电的科学史 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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从富兰克林做风筝实验发现电的那一刻起，至今电的历史已经超过了2个世纪。
《电的科学史》讲述的就是这200多年里，从电的发现到电灯的发明直至今天博人眼球的特斯拉电动汽车，电伴随着人类走过工业时代、规模经济时代、互联网时代，见证着这些时代的发展和科技的进步。
这个世界上精通“电”的罗斯博士，“十年磨一剑”写作了这本有知识、有故事、有温度、有可读性的书。用一个个栩栩如生的人物、故事、发明、发现，为我们制作了一部跨越两个多世纪的“纸上纪录片”，让我们了解他们的发明、创意、冒险精神、成功、失败、秘密，感受电与我们生活紧密的关系。

内容简介

“电”是现代生活的核心要素，没有了电，我们的生活将很快“陷入瘫痪状态”。
每天我们都要按动几十次电源开关，开启现代生活不可缺少的电灯、电脑、手机、洗衣机、热水器等电器设备。然而，我们已经习惯了一年365天随时随地可以接通电源的生活，以至于我们很少思考电是从哪里来的，它如何进入人类社会与我们朝夕相伴，又会如何挥动它的魔法棒为我们变出一个神奇的未来世界。
这个世界上懂“电”的罗斯博士，花了10年时间，用一个个栩栩如生的人物、故事、发明、发现，为我们制作了一部跨越两个多世纪的“纸上纪录片”和“电的科学史”。无论你是事事考究的“历史迷”，还是充满好奇心的“科学控”，《电的科学史》都能满足你的“阅读口味”。
在《电的科学史》里，你会与众多鼎鼎大名的人物不期而遇，身临其境地感知他们那些伟大的发明、创新与贡献。比如，在雷雨天做风筝实验的富兰克林，改良蒸汽机并启动工业革命的瓦特，发现电磁感应现象的法拉第和麦克斯韦，发明电报和开启现代通信大门的摩尔斯，失败几千次最终发明电灯泡的爱迪生；建立质能方程的天才科学家爱因斯坦，吹响现代环保运动号角的卡森·蕾切尔，雄心勃勃的硅谷钢铁侠埃隆?马斯克等。
电不仅在现代生活中扮演了重要角色，在重要的历史事件中也起到了“搅动风云”的作用。从工业革命、大萧条、两次世界大战，到核电站、石油危机，再到全球气候变化、页岩气革命、电动汽车、清洁能源，这些都与电息息相关。

作者简介

克雷格?罗奇，世界公认的电力行业专家，有40年的从业经验。
他本科毕业于美国约翰·卡罗尔大学，后在威斯康星大学获得经济学博士学位。他曾经是北美地区监管流程和法律方面的专家顾问，之后创办了一家专门从事电力和天然气业务的咨询公司——波士顿太平洋公司，并担任总裁职务。他和他的公司已成为电力公司和投资者*信任的监管政策方面的顾问之一。

精彩书评

这是一本关于先驱者和梦想家如何将电这个革命性的技术推向全社会的书籍。
——汤姆·库恩，爱迪生电气协会主席
作为人类重要成就的参考资料，这本书应该被摆放在书架的突出位置。
——阿兰·施莱伯博士，俄亥俄州公共事业委员会前主席
它将成为历史迷爱看的书！看看我们到底经历过什么，再想想未来可能发生什么，这是一件多么有趣的事啊！这本书真的很棒，任何用过电灯的人都应该读一读。
——肯特?帕森斯，美国能源与电力行业律师
在这本资料翔实、写作上乘、引人入胜的书中，罗奇博士用讲历史故事的方式，把电的科学史悉数呈现展在我们眼前。从富兰克林、爱迪生一直到埃隆·马斯克和比尔·盖茨，这本书将物理学、工程技术与经济、监管、法律、商业、环境联系起来，无论是门外汉还是经验丰富的专家，都可以从这本重要的书中学到很多东西。
——朱莉·西蒙，美国能源行业专家

目录

引 言 放飞想象力 / III
第一部分 富兰克林时代 / 1
第1章 富兰克林的风筝实验 / 3
第2章 瓦特的蒸汽机 / 21
第3章 法拉第与麦克斯韦的电磁理论 / 33
第二部分 爱迪生时代 / 53
第4章 摩尔斯的电报 / 55
第5章 爱迪生的电灯泡 / 71
第6章 特斯拉与威斯汀豪斯的交流电 / 87
第7章 英萨尔的电力帝国 / 105
第三部分 大规模时代 / 123
第8章 罗斯福的电力新政 / 125
第9章 胡佛水坝的荣耀 / 147
第10章 利连索尔的田纳西河流域管理局实验 / 165
第11章 “煤炭王”的统治 / 183
第12章 爱因斯坦的质能方程 / 199
第四部分 危机时代 / 217
第13章 艾森豪威尔的“原子能为和平服务”计划 / 219
第14章 蕾切尔·卡森的《寂静的春天》 / 239
第15章 加州电力危机和安然事件 / 255
第16章 电力市场的竞争性改革 / 277
第五部分 坚定信念的时代 / 295
第17章 全球气候变化问题的解决之道 / 297
第18章 乔治·米歇尔的页岩气革命 / 315
第19章 埃隆·马斯克的梦想和历史的教训 / 329

