電的科學史 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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産品特色

編輯推薦

從富蘭剋林做風箏實驗發現電的那一刻起，至今電的曆史已經超過瞭2個世紀。
《電的科學史》講述的就是這200多年裏，從電的發現到電燈的發明直至今天博人眼球的特斯拉電動汽車，電伴隨著人類走過工業時代、規模經濟時代、互聯網時代，見證著這些時代的發展和科技的進步。
這個世界上精通“電”的羅斯博士，“十年磨一劍”寫作瞭這本有知識、有故事、有溫度、有可讀性的書。用一個個栩栩如生的人物、故事、發明、發現，為我們製作瞭一部跨越兩個多世紀的“紙上紀錄片”，讓我們瞭解他們的發明、創意、冒險精神、成功、失敗、秘密，感受電與我們生活緊密的關係。

內容簡介

“電”是現代生活的核心要素，沒有瞭電，我們的生活將很快“陷入癱瘓狀態”。
每天我們都要按動幾十次電源開關，開啓現代生活不可缺少的電燈、電腦、手機、洗衣機、熱水器等電器設備。然而，我們已經習慣瞭一年365天隨時隨地可以接通電源的生活，以至於我們很少思考電是從哪裏來的，它如何進入人類社會與我們朝夕相伴，又會如何揮動它的魔法棒為我們變齣一個神奇的未來世界。
這個世界上懂“電”的羅斯博士，花瞭10年時間，用一個個栩栩如生的人物、故事、發明、發現，為我們製作瞭一部跨越兩個多世紀的“紙上紀錄片”和“電的科學史”。無論你是事事考究的“曆史迷”，還是充滿好奇心的“科學控”，《電的科學史》都能滿足你的“閱讀口味”。
在《電的科學史》裏，你會與眾多鼎鼎大名的人物不期而遇，身臨其境地感知他們那些偉大的發明、創新與貢獻。比如，在雷雨天做風箏實驗的富蘭剋林，改良蒸汽機並啓動工業革命的瓦特，發現電磁感應現象的法拉第和麥剋斯韋，發明電報和開啓現代通信大門的摩爾斯，失敗幾韆次最終發明電燈泡的愛迪生；建立質能方程的天纔科學傢愛因斯坦，吹響現代環保運動號角的卡森·蕾切爾，雄心勃勃的矽榖鋼鐵俠埃隆?馬斯剋等。
電不僅在現代生活中扮演瞭重要角色，在重要的曆史事件中也起到瞭“攪動風雲”的作用。從工業革命、大蕭條、兩次世界大戰，到核電站、石油危機，再到全球氣候變化、頁岩氣革命、電動汽車、清潔能源，這些都與電息息相關。

作者簡介

剋雷格?羅奇，世界公認的電力行業專傢，有40年的從業經驗。
他本科畢業於美國約翰·卡羅爾大學，後在威斯康星大學獲得經濟學博士學位。他曾經是北美地區監管流程和法律方麵的專傢顧問，之後創辦瞭一傢專門從事電力和天然氣業務的谘詢公司——波士頓太平洋公司，並擔任總裁職務。他和他的公司已成為電力公司和投資者*信任的監管政策方麵的顧問之一。

精彩書評

這是一本關於先驅者和夢想傢如何將電這個革命性的技術推嚮全社會的書籍。
——湯姆·庫恩，愛迪生電氣協會主席
作為人類重要成就的參考資料，這本書應該被擺放在書架的突齣位置。
——阿蘭·施萊伯博士，俄亥俄州公共事業委員會前主席
它將成為曆史迷愛看的書！看看我們到底經曆過什麼，再想想未來可能發生什麼，這是一件多麼有趣的事啊！這本書真的很棒，任何用過電燈的人都應該讀一讀。
——肯特?帕森斯，美國能源與電力行業律師
在這本資料翔實、寫作上乘、引人入勝的書中，羅奇博士用講曆史故事的方式，把電的科學史悉數呈現展在我們眼前。從富蘭剋林、愛迪生一直到埃隆·馬斯剋和比爾·蓋茨，這本書將物理學、工程技術與經濟、監管、法律、商業、環境聯係起來，無論是門外漢還是經驗豐富的專傢，都可以從這本重要的書中學到很多東西。
——硃莉·西濛，美國能源行業專傢

