果发现这台发电机的转子改变了方向，迅即向相反的方向转动，变成了一台电动机。在此以前，电动机和发电机是各自独立发展的。从此以后，人们认识到直流电机既可作发电机运行，也可作电动机运行的可逆现象，这意外之发现，对电机的设计制造产生了深刻的影响。
　　随着发电，供电技术的发展，电机的设计和制造也日趋完善和先进。1878年产生了铁心开槽法，把绕组的直线放入槽内，以加强绕组的稳固和减少导线内部的涡流损耗。那时出现的有槽铁心和鼓形绕组的结构一直沿用至今。
　　1880年爱迪生提出了薄片叠集铁心法，马克西提出铁心径向通风道原理解决了铁心的散热问题。1882年韦斯通提出了双层电枢绕组。1883年克莱格提出了叠片磁极。1884年曼奇斯发明补偿绕组和换向极。1885年福勃斯提出用炭粉末制造电刷。1886年霍普金生兄弟确立了磁路计算方法。1891年阿诺德建立了直流电枢绕组的理论。到19世纪90年代，直流电机已具有了现代直流电机的一切结构的特点。
　　在资本主义迅速发展，商品竞争日益加剧的形势下，新技术的采用往往成为维持生计，藉以发展和出奇制胜的武器。19世纪后期电动机的使用已相当普遍。电锯、车床、起重机、压缩机、岩石钻等都已由电动机带动。甚至电磨、牙医电钻、家用吸尘器等也都用上了电动机。
　　尽管直流电机已被广泛使用，并在应用中产生了可观的经济效益，但其自身的缺点却制约了它的进一步发展。这就是它不能解决远距离输电，也不能解决电压高低的变换问题。这时，人们想到了曾被冷落的交流电。恰好交流电有解决这两个问题的本事，于是交流电机适逢其时获得了迅速发展。在此期间两相电动机和三相电动机相继问世。1878年俄国科学家亚布洛契可夫制成了一部多相交流发电机。1885年意大利物理学家加利莱奥.费拉里斯()提出了旋转磁场原理，并研制出了二相异步电动机模型。1886年美国的尼古拉.特斯拉也独立地研制出二相异步电动机。起初他们是把几个线圈按幅射状排成一圈，接通交流电，各个线圈中的交流电的频率相同，但其电压值和电流值有相移，于是，在线圈之间的空间就形成了旋转磁场，磁场带动金属使之产生旋转运动。据此他们研制成功两相异步电动机。俄国工程师多里沃- 多勃罗沃尔斯基()于1889年研制成第一台实用的三相交流单鼠笼异步电动机，并发明第一台双鼠笼三相异步电动机。交流电机的研制和发展，特别是三相交流电机的研制成功为远距离输电创造了条件，同时把电工技术提高到一个新的阶段。
　　(2)早期电站的建立及输电技术的发展
　　电机制造技术的发展和电能应用范围的扩大以及生产对电需要的迅速增长，都大大促进了发电厂和发电站的建设。这些电厂、电站最初都是从直流发电开始的。1875年法国巴黎火车站建立了世界最早的一座火力发电厂。
　　1882年，" 爱迪生电气照明公司" 首先建成了电力站和电力网，能发电900马力，可供7200个灯泡用电。1883年，美国纽约和英国伦敦等大城市先后建成中心发电厂。1882年，美国兴建第一座水力发电站，之后水力发电逐步发展起来。到1898年，纽约又建立了容量为3 万千瓦的火力发电站，用87台锅炉推动12台大型蒸汽机为发电机提供动力。
　　直流电站的供电范围十分有限，从最初只能供应一栋房子或一条街道的" 住户式" 发电站逐步扩大到可供应几平方公里内用户用电的中心电站。但再扩大供电范围，直流电站已力不胜任了，于是代之而起的是交流电站的建立。
　　1885年英国工程师菲尔安基设计的第一座交流单相发电站建成发电。这座电站建在距伦敦12公里的捷伯特弗尔得，发电机功率为1000千瓦，电压高达2500伏，经变压后升高到1 万伏向伦敦输送，经过几次变压输入用户时为100 伏。1888年由费朗蒂()设计，建设在泰晤士河畔的伦敦大型交流发电站开始输电，其输出电压高达10000 伏，经两级变压输送到用户。1894年俄罗斯建成了当时最大的单相交流发电站，其功率为800 千瓦，由四台蒸汽机提供动力发电。1892年法国建成了第一座三相交流发电站。把交流电站的发展向前推进了一步。随后，美国于1893年建成了第一座三相交流发电站，并于1895年建成了尼亚加拉5000马力的交流水电站。
　　当电这种新的能源刚刚来到世界的时候，它的主要作用是作为照明的光源。把电发出来再把它输送给用户，当然输送的距离越远，经济价值越大，在远距离输电方面，直流电首先进行了尝试。第一条直流输电线路在1873年出现，长度仅有2 公里。而世界第一条远距离直流输电实验线路是由法国人建立的。1882年法国物理学家和电气工程师德普勒()由德国葛依吉工厂资助在慕尼黑国际博览会上展出了一条实验高压直流输电线路，把米斯巴赫一台容量为3 马力的水轮发电机发出的电能，输送到相距57公里的慕尼黑，驱动博览会上的一台水泵造成了一个人工喷泉。这一成功表现出电力的巨大潜力，证明了远距离输电的可能性。在这次实验中，线路始端电压为1343伏，末端降至850 伏，输送功率不到200 瓦，线损达78％，说明效率较低。在直流输电的发展过程中，经过技术改进曾一度达到甚为可观的水平。直流电机能发出电压高达57.6千伏，功率4650千瓦的电，输送距离达到180 公里。但这种势头很快达到了技术上的极限，难以再取得新的进展。
