电磁学的发展同时促进了使用技术创新发明。1832年,法国人毕克西发明了手摇式直流发电机,其原理是通过转动永磁体使磁通发生变化而在线圈中产生感应电动势,并把这种电动势以直流电压形式输出。
1833年数学王子高斯和韦伯制造了第一台简陋的单线电报;1837年惠斯通和莫尔斯分别独立发明了电报机,莫尔斯还发明了一套电码,利用他所制造的电报机可通过在移动的纸条上打上点和划来传递信息。
到1848年基尔霍夫(和本生一起发现光谱分析法的那位)从能量的角度考查,才澄清了电位差、电动势、电场强度等概念,使得欧姆理论与静电学概念协调起来。在此基础上,基尔霍夫解决了分支电路问题。
1866年西门子发明了可供实用的自激发电机;19世纪末实现了电能的远距离输送;电动机在生产和交通运输中得到广泛使用,从而极大地改变了工业生产的面貌。
1855年开尔文解决了水下电缆信号输送速度慢的问题,1866年按照开尔文设计的大西洋电缆铺设成功。1854年,法国电报家布尔瑟提出用电来传送声音的设想,但未变成现实;后来,赖斯于1861年实验成功,但未引起重视。1861年贝尔发明了电话,作为收话机,它仍用于现代,而其发话机则被爱迪生的发明的碳发话机以及休士的发明的传声器改进。
托马斯·阿尔瓦·爱迪生(Thomas Alva Edison,1847年—1931年)出生于美国俄亥俄州米兰镇,父亲曾是一个爱尔兰裔,经营米兰运河的商船。1854年,伊利湖南岸沿着湖铁路通车,爱迪生父亲的生意受到冲击而没办法再维持下去。一家的生活日渐困苦,为了另谋发展,爱迪生一家就此迁居到格拉蒂奥特堡。
爱迪生
1855年,爱迪生开始在当地一所“一师一校”的小学就读,只在该校三年级即辍学。爱迪生的母亲南希是一所女子学校的教师,面对孩子的辍学,只能选择自己教育他。在母亲的教育下,爱迪生还是学习了不少知识。
南希鼓励爱迪生自己动手做实验,有一次,她讲到伽利略的“比萨斜塔实验”时,南希让爱迪生到自己家旁边的高塔上尝试,爱迪生拿了两个重量不同的球,同时从高塔上放下,结果两球真的同时落地,爱迪生觉得很神奇,兴奋地告诉母亲。这些实验铭刻在爱迪生脑海里,而实验方法,成为日后爱迪生主要的研究方法。
1857年,爱迪生开始对化学产生了兴趣,他在自己家中的地窖按照教科书做实验,并且搞得事故频繁。1859年,12岁的爱迪生为了有足够的钱购买化学药品和实验设备,到火车卖报纸、水果、蔬菜,每天辗转于休伦港和底特律之间。
1861年,爱迪生用卖报挣来的钱买了一架旧印刷机,开始出版自己主编的周刊《先驱报》,创刊号是在列车上印刷的,他既是社长、记者、发行人,同时也是印刷工人和报童。
在爱迪生工作的火车上有一间休息室由于空气不流通根本没人去,爱迪生就从列车长那里买下了这间休息室的使用权。他偷偷将实验器材带到休息室,将其改成自己的实验室,在里边进行化学实验。然而有一次,他的“实验室”中的化学物品突然着火,列车长一气之下,把他的实验器材都扔出车外,并且不再允许他在火车上做实验。
1862年8月的一天,爱迪生在火车轨道上救了一位男孩,而那个孩子的父亲是这个火车站的站长麦肯齐,对此非常感激,便传授爱迪生电报技术,在麦肯齐的指导下,爱迪生学会了电报技术并发出了他的第一份电报。
1863年,爱迪生经麦肯齐的介绍,他担任了大干线铁路斯特拉福特枢纽站电信报务员,但没多久就被解雇了。在1864年至1867年间,爱迪生在美国境内担任报务员,过着流浪似的生活,生活没有保障,期间爱迪生换了十个工作地点,五次是被免职,另五次是自己辞职。
1868年底,爱迪生以报务员的身份来到了波士顿,同年他获得了第一项发明专利“投票计数器”,爱迪生认为这台装置会加快国会的工作并且会受到欢迎,但是一位议员告诉他,有的时候慢慢地投票也是政治上的需要。
1869年的深秋,爱迪生只身来到美国纽约寻找工作,但他在一家公司找工作时,恰巧碰到那里的一台电报机坏了,爱迪生很快就修好了那台电报机,受到了总经理的赏识,结果他成为了总电报技师,有了安定的工作环境和工资待遇,为他以后的发明提供了良好条件。同年10月,爱迪生与富兰克林·波普联合创办“波普—爱迪生”公司,专门经营电气工程的科学仪器,与此同时发明了普通印刷机。
1870年,华尔街一家公司想要购买爱迪生的印刷机专利权,爱迪生让经理自己出个价钱,本想索价几千美元就够了,那位经理居然大方地给了爱迪生四万美元。爱迪生得到四万美元后,在新泽西州瓦克市的沃德街建了一座工厂,专门制造各种电气机械。
1873年-1874年,爱迪生投入到同步发报机的研究中。1876年初,爱迪生一家迁至新泽西州的门罗公园,他在这里建造了一所实验室。1877年,爱迪生改进了早期由亚历山大·贝尔发明的电话机,并使之投入了实际使用,不久便开办了电话公司。爱迪生和贝尔两家敌对的公司在伦敦展开了激烈的竞争。而在改良电话机的过程中,爱迪生发现电话传话器里的膜板随着说话声会引起振动的现象,便拿短针作了试验,从中得到很大的启发。说话的快慢高低能使短针产生相应的不同颤动。那么,反过来,这种颤动也一定能发出原先的说话声音,于是他开始研究声音重发的问题。经过大量的实验,8月15日,爱迪生制成世界第一台“留声机”!
