能源的運用—電力與石油(上)

繼運用煤炭的低一次工業革命後，第二次工業革命主要是電力系統的建立以及內燃機的發明(後者要真正大規模利用要到一戰二戰)。

電的發現與學理建立簡史

早在對於電有任何具體認知之前，人們就已經知道某些魚類會放電，以及烏雲密佈時從天而降的雷。根據西元前2750年撰寫的古埃及書籍，這些魚被稱為「尼羅河的雷使者」，是所有其它魚的保護者。而阿拉伯人可能是最先了解閃電本質的族群。他們也可能比其它族群都先找出電的其它來源。早於15世紀以前，阿拉伯人就創建了「閃電」的阿拉伯字 「raad」，古希臘也有學者發現皮毛摩擦後會有類似起電的現象。

但是直到十八世紀富蘭克林在1752年5月10日看守此實驗室的士兵看到了放電。實驗的成功轟動了全世界，而接著有很多地方追試實驗。富蘭克林本身卻覺得此實驗不夠完整來證明電，於是想到一個新的實驗，該實驗他在給Collinson的信中說：「用兩隻小木片縛成十字架風箏的骨架，再用絲的手帕縛在骨架四端即成風箏。並在風箏上端繫住一尖頭的鐵絲，風箏線的另一端用絹絲連結，在連接處掛一把鑰匙。」他帶著兒子兩人到荒野，為了避雨就由臨時的小屋內放風箏，忽然看到絲上的纖維張直。他就用手指靠近鑰匙，果然產生了強的火花。他就將萊頓瓶接到鑰匙，充了更多電後做放電的實驗。由此實驗，終於證明了雷就是電。在1752年9月的信中，他描述在他家立了一根鐵棒，並結兩個鈴，使其帶電會響。利用此裝置做了很多次實驗，並得到「大多數的雷雲是帶負電」結論。(絕對不是傳說中的直接到室外放風箏引雷，哈哈)

十八世紀80年代，意大利科學家伽爾瓦尼在解剖青蛙時，發現兩種不同的金屬接觸到青蛙會產生微弱的電流。這是人類第一次發現了流動的電，這種流電為制造電池創造了可能。但是，伽伐尼以為這是來自青蛙體內的生物電。而意大利物理學家伏打知道這件事情后，意識到這可能是因為兩種不同的金屬有電勢差，因此產生了流動，而青蛙的作用相當于今天我們說的電解質。

電池的發明除了在科研和生活中有實際的用途，其實還證實了一件事，就是能量是可以相互轉化的，當然在伏打的年代大家還不知道這個道理。

有了電池后，科學家們得以將電學的原理搞得很清楚了，接下來就是如何利用電能的問題了，人們要真正動手改造和利用電了。

發明電燈卻發現更多新問題

照明早在人類懂得用火的時候也一併出現，在夜裡拿火炬燒草堆除了趕野獸，在夜間也可以照亮周遭環境延長夜間活動時間、令人類能夠進入未知的深處如山洞等等，後來人們將液態燃料放在石製或鐵製的容器裡，再以棉繩吸取燃料加以燃燒之，在黑暗中發出光芒，就是所謂的燈。

一直到十九世紀上述這種燃料燈都是主流，1801年，英國化學家戴維將鉑絲通電發光。他亦在1810年發明了電燭，利用兩根碳棒之間的電弧照明。1854年亨利·戈培爾使用一根炭化的竹絲，放在真空的玻璃瓶下通電發光。他的發明今天看來是首個有實際效用的白熾燈。他當時試驗的燈泡已可維持400小時，但是並沒有即時申請設計專利。

1850年，英國人Joseph Wilson Swan開始研究電燈。1878年，他以真空下用碳絲通電的燈泡得到英國的專利，並開始在英國建立公司，在各家庭安裝電燈。

1874年，Henry Woodward與Matthew Evans兩名電氣技師申請了一項電燈專利。他們在玻璃泡之下充入氮氣，以通電的碳桿發光。但是他們無足夠財力繼續發展這發明，於是在1875年把專利賣給愛迪生。

匈牙利化學家Sándor Just跟克羅埃西亞發明家Franjo Hanaman發現比起碳燈絲，使用鎢當作燈絲能夠使燈泡更亮並且壽命更長，他們兩人在1904年獲得了匈牙利的專利（No. 34541），並且在匈牙利開始在許多歐洲國家銷售鎢絲燈泡。之後在1906年，GE發明一種製造電燈鎢絲的方法。最終廉價製造鎢絲的方法得到解決，鎢絲電燈泡被使用至今。

聰明的讀者，有沒有發現到跟我們小時候讀的課本不一樣，竟然不是愛迪生發明電燈。其實愛迪生算是改良電燈的燈絲並將電燈加以商業化的推手之一，在這邊講個小故事，斯旺曾控告愛迪生侵犯專利，並且獲得勝訴。愛迪生在英國的電燈公司被迫讓斯旺加入為合伙人。但後來斯旺把他的權益及專利都賣了給愛迪生。在美國，愛迪生的專利亦被挑戰。美國專利局曾判決他的發明已有前科，屬於無效。最後經過多年的官司，愛迪生才取得碳絲白熾燈的專利權。

其實筆者第一次接收到這樣的資訊也一時間頭腦轉不過來，不過這也應證一個道理：不需要全部相信歷史，因為歷史都是溫拿們寫的，其他凡夫俗子的故事根本上不了檯面。真正的歷史還是要找原始的當代資料，要不然閱讀官方的歷史很多資訊都被掌權者或支配者過濾了。

不過如過沒有愛迪生的商用推廣，電燈得到運用的腳步也會慢上許多，可是隨著城鎮開始電燈普及，一個大問題產生了，電不夠用啊，該怎麼辦呢？

其實在1832年，法國人畢克西發明了手搖式直流發電機，其原理是通過轉動永磁體使磁通發生變化而在線圈中產生感應電動勢，並把這種電動勢以直流電壓形式輸出，之後又有自勵式直流發電機、環形電樞發電機等，但都是自家或工廠使用的小型發電機。

直到電燈逐漸在歐美一些城鎮中普及起來時，由大型發電機組所組成的發電廠才在十九世紀末二十世紀初開始出現，解決了自家發電機發電量不足的窘況，但從發電廠發出的電基本上都是數十萬甚至百萬伏特的高壓電，不能直接輸送到家中，便須邀在傳輸途中多次降壓，在沿途設置多個變電所，即構成所謂的電網。

發電廠與電網提供大量且穩定的電力，在電燈之後，又發明了洗衣機、烤箱、冰箱、空調等家電，將人類從古代繁重的家務勞動中解放出來，令單身獨居的生活成為選項 。

本來想一次講完，但電的部分實在太多了，如果一次講完可能篇幅太常，所以石油留到下周再講，不好意思了。