人类对电了解到利用不过两百年的时间,在上千年的时间里,人类一直把电当作上帝惩罚人类的手段,富兰克林首先从理论角度去认识电,而后法拉第、麦克斯韦等科学家对电有了更深一步的解释,揭示了电的本质,从而为电大面积的应用奠定基础。

来自上帝的力量

虽然电是从古至今都可以观察到的自然现象,但是人们摆脱电的恐惧,并且去研究它是在18世纪。在18世纪中叶,人们用牛顿万有引力定律去解释物理世界的所有事物,同时也用万有引力解释电所产生的力。

万有引力用来解释物体之间的吸引力,但是同性电荷所产生的排斥力,却无法用万有引力去解释,人们开始对电进行重新研究。首先打破人们固有思维的是美国科学家本杰明·富兰克林,他证明了闪电,以及我们生活当中的静电,以及化学反应说产生的电,本质是一样的。而且他还提出电像水流一样,是一定数量电子流动所产生的。

我们日常生活当中的物体不会吸引,也不会排斥,是因为相互之间的力保持均衡。通常情况下大部分物体带电数量是特定的,它们既不会产生吸引力,也不会产生排斥力,但是当物体当中电子减少,物体就会带负电,反之就会带正电,带有不同性质电荷的带电体会相互吸引,而同种带电物体则会相互排斥。

这打破人们对于所有物体都产生吸引力的固有思维,但是解释电到应用电,还有不少差距。1820年丹麦科学家奥斯特发现了电磁效应,电流周围存在磁场,既然电流周围能产生磁场,那么磁场是否能够产生电流呢?于是法拉第把电线放到磁场里,转动电磁,成功的产生了电流,因此也产生了第一台电动机。

在法拉第发明电动机之后,人们在逆向操作过程中发明了电动机,于是人类第一次拥有了持续不断的电力,法拉第对电的应用跨了一大步。随后詹姆斯.麦克斯韦推断出,电场和磁场会以波的形式在空间中传播,并且认为光是一种电磁现象,而且还预测了电磁波的存在。

电力的大规模应用

对电力的大规模应用,做出突出贡献的还有爱迪生,这位美国著名的发明家,他不但发明了留声机,摄像机等,而且还发明了很多用电设备,而且还设计推广了一整套电力系统,从发电机到电力线路再到用电器等等。

爱迪生创建的通用电气,几乎从一片空白当中,发明了我们现在还在应用的电力设备,让人类第一次有大规模用电的可能。爱迪生不但擅长发明,而且他还具有超常的商业头脑。他为了让他发明的电灯,被大家所采用,在纽约最繁华的地带,使用了电灯照明系统,让更多人了解这个最新科技,大大开拓了市场。

但是当时爱迪生所用的是直流电,和交流电不同,直流电输送过程中损耗大,只适合小规模推广。我们现在使用的交流电,为了降低电阻的损耗,会把电路增压,发电站可以建在很远的地方,甚至可以供给多个城市。

所以爱迪生的直流电,只能是富人的奢侈品,成本太高。比如美国金融大亨J·P·摩根就在自己家里安了一套电灯,他为了让这个电灯系统正常运转,还专门雇了工程师进行维护。

此时还有一位发明家,尼古拉·特斯拉,他看到爱迪生直流电的问题,于是另辟蹊径,用交流电替代直流电。美国著名的电工设备制造企业,西屋公司,用高价购买了特斯拉的发明专利。几年之后,西屋公司就获得了举世闻名的尼亚加拉水电站的合同。

后来尼亚加拉水电站的交流电系统,不仅实现了对一个城市的供电,甚至实现了对整个纽约州的供电。这是之前爱迪生直流电系统完全无法想象的。尼亚加拉水电站获得了巨大的成功,也证明了交流电的实用价值。从此,交流电系统渐渐取代直流电系统,成为全世界电力分配的标准。

其实特斯拉的构想在当时看来非常超前,特斯拉依靠的是电磁谐振理论,为了实现这个超前的构想,需要超大功率的发射器,复杂的接收器等等。只有系统中的每个配套设施,都落地成为产品,特斯拉才能最终实现电磁谐振的理念,制造出无线电力设备,让它成为可以投入生产的产品。

在电力大面积推广上,一位美国商业天才也起到非常关键的作用,他就是塞缪尔·英萨尔,他通过不断压低电价的方式,均摊发电厂以及输电线路的固定成本,成功实现了规模效应。1907年的时候,美国只有8%的家庭用得上电,而仅仅40年之后,全美已经有90%的家庭用上了电。在这个电力迅速普及的过程中,英萨尔功不可没,正是他大力推广的经营策略,让电力从奢侈品变成日用品,从而有能力造福千家万户。

电动汽车

在汽车刚问世的时候,是分为汽油驱动和电力驱动。但是电动汽车能开的里程太短,而且充电时间过长,和现在遇到问题一样。而当时的汽油车虽然行驶距离远,加油时间短,但是巨大的噪声也让推广过程中非常困难,我们现在觉得发动机引擎巨大轰鸣声是速度的象征,但是当时人们觉得开着一边冒烟,一边有着巨大噪音的汽车,特别难以适应。

结果汽油车遇到了天才的发明家以及商业奇才福特,他不但搞出了流水线,让汽车的成本大幅下降,而且对汽油车的火花塞进行重大改进,让当时的汽油车不再冒出滚滚浓烟。而且还发明的消音器,让汽车引擎的巨大噪音降到最低。在福特T型车推出6年后,美国绝大部分都是汽油车,电动车彻底退出市场。

而在100多年后的今天,埃隆·马斯克重新拾起了被抛弃的电动车技术。我们现在知道造汽车是需要海量资金的事情,从建造工厂,到招聘设计、装配人员等,都预示着这个行业进入门槛非常高。而且那些大的企业背后都有政府税收的利益捆绑,市场有一只看不见的力量,也在对抗电动汽车的发展。

但是我们也要看到,全世界45%以上的石油都用在交通上面,这种情况在美国更加严重,有70%的石油都用在汽油车上。石油是一种不可再生能源,早晚会枯竭的,而水力发电、风力发电和太阳能发电都是可再生的。而且这些化石燃料,都会严重破坏环境。因此电动汽车肯定是未来的一个趋势,是人类早晚要面对的变革。

其实我们一直在反思,汽车虽然给予我们便利,但是未来对空气的污染,会造成更大的负面影响,未来我们肯定要推广更为环保的出行工具。正是这种反思,让我们有了更好地利用科技的能力。汽车是这样,电是这样,任何典型的科技进步也是这样。