爱迪生另一个广为人知的发明是电灯,然而与斯蒂芬森不是火车的发明人一样,爱迪生也不是电灯的发明人,但爱迪生与电灯的关系,就和斯蒂芬森与火车的实用性关系一样,是爱迪生让电灯走进千家万户的。
早在1801年,英国电化学家戴维(就是那个用伏打电池发现了最多元素的化学家),就在实验室中用铂丝通电发光;1810年,戴维又发明了用两根通电碳棒之间发生的电弧而照明的“电烛”,这算是是电灯的最早雏形。另一位英国电技工程师约瑟夫·斯旺经过近30年的研究,于1878年12月制成了以碳丝通电发光的真空灯泡。
当年,有关斯旺的电灯泡的报道给了爱迪生以很大启发。 1878年9月,爱迪生开始研究电灯,但由于爱迪生经济问题不得不寻找经济资助,于是成立一家股份公司,以便为实验提供经济资助,他找到了几个股东,其中最重要的是J. P. 摩根。
爱迪生屡屡失败,有些股东已经动摇,但J. P. 摩根却决定再拿五万美元资助爱迪生。最终,爱迪生在试用了接近一千多种材料进行试验之后,终于在1879年发明了 “碳化竹丝灯”。这种电灯能持续点亮一千多个小时,是第一种实用的电灯。
随后,J. P. 摩根加大投资,使得电灯能够大量投产,并为推广电灯成立专门的公司,设立发电站和输电网等相应基础设施,这样才使电灯能够在美国被普遍使用。期间,爱迪生不断改进技术,最终确定以钨丝作为灯丝,称之为“钨丝灯”,并定型使用至今。因此,爱迪生也成为大众所熟知的电灯发明者。
爱迪生公司生产的灯泡
1881年,在巴黎世博会上,爱迪生展出一台重27吨、可供1200只电灯照明的发电设备。1883年,爱迪生在一次电灯试验中观察到在灯泡内另行封入一根铜线,认为可以阻止碳丝蒸发,延长灯泡寿命,经过反复试验,碳丝虽然蒸发如故,但他却从这次失败中发现碳丝加热后,铜线上竟有微弱的电流通过,后来这种现象被称之为“爱迪生效应”,后来,在1904年英国物理学家弗莱明根据“爱迪生效应”发明了电子管。
1884年,尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla,1856年—1943年)来到纽约,去爱迪生的实验室求职,爱迪生立刻雇佣了特斯拉,安排他在爱迪生机械公司工作。特斯拉开始为爱迪生进行简单的电器设计,他进步很快,帮公司解决了许多难题。
特斯拉
1885年,特斯拉提出可以重新设计爱迪生公司里的直流发电机,爱迪生答应了并且表示如果能做出来,就给特斯拉五万美元。结果特斯拉成功之后,爱迪生说只是开了个“美国式玩笑”。
1886年,特斯拉终于受不了与爱迪生的打压,愤而辞职离开了爱迪生的公司,并且自己创建了“特斯拉电灯与电气制造公司”开始研究交流电,而爱迪生的公司是靠直流电经营。
1887年,爱迪生创办了“爱迪生留声机公司”,利用留声机技术盈利,当时的留声机可以把声音录制在蜡筒上,然而,蜡筒很难实现量产因此销售受到了限制。
爱迪生留声机
而不久,哥伦比亚唱片公司设计并出售了一种更为轻巧而音质更好的唱片(改进后的名字是黑胶),而且生产速度比蜡筒更快。
1888年,爱迪生开始研究“活动照片”,这得益于当时产生的连续底片技术,爱迪生从乔治·伊斯曼手中将连续底片买回来,聘请实验室助手一起进行研究。1889年,爱迪生的发明了一种活动电影摄影机,这种摄影机用一个尖形齿轮来带动19毫米宽的没打孔的胶带,在棘轮的控制下,带动胶带间歇移动,同时打孔。这种摄影机由电机驱动,遮光器轴与一台留声机连动,摄影机运转时留声机便将声音记录下来,并且可以连续拍摄图像。 1891年,爱迪生发明了活动电影放映机,是早期电影显示设备,引入了电影放映的基本方法,通过在光源前使用发动机来高速转动带有连续图片的电影胶片条,从而产生活动的错觉,光源将胶片上的图片投射到银幕。
