《近代发明史话》

近代发明史话目录第一讲斯蒂芬森（1814年首辆机车）与铁路运输…………………………………………………（1）第二讲卡尔·弗里德里希·德赖思与自行车（1818年专利）…………………………………（2）第三讲沃勒·冯·西门子与发电机（1866年）…………………………………………………（4）第四讲查尔斯·古德伊尔（1839年发明）、弗里茨·霍夫曼（1909年）与橡胶………………（5）第五讲达古埃尔与摄影机（1839年公布）…………………………………………………………（7）第六讲卢米埃尔兄弟与电影艺术（1895年）……………………………………………………（8）第七讲莫尔斯与电报机（1837年专利）…………………………………………………………（10）第八讲贝尔与电话（1876年专利）………………………………………………………………（11）第九讲爱迪生与留声机（1877年专利）…………………………………………………………（13）第十讲爱迪生与电灯泡（1879年）……………………………………………………………（14）第十一讲尼古劳斯·奥古斯特·奥托与四冲程发动机（1876年）…………………………（16）第十二讲卡尔·本茨（1886年）、戈特利布·戴姆勒（1886年）与汽车……………………（17）第十三讲奥托·里利安塞与滑翔机（1891年）………………………………………………（19）第十四讲莱特兄弟与飞机（1903年）…………………………………………………………（20）第十五讲马可尼与无线电报（1895年）………………………………………………………（22）第十六讲沃森-瓦特与雷达（1935年）…………………………………………………………（23）第十七讲卡尔·弗迪南德·布老恩与阴极射线管（1897年）………………………………（25）第十八讲尼普科(1884年扫描)拜尔德(1924年)兹沃尔金(1923~1924年)与电视的发展………（26）第十九讲恩斯特·鲁斯卡与电子显微镜（1933年）…………………………………………（28）第二十讲康拉德·楚泽与计算机（1938年）…………………………………………………（29）第二十一讲奥托·哈恩与核裂变（1938年）…………………………………………………（31）第二十二讲肖克莱、巴丁、布拉泰茵与晶体管（1948年）…………………………………（32）第二十三讲赫尔曼·阿伯斯、温哈尔·冯·布劳恩与火箭（1930年）……………………（34）第二十四讲科罗里奥夫与第一颗人造地球卫星（1957年）…………………………………（35）第二十五讲查尔斯·汤斯（1953年微波激射）、西奥多·梅曼与激光（1960年）………………（37）第二十六讲火药（唐代7世纪已有）与火药武器…………………………………………………（38）附录重大科技发明发现及历史事件表（选）…………………………………………………（40）近代发明史话·1·第一讲斯蒂芬森与铁路运输1.1769年，第一个把蒸汽机安装到轮子上的是一位法国工程兵部队的工程师尼古拉-约瑟夫·卡高特（Cugnot，N.-J.1725~1804，常译居纽1）。他试制三轮蒸汽车是想代替马匹2为拿破仑的军队拉炮车3。但是，这种车每秒走11分米4，比人步行还慢，且每到一刻钟就要停车添煤5，终未能实用。英国发明家里查德·特里维西克（Trevithick，R.1771~1833）很快意识到，蒸汽机这样的庞然大物只能在轨道6上行驶。2.1804年，特里维西克造出了世界上第一辆蒸汽机7车，重5吨。运行几次，就因机车轧裂铸铁铁轨8而无法行驶。那时人们还普遍认为，齿9状轮子才能产生足够的牵引力。3.1813年，w.赫德利和布莱克特二人制造的“冒烟10比利号”机车证明，光滑的车轮同样能达到牵引重物的目的。这辆机车跑了50年，运送了大量的煤和矿石，并由于其高效的独立牵引力而久负盛名，被公认为世界上最早的、实用11的蒸汽机车。