后 记 想象未来 / 351
致 谢 / 357
注 释 / 359

精彩书摘

蜚声国际的科学家
合适的时机和可靠的计划
历史学家、哈佛大学科学史名誉教授伯纳德·科恩（Bernard Cohen）宣称富兰克林是当时“在世的最著名的科学家之一”，理由是富兰克林提出了“第一个令人满意的电学理论”，并且是“这门新科学的主要创造者”。在那个时代，即使简单的沟通也需要通过书信的方式，而且书信寄送需要几天甚至几周的时间。但是，富兰克林在1747—1752年这短短5年的时间里就声名鹊起，主要原因在于，他通过书信向伦敦的彼得·柯林森（Peter Collinson）介绍了自己的电学实验，这不能不令人感到
惊奇。8
到底是什么让富兰克林从成功的印刷匠转变成世界知名科学家的呢？显然，这样的转变离不开他的学术天赋，但更重要的原因是，富兰克林对时代的需要和关注点有一种敏锐的直觉。在富兰克林时代，“科学”一词的意思是“智慧”，而自然哲学则与今天的物理学相一致。18世纪，最新的实验报告甚至常常被发表在地方性报纸上。做印刷学徒期间，富兰克林通过阅读《旁观者》（Spectator，英国散文家约瑟夫·阿狄生在这份杂志上自豪地宣布，他“把哲学从壁橱、图书馆以及大学院校中解放出来，使其扎根于俱乐部、集会场所、茶桌旁和咖啡屋”）等大众期刊，自学写作。9
富兰克林不仅选择了一个合适的时机，还为自己能引起世人关注制订了一个可靠的计划，并逐步把自己培养成今天所谓的“公共知识分子”的形象。他知道，地位低下的英属北美殖民地人民必须得到伦敦的支持，才能有机会成为一个名声在外的科学家。为此，当富兰克林获悉伦敦植物学家、英国皇家学会会员彼得·柯林森正在物色“英属北美殖民地门徒”时，他立刻写信与柯林森取得联系。后来，柯林森向伦敦的英国皇家学会介绍了富兰克林的电学实验。10
向牛顿定律发起挑战
1687年，艾萨克·牛顿的名著《自然哲学的数学原理》正式出版，比富兰克林出生的时间早19年。牛顿的另一部经典著作《光学》，出版于1704年。这两部作品从本质上看是不一样的，对富兰克林影响更大的是后者。《光学》对富兰克林来说比较容易阅读，因为它是用英语写成的，而不是拉丁语。但是，科恩认为更重要的原因是这部著作“致力于描述设计完美、操作简单的实验”。富兰克林的研究与《光学》都非常关注实验，两者的基本特性也是一致的。牛顿在《自然哲学的数学原理》中指出，万有引力是质量的函数，而与物质的类型无关。《光学》却与这一观点形成了鲜明的对比，因为它非常关注物质的具体类型，以及材料是否导电、有磁性。富兰克林的研究与《光学》具有相同的特点，正如科恩指出的，富兰克林是“信奉牛顿学说的实验科学家”。11
富兰克林在科学研究方面一直恪守英国皇家学会的箴言：“不盲目相信任何人。”也就是说，自然法则应该通过实验来发现，而不是想当然。这种凡事讲求实验证据的态度，是牛顿等人发起的科学革命的基础。电学研究是摆在他们面前的一个巨大考验，因为人们很有可能会坚守牛顿的著名发现，而不愿意接受一种不同的新观点。但是，这些大胆的电力科学家并没有畏缩不前，而是勇敢地面对引力和电力之间的差异，即使困惑不解也不退缩。牛顿的万有引力定律描述的是天体之间的吸引力，而电力不仅包括吸引力，还包括排斥力。他们必须解释吸引力和排斥力为什么可以共存，这是前所未有的一个新任务。富兰克林给柯林森写信的目的，就是要解释其中的原因。12
巧妙的电学实验
1747年5月25日和7月28日，富兰克林先后给柯林森写了两封信，解释他的电学基本理论。整个理论建立在平衡概念的基础之上。当一个物体（如琥珀或玻璃管）中有正常数量的“带电物质”或“电流体”时，物体就会处于正常状态，既不会吸引也不会排斥其他物体。然而，如果物体中的电流体数量减少或者增加，这种平衡将会被打破，物体就会“有电”。富兰克林对这些不平衡状态进行了定义：电流体数量增加的物体带正电，电流体数量减少的物体带负电。这套理论关注的重点是单一类型的带电物质或电流体的再分布情况。13
最重要的是，富兰克林的理论解释了吸引力和排斥力。分别带正电和带负电的两个物体或两种材料彼此接近时，就会产生吸引力。也就是说，我们可以认为电流体与爱情一样，具有异性相吸的特点。相反，如果把两个带正电或者两个带负电的物体放在一起，它们就会相互排斥，即同性相斥。富兰克林的理论有时也被称为单流体理论。为了证明这套理论，他设计了一些简单而巧妙的实验。其中一些实验甚至给人一种玩室内游戏的感觉，因为这些带正电或带负电的实验对象都是活生生的人。在一个实验中，甲用丝绸摩擦玻璃，然后把这块带静电的玻璃递给乙；当乙拿到玻璃的时候，可以观察到火花飞溅的现象。14