然而,由于爱迪生电气公司坚持使用直流电,但因为交流电更适合远距离传输,比直流电更具有竞争优势,而且成本更低,爱迪生电气公司渐渐丧失市场份额,财务状况也急剧恶化。此时的爱迪生通用电气公司已经濒临破产。1892年,在摩根的主导下,(正是成也萧何败也萧何!)爱迪生通用电气公司与汤姆·逊休士顿电力公司合并,去掉了“爱迪生”,成为“通用电气公司”,爱迪生黯然出局。不过此时他还手握大量现金,依然有东山再起的机会。
爱迪生选择投资采矿,他花钱在新泽西州买了上万英亩的低品位铁矿,发明了巨型的机器碾碎矿石。爱迪生采用新的选矿法,不仅铁矿质量比旧式机械生产的要好,而且售价低了许多。他乐观地估计:不出七八年,就可以每年生产出价值1000万—1200万美元的矿石,净赚三百万美元。但不幸的是,1898年,明尼苏达州发现了很大的铁矿,铁矿不仅品位高,分布广,而且可以露天采掘,成本低廉,铁矿石的价格陡降了三分之一,这样爱迪生就不得不亏本生产,很快就负债累累。
尽管采矿事业失败了,但已经51岁的爱迪生任然不屈不挠。他从矿场运来了石灰石,利用开采铁矿时粉碎矿石的机器粉碎,生产水泥。与其他水泥厂相比,爱迪生的水泥厂最大特点莫过于全面采用机械动力装置,他的水泥厂收获利润很高,不出三年,他就全部还清了债务。
1900年,爱迪生开始着手蓄电池的研究。1902年,爱迪生发明了“镍铁碱性蓄电池”,这种蓄电池是用镍、铁和碱溶液制成的,他用铁镍碱性蓄电池作车辆动力的试验,每充一次电,行程可达100英里。
1903年,爱迪生的公司摄制了第一部电影《火车大劫案》(又名“列车抢劫”)。
爱迪生和电影
1904年,爱迪生开始在新泽西的银湖出售新型蓄电池,很快蓄电池便投产了而且销路不错,但不久后用户们发现了这种蓄电池的几个严重问题——在车辆行驶时,电池中的化学液体会流出来;许多蓄电池还出现了电力衰减状况。因此爱迪生立刻把工厂关闭并停产蓄电池,并寻找蓄电池漏电的根源。 1909年,爱迪生终于研制出性能更加良好的蓄电池。
1910年8月27日,爱迪生向公众宣布把留声机的声音和电影摄影机上的图像合二为一的发明——有声电影。1915年,爱迪生获得了“诺贝尔物理学奖提名”和“诺贝尔化学奖提名”。
1917年1月,爱迪生受海军部长约瑟夫斯·丹尼尔斯之邀,研究美国如果参加第一次世界大战,应作何计划和借助何种发明来作战。因此,爱迪生把自己的事务全部托付给了自己的副手和同事,并停止自己正在进行的其他实验工作,致力于研发战争需要的东西,历时两年之久。
1929年,爱迪生留声机公司终于被黑胶的浪潮吞没,彻底倒闭。
1929年10月21日,是电灯发明50周年,人们为爱迪生举行了庆祝会,德国的阿尔伯特·爱因斯坦和法国的玛丽·居里等科学家纷纷前来祝贺,不幸的是,在这次庆祝会上,当爱迪生发言的时候,由于过分激动,突然昏厥过去,从此他的身体每况愈下。1931年8月1日,爱迪生身感不适,经医生诊断,他同时患有慢性肾炎、尿毒症、糖尿病。10月18日,爱迪生在美国新泽西西奥兰治的家中去世。
为了纪念爱迪生,美国决定全国停电1分钟。10月21日,纽约自由女神手中的长明的火炬熄灭。从东到西,美国全部的国土都陷入了黑暗。在这一分钟里,美国仿佛又回到了煤油灯、煤气灯的时代,一分钟过后,从东海岸到西海岸又灯火通明。
这一分钟让美国人彻底铭记了爱迪生的伟大功绩——是他将光明带给这个世界的夜晚,让人类从此不再惧怕黑夜!