　　从焦耳- 楞次定律可知，输送相同容量的电能，电压愈高热损耗就愈小。要加长输电距离，增大输电容量，而又减少输电损失，最为有效的办法就是提高输电电压。由于当时的直流输电只能靠发电机的电压把电力输送给用户，因此，若使直流电大幅度地升压或降压在当时是难以想象的。而用户的电压一般又要求在250 伏以下。直接使用高压既不安全也不经济。在这种情况下，交流输电显示了其优越性，因而导致了交流高压输电方式的发展。
　　交流输电技术最早获得成功的是俄国的亚布洛契可夫。他在年试验成功了单相交流输电技术。1880年前后，英国的费朗蒂改进了交流发电机，并力主采用交流高压输电方式。1882年英国的高登制造了大型二相交流发电机。1882年法国人高兰德()和英国人约翰.吉布斯获得了" 照明和动力用电分配办法" 的专利，并研制成功了第一台具有实用价值的变压器。可以说，它是交流输配电系统中的主要设备或心脏部分。变压器的基本结构是铁心和绕组，以及油箱和绝缘套管等部件。它所依据的工作原理是法拉第在1831年发现的互感现象，即由于一个电路中电流变化，而在邻近另一电路中引起感生电动势的现象。在同一铁心上绕上原线圈和副线圈，如在原线圈中通入交变电流，由于电流的不断变化，而使其产生的磁场也随之不断变化，在副线圈中也就感应出电动势来。变压器靠这一工作原理，把发电机输出的电压升高，而在用户那里又把电压降低。有了变压器可以说就具备了高压交流输电的基本条件。1884年英国人埃德瓦德、霍普金生(）又发明了具有封闭磁路的变压器。1885年，威斯汀豪斯(）对高拉德和吉布斯变压器的结构又进行了改进，使之成为一台具有现代性能的变压器。1891年布洛在瑞士制造出高压油浸变压器，后又研制出巨型高压变压器。由于变压器的不断改进，使远距离高压交流输电取得了长足的进步。
　　在采用直流输电还是交流输电的问题上曾产生过一场争论。当时在美国电气界最负盛名的大发明家爱迪生和对电气化作出了重要贡献的著名英国物理学家威廉.汤姆生(即开尔文勋爵）以及罗克斯.克隆普顿()
　　等人都极力反对使用交流输电，主张发展直流输电方式；而英国的费朗蒂、高登等人和美国的威斯汀豪斯、特斯拉()、斯普拉戈(）等人则力主采用交流输电。随着输电技术的发展，交流电很快取代了直流电。这场关于交、直流输电方式的争论，最终以力主交流输电派的取胜而告结束。
　　远距离输电问题的根本解决是三相交流理论的形成与技术发明的结果。
　　 年德国电机制造公司取得了三相交流技术的成功。其主要发明者是在德国、瑞士工作的俄国电工学家多里沃- 多勃罗沃尔斯基。他在1889年制成最早的一台功率为100 瓦的三相交流异步发电机。1891年又制成了75千瓦的三相交流异步电动机和150 千伏安的三相变压器。是他，在电能应用中首次采用了三相制。1891年，多里沃- 多勃罗沃尔斯基在德国法兰克福的电气技术博览会上，成功地进行了远距离三相交流输电实验。他将180 公里外三相交流发电机发出的电能用8500伏的高压送电，输电效率达到75％，在当时的条件下，如此高的传输效率是直流输电所不能办到的。从此，高压交流输电的有效性和优越性得到了公认。由于交流输电的发展和成功，美国当时正在准备建设的尼亚加拉水电站最终决定采用三相交流输电系统。威斯汀豪斯为其公司争得了这座水电站的承建合同，从1891年开始建设，1895年建成，1896年投入运行。这座发电站的总容量近10万千瓦。它将发出的5000伏电压的电用变压器升至11000 伏，输送到距离40公里的巴法罗市。
　　电力的作用已不仅仅是用于照明，而开始成为新兴工业的动力和能源。
　　电力的应用和输电技术的发展，促使一大批新的工业部门相继产生。首先是与电力生产有关的行业，如电机、变压器、绝缘材料、线路器材等电力设备的制造、安装、维修和运行等生产部门；其次是以电作为动力和能源的行业，如照明、电镀、电解、电车、电梯等工业交通部门；另外还有各种与生产、生活有关的新的电器生产部门也相继出现了。这种发展的结果，又反过来促进了发电和高压输电技术的提高。到1903年输电电压达到6 万伏，第一次世界大战前夕，输电电压达到15万伏。
　　20世纪初，发电、输电、配电形成了以交流发电机为核心，以汽轮机(涡轮机）、水轮机等为动力，以变压器等组成的输配电系统为动脉的变压输电网，使电力的生产、应用达到较高的水平，并具有相当的规模。从此，电力取代了蒸汽，使人类历史迈进了电气化时代。电的应用，很快渗透到人类社会生产、生活的各个领域，它不仅创造了极大的生产力，而且促进了人类文明的巨大进步，并导致了第二次动力革命，使20世纪成为" 电气化世纪".
