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第17章 推动人类文明进程的科学家 发明家(6)

1745年后,经过不到十年的刻苦钻研,富兰克林确立了电的正负性质,提出了著名的电荷守恒定律,证明了闪电和电之间的关系,阐述了莱顿瓶的作用,发明了电容器。在研究过程中,由于缺乏专门术语,富兰克林还创造了许多电学用语,这些专业词汇至今在现代电学中仍然使用,例如,正电、负电、电池、电容器、充电、放电、电击、电枢、电刷、导体等等。

富兰克林最重要的科学成就就是研究大气中的电。风筝实验是他一生中最光辉的篇章。

1752年7月的一天,在隆隆的雷电声中,富兰克林和他的儿子把丝绸风筝放上了天空,风筝上绑了一根细铁丝,和风筝相连。开始没有什么感觉,等雷电闪过之后,富兰克林拿着麻线的手突然有麻木的感觉,他赶紧用丝绢把手里的麻线裹起来,因为丝绢不易导电,这样危险就小一些。在麻线下端连着细铁丝系了一个金属的钥匙,只见钥匙上有火光穿了过来。伟大的预言被证实了!闪电确实是一种放电现象,从而打破了电是“圣火”之类的神话,科学地说明了:雷的成因是电造成的。

富兰克林的风筝实验不仅破除了人们对雷电的迷信和畏惧的心理,而且还促使富兰克林发明了避雷针。避雷针的发明,是电学史上首次重要的应用,当时也是唯一的应用。

在随后的岁月里,富兰克林继续着他的科学研究,他一生的贡献是多方面的,除电学外,他在光学、化学、热学、植物学方面也都有所建树,在天文、地质、地磁、气象、化工、机械、直至钟表、乐器等方面都有所发现和发明。有人曾统计过,富兰克林的科学研究活动达19个领域之多。尤为难能可贵的是,这一切都是业余进行的,而且走到哪里就搞到哪里。

富兰克林的一生是勤奋的一生,卓有成就的一生。他的谦虚,他的勤奋,他的好学以及他为捍卫科学而不惜牺牲生命的奋斗精神都是永远值得我们后人学习的。

10.瓦特:工业革命的缔造者

生平简介

瓦特出生于1736年的英国,瓦特的父亲是一位造船木工,祖父、叔父都是机械工人,家庭的影响使瓦特从小就爱摆弄机械,瓦特的母亲是位智力过人的聪明女人,童年时的瓦特就跟这样一位天才的母亲学会了文字和有关知识。

瓦特上学后,身体不太好,平常沉默寡言并不引人注意。而且,在学校里,瓦特一直被认为是一个“愚钝而不聪明”的孩子,这可能与他孤僻的性格和不善言辞有关。

中学毕业后,瓦特开始在父亲的车间里劳动。这个车间主要制造船舶的装备以及制作船舶等所需要的各种小型木工器具,此外,还进行舱头装饰的雕刻,制作炮架、滑车、辘轳等。对瓦特来说,这是最好的学校。在这里,瓦特童年就有的手工操作技能得到了很好的发挥。无疑瓦特在手工劳作方面的造诣,决定了他日后的发展方向。

1753年对瓦特来说是非常不幸的一年,这一年,他的母亲去世,父亲在商业上又不顺利,所以,瓦特只好自谋生路,干起了制造数学器具的工作。1754年6月,瓦特带着少量的工具和一个皮制围裙只身前往格拉斯哥市,投奔到母亲的亲戚那里。在那儿他结识了格拉斯哥大学的罗伯特-迪科教授,由于迪科的劝说,他决定前往伦敦,因为当时的伦敦云集了很多优秀的器械制造者。

1755年6月,年仅19岁的瓦特前往伦敦。在伦敦,为了找师傅,他费了一番周折,最后才投奔到约翰·莫根的门下,跟莫根学习制造直尺和罗盘等。

不久瓦特在街上开了一家小店铺,出售各种数学器具、乐器,各种玩具以及其他一些杂品等。瓦特对各种事情都抱有浓厚的兴趣,1763年,他和迪尔福特菲尔德陶器制造公司有了联系,开始研究瓷器。他还对化学感兴趣,并从格拉斯哥大学化学系的一位教授那儿学得了许多化学方面的知识。另外,1765年,他还设计了通过透视法描图的装置。

1764年7月16日,瓦特和表妹马格里特·米拉结婚,米拉是一位非常温柔贤淑的女性,在瓦特日后的事业中,她成了瓦特的主心骨。如果没有她的鼓励,瓦特可能就不会有日后的重大发明。