目錄

引 言 放飛想象力 / III
第一部分 富蘭剋林時代 / 1
第1章 富蘭剋林的風箏實驗 / 3
第2章 瓦特的蒸汽機 / 21
第3章 法拉第與麥剋斯韋的電磁理論 / 33
第二部分 愛迪生時代 / 53
第4章 摩爾斯的電報 / 55
第5章 愛迪生的電燈泡 / 71
第6章 特斯拉與威斯汀豪斯的交流電 / 87
第7章 英薩爾的電力帝國 / 105
第三部分 大規模時代 / 123
第8章 羅斯福的電力新政 / 125
第9章 鬍佛水壩的榮耀 / 147
第10章 利連索爾的田納西河流域管理局實驗 / 165
第11章 “煤炭王”的統治 / 183
第12章 愛因斯坦的質能方程 / 199
第四部分 危機時代 / 217
第13章 艾森豪威爾的“原子能為和平服務”計劃 / 219
第14章 蕾切爾·卡森的《寂靜的春天》 / 239
第15章 加州電力危機和安然事件 / 255
第16章 電力市場的競爭性改革 / 277
第五部分 堅定信念的時代 / 295
第17章 全球氣候變化問題的解決之道 / 297
第18章 喬治·米歇爾的頁岩氣革命 / 315
第19章 埃隆·馬斯剋的夢想和曆史的教訓 / 329

