第25章 发电机的发明——1821年法拉第进行电磁学实验
发电机的发明，是以电磁学的创立为理论基础的。而奠定电磁学的实验基础的，是英国化学家和物理学家法拉第。从磁场到电场，法拉第是著名的自学成才的科学家。1791年9月22日，他出生在萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭。由于家庭贫困，法拉第只上过两年小学，12岁就上街卖报，13岁到一个书商兼订书匠的家里当学徒。他求知欲望十分强烈，利用订书的空闲时间，如饥似渴、废寝忘食地阅读了许多有关自然科学方面的书籍。并动手做简单的实验，验证书上的内容。利用业余时间参加市哲学学会的学习活动，听自然哲学讲演，因而受到了自然科学的基础教育。
他在听过大化学家戴维的科学讲演以后，把整理好的讲演记录送给戴维，并且附信，表明自己愿意献身科学事业，进行“毛遂自荐”，结果如愿以偿。他22岁当了戴维的实验助手。这是法拉第一生的转折点，从此他踏上了献身科学研究的道路。同年10月戴维到欧洲大陆作科学考察、讲学，法拉第作为他的秘书、助手随同前往。对法拉第来说，这次历时一年半的旅行相当于上了“社会大学”，先后经过法国、瑞士、意大利、德国、比利时、荷兰等国，结识了安培、盖·吕萨克等著名学者。沿途法拉第协助戴维做了许多化学实验，这大大丰富了他的科学知识，增长了实验才干，为他后来开展独立的科学研究奠定了基础。
1820年，奥斯特发现了电流对磁针的作用，法拉第敏锐地认识到它的重要性。1821年，法拉第在日记中写下了一个设想：用磁生电。
1831年8月，法拉第用一个6英寸的软铁圆环，绕有两股绝缘线圈A 60和B， B的两端用一条导线连成一个闭合回路，导线下面平行放置一根磁针。A和一组电池组、一个开关连接成另一个闭合回路。法拉第发现，在合上开关有电流通过线圈A的瞬间，磁针偏转；断开开关切断电流的瞬间，磁针也偏转。但是法拉第并不满足，立即提出了两个十分深刻的问题。第一，上述实验中是否一定要用软铁磁环，没有行不行？第二，线圈A是否可以不要，改用磁棒代替？10月17日，法拉第做了一个现在人们熟知的实验，他用一个接有电流计、线圈的闭合回路，把一根永久磁棒迅速插入线圈或迅速拔出，都可以发现电流计指针偏转。法拉第在11月24日，向英国伦敦皇家学会报告了他的重大发现，归纳出产生感应电流的五种情况：一、变化着的电流；二、变化着的磁；三、运动的稳恒电流；四、运动的磁铁；五、在磁场中运动的导线。法拉第在报告中，把他所观察的现象正式定名叫“电磁感应”。1851年在《论磁力线》一书中正式提出电磁感应定律：“形成电流的力和所切割的磁力线根数成正比。”
法拉第发现线圈在磁场运动中可以产生电流，指明了制造发电机的原理。依此原理，法拉第设计了圆盘发电机实验：把一个铜盘放在一个大的马蹄形磁铁的两极中间，铜盘的轴和边缘各引出一根导线，同电流计相连，构成闭合回路。当铜盘旋转的时候，电流计指示出回路中有电流产生，这就是发电机的雏形。在这之后制造的几种发电机都是用永久磁铁提供磁场，用蒸汽机带动线圈转动。从1840年到1865年，已经有庞大笨重的永久磁铁发电机在运转。但是这种发电机的磁场太弱，发电效率很低。
尽管如此，我们仍然认为有两个理由足以说明这项发现足以载入史册。第一，法拉第定律对于从理论上认识电磁更为重要。第二，正如法拉第用他发明的第一台发电机（法拉第盘）所演示的那样，电磁感应可以用来产生连续电流。虽然给城镇和工厂供电的现代发电机比法拉第发明的发电机要复杂得多，但是它们都是根据同样的电磁感应的原理制成的。
法拉第是电磁场理论的奠基人，法拉第对科学坚忍不拔的探索精神，连同他的杰出的科学贡献，永远为后人敬仰。
电磁感应理论已经建立，人们已经知道动磁可以生电。1832年，法国61发明家皮克希成功地制造了一台手摇发电机，其转子为永磁铁，用了一个换向器，所以输出的是直流电。但这台最初的发电机，输出电流极为微弱，无实用价值。1857年，英国电学家惠斯通用电磁铁代替永磁铁，发明了自激式发电机，但这台自激式发电机中的电磁铁靠的是伏打电池励磁，本质上还不是自激，而是他激。这种他激方式，使发电机在结构和发电量方面均受制于伏打电池：既笨重，又不经济。
真正的自激式在于将发电机本身所产生的电流用来为自身的电磁铁励磁，它的发明者是德国工程师西门子。西门子年轻的时候曾经在炮兵中工作，熟悉新发展起来的电报。1847年他成立西门子公司，从事生产电报设备和建立电报线路的工作。西门子公司不单是生产现成设备，它还有科学实验室。这个实验室发明了用于电报线的树胶绝缘体和电报装置中的电枢引铁等。实验室的种种发明大大推动了公司的业务活动。
为了解决德国电镀工业对电力的大量需要，在西门子的指导下，1866年公司实验室研制成功用电磁铁代替永久磁铁的自激磁场式发电机。由于甩掉了伏打电池，发电机本身也变得轻巧。而且这种新型发电机效率高，发电容量大，成为现代电力工业的基石。自此以后，电能开始以大量、廉价而赢得青睐。西门子与瓦特不同，他将理论与实践相结合，既写了论文《不用永久磁铁，而把机械能转换为电能的方法》，为获得强大电流寻找理论依据，又在实践中采用电磁铁制成了自激式发电机。但就其作用与意义而言，西门子的发电机与瓦特的蒸汽机相比拟。而且有了发电机，发电厂相继建立起来，输电网也随着出现。发电机的诞生标志了人类开始进入电气时代。
但这种发电机还不够完善，经过许多人的努力，发电机逐步得到改进，到70年代，终于可以投入实际运行。1882年，法国学者德普勒发现了远距离送电的方法；同年，美国发明家爱迪生在纽约建立了美国第一个火力发电站，把输电线连接成网络。
另一方面，随着对电能需求的显著增加和用电区域的扩大，直流电机显示出成本昂贵、常出事故等问题，所以从19世纪80年代起，人们又投入了对交流电的研究，交流电具有通过变压器任意变化电压的长处。1885年，62意大利科学家法拉里提出的旋转磁场原理，对交流电机的发展有重要的意义。19世纪80年代末90年代初，人们创制出三相异步电动机，这种形式的电动机，至今仍在使用。1891年以后，较为经济、可靠的三相制交流电得以推广，电力工业的发展进入新阶段。