前言/序言

大家有没有想过，假如你的世界里没有电，会怎么样？没有电，就没有清晨的闹钟声和咖啡机，没有电灯、电暖气和空调，没有高速运转的电机，也没有电脑和手机。
265年前，现代电力科学的发源地——费城，就是这样一个世界。清晨，日出或公鸡打鸣是催人早起的“闹钟”。煮咖啡、做饭用的是简单的柴炉。推动企业发展的是肌肉的力量，或者说是字面意义上的马力。只要计算，就肯定离不开铅笔和纸。没有人可以想象电会给整个世界带来怎样的变化，因为在那个时候，电力是一种异想天开的力量，人类还没有捕获并驯服这种力量。
没有电，城市的夜晚最多只会点缀一些暗弱的光，而且常常潜藏着危险。想象一下，我们正坐在烛光旁边阅读、做针线活儿或者其他必须凑近烛光才能完成的工作。100支蜡烛才能发出与一只100瓦白炽灯泡相当的光。靠近无遮无挡的烛火，意味着衬衫袖子、头发或者窗帘会有着火的危险。但是，危险并不仅限于室内，在室外也可能有摸黑走路、遭遇抢劫甚至后果更严重的危险。唯一值得安慰的是，在没有电灯的夜晚，我们可以欣赏到朗朗夜空的繁星闪烁。2
令人惊讶的是，一些大胆的头脑渴望并想象出电这种东西，可谓“见人所未见”。其中，费城的本杰明·富兰克林做出了最重要的贡献。1752年6月的一天，富兰克林在暴风雨中放飞了他的风筝，让世界“看到”了电。很明显，这个实验非常危险，因此人们一直怀疑富兰克林是否真的这样做了。但是，我们没有理由怀疑他做风筝实验的真实性，只不过他做实验时的天气可能并没有那么恶劣。3
富兰克林的独特才智无疑是他成功的核心因素，但是他生活的那个时代也是科学技术的一个分水岭，这同样对他的成功起到了不可或缺的作用。当时，科学革命已经改变了人类对宇宙的认识，紧随其后的工业革命又将改变世界经济。牛顿等人已经开始借助精确的数学来解释宇宙力学中的万有引力。最终，富兰克林等人也会用这种方法对电、磁和光进行研究。
与此同时，当时的人普遍采用一些在今天看来十分原始，甚至有点儿残忍的科学和医学方法。举个例子，他们用放血术治疗发烧和感染。乔治·华盛顿和其他许多人可能都死于类似的“治疗法”，而不是在生命晚期染上了某种致命疾病。科学和技术的巨大转变，有时会在生活的许多方面带来不均衡的进展。4
本杰明·富兰克林和他的风筝实验代表人类只迈出了一段迷人旅程的第一步。在那之前，没有几个人想象过有电的生活。而在走完这段旅程之后，大多数人已经无法想象没有电的生活了。在时代的需求和社会风俗的推动（很多时候是阻挠）下，许多著名人物（和一些声名狼藉的人）的大胆行动为这段旅程提供了动力。
这些创新者建造的电力基础设施功能强大，即使到了现在，发达国家的每一个居民也离不开它们。本杰明·富兰克林、迈克尔·法拉第、詹姆斯·克拉克·麦克斯韦、尼古拉·特斯拉和阿尔伯特·爱因斯坦等人取得的引人注目的科学进步，为这些基础设施铺下了第一块基石。事实上，爱因斯坦认为电的发现不仅是通向现代物理学道路上的一站，而且其本身就是一条道路。人类对电的理解带来了物理学领域的许多重大突破。
第二块基石是在这一伟大科学的基础上取得的技术进步。人类历尽艰辛，终于在电与磁之间建立了联系，塞缪尔·摩尔斯（Samuel Morse）发明的电报是电磁学的第一个成果。电报的产生是为了交流，这一点很重要。电力业务和电信业务都是同一科学的产物，但是后者在现代技术进步中的发展速度远远超过前者。
电力技术巨头间的第一次战争主要是托马斯·爱迪生与乔治·威斯汀豪斯（George Westinghouse）之间的对垒，尼古拉·特斯拉站在威斯汀豪斯的一边。这也是第一次电流之争。最后，威斯汀豪斯的交流电系统击败了爱迪生的直流电系统。交流电为规模经济的诞生创造了条件，因为发电厂可以与远距离的用户连接在一起。有意思的是，现在很少有人完全清楚威斯汀豪斯和特斯拉所起到的关键作用。
