1827年，德國物理學家歐姆（1789-1854）發(fā)現(xiàn)，電荷在導體中流動遵從一種十分簡單的規(guī)律：電流和電壓成正比。電壓和電流之間的比例系數(shù)稱作電阻，它表示導體對電荷流動所呈現(xiàn)的“阻力”。這是電學中極為重要的另一個基本定律，依據(jù)它，人們可以通過改變電阻的辦法精確地控制電流的大小，方便地調(diào)節(jié)、分配流過導體的電流，就像擰閥門調(diào)節(jié)自來水流量一樣。

然而這一定律的發(fā)現(xiàn)過程并不簡單。當歐姆著手研究的時候，習慣性地采用伏打電池作為電源，這種化學電源產(chǎn)生的電壓不夠穩(wěn)定，還會受到溫度的影響，使實驗數(shù)據(jù)似乎無規(guī)律可循。后來人們建議他采用德國物理學家塞貝克（1780-1831）在1822年發(fā)明的“熱電偶”作為電源?！盁犭娕肌笔怯蓛煞N不同金屬材料做成的裝置，利用熱產(chǎn)生電。兩種不同金屬條帶的一端固結(jié)在一起加熱，在另外兩個冷的端點之間就會產(chǎn)生電壓，電壓的數(shù)值與冷熱兩端的溫度差成正比，只要冷熱兩端溫度保持恒定，電壓就保持不變。1826年，歐姆用銅和金屬鉍做成一個“熱電偶”，銅和鉍相接的一端放在沸水里，另外兩個端點插在冰水里，溫度差總保持在100℃（當時人們已經(jīng)知道沸騰的水和冰水混合物都會保持各自恒定不變的溫度）。他在銅和鉍的冷端點之間接入粗細均勻但長短不同的銅絲，仔細觀察電流的變化。他改進了不久前剛剛發(fā)明的磁針電流計，用庫侖扭秤測量磁針的轉(zhuǎn)角，使電流測量更加精確。

1827年，歐姆出版了《伽伐尼電流的數(shù)學研究》一書，闡述了他發(fā)現(xiàn)的導體中電流與電壓成正比的規(guī)律，并且詳細論述了金屬導線電阻研究的結(jié)果：粗細均勻的導線電阻與長度成正比，與截面積成反比。歐姆的發(fā)現(xiàn)奠定了電路研究的基礎(chǔ)，但當時德國學術(shù)界不承認他的成果，拒絕發(fā)表他的研究報告，權(quán)威們認為“電學中沒有如此簡單的規(guī)律，而且歐姆只不過是一名中學教員”。

直到1841年，英國皇家學會在多次反復研究歐姆的實驗后授予他考普利獎?wù)?，歐姆的工作才引起德國學術(shù)界的重視。到1852年，歐姆成為德國慕尼黑大學教授。兩年之后，他離開了人世。人們?yōu)榱思o念他，把電阻的單位定為“歐姆”?！皻W姆”已經(jīng)成為今天電學中使用頻率最高的詞匯之一，然而人們卻很少想到它背后的發(fā)人深思的故事。

1831年，電磁學研究取得了突破性進展，英國物理學家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，為人類找到了使機械能直接轉(zhuǎn)化為電能的有效途徑。

法拉第出生在一個貧困但溫馨的家庭，父母有10個孩子。13歲時，法拉第就到印刷廠當了裝訂工。好學的法拉第通過三種途徑在艱難的環(huán)境里學習：一是努力閱讀他裝訂的書；二是加入當時一位熱心傳播知識的人組織的“倫敦哲學研究會”，這位組織者經(jīng)常請人在自己家中介紹人們感興趣的新知識，允許研究會成員閱讀自己的藏書；三是聽英國皇家學會定期為公眾講述科學的講座。通過這些途徑，年輕的法拉第走上了與眾不同的科學探索之路。

