书城科普读物世界大发现纪实系列丛书-自然世界的奇迹(上)
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第40章 电流热效应的发现

伏打电池的出现大大推动了电学的研究工作,许多科学研究单位和个人纷纷仿制这种电池。

在19世纪初,英国科学知识普及协会不惜重金,用200只伏打电池制成了当时世界上最大的一台伏打电池组,供研究和科普表演用。这台电池组当然对许多科学家都具有吸引力。

有一天,有人向科学知识普及协会推荐了一位出身贫寒的青年化学家,此人名叫戴维。虽然年仅23岁,但他22岁那年就出版了一本叫《化学与哲学》的专著。

戴维在科学知识普及协会里主持专题演讲。他很有口才,知识又广博,而且在演讲时还经常表演魔术般的物理与化学实验,受到听众的热烈欢迎。

戴维来科普协会的目的并不是专为讲演,他是为了使用那台巨大的电池组来做实验。

有一次,戴维把电线通入水里,想研究液体导电的现象。奇怪,那电线附近为什么出现了一连串的气泡?戴维马上用两个小试管罩在两个电极上,外面再用一只大玻璃钟罩盖住。过了一会儿,他发现烧杯里的水减少了,而试管中取得了气体。经过化验,知道一个试管里是氢,另一个试管里是氧。这种现象叫做电解。

利用下图的简单装置可以收集水电解后放出的氢气和氧气,它们的体积比是2∶1。这个实验说明,电流使水发生了化学变化。戴维的实验证明了电流的化学效应,电解的过程就是电能转化为化学能的过程。

电弧炉

科学上的新发现使戴维受到鼓舞,他意识到这台空前强大的电池还可能使他发现电流的其他作用。不久,通电导体发热的现象吸引了戴维,他发现,在强大的电流下金属电阻丝会烧红。电流能使导体温度升高的现象叫电流的热效应。

1808年,戴维用两根碳棒做实验。起先碳棒的尖端相互接触后电路便被接通,很快碳棒的尖端也红热起来。有一次戴维无意中把两根碳棒碰了一下,谁知就在碳棒尖端相互离开的一瞬间,一道极强的白光闪亮起来,犹如夜空中的闪电。戴维高兴极了,他反复试验下去,终于找到了使这亮光持续下去的办法:当两根碳棒稍微分开并形成亮光之后,只要保持这距离不变就能持续发光,这就是电弧光。

电弧光的原理是这样的:由于电流的热效应,碳棒尖端附近的空气也被加热了,以致使那里的空气变成了导体。这样,当碳棒稍微分开时,空气中仍有较强的电流通过,弧光就是由于空气导电而产生的。

电弧光不仅极亮,而且内部的温度极高,据测定可高达6000℃。由于它的这些特点,从它诞生那天起就引起了人们的注意。

电弧内能形成6000℃的高温,已达到太阳表面的温度了。在这个温度之下,几乎一切金属都会熔化,因此被人们利用来炼钢。

炼钢炉主要有三种,就是转炉、平炉和电炉。其中电炉之中的电弧炉,就是利用电弧把电能转化为热能,然后利用这种热能炼钢的装置。

下图是电弧炉的示意图:1是三根碳电极,2是出钢口,3是电弧,4是钢水,5是原料的工作门。当接通电源之后,在铁块与碳极之间形成电弧。由于电弧能造成高温,就使铁块和其他原料逐渐电弧炉熔化成液体,并且被冶炼成钢。在钢水的上层形成炉渣。

电弧还用来进行焊接,这就是电焊。

戴维还用电解法制出了纯钾和钠。他在电流的化学效应、电流的热效应及电弧方面的贡献,为人们利用电能打开了大门。