　　2.电力的应用
　　电，从它被发现的那一天起，科学家们就预见了它的重大意义和广泛用途。英国科学家法拉第经过9 年的努力，终于发现了感应电流，验证了他的磁可以生电的想法，迎来了电力时代的新曙光。此后随着电力技术的进步，电在各行各业的应用迅速发展起来。
　　(1)电灯泡的发明和爱迪生的贡献
　　从钻木取火，到电灯照明，少说也经过了若干万年。在科学研究和技术发明的道路上，遍布着人类征服黑暗寻找光源的累累足迹。别的不说，只说电灯，看似小小的电灯泡，但其发展的历史却凝聚着几代发明者的智慧和心血。早在1809年，英国大化学家戴维发明了弧光灯。这虽是一种强光源灯具，但其在使用上尚有不少缺陷。比如用来产生弧光的炭棒在点燃时必须经常移动因此操作不便；再有炭棒燃烧时会产生大量二氧化碳造成空气污染；还有弧光灯需用成本昂贵的大功率电池供电代价太高。因此，在英国弧光灯除了安装在沿海的灯塔上，没能在更大范围进行推广。后来，科学家们将电照明的研究重点集中在白炽灯方面。最初法国的德.拉.留在1820年制成了用白金线做灯丝的白炽灯，但因白金太贵无法实现大量生产。1854年海因里希.戈贝尔()把碳化的竹子纤维放在玻璃管内抽去空气，通电时可以发亮，但这种灯寿命很短，制造也很困难。后来俄国人罗德维金于1872年发明了一种由细碳棒作发光体的白炽电灯。这种灯适用于街道照明，但对室内却不适用。在1878年，英国化学家斯旺发明了碳质灯丝，并点亮了一盏白炽灯，但他的碳丝灯泡寿命太短。当时，31岁的爱迪生宣布立志要解决这个难题。在总结以往经验教训的基础上，为了找到一种理想的灯丝，爱迪生和他的助手，先后试验了1600多种耐热材料，经历了种种挫折和失败，终于找到了一种适用的灯丝材料，这就是碳化了的绵线。日，爱迪生用这种灯丝做成灯泡，抽去空气，电灯发光持续了45个小时。到1880年5 月，经他们实验过的植物纤维多达6000余种。后来爱迪生又试验成功用碳化后的竹丝作灯丝，这种灯泡竟能连续点燃1200个小时。随后这种灯泡开始投入大量生产，从此，电灯从试用阶段转入了实用阶段。然而白炽灯泡的改进仍在继续。1910年美国通用电气公司的库利奇()采用耐热金属钨丝制造灯丝，代替了爱迪生的碳丝，效果更好。1913年兰米尔(）又首创在灯泡内充入惰性气体的氮气以避免灯丝在真空中蒸发烧断，从而大大延长了白炽灯的寿命。1920年又采用氩气和氪气使灯丝能达到更高的温度，灯的亮度也更强，而灯丝的寿命并未缩短。
　　随着科学技术的发展，电力照明工具也在不断得到改进。在白炽灯的导引下，许多新的电光源相继来到世间。
　　在电力技术革命中，爱迪生可谓是功勋卓著的发明家。由于他的杰出贡献，而使其享有" 发明大王" 的美誉。
　　1847年2 月11日，汤姆斯.爱迪生出生在美国俄亥俄州的米兰镇，一个农民的家庭。由于家境贫困，爱迪生在7 岁的时候，便随父母搬到密执安州的休伦。爱迪生从小怀有一颗强烈的好奇心。他时常被大自然和生活中的种种现象引入冥思苦想之中，大凡新奇的东西，他都想看个究竟，对于不解的问题，他总要打破砂锅问到底。于是，在上小学时，他常常向老师提出一些稀奇古怪的问题，弄得老师莫名其妙却又无可奈何，有时甚至搞得老师极为难堪。由于爱迪生的心思不在学堂而另有所寄，因此每每考试倒数第一。
　　有一天，老师请来了爱迪生的母亲向她说道，爱迪生是天生愚笨、不堪造就，干脆让他退学算了。母亲无奈，只好答应。爱迪生从此就离开了学堂。孰不知，好奇，是创造的先导；怪异的思索，往往蕴含着发明的火花。
　　爱迪生的母亲是一位受过良好教育的妇女，对小爱迪生怀着深深的母爱。她不相信自己的小汤姆是个庸才，决心把教育爱迪生的重担独自承担下来。在母亲的教导下，11岁的爱迪生就阅读了科普读物《博物教科书》和法拉第的电学著作，还阅读了其他许多书籍。爱迪生广为涉猎各方面的知识，并对科学实验产生了极大兴趣。后来爱迪生在自家的地窖里办起了" 实验室".对此，爱迪生的父母非但没有反对，反而被爱迪生的执着精神所感动，进而支持他的实验" 工作" ，使爱迪生在科学的道路上迈出了第一步。
　　爱迪生12岁的时候，迫于生计他当了报童。在从底特律到休伦的列车上，他一边卖报，一边在借用的行李车里(他的临时" 实验室")继续他的实验。由于不慎引起大火，烧坏了车厢，车长在暴怒之下狠狠打了他几记耳光，并将他赶下了列车，爱迪生的右耳从此变聋了。这意外的遭遇，并没有将他击倒，反而使他成熟了许多。在他16岁那年，有天早晨他曾冒着生命危险，从飞驰的火车前救出一个小孩。作为感激的回报，孩子的父亲毫无保留地把自己掌握的电报技术传授给了爱迪生，从此爱迪生就与电结下了不解之缘。后来爱迪生又当过报务员，并曾多次失业，饱受了颠沛流离之苦。但无论在何种险恶的情况下，他仍一如继往地坚持着他所钟爱的科学实验工作。