1812年，法拉第成為著名化學家戴維（1778-1829）的助手，主要從事化學方面的研究工作；1821年，他成為英國皇家學會實驗室主任。

從1820年起，歐洲掀起了研究電磁現(xiàn)象的熱潮，出現(xiàn)了各種各樣的理論。1821年，《英國哲學學報》的編輯邀法拉第寫一篇關(guān)于電磁學研究的述評，使他轉(zhuǎn)而研究這個新的領(lǐng)域。他重復了奧斯特、安培以及其他物理學家做過的許多實驗，在仔細分析這些實驗結(jié)果后，他堅信電和磁之間還有更深刻的聯(lián)系。他認為，不僅電流能夠產(chǎn)生磁，磁也會產(chǎn)生電，他希望用自己的實驗證實這種想法。在1821年之后的10年間，法拉第總是在實驗室里用電池、線圈、磁鐵和磁針，反復進行各種各樣他能夠想出來的實驗，他希望借助磁鐵的磁性或電流產(chǎn)生的磁性，在一個與電池不相連的線圈里產(chǎn)生電流，結(jié)果一無所獲。然而與眾不同的執(zhí)著和耐心，使他毫不氣餒地進行著單調(diào)枯燥的實驗。

1831年8月29日，法拉第的實驗終于取得突破性進展。他在一個軟鐵做成的環(huán)形鐵芯上繞了兩個線圈，第一個線圈與伏打電池相連，讓電流通過；第二個線圈的一端延伸出一段距離，再返回來和另一端連在一起（中間沒有電池），在延伸的導線下方放一個可以自由轉(zhuǎn)動的磁針，它距離鐵心大約1米遠，這樣的距離可使磁針不受第一個線圈電流的影響，只探測第二個線圈里的電流。當接通第一個線圈的電流時，法拉第看到磁針突然劇烈擺動，然后平靜下來回歸原位。當斷開第一個線圈的電流時，磁針再次劇烈擺動，然后平靜復歸原位。法拉第猛然意識到，磁針的擺動是由第一個線圈中電流的變化引起的，不同于當年奧斯特發(fā)現(xiàn)電產(chǎn)生磁的情況，法拉第發(fā)現(xiàn)的是磁力變化引起電流。

緊接著，法拉第又進行了三個實驗，他發(fā)現(xiàn)磁鐵插入或拔出線圈的時候，線圈里也會出現(xiàn)電流；如果線圈繞在一段鐵棍上，鐵棍兩端分別與兩個磁鐵相接，當這兩個磁鐵的另一端合攏或離開時，線圈中會出現(xiàn)電流；當一個銅盤在磁鐵的兩個磁極之間旋轉(zhuǎn)時，銅盤上也會產(chǎn)生電流，實際上，這就是最早的發(fā)電機。

1831年11月24日，法拉第在向英國皇家學會提交的報告中，把這種磁產(chǎn)生電的現(xiàn)象稱為“電磁感應”，并且概括了可以產(chǎn)生感應電流的五種途徑：電流變化、磁場變化、流過恒定電流的導線空間位置變化、磁鐵運動以及使導體在磁場中運動。實際上，法拉第已經(jīng)告訴了人們發(fā)電的五種方法，其中第五種已經(jīng)成為今天全世界共同采用的發(fā)電方式，目前人們使用的電主要用這種方法得到。

法拉第一生淡泊名利，執(zhí)著地探尋大自然的奧秘，為人類進入電氣時代鋪就了最重要的一塊基石。他謝絕了英國王室授予的“爵士”頭銜，謝絕了英國科學界希望他出任皇家學會主席的美意，只為自己保留兩個職位：一個是皇家學會實驗室主任，另一個是負責為青少年安排科學講座的秘書。

1865年，英國物理學家麥克斯韋（1831-1879）發(fā)現(xiàn)，在庫侖、奧斯特、安培、歐姆和法拉第分別發(fā)現(xiàn)的規(guī)律之間，有一種深刻的內(nèi)在聯(lián)系。他把這些定律歸納成一組統(tǒng)一的數(shù)學方程式，從這組方程式中解出一個令人驚異的結(jié)果：變化的磁場會產(chǎn)生變化的電場，變化的電場又會產(chǎn)生變化的磁場，交替變化的電磁場以光的速度向外傳播，成為電磁波；這種波的傳播方式與聲波不同，不需要物質(zhì)作為媒介，可以在真空中傳播。麥克斯韋從理論上預言了電磁波的存在，而且認為光本身就是一種電磁波。他在自己的方程式中，算出電磁波傳播的速度應為每秒31.1萬千米，與物理學家裴索（1819-1896）于1849年測得的光速每秒31.5萬千米非常接近。

