爱因斯坦
爱因斯坦就是一位从“笨瓜”到科学巨人的典型。爱因斯坦幼年时是出了名的“弱者儿”,3岁还不会说话!读书时是不爱玩耍的讨厌的学生。6岁时,被老师叫到名字,竟呆若木鸡,引来一片轻蔑的笑声:“差劲的笨瓜”。当时老师给他的评语是:“智力迟钝,话说不清楚,成不了才。”读中学时,教导主任给他下了个结论:“干什么都一样,反正一事无成。”考大学时,语文和生物竟然不及格,不得不补习一年。看来爱因斯坦日后成为科学奇才,绝不是靠早慧,而靠着一颗勤奋好学,勇于独立思考,不断探索的心!
赋予小爱因斯坦这颗“心”的人,显然不是学校教师,而是他的母亲。从小这位“笨瓜”的父母就从没有放弃过他,妈妈宝丽妮不以儿子笨为耻,总想方设法发现孩子身上常人所看不到的东西,父母俩一有空就带“小笨瓜”去郊游,开发他的心灵,父亲经常送他小礼物,他8岁生日,父亲给了他一个罗盘,“小笨瓜”出人意料地从罗盘及指针中间提出了二、三十个问题,就是这个小小罗盘在他心里埋上了日后发芽成才的科学的种子。是父母造就了一代伟人。
牛顿
牛顿爱好制作机械模型一类的玩艺儿,如风车、水车、日晷等等。他精心制作的一只水钟,计时较准确,得到了人们的赞许。有时,他玩的方法也很奇特。一天,他作了一盏灯笼挂在风筝尾巴上。当夜幕降临时,点燃的灯笼借风筝上升的力升入空中。发光的灯笼在空中流动,人们大惊,以为是出现了彗星。尽管如此,因为他学习成绩不好,还是经常受到歧视。当时,封建社会的英国等级制度很严重,中小学里学习好的学生,可以歧视学习差的同学。有一次课间游戏,大家正玩得兴高采烈的时候,一个学习好的学生借故踢了牛顿一脚,并骂他笨蛋。牛顿的心灵受到这种刺激,愤怒极了。他想,我俩都是学生,我为什么受他的欺侮?我一定要超过他!从此,牛顿下定决心,发奋读书。他早起晚睡,抓紧分秒、勤学勤思。
过刻苦钻研,牛顿的学习成绩不断提高,不久就超过了曾欺侮过他的那个同学,名列班级前茅。
门捷列夫与元素周期表
宇宙万物是由什么组成的?古希腊人以为是水、土、火、气四种元素,古代中国则相信金、木、水、火、土五种元素之说。到了近代,人们才渐渐明白:元素多种多样,决不止于四五种。18世纪,科学家已探知的元素有30多种,如金、银、铁、氧、磷、硫等,到19世纪,已发现的元素已达54种。
人们自然会问,没有发现的元素还有多少种?元素之间是孤零零地存在,还是彼此间有着某种联系呢?
门捷列夫发现元素周期律,揭开了这个奥秘。
原来,元素不是一群乌合之众,而是像一支训练有素的军队,按照严格的命令井然有序地排列着,怎么排列的呢?门捷列夫发现:元素的原子量相等或相近的,性质相似相近;而且,元素的性质和它们的原子量呈周期性的变化。
门捷列夫激动不已。他把当时已发现的60多种元素按其原子量和性质排列成一张表,结果发现,从任何一种元素算起,每数到8个就和第一个元素的性质相近,他把这个规律称为“八音律”。
门捷列夫是怎样发现元素周期律的呢?