　　爱迪生在有生之年做出的贡献，可谓硕果累累，无比辉煌。他的发明创造之多堪称世界之最，雄居发明家之首。21岁时他发明了" 二重记报机" ，提高了电文的抄写速度和准确性。后来他又发明了" 投票记录机" 、" 自动电报机" 、"英文打字机" 、" 留声机" 、" 电灯" 、" 电影" 、" 麦克风" 、" 油印机" 、" 荧光镜" 、" 蓄电池" 、" 电车" 等等，还提出并采用了直流三线配电方式，建立了发电、输电、供电、照明一条龙的电力系统。直到80岁过后还在研究从草类提取橡胶。爱迪生于1876年创办了实验室，他组织了一大批专门人才进行研究和实验，打破了过去科学家靠单枪匹马进行科学研究的习惯。他所创办的实验室是世界上第一个工业实验室。毫无疑问，爱迪生这种对人才的组织、使用方式也是一种新的发明。在他84岁告别人世的时候，爱迪生的发明达到2000多项，其中获得专利的就有1328种之多。
　　由此观之，爱迪生获得" 发明大王" 的桂冠实属当然。
　　爱迪生为人类的文明竭尽了自己的聪明和智慧，但是知识的不足限制了他的进一步发展。由于他没有受过正规的学校教育，因而缺乏系统的科学知识。他的发明创造主要靠经验和在实践中摸索，而缺乏科学理论的指导。但他对人类的贡献仍然是巨大的，他留给后人的礼物是极其丰厚的。他的杰出的发明和顽强不息的进取精神，使他永远深受世人的崇敬和怀念。
　　(2)传播信息的" 魔具" ——电报、电话和无线电
　　信息传递，在发明电之前一直依靠古老的工具进行。我国古代和古希腊都曾用烽火作为传递信息的信号，后来我国出现的驿站也具有信息传递的功能。这种原始的信息传递方式在历史上一直沿用了很长时间。可以说，自古以来人们就期盼着这样的一天——出现先进技术，实现远距离快速通讯。特别是对军事和商业来说，及时、准确的信息，事关生死存亡，因此意义更加重大，需求更加迫切。随着电力的发展和应用，人类的梦想终于变成了现实。
　　①电报机的发明
　　电讯时代的到来，首先是从电报机开始的。在电报机的研制上，真正取得实用价值的第一部电报机是美国的莫尔斯()发明的。在此之前，德、俄、英、美、法等国不少科学家和技术人员都投身于电报机的研究，并制出了各种类型的电报机。自莫尔斯电报机问世之后，便显示出比其他电报机有更多的优越性，因而能被普遍采用。说来带有戏剧性，本是画家的莫尔斯却成了电报机的发明家，一次偶然的机会竟改变了他的职业方向，使他走上了技术发明的新道路，并成为实用电报机的奠基人。莫尔斯曾在法国学习了三年绘画。1832年他在乘船返美途中，听到一个名叫杰克逊的青年讲述电流通讯的知识，于是对此产生了极大兴趣。1835年，他在担任纽约市立大学美术教授的时候，就在自己的画室里进行电气通讯的实验，并用旧的画框制成了莫尔斯电报机，1837年编制了莫尔斯电讯号码，并进行了一次公开的表演实验，把由电流的断续所组成的符号信息成功地传递了500 米的距离。
　　1838年在纽约又进行了一次公开实验，在16公里的电讯通讯中获得成功。
　　1840年，莫尔斯电报机获得了专利。
　　在莫尔斯电报机的发明过程中，美国的电工学家亨利()和威尔()也做出了重要贡献。亨利在1829年发明的电磁铁为莫尔斯电报机的诞生打下了基础，亨利还在电磁学知识等方面给了莫尔斯以无保留的帮助，并且又把发明的继电器应用到电报机上。威尔不但自己参加莫尔斯的研究工作，并说服父亲给莫尔斯以经济赞助，为莫尔斯的研究提供资金和设备。莫尔斯在威尔的协助下，对电报系统做了许多改进，如在远距离通讯中采用了继电器并使用中继电源补充能量，设计了用点、划表示的莫尔斯电码的最后形式，研制出电键，发明了音响器。
　　莫尔斯电报机的独创性贡献，就在于他发明了莫尔斯电码，这是其得以推广的基础。经过七八年的反复试验和宣传，1843年美国国会通过提案，由政府资助3 万美元架设一条从华盛顿到巴尔的摩的试验性电报线路，长度为64公里。第二年线路建成并成功地投入使用。1844年5 月24日，莫尔斯拍发了有名的电文" 这是上帝创造的" ，从而胜利完成了这条线路的重大试验。
　　由于莫尔斯电报机的成功，美国政府用10万美元买下了这项发明。从此莫尔斯电报机和电讯号码便被各国普遍采用。1845年伦敦与高士堡之间的电报开始对公众开放，1846年英国成立了电报公司；1847年纽约与波士顿之间，纽约与布法罗、多伦多之间，纽约与蒙特利尔之间，费城与彼得斯堡之间的有线电报线路都已建成；1851年莫尔斯电报系统开始应用到铁路线上。1856年莫尔斯和西伯雷()将65家电报公司合并成立了" 威斯坦.埃尼翁电报公司".莫尔斯电报机很快传到欧洲，各国在应用中又使其不断得到改进和完善，如用打字机代替接收机的音响器，并直接打印出接收讯号，其速度可达每分钟30个字。1855年，美国人休兹()发明印刷电报机，使通报速度提高到每分钟250-300个字。1858年英国的惠斯通()
　　发明了自动发报机，第二年又将莫尔斯符号的穿孔纸带用于发报机，使发报速度提高到每分钟500 个字。法国电报服务公司的职员博多()