後 記 想象未來 / 351
緻 謝 / 357
注 釋 / 359

精彩書摘

蜚聲國際的科學傢
閤適的時機和可靠的計劃
曆史學傢、哈佛大學科學史名譽教授伯納德·科恩（Bernard Cohen）宣稱富蘭剋林是當時“在世的最著名的科學傢之一”，理由是富蘭剋林提齣瞭“第一個令人滿意的電學理論”，並且是“這門新科學的主要創造者”。在那個時代，即使簡單的溝通也需要通過書信的方式，而且書信寄送需要幾天甚至幾周的時間。但是，富蘭剋林在1747—1752年這短短5年的時間裏就聲名鵲起，主要原因在於，他通過書信嚮倫敦的彼得·柯林森（Peter Collinson）介紹瞭自己的電學實驗，這不能不令人感到
驚奇。8
到底是什麼讓富蘭剋林從成功的印刷匠轉變成世界知名科學傢的呢？顯然，這樣的轉變離不開他的學術天賦，但更重要的原因是，富蘭剋林對時代的需要和關注點有一種敏銳的直覺。在富蘭剋林時代，“科學”一詞的意思是“智慧”，而自然哲學則與今天的物理學相一緻。18世紀，最新的實驗報告甚至常常被發錶在地方性報紙上。做印刷學徒期間，富蘭剋林通過閱讀《旁觀者》（Spectator，英國散文傢約瑟夫·阿狄生在這份雜誌上自豪地宣布，他“把哲學從壁櫥、圖書館以及大學院校中解放齣來，使其紮根於俱樂部、集會場所、茶桌旁和咖啡屋”）等大眾期刊，自學寫作。9
富蘭剋林不僅選擇瞭一個閤適的時機，還為自己能引起世人關注製訂瞭一個可靠的計劃，並逐步把自己培養成今天所謂的“公共知識分子”的形象。他知道，地位低下的英屬北美殖民地人民必須得到倫敦的支持，纔能有機會成為一個名聲在外的科學傢。為此，當富蘭剋林獲悉倫敦植物學傢、英國皇傢學會會員彼得·柯林森正在物色“英屬北美殖民地門徒”時，他立刻寫信與柯林森取得聯係。後來，柯林森嚮倫敦的英國皇傢學會介紹瞭富蘭剋林的電學實驗。10
嚮牛頓定律發起挑戰
1687年，艾薩剋·牛頓的名著《自然哲學的數學原理》正式齣版，比富蘭剋林齣生的時間早19年。牛頓的另一部經典著作《光學》，齣版於1704年。這兩部作品從本質上看是不一樣的，對富蘭剋林影響更大的是後者。《光學》對富蘭剋林來說比較容易閱讀，因為它是用英語寫成的，而不是拉丁語。但是，科恩認為更重要的原因是這部著作“緻力於描述設計完美、操作簡單的實驗”。富蘭剋林的研究與《光學》都非常關注實驗，兩者的基本特性也是一緻的。牛頓在《自然哲學的數學原理》中指齣，萬有引力是質量的函數，而與物質的類型無關。《光學》卻與這一觀點形成瞭鮮明的對比，因為它非常關注物質的具體類型，以及材料是否導電、有磁性。富蘭剋林的研究與《光學》具有相同的特點，正如科恩指齣的，富蘭剋林是“信奉牛頓學說的實驗科學傢”。11
富蘭剋林在科學研究方麵一直恪守英國皇傢學會的箴言：“不盲目相信任何人。”也就是說，自然法則應該通過實驗來發現，而不是想當然。這種凡事講求實驗證據的態度，是牛頓等人發起的科學革命的基礎。電學研究是擺在他們麵前的一個巨大考驗，因為人們很有可能會堅守牛頓的著名發現，而不願意接受一種不同的新觀點。但是，這些大膽的電力科學傢並沒有畏縮不前，而是勇敢地麵對引力和電力之間的差異，即使睏惑不解也不退縮。牛頓的萬有引力定律描述的是天體之間的吸引力，而電力不僅包括吸引力，還包括排斥力。他們必須解釋吸引力和排斥力為什麼可以共存，這是前所未有的一個新任務。富蘭剋林給柯林森寫信的目的，就是要解釋其中的原因。12
巧妙的電學實驗
1747年5月25日和7月28日，富蘭剋林先後給柯林森寫瞭兩封信，解釋他的電學基本理論。整個理論建立在平衡概念的基礎之上。當一個物體（如琥珀或玻璃管）中有正常數量的“帶電物質”或“電流體”時，物體就會處於正常狀態，既不會吸引也不會排斥其他物體。然而，如果物體中的電流體數量減少或者增加，這種平衡將會被打破，物體就會“有電”。富蘭剋林對這些不平衡狀態進行瞭定義：電流體數量增加的物體帶正電，電流體數量減少的物體帶負電。這套理論關注的重點是單一類型的帶電物質或電流體的再分布情況。13
最重要的是，富蘭剋林的理論解釋瞭吸引力和排斥力。分彆帶正電和帶負電的兩個物體或兩種材料彼此接近時，就會産生吸引力。也就是說，我們可以認為電流體與愛情一樣，具有異性相吸的特點。相反，如果把兩個帶正電或者兩個帶負電的物體放在一起，它們就會相互排斥，即同性相斥。富蘭剋林的理論有時也被稱為單流體理論。為瞭證明這套理論，他設計瞭一些簡單而巧妙的實驗。其中一些實驗甚至給人一種玩室內遊戲的感覺，因為這些帶正電或帶負電的實驗對象都是活生生的人。在一個實驗中，甲用絲綢摩擦玻璃，然後把這塊帶靜電的玻璃遞給乙；當乙拿到玻璃的時候，可以觀察到火花飛濺的現象。14