后来,瓦特终于发明蒸汽机。1819年8月25日,瓦特去世,终年83岁。

历史业绩

瓦特完成蒸汽机的发明可分为两个阶段,第一阶段是1763~1769年间完成改革纽可门的单冲程蒸汽机,第二阶段是1769~1784年问完成了双冲程蒸汽机的发明。

1763年,瓦特受格拉斯哥大学教授约翰·安塔逊的委托,修理纽可门式气压蒸汽机的模型。从此,作为一名普通机械技师的瓦特才得以接触蒸汽机。瓦特仔细研究了这台蒸汽机模型,并探索了克服其缺点的办法,但他没有资金。该大学的化学教授布拉克帮助了他,布拉克借钱给他制作新的模型机,并把自己在潜热研究上的心得告诉了他,使他知道汽缸内蒸汽冷却就是把蒸汽内的潜热转让给冷却水。那么潜热的转让是否一定要在汽缸内进行呢?能否保持汽缸的原有热量,还能使蒸汽冷缩呢?瓦特整日里思考着这个问题。据他自己说:“那是在洛拉斯哥大草原上考虑出来的。我说去散步,但是,散步时我一直在思考发动机的问题。突然在脑海里出现了这样一种想法,蒸汽是弹性的问题,所以可以进入真空中。如果汽缸和排气的容器相连接的话,蒸汽就可进入容器内,无需再冷却汽缸,蒸汽就可在排气的容器中得到冷却。”他的这一想法导致了他的冷凝器的发明,并于1765年取得了发明冷凝器的专利权。后来,他把冷凝器安装到纽可门蒸汽机的汽缸外,使汽缸内的蒸汽排至冷凝器内冷却,从而避免了汽缸降温,克服了纽可门蒸汽机的主要缺点。因而于1769年制成了单冲程大动力蒸汽机,并于同年获得专利权。

瓦特所制作的单冲程大动力蒸汽机尽管克服了纽可门蒸汽机的一大缺点,但其效率仍然很低。为了制造更加实用的蒸汽机,瓦特负债累累,屡受挫折。但他坚持努力,数年如一日,终于在1784年走向了成功。这一年,瓦特采用汽缸套防散热,用曲轴同活塞连杆连接起来,变往复运动为旋转运动,改进了配汽机构并装置了调速器,终于发明了转速可调节的双冲程蒸汽机。瓦特发明的蒸汽机立即得到了大范围的推广,出现了蒸汽动力机械的大发展。首先从纺织工业开始,逐步向交通运输、钢铁冶炼和机床制造等重工业方面发展,从而引发了第一次世界范围内的技术革命。

1784年,瓦特被选为爱丁堡皇家学会会员,第二年又被选为伦敦皇家学会会员。1816年,格拉斯哥大学授予瓦特法学博士学位。

瓦特靠自己强烈的求知欲和勤奋好学的精神换来了伟大的成功。瓦特发明的新的实用蒸汽机,使世界进入了蒸气时代,并引发了世界第一次技术革命,其功不可没。

11.拉瓦锡:化学科学的奠基人

生平简介

拉瓦锡于1743年8月26日出生于巴黎,父亲是巴黎高等法院的专属律师,母亲也出身于富裕的律师家庭。拉瓦锡11岁时进入当时巴黎的名牌学校——马沙兰学校。在校时他一直热心钻研自然科学,并逐渐加深了这方面的兴趣。中学毕业的暑假,拉瓦锡跟随著名的矿物学家让·艾蒂安·格塔尔去考察几个山区,绘制法国矿产地图。在这个夏天里,拉瓦锡确实知道了很多东西。地下蕴藏的各种矿物可真多啊!多少物质还保持着自己的秘密尚未发现的元素的秘密。

1761年,拉瓦锡进入索尔蓬纳学院学习法学。他除了按时去听罗马法的课学习法典外,还抽时间去听著名化学教授鲁埃尔的课。在化学课上,拉瓦锡了解到酸和盐及格塔尔的理论,认识到还有很多问题有待解决。当教授讲一物体燃烧过程中本身挥发掉一种特殊物质——燃素时,他很感兴趣地听着。拉瓦锡从鲁埃尔那里还了解到了元素。他在法国图书馆找到了罗伯特·波义耳的著作,反复看了好几遍。与此同时,拉瓦锡还在发奋准备法学考试。

1763年春天,拉瓦锡顺利地在法学院毕业,获得了学士学位。

1768年是决定拉瓦锡命运的一年,他担任了征税承包业主,并被任命为皇家科学学士院会员,1775年,又就任兵工厂监督这一官职。他在兵工厂内造了间实验室,他的大部分财产都被用于这个“实验研究所”。在这个研究所中,“爆发了一场为一门现代科学奠定基础的革命,使世界生活发生了深刻变化”。