　　发明五单位电码，成功地实现了多路电传打字电报系统，可在一条线路上同时拍发5 种电文。1877年，法国正式采用这个系统，它与改进了的莫尔斯电报机成为当时普遍使用的电报机类型。
　　后来，法莫尔()进行了增大线路通讯量的研究。从1852年起他开始了在一条线路上利用继电器从相反两个方向同时通讯的试验，到1858年美国人斯蒂安斯()的二路通讯试验成功。斯达克自1855年又开始进行同时同向的四路通讯研究，到1874年由爱迪生完成这项发明。
　　至此，多路通讯技术亦取得可喜的成功。
　　短程电报成功之后，很快便成为人们生活中必不可少的通讯手段。随着垄断资本的发展，贸易范围的扩大和证券交易的需要，人们的眼光迅即又转向了远距离通讯。在一段时间内，为了沟通海洋两岸、大洋两岸的信息，敷设海底电缆遂形成了一般热潮。 年间，布莱特兄弟——布莱特.雅克比(）和布莱特.约翰(）敷设了穿越英吉利海峡的海底电缆。1852年，伦敦与巴黎间的有线电讯开通。随后英吉利与爱尔兰、德国间的海底有线电报线路也开辟成功。 年，敷设了贯穿地中侮和黑海的海底电缆，就是通过这条电缆，英、法和土耳其三国之间进行联系，指挥其军队围攻俄国的塞瓦斯托波尔城。1856年美国造纸业巨头菲尔德()出面筹办敷设大西洋底电缆的浩大工程，耗资达300 万美元。
　　该项工程于1857年5 月开始，1858年8 月竣工。由于当时使用电压过高，致使电缆绝缘破坏而告失败。1865年继续敷设，亦无结果。1866年再次敷设，终获成功。接着又敷设了第三条电缆。这项规模宏大的工程，是在英国的汤姆生(）领导下进行的。他为海底电缆敷设工程解决了不少理论难题，并发明了灵敏度更高的镜面电流计作为接受端的讯号接收器，因而解决了传输电压不必提高的问题。于是横跨大西洋、连接欧美两大洲的海底通讯线路揭开了人类信息往来的新篇章。接着，又一项巨大的电缆敷设工程于1869年宣告完成。它起于英国的伦敦，穿过欧洲大陆，然后部分沿着陆地、部分通过水下到达印度的卡里卡特城，全长达一万海里。19世纪末完成了从印度到澳大利亚的电缆敷设。1902年，电缆穿过太平洋，把加拿大和澳大利亚连在一起。从此，远距离通讯便迅速发展起来。
　　电报机的问世，给人类带来了极大的方便，同时推动了工业的发展，也加强了各国和各地区间的联系。
　　②　电话机的问世
　　在电报机发明之后，或许就在研究有线电报的同时，就有人在想：能用电直接传送有声语言该有多好。原因是随着资本主义工业化程度的提高，城市迅速得到发展，企业、办事机构和人际交往都迫切希望能实现快速、简便、准确的通讯，实现超距离的对话。在电报通讯成功之后，它确为人类提供了一种划时代的信息传递手段，但这种通讯方式要用编码作中介，把文字翻译成点、划符号拍发出去，接收之后还要再转译成原来的文字，所以使用起来不很方便。在研究用电传送声音方面，最早的涉足者要算是德国物理学家赖斯()。他用木头仿造人耳制造了一个发话器，上面固定有肠衣薄膜，薄膜上附有一块金属薄片，薄膜随声音振动时金属片就不断地和另一个金属片接触，通过电路接触电阻的变化引起电流大小的改变。受话器是一个绕上绝缘线的勾针，勾针用两个小支架固定在共鸣箱里，当断续的电流通过线圈时就会发出声音来。试验成功后，赖斯在1861年的法兰克福物理学会上做过公开演示。由于这种装置通讯距离十分有限，声音效果又不甚理想，所以没有得到推广应用。但它确是能直接传送声音的第一个装置，赖斯将这种声电转换装置称之为" 电话".继赖斯之后，在实用电话研究中首先获得成功的是美国发明家葛拉汉.贝尔()。贝尔生于英国的爱丁堡，1870年移居加拿大，后又移居美国。贝尔一家三代都是研究语言学的。他的祖父安德鲁.贝尔具有演说才能，曾为电影配音解说。他的父亲梅尔维尔.贝尔从事对聋哑人的语言教育。
　　贝尔本人也曾从事聋哑语言的教学和研究。当贝尔得知赫尔姆霍茨关于电磁铁能够引起音叉振动的实验以后，便开始考虑通过电线传递声音的可能性。
　　1873年他移居美国后，曾在波士顿大学担任生理学教授。在此期间，他在年轻助手华特逊()的协助下，进行了利用电流传递声音的一系列实验。为了证明通过簧片在磁铁附近的振动可以引起电流强弱的改变，反之电流强弱的改变又会使磁铁附近的簧片发出声音，贝尔便在试验中把音叉放在带铁芯的线圈前面，音叉振动时，会在线圈中产生强度随声音变化的持续电流，如果把此电流输送到电线另一端的同样线圈内，就会使该线圈前面的音叉发出和前一个音叉同样的声音。于是贝尔在实验成功之后，便于1876年2 月14日向美国政府申请了发明电话的专利。
