?法拉第的实验室
虽然法拉第最早发现磁变化能够产生电,之后又有无数发明家尝试着各种方式试图使得电能真正地服务于人类,但是发电机真正能够大规模应用却在很大程度上依赖于一位天才的发明家以及工程师——维尔纳·冯·西门子 。
发电机的发明,让电能照亮世界
1866年秋天,当时已经五十岁的西门子创始人维尔纳·冯·西门子始终在思考一个问题:如何提升现有发电机的发电效率?虽然此时距离法拉第提出电磁感应原理已经过去了三十多个年头,但是在发电机的发电效率上始终难取得突破 。
?维尔纳·冯·西门子
在当时,电能的产生依赖于化学电池和小型发电机,除了电报通讯和一些简单的电应用,如此小的电量根本无法支持电能的其他应用 。一些大规模的电力应用,比如说路灯或是发电厂,在当时的条件下根本不可能实现 。为了产生照亮某个地方的电能,必须在这个地方周边安置一个容纳发电机的建筑,以放置利用永磁性发电的的磁电设备,这些设备庞大又低效,仅仅只能产生700瓦特的电能却重达2000公斤 。而且永磁体的缺点显而易见,不仅产生的磁场弱,在使用的过程中磁性还会不断降低 。这些弊端正是当时的西门子要思考解决的问题,他的目标在于实现更高速的电枢转速以及产生更强的磁场 。
为了实现这两个目标,西门子标新立异地想出通过为发电机增加两个极靴来减少电磁的损耗,再将导体盘绕成线圈,并让其在磁场中旋转,如此循环往复,导体两端产生交流电,极性转换器随后将其转化成直流电 。这一发明最巧妙的地方是,把生产出来的电力送回电磁铁 。也就是说,它一遍又一遍强化电磁铁磁性直到铁芯完全磁化,从而在磁场和电流之间产生了一个正反馈循环 。而西门子的这一思路来源于他的另一项重要发明——指针式电报机中使用的发电机 。
经过数周的测试,西门子确信他的这一发明是发电机领域的巨大突破 。与使用永磁体的发电机相比,他所设计的发电机要轻85%,而发电量却提高了35%,与此同时,在产生同样电能的情况下它的价格比前者要低75% 。
?西门子发明的发电机
那一年,英国人惠斯通(Sir Charles Wheatstone)和瓦利(Samuel Alfred Varley)也分别独立地发明了自励式直流发电机 。
一个新的时代就此开启了,更高效且便宜的电能在这一发电机出现之后成为可能 。人类从这之后才真正进入电气时代,电能也从此开始点亮世界 。
作为以电能为代表的第二次工业革命的参与者以及推动者,西门子在电气化领域一直走在时代的前列 。在蒸汽机车依旧广受欢迎的1879年,63岁的维尔纳·冯·西门子展示了世界上第一条电气化铁路 。这之后,西门子很快意识到电动列车在运输中的潜能 。两年之后的1881年5月16日,西门子在柏林的里特希菲尔德投资新建了世界上第一条电车轨道 。这一段只有2.5公里的电车路线成为了人类交通史上的里程碑,开启了电动列车的辉煌时代,无论是电车、地铁还是高速列车皆肇始于此 。
1896年,为了庆祝匈牙利帝国的千禧年,西门子在布达佩斯修建了欧洲大陆的第一条电气地铁线路,而这条线路至今仍在布达佩斯的地铁线路中发挥着作用,并于2002年列入了联合国教科文组织世界文化遗产名录之中 。
?世界上第一列电车
人工智能时代的电能前沿技术
时至今日,我们的发电机依旧遵循着西门子所设计的发电机原理,但是一代又一代和维尔纳·冯·西门子一样的工程师们将它与最前沿的技术相结合来更高效的产生电能 。
?西门子为布达佩斯修建的电气地铁
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