居里和夫人
比埃尔·居里(Pierre Curie)1859年5月15日生于巴黎一个医生家庭里。在他的儿童和少年时期,性格上好个人沉思,不易改变思路,沉默寡言,反应缓慢,不适应普通学校的灌注式知识训练,不能跟班学习,人们都说他心灵迟钝,所以从小没有进过小学和中学。父亲常带他到乡间采集动、植、矿物标本,培养了他对自然的浓厚兴趣,学到了如何观察事物和如何解释它们的初步方法。居里14岁时,父母为他请了一位数理教师,他的数理进步极快,16岁便考得理学学士学位,进入巴黎大学后两年,又取得物理学硕士学位。1880年,他21岁时,和他哥哥雅克·居里一起研究晶体的特性,发现了晶体的压电效应。1891年,他研究物质的磁性与温度的关系,建立了居里定律:顺磁质的磁化系数与绝对温度成反比。他在进行科学研究中,还自己创造和改进了许多新仪器,例如压电水晶秤、居里天平、居里静电计等。1895年7月25日比埃尔·居里与玛丽·居里结婚。
玛丽·居里(Marie Curie)1867年11月7日生于沙皇俄国统治下的华沙,父亲是中学教员。16岁她以金质奖章毕业于华沙中学,因家庭无力供她继续读书,而不得不去担任家庭教师达六年之久。后来靠自己的一点积蓄和姐姐的帮助,于1891年去巴黎求学。在巴黎大学,她在极为艰苦的条件下勤奋地学习,经过四年,获得了物理和数学两个硕士学位。
居里夫妇结婚后次年,即1896年,贝可勒耳发现了铀盐的放射性现象,引起这对青年夫妇的极大兴趣,居里夫人决心研究这一不寻常现象的实质。她先检验了当时已知的所有化学元素,发现了钍和钍的化合物也具有放射性。她进一步检验了各种复杂的矿物的放射性,意外地发现沥青铀矿的放射性比纯粹的氧化铀强四倍多。她断定,铀矿石除了铀之外,显然还含有一种放射性更强的元素。
? 居里以他作为物理学家的经验,立即意识到这一研究成果的重要性,放下自己正在从事的晶体研究,和居里夫人一起投入到寻找新元素的工作中。不久之后,他们就确定,在铀矿石里不是含有一种,而是含有两种未被发现的元素。1898年7月,他们先把其中一种元素命名为钋,以纪念居里夫人的祖国波兰。没过多久,1898年12月,他们又把另一种元素命名为镭。为了得到纯净的钋和镭,他们进行了艰苦的劳动。在一个破棚子里,日以继夜地工作了四年。自己用铁棍搅拌锅里沸腾的沥青铀矿渣,眼睛和喉咙忍受着锅里冒出的烟气的刺激,经过一次又一次的提炼,才从几吨沥青铀矿渣中得到十分之一克的镭。由于发现放射性,居里夫妇和贝可勒耳共同获得了1903年诺贝尔物理学奖。
1906年,比埃尔·居里因车祸不幸逝世,年仅47岁。比埃尔·居里去世后,居里夫人忍受着巨大的悲痛,接任了她丈夫在巴黎大学的物理学教授职位,成为该校第一位女教授。她继续放射性的研究工作。1910年,她和法国化学家德别爱尔诺一起分析出纯镭元素,确定了镭的原子量和在元素周期表中的位置。她还测出了氡和其他一些放射性元素的半衰期,整理出放射性元素衰变的系统关系。由于这些重大成就,又荣获1911年诺贝尔化学奖,成为历史上仅有的两次获得诺贝尔奖的科学家。
居里夫妇亲自体验了镭的生理效应,他们曾不止一次地被镭射线烫伤。他们与医生一起研究将镭用于治疗癌症,开创了放射性疗法。第一次世界大战期间,她为了自己的祖国波兰和第二祖国法国,参加了战地卫生服务工作,组织X光汽车和X光照相室为伤兵服务,还用镭来治疗伤兵,起了很大的作用。
瓦特发明蒸汽机
瓦特(1736~1819)世界公认的蒸汽机发明家。他的创造精神、超人的才能和不懈的钻研为后人留下了宝贵的精神和物质财富。瓦特改进、发明的蒸汽机是对近代科学和生产的巨大贡献,具有划时代的意义,它导致了第一次工业技术革命的兴起,极大的推进了社会生产力的发展。