当时，英国的乔治·斯蒂芬森（Stephenson，G.1781~1848）在一个煤矿铁路上当列车长。起初，“冒烟比利号”机车常常轧坏了铁轨。为了均衡压力，他们将车轮12由4个增加到8个。第一条铁路是用铸铁做成的，呈“L13”状。这种形状的轨道在古巴比伦时就有过记载。在斯蒂芬森的青年时代，被广泛使用的是拱起的木14制轨道。在地上或地下用于运送煤和矿石，以马15作动力。伴随生产力的不断扩大，要求更加完善的运输工具与之相适应。一种拱圆形车轮和突出地面的铁轨满足了这一要求。这种钢16制铁轨坚固而不脆，能始终保持笔直的状态。铁路时代到来了。4.此时斯蒂芬森充满信心，开始研制自己的铁路运输系统。他的自信心和坚韧不拔的毅力使他当之无愧地成为“铁路运输17之父”。他出生于矿工18家庭。由于家境贫寒，未受过小学19教育，8岁就下井干活。16岁时，他已成为纽科门（1663~1729）蒸汽机的司炉工。他热爱机械，到18岁时，在工作之余坚持上夜校20读书，并开始热心研究蒸汽机。他出生的那间房子由四家合住，位于纽卡斯尔铁路线上。两侧是从煤矿到瓦茨的铁轨。“冒烟的比利号”不时从他家窗前驶过。5.1814年，受矿主21的委托，斯蒂芬森制成了第一台机车“布鲁茨赫尔号”。虽然性能不及“冒烟的比利号”，但还是很快成为受人尊敬的铁路工程师。他不断改进技术，于1823年创办了机车22制造厂，终于在1824年造出了远比“冒烟的比利号”优异的“运行号”机车。6.1826年，斯蒂芬森承担了在地形险恶的6公里宽的沼泽23地上修筑铁路以连通西曼彻斯特的工程。听说他的宏愿，朋友们都认为他疯24了。据说一名勘测员曾掉入沼泽，一直陷入到颈部。当时，工业城市曼彻斯特25至港口城市利物浦之间，需要修建50公里长的铁路，以便用火车取代马车。当时火车因速度很慢，只有益于货运。这样的铁轨斯蒂芬森已经建过好几条。他唯一的儿子罗伯特是一家生意兴隆的机车厂老板。当时，一千多名工厂雇员中多是新手。由于从曼彻斯特至利物浦筑路的风险26很大，很可能使斯蒂芬森一败涂地。整车的木头和石块倒进沼泽。几个星期后，沼泽地中铺起了一条坚实的路基。铺轨前的这些基础工作是由运河的开挖者完成的。当时正值英国运河27的辉煌时代。运河的经营者们为了维护他们的垄断28地位，竭力反对修筑铁路。他们在议会上反对，还抬高地价29。然而，铁路30一经出现就势不可挡。即使是在工人们由于恶劣的工作环境而出现骚动的情况下，铁路还是建成了，横跨沼泽，笔直平坦。7.1830年，曼彻斯特至利物浦铁路线迎来了盛大的运营典礼。典礼盛况空前，世界上五万人前来近代发明史话·2·参观。斯蒂芬森制造的“火箭31号”机车既可载人又可运货，性能可靠、耗能低、速度快，轻而易举地战胜所有参赛的机车，几年来订单接踵而至。它的工作原理在以后生产的各种机车中得到了体现。锅炉用火加热，水和煤存放在后面的煤水车上。“火箭号”机车改变了过去单管传热的方式，而采取多32管一起传热，从而增加了受热面积。不仅热传递加快，而且节约了煤炭，提高了效率。蒸汽温度达到180℃时，上升到锅炉顶部，通过主阀和输汽管送到汽缸。蒸汽压力轮流33作用于活塞两端，推动活塞前后运动。从活塞排出的蒸汽与锅炉煤烟和气混合在一起，从烟筒排出，加快了空气34循环。蒸汽机车的原理一直没有改变。8.1835年以后，世界兴起“铁路35热”。斯蒂芬森公司今天仍是主要的机车生产厂。当时公司曾为纽伦堡至菲尔特的德国第一条铁路建造了“阿得勒号”和“鹰号”机车，时速可达40公里，6公里半的全程耗时9分钟。当时德国还没有火车司机，只好从英国36雇请。火车司机的工资37比老板还高。火车也在很多方面得到了改进。尽管气味浓、噪音大，乘车有恐惧感，但它还是发展成连接世界的交通工具。很长一段时间里，在欧洲三、四38等车厢没有车顶、没有暖气，也没有卫生间。而那些有钱人坐头等车厢也只是为了体验一下坐火车的滋味39。从一开始，美国新大陆的乘客们就乘坐不分等级的敞篷车厢。自从发生了两起耸人听闻的谋杀案40后，欧洲的火车才设包厢和走廊，乘客也可以自由走动。