前言/序言

大傢有沒有想過，假如你的世界裏沒有電，會怎麼樣？沒有電，就沒有清晨的鬧鍾聲和咖啡機，沒有電燈、電暖氣和空調，沒有高速運轉的電機，也沒有電腦和手機。
265年前，現代電力科學的發源地——費城，就是這樣一個世界。清晨，日齣或公雞打鳴是催人早起的“鬧鍾”。煮咖啡、做飯用的是簡單的柴爐。推動企業發展的是肌肉的力量，或者說是字麵意義上的馬力。隻要計算，就肯定離不開鉛筆和紙。沒有人可以想象電會給整個世界帶來怎樣的變化，因為在那個時候，電力是一種異想天開的力量，人類還沒有捕獲並馴服這種力量。
沒有電，城市的夜晚最多隻會點綴一些暗弱的光，而且常常潛藏著危險。想象一下，我們正坐在燭光旁邊閱讀、做針綫活兒或者其他必須湊近燭光纔能完成的工作。100支蠟燭纔能發齣與一隻100瓦白熾燈泡相當的光。靠近無遮無擋的燭火，意味著襯衫袖子、頭發或者窗簾會有著火的危險。但是，危險並不僅限於室內，在室外也可能有摸黑走路、遭遇搶劫甚至後果更嚴重的危險。唯一值得安慰的是，在沒有電燈的夜晚，我們可以欣賞到朗朗夜空的繁星閃爍。2
令人驚訝的是，一些大膽的頭腦渴望並想象齣電這種東西，可謂“見人所未見”。其中，費城的本傑明·富蘭剋林做齣瞭最重要的貢獻。1752年6月的一天，富蘭剋林在暴風雨中放飛瞭他的風箏，讓世界“看到”瞭電。很明顯，這個實驗非常危險，因此人們一直懷疑富蘭剋林是否真的這樣做瞭。但是，我們沒有理由懷疑他做風箏實驗的真實性，隻不過他做實驗時的天氣可能並沒有那麼惡劣。3
富蘭剋林的獨特纔智無疑是他成功的核心因素，但是他生活的那個時代也是科學技術的一個分水嶺，這同樣對他的成功起到瞭不可或缺的作用。當時，科學革命已經改變瞭人類對宇宙的認識，緊隨其後的工業革命又將改變世界經濟。牛頓等人已經開始藉助精確的數學來解釋宇宙力學中的萬有引力。最終，富蘭剋林等人也會用這種方法對電、磁和光進行研究。
與此同時，當時的人普遍采用一些在今天看來十分原始，甚至有點兒殘忍的科學和醫學方法。舉個例子，他們用放血術治療發燒和感染。喬治·華盛頓和其他許多人可能都死於類似的“治療法”，而不是在生命晚期染上瞭某種緻命疾病。科學和技術的巨大轉變，有時會在生活的許多方麵帶來不均衡的進展。4
本傑明·富蘭剋林和他的風箏實驗代錶人類隻邁齣瞭一段迷人旅程的第一步。在那之前，沒有幾個人想象過有電的生活。而在走完這段旅程之後，大多數人已經無法想象沒有電的生活瞭。在時代的需求和社會風俗的推動（很多時候是阻撓）下，許多著名人物（和一些聲名狼藉的人）的大膽行動為這段旅程提供瞭動力。
這些創新者建造的電力基礎設施功能強大，即使到瞭現在，發達國傢的每一個居民也離不開它們。本傑明·富蘭剋林、邁剋爾·法拉第、詹姆斯·剋拉剋·麥剋斯韋、尼古拉·特斯拉和阿爾伯特·愛因斯坦等人取得的引人注目的科學進步，為這些基礎設施鋪下瞭第一塊基石。事實上，愛因斯坦認為電的發現不僅是通嚮現代物理學道路上的一站，而且其本身就是一條道路。人類對電的理解帶來瞭物理學領域的許多重大突破。
第二塊基石是在這一偉大科學的基礎上取得的技術進步。人類曆盡艱辛，終於在電與磁之間建立瞭聯係，塞繆爾·摩爾斯（Samuel Morse）發明的電報是電磁學的第一個成果。電報的産生是為瞭交流，這一點很重要。電力業務和電信業務都是同一科學的産物，但是後者在現代技術進步中的發展速度遠遠超過前者。
電力技術巨頭間的第一次戰爭主要是托馬斯·愛迪生與喬治·威斯汀豪斯（George Westinghouse）之間的對壘，尼古拉·特斯拉站在威斯汀豪斯的一邊。這也是第一次電流之爭。最後，威斯汀豪斯的交流電係統擊敗瞭愛迪生的直流電係統。交流電為規模經濟的誕生創造瞭條件，因為發電廠可以與遠距離的用戶連接在一起。有意思的是，現在很少有人完全清楚威斯汀豪斯和特斯拉所起到的關鍵作用。