　　此后，贝尔在华特逊的协助下继续对他的实验装置进行改进，尤其是将送话器端的线圈与受话器端同一装置的线圈相联，随着感生电流和磁场的变化，受话器的簧片就能发出与送话器端频率相同的声音。在1876年3 月10日的一次实验中，华特逊通过上述装置清楚地听到了贝尔从另一房间发出的声音。这一天贝尔在写给母亲的信中说："1876 年3 月10日，这一天对我而言，真是个值得纪念的日子，我终于解决了实验上的难题。在不久的将来，电话线将和自来水管、瓦斯管一样，普遍地被安装在每个家庭里，朋友们可以在自己的家中彼此通话。" 贝尔发明的电话机于1876年在纪念美国独立一百周年的费城博览会上展出，并且进行了相距150 米的通话表演，在参观者中引起了极大轰动。说来也巧，在1876年2 月14日，和贝尔同一天向美国专利局提出发明电话专利申请的还有一人。他就是美国的格雷(1835 - 1910)。格雷发明了一种类似赖斯电话的装置，与赖斯电话不同的是利用溶液改变电阻，从而改变电流强度。由于其性能和声音传送效果远不如贝尔电话机，故其发明未能取胜于贝尔。
　　贝尔电话的话筒和听筒合为一体，既是发话器又是受话器，作为听简使用效果很好，作为话筒使用效果却不理想。1877年爱迪生发明碳精话筒，送话声音显著清晰。根据爱迪生的建议，在话筒和线路之间再装上一个普通变压器，使贝尔电话进一步趋于完美。1878年，休兹()又发明了" 麦克风" ，送话质量得到进一步改善。
　　贝尔在电话的研究过程中，就已清楚地看到这一发明的社会需要和发展前景。在电话机问世之后，贝尔为其推广应用广为宣传。他到美国各地发表演说和进行表演，使更多的人了解了电话机的原理和功用。1877年，波士顿的《世界报》收到了第一份用电话发出的新闻电讯稿，这标志着电话已为公众所采用。1878年1月，美国建立了第一个电话交换台——中央电话局。同年，贝尔受英国政府之邀，赴英国协助架设电话线路。1879年巴黎电话交换台建成。此后欧洲许多城市相继建立了电话交换台和电话局。1884年，美国在波士顿和纽约之间架设了第一条实用电话线路，1886年，在纽约和费城之间也架起了电话线。随着电话的推广和应用，电话机也不断得到改进和完善，通讯线路和电话交换装置也日趋先进。1891年美国的斯特罗齐尔(）又发明了自动电话交换机，到1910年，世界上已有1000万个电话用户，电话这一新的通讯工具很快得到普及和广泛应用。
　　贝尔不仅是个发明家，而且颇具宣传鼓动才能，同时亦是个杰出的实业家。在发明电话后不久，于1880年成立了贝尔电话公司。1895年该公司已有职工15000人，垄断了美国的电话事业，到1905年职工超过90000 人。贝尔为电话的发明和通讯事业的发展做出了重大贡献。
　　③无线电的诞生
　　电报与电话的发明及应用给人类社会带来了方便和利益。但电报与电话这种通讯形式，最初都是靠电流的有线传导来传递信息的，因此必然要受到通讯线路的限制。无线电通讯的成功则打破了线路的局限，实现了通讯技术的又一次重大飞跃。无线电通讯的发明是科学向技术转化的又一成果，也是19世纪末最主要的技术成就之一。
　　无线电通讯的理论先驱是著名英国物理学家麦克斯韦()。
　　麦克斯韦在理论研究中，以实验事实为基础，他把全部电磁现象归结为两组偏微分方程，即电磁场基本方程式(亦称麦克斯韦方程）。他的理论证实了电磁过程是在空间的一定速度(相当于光速）传播的，从而预见了电磁波的存在。1873年麦克斯韦在他所著的《电磁学》一书中曾经预言：由于电磁波的存在，特别是电磁波以每秒30万公里的速度传播，不久的将来，在相距遥远的两地之间，建立起瞬时可达的通讯联络，已经不再是一种梦想。1888年德国物理学家赫兹(）发现了电磁波，从而证实了麦克斯韦的预言。赫兹在研究过程中，证明了电磁波具有和光相类似的特性。如电磁波和光波一样，也具有反射、折射、干涉、衍射、偏振等性质，特别是从它的频率和波长直接确定了其传播速度等于光速。为了纪念赫兹在电磁波研究中的贡献，电磁波又被命名为" 赫兹波".电磁波的发现有着非同寻常的意义，它的发现导致了科学技术的又一次重大变革。特别是为有线电报向无线电报的发展开辟了道路。
　　电磁波的发现展示了极为诱人的前景，此后不少科学家、发明家把眼光投向了电磁波，把研究的方向转向了无线电。赫兹验证电磁波存在的实验说明，使用快速振荡的电火花产生极高频率的电磁波，可以使在远处的导线回路产生相同的电振荡。这一原理显示，无线电通讯的成功近在咫尺了。法国物理学家布朗利()，1890年改进了赫兹的电波接收装置，可在140 米外接收到赫兹电波。英国物理学家洛奇()对接收器又做了进一步改进，在800 米外成功地接收到莫尔斯电码发送来的信号。在无线电接收器的改进过程中，检波器曾一度成了科学家们着力攻克的关键部件。
