电工技术,是电机工业产生和发展的基础。电机工业,在系统地研究电学和磁学基础上,随着电工技术的发明和发展而诞生。
1600年,英国W.吉尔伯特在《关于磁石、磁性体及磁性地球的新自然哲学论》(简称《磁石论》)一书中,系统地论述了磁现象,并研究了两个物体之间的静电作用力。
1729年,英国S.格雷发现导体。
1733年,法国C.迪费发现电荷存在两种力:一种是吸引力,另一种是排斥力。这些观察,被美国B.富兰克林系统化,用正号和负号表示两种不同的电荷,并提出了电荷守恒定律。
图1-1 《磁石论》(第2版)
1785年,法国C.A.库仑通过实验,证实两个电荷之间的作用力与万有引力遵循相同的规律,即与距离的二次方成反比。后人进一步完善为库仑定律,为静电学奠定了科学基础。
1792年,意大利A.伏打发现了产生持续电流的原因,并于1800年制成了世界上第一个可以产生持续电流的伏打堆。
1820年,丹麦H.C.奥斯特发现磁针会受到置于周围的电流影响,从而开创了电学与磁学结合起来研究的历史。很快,法国J.B.毕奥、F.萨伐尔通过实验发现了长直通电导线附近磁针的受力规律,提出了毕奥-萨伐尔定律。同年,法国A.M.安培发现两根通电流的导线之间也存在相互作用力,提出了安培定律,奠定了电动力学基础。(www.xing528.com)
图1-2 法拉第日记中的发电机草图(上)和发电机原理图(下)
1831年,英国M.法拉第发现在磁场中运动的线圈产生电流的电磁感应现象,提出了电磁感应定律。这一伟大发现,使机械能大规模转化为电能成为现实。同年,他研制成功世界上第一台手摇圆盘直流发电机。这种发电机,虽然仅仅是能保持相对运动的一组线圈与一块永久磁铁的组合,还不是真正意义上的工业产品,但它无疑是现代直流发电机的雏形,昭示了世界电机工业的诞生!在中国,我们的祖先于公元前,就已经用甲骨文、金文记录了电闪雷鸣的自然界放电现象;到汉武帝(公元前140—前87年)时,已开始在宫殿屋脊上安装“鸱鱼”,用于避雷;西汉末年,在《春秋纬·考异邮》中,已经有了关于摩擦生电的记述。
图1-3 法拉第发电机照片(1831年)
关于磁石吸铁的记载,最早可追溯到春秋时期(公元前770—前476年),管仲所著《管子》中,对静磁现象作了描述;战国末期,秦相吕不韦所著《吕氏春秋》中,已有“慈石召铁”(即磁石吸铁的意思)的说法;西汉初期,刘安所著《淮南子》中,更有磁石“引针”、“召铁”现象的生动记载;同一时期,中国利用磁石制成了世界上最早的指南针,当时称作“司南”;到了公元11世纪的宋朝,沈括在《梦溪笔谈》中,记述了指南针“常微偏东,不全南也”的科学现象,即地磁偏角的存在;也在这一时期,中国已将指南针应用于航海。
那时,中国对大自然放电现象的研究和对磁学知识的应用,已经达到了当时世界最高水平。但到17世纪初吉尔伯特《磁石论》这篇近代电磁学开山巨著问世,乃至19世纪30年代初M.法拉第的第一台手摇圆盘直流发电机诞生,中国还一直禁锢在闭关锁国的封建社会里。因此,中国电机工业迟迟未能破茧而出。
直到1905年,清政府直隶工艺总局在天津开办的教学品制造所,陆续制作了35种电学、磁学类教具,包括威姆爱斯特发电机。这被视为中国电机工业的萌芽,从此开启了中国电机工业的创业发展史,但比法拉第研制成功的手摇圆盘直流发电机,即世界电机工业的诞生,晚了74年!
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