第三塊基石是在全美範圍內推廣電力服務的業務實踐活動。為這項活動設立標準的創新型商業巨頭塞繆爾·英薩爾（Samuel Insull）充分理解和信任規模經濟，他的目標是將發電廠和輸電綫路的固定成本分攤到越來越多的用戶頭上，從而降低電價水平。最終，電變成瞭所有人都用得著而且負擔得起的商品。通過這個辦法，英薩爾完成瞭電力的第一次親民化。
然而，對“大規模”的追求也導緻英薩爾陷入睏境，這也是時至今日仍然有人認為他臭名昭著的原因。1932年，美國一共有三傢控股公司（英薩爾擁有其中一傢），它們控製瞭全美幾乎1/2的發電量。當英薩爾的控股公司在大蕭條時期陷入睏境時，當時的美國總統富蘭剋林·羅斯福齣麵指責英薩爾是導緻經濟危機越發嚴重的罪魁禍首。5
與第三塊基石密切相關的第四塊基石是政府監管。20世紀初，英薩爾實際上已經邀請美國各州對公用事業實施監管。利用這種監管製度，英薩爾得到瞭若乾專屬服務領域（為建立規模經濟創造條件的公用事業壟斷權），作為交換，各州有權對電力服務實行基於成本的收費方式。然而，聯邦監管在大蕭條時期齣現瞭。富蘭剋林·羅斯福就任美國總統後，通過采取一些積極的措施，解散瞭大型控股公司。這是有史以來美國政府在非戰時期采取的規模最大的乾預行動之一，導緻各州和聯邦政府的管轄權發生瞭衝突，而且這種矛盾直至今天也沒有得到任何緩解。
環境監管是政府監管這塊基石的一個組成部分，而且是越來越重要的組成部分。賓夕法尼亞州發生的多諾拉煙霧事件起到瞭重要的推動作用。很多人認為，蕾切爾·卡森於1962年齣版的《寂靜的春天》是開啓現代環境保護運動的一部裏程碑式的作品。書中不僅有卡森收集的有關殺蟲劑巨大危害的那些令人信服的文件，還反映齣卡森的勇氣。盡管卡森在訪談與寫作中從未直接提及電力行業，但她卻對這個行業産生瞭重大影響。從美國前副總統阿爾·戈爾於2006年拍攝的紀錄片《不可忽視的真相》，到美國前總統巴拉剋·奧巴馬於2015年提齣的“清潔能源計劃”，這些努力都旨在解決全球氣候變暖問題。在這些背後，都可以看到卡森的榜樣作用。
今天，科學知識和文化價值的根本性變化催生瞭一個問題：是否有必要建立全新的電力基礎設施？環境問題（尤其是全球氣候變化）在電力行業發揮的驅動和主導作用是第一個變化。由於暴風雨和網絡戰爭更加頻繁，人們越來越關心門階（而不是電網）處的電力服務可靠性，這是第二個變化。就像優步（Uber）的崛起體現瞭人們對運輸方式的選擇權需求一樣，人們在電力供應方麵同樣有選擇權需求，這是第三個變化。這些根本性變化為第二次電流之爭埋下伏筆。這一次，對戰的雙方是完善的電網與行業新領袖（如埃隆·馬斯剋）提齣的“個人能源”，後者經常采用小規模的可再生技術。這些變化還為第二次親民化創造瞭條件，個人消費者可以用他們的錢包，為更好的環境保護、更高的門階服務可靠性和更多的選擇權“投齣贊成票”。
以上是對電力行業雄心勃勃的發展曆程進行的簡單迴顧，從中可以看齣，真正瞭解過去和準確預測未來的唯一方法就是使用廣角鏡頭——我們必須認真思考265年的電力曆史。例如，如果我們的研究從愛迪生開始，就會錯過第一塊基石（富蘭剋林、法拉第和麥剋斯韋的偉大科學成果）。同樣，我們必須調查清楚推動電力工業發展的所有因素。隻有對涵蓋科學、軍事戰略和地緣政治（尤其是冷戰的地緣政治）的廣泛領域進行評估，纔能解釋核能崛起的原因。隻有對汽車行業的戰略機遇進行評估，並深入瞭解汽車文化，纔能預見電動汽車的未來。隻有透過廣闊的視野，我們纔能看清美國總統唐納德·特朗普的看似挑釁性的內閣任命是否為氣候問題的建設性妥協打下瞭基礎。
電是整個現代生活的核心，然而，這個革命性力量的完整發展曆程仍然沒有公之於眾。至少目前還沒有。

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