(一) 1736年,瓦特出生在英国苏格兰格拉斯哥市附近的一个小镇格里诺克,他的父亲是一个经验丰富的木匠,祖父和叔父都是机械工匠。少年时代的瓦特,由于家境贫苦和体弱多病,没有受过完整的正规教育。他曾经就读于格里诺克的文法学校,数学成绩特别优秀,但没有毕业就退学了。但是,他在父母的教导下,一直坚持自学,很早就对物理和数学产生了兴趣。瓦特从六岁开始学习几何学,到十五岁时就学完了《物理学原理》等书籍。他常常自己动手修理和制作起重机、滑车和一些航海器械。1753年,瓦特到格拉斯哥市当徒工。由于收入过低不能维持生活,第二年他又到伦敦的一家仪表修理厂当徒工。凭借着自己的勤奋好学,他很快学会了制造那些难度较高的仪器。但是繁重的劳动和艰苦的生活损害了他的健康,一年后,他不得不回家休养。一年的学徒生活使他饱尝辛酸,也使他练就了精湛的手艺,培养了他坚韧的个性。 1756年,当他的身体稍有好转,瓦特再次踏上了坎坷的道路来到格拉斯哥市。他想当一名修造仪器的工人,但是因为他的手艺没有满师,当时的行会不允许。幸运的是,瓦特的才能引起了格拉斯哥大学教授台克的重视。在他的介绍下,瓦特进入格拉斯哥大学当了教学仪器的工人。这所学校拥有当时较为完善的仪器设备,这使瓦特在修理仪器时认识了先进的技术,开阔了眼界。这时,他对以蒸汽作动力的机械产生了浓厚的兴趣,开始收集有关资料,还为此学会了意大利文和德文。在大学里,他认识了化学家约瑟夫·布莱克和约翰·鲁宾逊等。瓦特从他们那里学到了很多科学理论知识。1764年,瓦特与表妹玛格丽特·米勒结了婚。
(二) 1764年,学校请瓦特修理一台纽可门式蒸汽机,在修理的过程中,瓦特熟悉了蒸汽机的构造和原理,并且发现了这种蒸汽机的两大缺点:活塞动作不连续而且慢;蒸汽利用率低,浪费原料。以后,瓦特开始思考改进的办法。直到1765年的春天,在一次散步时,瓦特想到,既然纽可门蒸汽机的热效率低是蒸汽在缸内冷凝造成的,那么为什么不能让蒸汽在缸外冷凝呢?瓦特产生了采用分离冷凝器的最初设想。
在产生这种设想以后,瓦特在同年设计了一种带有分离冷凝器的蒸汽机。按照设计,冷凝器与汽缸之间有一个调节阀门相连,使他们既能连通又能分开。这样,既能把做工后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器,又可以使汽缸内产生同样的真空,避免了汽缸在一冷一热过程中热量的消耗,据瓦特理论计算,这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽机的三倍。从理论上说,瓦特的这种带有分离器冷凝器的蒸汽机显然优于纽可门蒸汽机,但是,要把理论上的东西变为实际上的东西,把图纸上的蒸汽机变为实在的蒸汽机,还要走很长的路。瓦特辛辛苦苦造出了几台蒸汽机,但效果反而不如纽可门蒸汽机,甚至四处漏气,无法开动。尽管耗资巨大的试验使他债台高筑,但他没有在困难面前怯步,继续进行试验。当布莱克知道瓦特的奋斗目标和困难处境时,他把瓦特介绍给了自己一个十分富有的朋友--化工技师罗巴克。当时罗巴克是一个十分富有的企业家,他在苏格兰的卡隆开办了第一座规模较大的炼铁厂。虽然当时罗巴克已近50岁,但对科学技术的新发明仍然倾注着极大的热情。他对当时只有三十来岁的瓦特的新装置很是赞许,当即与瓦特签订合同,赞助瓦特进行新式蒸汽机的试制。
从1766年开始,在三年多的时间里,瓦特克服了在材料和工艺等各方面的困难,终于在1769年制出了第一台样机。同年,瓦特因发明冷凝器而获得他在革新纽可门蒸汽机的过程中的第一项专利。第一台带有冷凝器的蒸汽机虽然试制成功了,但它同纽可门蒸汽机相比,除了热效率有显著提高外,在作为动力机来带动其他工作机的性能方面仍未取得实质性进展。就是说,瓦特的这种蒸汽机还是无法作为真正的动力机。