由于要准时，列车运行开始使用时刻表41。9.具有传奇色彩的巨龙如东方快车和穿越西伯利亚的快车让世界变小了。蒸汽机车成为工业革命的动力42，它将材料和产品送往各地。距离已不存在问题了，它把世界经济联成一体，也宣告了自“珍妮43机”开始的第一次工业革命胜利完成。火车的辉煌时代一直持续到20世纪五十年代。10.体验速度一半是新奇44，一半是恐惧45。随着列车疾驶飞奔，前面的视线变得模糊不清。因此，乘客的眼睛就会盯住远处46。这种看东西的方式成为印象派47的起源之一。在追求光48和纯色方面，英国风景49画大师威廉·透纳（TurnerJ.M.W1775~1851）以晚年的作品，如《雨、蒸汽和速度50——大西方铁路》（1844年）等，成为法国印象派画家的先驱。乘坐火车的时间越长，遭遇越轨的可能性就越大，毁灭的可能性更大。报纸上说要保护人类和动物的安全，但并没有实施。11.我们不能忘记火车在战争中的大规模毁灭中所起的作用。第二次世界大战（1939~1945）结束后，在重建欧洲51的过程中，火车的应用让蒸汽机又焕发生机，它曾是凝聚一代科技精英智慧的结晶。如同当年乘坐最快的火车一样，消逝得也快，这次应用也只是昙花一现。今天，哪怕是在支线上，曾经叱咤风云的蒸汽机车也要让位于柴油52机车了。蒸汽机车已经退出历史舞台，电气53机车的时代已经到来。它由一根11毫米粗的电线供电，在笔直的铁轨上运行功率达1万3千马力。它占用的道路宽度比汽车路还窄54。未来的机车将是电磁悬浮55列车，运行时不接触铁轨，这将是又一次飞跃。但是，它的运行成本56非常大，目前要取代斯蒂芬森式火车还不现实。一个出身贫寒的人取得了如此大的成就，创造了对环境不造成破坏的铁路运输系统，因而这种系统的继续发展是理所当然的。第二讲卡尔·弗里德里希·德赖思与自行车1.在驿站马车时代，人们不得不坐在沉重的木头车厢里靠马匹1的力量旅行。世界上需要的是减少对马匹依赖的车辆，即能靠人的肌肉2驱动的车辆。第一位出来接受这一技术挑战的是德国的一位护林官德赖思（Drais，K.F.1785~1851）。年轻时代的德赖思爱好自然3科学。他努力学习数学、物理学和农业学。作为一个年轻人，他对不用马拉4的车颇感兴趣，制造了好几辆多轮车。他早期的努力只获得嘲笑和挖苦5的奖赏。2.1816年，德赖思开始试验他的新机器——“木马6”。它的座位可调整高度，制动器用刹车线控制。润滑不需要油，一块烟熏的肥猪肉7就足够了。车身上还加了一个平衡器，用来支撑胸8部，近代发明史话·3·以便在高速骑行时保持平衡。他没有应用曲柄驱动车轮，并非当时曲柄对于工程师们来说很陌生，只是因为人们还没有理解自稳9力这一物理现象，还不知道即使骑行者两脚离开地面，自稳力也可以使转动的车轮不至于翻倒10。尽管这辆“木马”机器骑起来显得笨头笨脑，但是，德赖思的能够驾驭前轮方向11的发明标志着自行车发展的第一个里程碑。经过不断地试验，两轮车终于诞生了。当时一位试车手的速度已达每小时20公里。1818年，德赖思申请到了发明专利。3.德赖思发明自行车的消息迅速传开，一直传到法国、英国直至美洲。后来发现，这种机器即使没有平衡12器也能运行良好，摔跤往往是由于高速造成的。这就成为一些讽刺幽默13画的绝妙题材。骑“木马”风行一时，甚至在妇女14中。当然，他们很快就成为漫画家们的目标。尽管德赖思为“木马”申请到了专利，可是贴有“木马”标记的商标在整个欧洲被任意复制15，因此，他并未因其发明而赚到大钱。后来，他乘船去了巴西，继续他的研究。在巴西他又受到另一项发明的鼓舞，那就是他的快速写字16机，即莫尔斯（Morse1791~1872）电码机的前身。当时还没有人对德赖思的设想有任何兴趣。他作为一个怪人被社会遗弃17。为了维持生活18，他不得不用他的“木马”到处表演。一直到他死后40年，人们才为这位自行车的发明者建起一座纪念碑19。4.德赖思是位讲求实际的人，并不了解支配其发明的物理学原理。自行车运动