從伽利略時代開始，科學家即依靠實驗發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，電磁學發(fā)展的早期，完全遵循著這條道路。隨著數(shù)學的進展，科學家開始以實驗發(fā)現(xiàn)的規(guī)律為依據(jù)，運用新的數(shù)學方法，進行高度抽象的邏輯推理探尋自然奧秘，一批精通數(shù)學的理論物理學家應運而生，這標志著人類探究自然的歷程達到了一個新的高度。

1888年，德國物理學家赫茲（1857-1894）用實驗證明電磁波的存在，驗證了麥克斯韋的理論。赫茲設(shè)計了一個十分巧妙的實驗，用充電的萊頓瓶通過火花放電，激發(fā)金屬導體組成的電路產(chǎn)生電流振蕩；在幾米之外放置接收這種振蕩信號的探測器。如果電磁波真的存在，那么當接收器的固有頻率和電流振蕩的頻率一致時，振蕩電路激發(fā)的電磁波就會在探測器上感應高電壓，從而在它的間隙上產(chǎn)生火花放電。然而，無數(shù)次實驗都失敗了，赫茲總也看不到探測器上的電火花。

有一天，新婚的妻子拉著疲憊不堪的赫茲離開實驗室到花園散步，心不在焉的赫茲看見空中一群飛來飛去的小蟲，問：“這是什么？”妻子說：“它們是螢火蟲。”他又問：“為什么看不見它們發(fā)光？”妻子說：“白天不是也看不見星星嗎？”赫茲如夢初醒，徑直跑回實驗室，拉上厚厚的窗簾，重新開始實驗。果然，在昏暗的背景下，他看到了探測器上微弱的電火花。

無數(shù)個夜晚，赫茲一次又一次地進行實驗，在振蕩電路和探測器之間放置各種物體，觀察它們對電磁波傳播的影響。他觀測到金屬平板使電磁波發(fā)生反射，絕緣體大棱鏡使電磁波發(fā)生折射，金屬凹面鏡使電磁波發(fā)生聚焦。他又根據(jù)振蕩電路的頻率和測量出的電磁波波長，計算出電磁波傳播的速度，與當時人們測得的光速相同。

1888年1月，赫茲發(fā)表了他的最終研究結(jié)果。遺憾的是，此時麥克斯韋已經(jīng)去世9年，他沒有見到自己預言的電磁波。

從馬申布洛克到赫茲，科學家以各自不同的方式探索電和磁的奧秘，發(fā)明家以豐富的想象力，把新的科學發(fā)現(xiàn)變成前所未有的技術(shù)。電從科學家的實驗室一步一步走進充滿生機的世界。

伏打電池出現(xiàn)后的第四年，人們發(fā)明了用電傳輸信息的方法。

1804年，西班牙發(fā)明家薩爾瓦發(fā)明了最早的電報。他用27條長長的電線傳送簡短的信函，這些電線的一端浸泡在酸水里，其中有一條導線的另一端固定在電池的一極，其余26條線分別代表26個拉丁字母，傳送字母時，它們與電池的另一極相連。當某個線頭與電池相連時，另一端的線頭由于發(fā)生了電化學反應，有氣體在線頭析出，因此會在酸水里冒泡。薩爾瓦就是利用這種辦法，把文字傳送到了1000米之外的地方。