1789年,拉瓦锡的《初等化学概述》出版,随后,法国资产阶级革命爆发,作为税收承包业主的拉瓦锡被捕入狱。1794年5月,拉瓦锡被杀害。

历史业绩

当时一些化学家“证明”水可以变为泥土。他们曾注意到,在一个密封的装有水的容器里,水蒸发后,容器里面留下了一些土一样的渣滓。“由此可见,土生于水”。

就是针对这种主张,拉瓦锡才取得了他的第一个重大发现。自从他伴随格塔尔旅行时起,他就对密度和性质发生了兴趣。现在,他就开始一系列实验,来确定水蒸发后留下的土一样的渣滓,究竟是来自水的分解物,还是来自容器内部的腐蚀这一问题。他的科学座右铭是不靠猜想,而要根据事实。“我要从事实出发讲话”。他从重复多次的实验中发现并最终证明:水蒸发后余留下来的土似的渣滓,来自容器而不是来自水,因为在每次用纯清水做的实验中,在水消失后,容器所失去的重量和容器中土的沉淀物的重量是相等的。因此,“土不是水变的”,这个结论意味着炼金术和炼金术所主张的“水变土,土变铁,铁变金”的学说,最终被推翻了。

这只不过是拉瓦锡很多实验的开始。他进而证明,植物并不仅仅是“一定分量的水所变成的一定分量的木”。而是水、土和空气各种物质的综合体——植物在其中生存并且从中摄取营养。

拉瓦锡对空气的构成特别感兴趣。在他之前有些科学家早已观察到空气有不同的“种类”——也就是说,有不同的气体。但直到1777年拉瓦锡才宣布,空气包含“两种有伸缩性的流体,一种可供呼吸,另一种则具有毒性”。对于这种可供呼吸的“生命攸关”的流体,他以“氧气”这个名称加以命名。他也第一次给元素这个化学名词下了定义。拉瓦锡称元素为“一种用化学分解方法不能分解成任何更简单的物质的那种物质”。

这就奠定了现代化学整个结构的基石。在这个基础上,拉瓦锡不但发现了一个崭新的化学理论,也汇编了一部崭新的化学词典。拉瓦锡所发明的许多术语,至今都还是化学家们的国际通用词汇。

1789年拉瓦锡的《初等化学概论》出版,在写作该书的过程中,他恪守一个准则:永远只从已知进到未知,永远只从观察到的结果归纳出特定的原因。他说:“我只讲事实。”他的《概论》的出版,标志着现代化学的一个新纪元,为拉瓦锡同时代的大多数科学家进入大自然这间神秘的实验室,打开了一扇新的大门。

安东·罗兰·拉瓦锡是18世纪法国著名的化学家。他创立了化学科学,为化学元素的现代研究奠定了基础。他的科学精神和不怕困难的拼搏意志永远激励着后来人。

12.富尔顿:献身航运的发明家

生平简介

1765年,富尔顿生于美国宾夕法尼亚州的兰卡斯特,父亲是一个贫苦的农民。富尔顿幼年丧父,9岁时才上学,’在学校时功课学得并不很好。但是,他心灵手巧,从小爱好美术和手工。少年时代,他就爱思考各种问题。传说他15岁时曾在一条小船上装了一个手摇桨叶,用手摇动,靠桨叶转动打水就能推动船只前进,充分显示了他的创造才能。

富尔顿只上了几年小学,14岁时就进了一家珠宝商店当学徒。富尔顿还从一位制枪匠那里学到了制造汽车的技术和各种枪支的检验方法。17岁时,富尔顿到费城学习绘画10~”在一家机器制造工厂里作机械制图工作。

1787年,22岁的富尔顿,只身前往英国伦敦学习绘画。不久,蒸汽机的发明者瓦特邀请他去为自己画一张肖像。就这样,富尔顿结识了瓦特和其他几位机械发明家。富尔顿从瓦特那里了解了蒸汽机的原理和作用。于是便对机械技术产生了兴趣,后来,在瓦特的影响下,富尔顿改变了自己想做一名画家的初衷,决心做一名工程师。随后的数年时间里,富尔顿边工作边刻苦自学。他先后学习了高等数学、化学、物理和透视图,还先后学习并掌握了法文、德文和意大利文。

1793年,富尔顿到了法国巴黎,得到了法国皇帝拿破仑的支持。从此,富尔顿开始了他的艰苦卓绝的造船生涯。

历史业绩

在仔细研究了前人制造轮船失败的情况下,富尔顿感到有许多技术问题必须解决,比如船的吨位同动力大小的比例问题,船身长和宽的比例问题,桨轮大小的问题等等。为了解决这些问题,富尔顿从1793年底开始实验,一直持续了九年。这是何等艰辛、曲折的九年啊!一次次挫折,一遭遭失败,有时甚至面临“山穷水尽”的绝境。但富尔顿始终镇定地迎接着这一切,他怀着不达目的决不罢休的决心,终于取得了必要的技术数据。1803年,富尔顿制造了一艘长70英尺、宽8英尺,装有一台8马力蒸汽机的轮船,在塞纳河上试航成功,不料,天公好像故意同富尔顿为难似的,一场暴雨竟在当天晚上就摧毁了富尔顿九年心血的结晶。

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