　　然而攻克这一难关，在技术上取得突破，真正使无线电进入实用阶段的重要人物——意大利人马可尼()——当时仅是个名不见经传的20岁的年轻人。1894年马可尼在意大利的电气杂志上读到赫兹的实验和洛奇的报告以后，便立志献身于无线电技术的开拓事业。他把自己家里的阁楼作为实验室，带着不顾一切的执着投入了忘我的实验工作。父亲不理解马可尼的行动，更没有领悟到儿子" 工作" 的意义，他认为马可尼是在做一种毫无意义的游戏，盛怒之下，粗暴地毁坏了马可尼的实验设备。幸运的是，马可尼的哥哥亚比索给了弟弟极大的支持，才使马可尼的研究得以继续。马可尼在实验中发现如果将发送器和接收器的一端接地，另一端接到天线上，就能有效地改进电波的发送和接收。1895年9月，马可尼在哥哥亚比索的协助下，终于成功地进行了第一次无线电传播实验。马可尼将一块铁皮用作发射机的天线，在密封的玻璃管中装入镍粉和少量银粉，并排除其中的空气，制成了较为理想的检波器。1896年，马可尼用功率较大的发送器成功地将电波信号传送到2-5 英里的地方，当年便获得了发明专利权。马可尼无线电实验的成功，使他的父亲深受感动。父亲亲自陪伴他拜访意大利邮政部长，希望获得对这项发明的承认和支持，但他们得到的却是鄙视与冷落。因此马可尼又和母亲一起来到英国，在英国他得到了邮政部的热心支持，马可尼在索尔贝林平原上成功地进行了相距15公里的无线电通讯。1897年7 月，马可尼获得了伦敦专利局批准的专利。同年又在伦敦建立了马可尼无线电信公司。由于马可尼在英国的成功和影响，意大利政府向他发出了回国工作的邀清。马可尼高兴地接受了邀请，并将自己的公司更名为" 意大利无线电公司".对无线电通讯做出重要贡献的还有俄国物理学家波波夫()。
　　他于1895年5 月7 日在彼得堡物理化学协会物理学部年会上，用他制成的世界上第一台无线电接收机成功地进行了无线电通讯的公开实验。波波夫曾任俄国水雷学校教官。在对无线电通讯系统的改进中，他也设置了天线。1896年波波夫又实现了海上船舶间的无线电联系。1897年俄国海军在克朗施塔得建立了无线电报局，波波夫所创造的无线电报设备在俄国军舰上获得了应用。1898年马可尼成功地实现了跨越英吉利海峡的无线电通讯。日，马可尼又将无线电讯号发射到大西洋彼岸，即从英国的康瓦尔传播到加拿大的纽芬兰，其间相距2700公里，终于实现了越过大西洋的无线电联系。从此，无线电通讯进入实用阶段，使世界通讯事业出现了新的面貌。此后马可尼又研制出一套高效能的接收系统，进一步改进和完善了无线电通讯。由于他对无线电通讯的杰出贡献，在1909年和德国物理学家布劳恩共同获得诺贝尔物理学奖。
　　无线电报的发明和应用，引发了一系列重大的技术突破，开辟了无线电技术的新时代。继无线电报成功之后，无线电广播、雷达、电视等新技术相继出现、纷纷登场。
　　无线电能够准确地传播莫尔斯电码，自然人们就想到了能否用无线电直接传播人的声音。美国物理学家费辛登()早就萌生了这样的念头，并且成为率先实现传声无线电的科学家。费辛登原在爱迪生实验室工作，1900年又到美国气象局从事无线电实验。1902年他建立了专门的实验室，开始进行传声无线电的研究。费辛登历经4 年顽强的奋斗，终于成功的设计制造了一套传播声音的无线电装置——人类历史上第一个无线电广播电台。在1906年圣诞节前进行了第一次播音。这一天，有些报务员从耳机中破天荒地听到了空中传来的节日祝福。
　　传声无线电的播音成功，又刺激了收音装置的迅速发展。1904年英国电气工程师弗莱明()发明了具有检波作用的二极管；美国的设计师浮来斯特()又于1907年发明了具有放大作用的三极管。后来美国电气工程师阿姆斯特朗又发明了超外差装置。于是收音机得以发展和推广的条件趋于成熟。
　　四、物理学革命与相对论的创立
　　19世纪末到20世纪初是物理学发生巨大变革的年代，相对论(包括狭义相对论及广义相对论）和量子力学在这个世纪之交先后诞生，这一场对经典物理学的深刻革命使人们对自然界的认识深入到微观，扩大到字观，并大大推进了20世纪人类社会和科学的进步。考虑到两个理论之主要成果产生的时间，相对论的创立将在本书中叙述，而量子理论的建立留待世界现代后期科技史中介绍。
　　1.狭义相对论的创立
　　(1)经典物理学的内在矛盾和麦克尔逊- 莫雷实验的" 零结果"
　　1687年夏，牛顿()《自然科学的数学原理》的出版标志着物理学的第一次大综合。该著述集中了作者多年来潜心研究的成果，他天才地统一了伽利略()的力学成就和开普勒()等所揭示的星体运动规律，提出运动三定律和万有引力定律，形成了经典力学(也称牛顿力学或古典力学）的理论体系。后人为这个体系的进一步发展和完善又作了许多出色的工作，拉格朗日()的《分析力学》和拉普拉斯()的《天体力学》堪称经典力学的颠峰。到19世纪初，经典力学大厦几乎是" 尽善尽美" 、"坚不可摧" 了。经典力学在各方面取得的举世公认的巨大成功使" 所有的物理学家，都把古典力学看作是全部物理学的、甚至是全部自然科学的牢固的和最终的基础". 19 世纪60年代，麦克斯韦()运用数学分析的方法，类比流体力学方程，建立了一组偏微分方程，概括了从库仑()、高斯(）、奥斯特(H.C.Oersted ，)、安培(A.M.Ampere，)到法拉第(M.Faraday ，)的工作，把电磁运动的一系列基本规律统一在包含以下四个方程的麦克斯韦方程组中：