1807年，英國化學家戴維發(fā)明了電解技術(shù)，他利用電池產(chǎn)生的電流使溶液中的物質(zhì)分解，使構(gòu)成化合物的成分從溶液中分離。用這種方法，戴維得到了在自然界中很難找到的金屬鈉和鉀。這種用電流“拆開”物質(zhì)的辦法非常有用，它使人們能夠用簡便的方法，把宇宙中眾多的化合物，還原成構(gòu)成它們的組分。今天人們使用的金屬鋁，就是電解熔融的三氧化二鋁礦石得到的。如果有一天人類到達遙遠的星球時，大可不必自帶氧氣，只要在那里找到水，用電解水的方法就可得到維系生命所必需的氧。

差不多與此同時，戴維還發(fā)明了電鍍技術(shù)，用電學方法使一種金屬均勻牢固地附著在另一種金屬表面。

電鍍技術(shù)在本質(zhì)上是借助電流在液體中“搬運”物質(zhì)的技術(shù)。戴維在溶液中放置兩種不同的金屬，分別與電池的兩極相連，電流通過溶液時，一種金屬會變成溶液中的離子轉(zhuǎn)移到另一種金屬表面析出，并牢牢地固結(jié)在另一種金屬的表面。通過控制電流的大小，可以精確控制鍍層的厚度。利用它，可以為鋼鐵表面鍍金、鍍銀、鍍銅、鍍鎳或鍍鉻。這樣，不僅可以使鋼鐵制造的器物表面光潔美觀，避免銹蝕，而且還可以改變它的表面硬度，使其更加耐磨。利用電鍍技術(shù)，人們還可以在溶液中靜悄悄地“鑄造”出精美奇特的藝術(shù)品和機器零件。

1808年，人類開始探索用電照明的方法。這一年，戴維發(fā)明了66c29fc6f66ea9ee08cb13d5155da9bab529779cf3d800706268c24178e7a67c最早的電弧燈。他把幾十個伏打電池串聯(lián)在一起，構(gòu)成可以產(chǎn)生高電壓的組合電池。電池的兩極，各接一根石墨做成的碳棒，當這兩根碳棒的尖端相互接近到一定距離時，在間隙處就會突然出現(xiàn)明亮耀眼的弧光。這是由于空氣在電池的高電壓作用下分解成導電的離子，使絕緣的間隙成為電流的通路，伴隨著通過間隙的強大電流，電弧產(chǎn)生高溫，就會使更多的空氣電離，發(fā)出明亮的光。不同于稍縱即逝的靜電火花，弧光能夠持續(xù)相當長一段時間，它的空間位置十分穩(wěn)定，可以照亮一大片地方。

弧光是一種可以控制、連續(xù)發(fā)生的微型閃電，它是人類最早制造的不用燃料的光源。

然而，弧光燈點燃之后，電弧迅速燒蝕碳棒，使碳棒間隙不斷加大，電池的電壓不足以維持放電，不久弧光就會熄滅，而戴維對此無能為力。后來，英國發(fā)明家施泰特用一個發(fā)條驅(qū)動鐘表機構(gòu)推動其中一根碳棒，在發(fā)出弧光時緩慢向另一根碳棒靠近，使它們在燒蝕過程中保持間距不變，以維持長時間發(fā)光。不久，他又用一根銅絲做成的彈簧直接推動碳棒，利用電弧發(fā)出的熱量使彈簧膨脹產(chǎn)生位移，自動補償碳棒燒蝕產(chǎn)生的空間距離變化，使弧光保持穩(wěn)定。

經(jīng)過發(fā)明家的改進，弧光燈終于出現(xiàn)在英國倫敦和法國巴黎的街道，成為當時的動人景觀。

1832年，法國人皮克希（1808-1835）發(fā)明了可以連續(xù)產(chǎn)生電流的最早的發(fā)電機，他是第一個賦予法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應現(xiàn)象以實用價值的人。1835年，美國人達文波特（1802-1851）發(fā)明了實用的電動機。

有了電動機，人們可以安然自如地使用自然界提供的動力，不必永遠守著喧鬧而且冒著黑煙的蒸汽機。這種新的動力機械啟停方便，操縱靈活，可以同各種裝置配合在一起構(gòu)成多種多樣的新機器。

電動機的發(fā)明，使人們遠遠地望見了電氣時代的曙光。（未完待續(xù)）