第三块基石是在全美范围内推广电力服务的业务实践活动。为这项活动设立标准的创新型商业巨头塞缪尔·英萨尔（Samuel Insull）充分理解和信任规模经济，他的目标是将发电厂和输电线路的固定成本分摊到越来越多的用户头上，从而降低电价水平。最终，电变成了所有人都用得着而且负担得起的商品。通过这个办法，英萨尔完成了电力的第一次亲民化。
然而，对“大规模”的追求也导致英萨尔陷入困境，这也是时至今日仍然有人认为他臭名昭著的原因。1932年，美国一共有三家控股公司（英萨尔拥有其中一家），它们控制了全美几乎1/2的发电量。当英萨尔的控股公司在大萧条时期陷入困境时，当时的美国总统富兰克林·罗斯福出面指责英萨尔是导致经济危机越发严重的罪魁祸首。5
与第三块基石密切相关的第四块基石是政府监管。20世纪初，英萨尔实际上已经邀请美国各州对公用事业实施监管。利用这种监管制度，英萨尔得到了若干专属服务领域（为建立规模经济创造条件的公用事业垄断权），作为交换，各州有权对电力服务实行基于成本的收费方式。然而，联邦监管在大萧条时期出现了。富兰克林·罗斯福就任美国总统后，通过采取一些积极的措施，解散了大型控股公司。这是有史以来美国政府在非战时期采取的规模最大的干预行动之一，导致各州和联邦政府的管辖权发生了冲突，而且这种矛盾直至今天也没有得到任何缓解。
环境监管是政府监管这块基石的一个组成部分，而且是越来越重要的组成部分。宾夕法尼亚州发生的多诺拉烟雾事件起到了重要的推动作用。很多人认为，蕾切尔·卡森于1962年出版的《寂静的春天》是开启现代环境保护运动的一部里程碑式的作品。书中不仅有卡森收集的有关杀虫剂巨大危害的那些令人信服的文件，还反映出卡森的勇气。尽管卡森在访谈与写作中从未直接提及电力行业，但她却对这个行业产生了重大影响。从美国前副总统阿尔·戈尔于2006年拍摄的纪录片《不可忽视的真相》，到美国前总统巴拉克·奥巴马于2015年提出的“清洁能源计划”，这些努力都旨在解决全球气候变暖问题。在这些背后，都可以看到卡森的榜样作用。
今天，科学知识和文化价值的根本性变化催生了一个问题：是否有必要建立全新的电力基础设施？环境问题（尤其是全球气候变化）在电力行业发挥的驱动和主导作用是第一个变化。由于暴风雨和网络战争更加频繁，人们越来越关心门阶（而不是电网）处的电力服务可靠性，这是第二个变化。就像优步（Uber）的崛起体现了人们对运输方式的选择权需求一样，人们在电力供应方面同样有选择权需求，这是第三个变化。这些根本性变化为第二次电流之争埋下伏笔。这一次，对战的双方是完善的电网与行业新领袖（如埃隆·马斯克）提出的“个人能源”，后者经常采用小规模的可再生技术。这些变化还为第二次亲民化创造了条件，个人消费者可以用他们的钱包，为更好的环境保护、更高的门阶服务可靠性和更多的选择权“投出赞成票”。
以上是对电力行业雄心勃勃的发展历程进行的简单回顾，从中可以看出，真正了解过去和准确预测未来的唯一方法就是使用广角镜头——我们必须认真思考265年的电力历史。例如，如果我们的研究从爱迪生开始，就会错过第一块基石（富兰克林、法拉第和麦克斯韦的伟大科学成果）。同样，我们必须调查清楚推动电力工业发展的所有因素。只有对涵盖科学、军事战略和地缘政治（尤其是冷战的地缘政治）的广泛领域进行评估，才能解释核能崛起的原因。只有对汽车行业的战略机遇进行评估，并深入了解汽车文化，才能预见电动汽车的未来。只有透过广阔的视野，我们才能看清美国总统唐纳德·特朗普的看似挑衅性的内阁任命是否为气候问题的建设性妥协打下了基础。
电是整个现代生活的核心，然而，这个革命性力量的完整发展历程仍然没有公之于众。至少目前还没有。

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