　　他还证明了，光就是一种电磁波，从而把光、电、磁现象统一了起来，形成了经典电磁理论。麦克斯韦的电磁理论在电磁场的传播和光学现象的研究中取得了巨大的成功。
　　至此，许多人认为，经典物理学已经形成了一个十分完备的体系，人类对自然的认识也已走到了尽头。
　　后来成为世纪之交物理学革命先驱之一的德国物理学家普朗克(）在德国慕尼黑大学求学时，曾向他的老师——物理学教授约里(）表示了决心献身物理学事业的愿望。这位教授却不已为然，他说，" 年轻人，为什么要断送自己的前途呢.要知道，理论物理学已经终结，微分方程已经确立，它们的解法已经制定，可供计算的只是个别的局部的情况。
　　可是，把自己的一生献给这一事业，值得吗." 约里的话代表了当时物理学界许多人的看法，即物理学是一个有才华的年轻人已经不可能有所作为的领域了。
　　19世纪物理学界的元老，声名显赫的威廉.汤姆生()即开尔文勋爵当时也认为，未来的物理学真理将不得不在小数点后第六位去寻找，也就是说，未来的物理学研究者只能做一些修修补补工作了。然而，随着20世纪的破晓而降临的物理学革命很快便否定了这种说法。这场革命的产生是由于与经典物理学矛盾的实验事实的出现，更由于经典物理学内部所存在的矛盾，即不统一性。
　　我们知道，任何自然过程总是发生在空间中的一定地点，并经历一定的时间。因此，表达物理规律必须有时间和空间的变量，时间和空间的概念则一直是物理学最根本和最重要的概念。
　　在牛顿力学中，时间和空间被视为是脱离物质运动而独立存在的框架，空间是绝对不变、不动的，时间则是绝对均匀的。这种绝对的时空观符合人们的日常经验，也被认为是天经地义的。
　　牛顿在他的名著《自然科学的数学原理》中写道：" 绝对的、真的、数学的时间，是自身在那里流逝，它是匀速的，不与外界任何对象发生关系的" ，" 绝对的空间本身与任何客体无关，永远保持不变、且不动。" 牛顿的这种绝对时空概念似乎表明存在一个独特的、绝对的参考系。而伽利略则指出，一切取作机械运动的惯性参考系都是等价的，根据力学规律无法判断惯性系的优劣。所谓惯性参考系，是指牛顿第一定律(惯性定律）
　　在其中成立的参考系。例如，地球就是一个近似程度很高的惯性参考系。相对地球作匀速直线运动的车船也是惯性系，在任何一个惯性系内的观察者不可能用力学方法来测定此惯性系的运动状态。这就是力学的相对性原理，也称伽利略相对性原理。伽利略把这种相对性原理用数学的方法表达出来，即给出了两个惯性系之间时间和空间坐标的如下变换关系式：这个关系式称为伽利略变换。在伽利略变换下，牛顿的运动方程在一切惯性系中具有相同的形式。牛顿方程在伽利略变换下保持不变的这种性质称为伽利略协变性。因此力学相对性原理也可以表述为：描写力学规律的数学方程式在所有惯性系中都具有相同的形式。
　　伽利略相对性原理揭示了运动的相对性，否定了绝对运动，与牛顿绝对时空观之间存在着基本的内在矛盾，它实际上是现代相对论即相对性原理普遍性的一个重要思想根源，但是，它没有也不可能直接发展为相对论。相反，人们不但把相对性原理局限在力学范围内，而且很长一段时间仍苦苦寻找绝对静止的参考系。
　　经典力学的这些内在矛盾以及惯性系定义本身存在的循环定义等问题并未动摇牛顿大厦在人们心中的权威性，人们仍习惯用古典力学来解释一切自然现象。在声学领域，这种努力取得了成功，声音被解释为传声媒质中的纵波，传播的速度决定于媒质的弹性模量与媒质密度之商的开平方。声音不能在真空中传播。力学几乎可以解释声学的一切现象，那么对光的现象呢.
　　光的波动说最早由胡克()提出，并为惠更斯()
　　进一步发展。在很长的时间里(直到20世纪初）人们对波的理解只局限于某种媒质的力学振动。这种媒质就称为波的荷载体或载体。如水波的荷载体是水，声波的荷载体是气体、液体、固体等传声媒质。光与声音不同，它可以在真空中传播，那么，光波的荷载物是什么呢.惠更斯最早想到了" 以太".在古希腊，"以太" 指青天或上层大气；在古宇宙学中，" 以太" 用来表示占据天体空间的物质。17世纪，笛卡儿()赋予它某种力学性质，用来解释任何物体之间相互作用力的传递媒质。惠更斯设想" 以太" 为荷载光波的媒介物质，并认为它应该充满包括真空在内的全部空间，并能渗透到通常的物质中。
　　随着麦克斯韦电磁理论的日臻完善和光、电、磁现象的统一，" 以太" 便自然地成为电磁作用的载体。
　　研究发现，在伽利略变换下，电磁理论的数学表达式——麦克斯韦方程组中的方程不再具有协变性。由麦克斯韦方程确定的真空中电磁波的传播速度为光速C ，在另外的惯性参考系中，速度将不再是C.也就是说，伽利略协变性不适合于电磁理论。这似乎意味着，力学满足相对性原理而电磁学规律不满足相对性原理，对麦克斯韦方程而言，似乎存在一个特殊的惯性参考系，在这个优越的惯性参考系中，光的传播速度为C ，而且，这个特殊参考系即}