由于瓦特的这种蒸汽机仍不够理想,销路并不广。当瓦特继续进行探索时,罗巴克本人已濒于破产,他又把瓦特介绍给了自己的朋友、工程师兼企业家博尔顿,以便瓦特能得到赞助继续进行他的研制工作。博尔顿当时经四十多岁,是位能干的工程师和企业家。他对瓦特的创新精神表示赞赏,并愿意赞助瓦特。博尔顿经常参加社会活动,他是当时伯明翰地区著名的科学社团“圆月学社”的主要成员之一。参加这个学社的大多都是本地的一些科学家、工程师、学者以及科学爱好者。经博尔顿的介绍,瓦特也参加了圆月学社。在圆月学社活动期间,由于与化学家普列斯特列等交往,瓦特对当时人们关注的气体化学与热化学有了更多的了解,为他后来参加水的化学成分的争论奠定了基础。更重要的是,圆月学社的活动使瓦特进一步增长了科学见识,活跃了科学思想。
瓦特自与博尔顿合作之后即在资金、设备、材料等方面得到大力支持。瓦特又生产了两台带分离冷凝器的蒸汽机,由于没有显著的改进,这两台蒸汽机并没有得到社会的关注。这两台蒸汽机耗资巨大,使博尔顿也濒临破产,但他仍然给瓦特以慷慨的赞助。在他的支持下,瓦特以百折不挠的毅力继续研究。自1769年试制出带有分离冷凝器的蒸汽机样机之后,瓦特就已看出热效率低已不是他的蒸汽机的主要弊病,而活塞只能作往返的直线运动才是它的根本局限。1781年,瓦特仍然在参加圆月学社的活动,也许在聚会中会员们提到天文学家赫舍尔在当年发现的天王星以及由此引出的行星绕日的圆周运动启发了他,也许是钟表中的齿轮的圆周运动启发了他。他想到了把活塞往返的直线运动变为旋转的圆周运动就可以使动力传给任何工作机。同年,他研制出了一套被称为“太阳和行星”的齿轮联动装置,终于把活塞的往返的直线运动转变为齿轮的旋转运动。为了使轮轴的旋轴增加惯性,从而使圆周运动更加均匀,瓦特还在轮轴上加装了一个火飞轮。由于对传统机构的这一重大革新,瓦特的这种蒸汽机才真正成为了能带动一切工作及的动力机。1781年底,瓦特以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利。
由于这种蒸汽机加上了轮轴和飞轮,这时的蒸汽机在把活塞的往返直线运动转变为轮轴的旋转运动时,多消耗了不少能量。这样,蒸汽机的效率不是很高,动力不是很大。为了进一步提高蒸汽机的效率,增大蒸汽机的效率,瓦特在发明齿轮联动装置之后,对汽缸本身进行了研究,他发现,他虽然把纽可门蒸汽机的内部冷凝变成了外部冷凝,使蒸汽机的热效率有了显著提高,但他的蒸汽机中蒸汽推动活塞的冲程工艺与纽可门蒸汽机没有不同。两者的蒸汽都是单项运动,从一端进入、另一端出来。他想,如果让蒸汽能够从两端进入和排出,就可以让蒸汽即能推动活塞向上运动又能推动活塞向下运动。那末,他的效率就可以提高一倍。1782年,瓦特根据这一设想,试制出了一种带有双向装置的新汽缸。由此瓦特获得了他的第三项专利。把原来的单项汽缸装置改装成双向汽缸,并首次把引入汽缸的蒸汽由低压蒸汽变为高压蒸汽,这是瓦特在改进纽可门蒸汽机的过程中的第三次飞跃。通过这三次技术飞跃,纽可门蒸汽机完全演变为了瓦特蒸汽机。
从最初接触蒸汽技术到瓦特蒸汽机研制成功,瓦特走过了二十多年的艰难历程。瓦特虽然多次受挫、屡遭失败,但他仍然坚持不懈、百折不回,终于完成了对纽可门蒸汽机的三次革新。使蒸汽机得到了更广泛的应用,成为改造世界的动力。
1784年,瓦特以带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的高压蒸汽机的综合组装取得了他在革新纽可门蒸汽机过程中的第四项专利。1788年,瓦特发明了离心调速器和节气阀;1790年,他又发明了汽缸示工器,至此瓦特完成了蒸汽机发明的全过程。
(三)
1785年,瓦特被当选为英国皇家学会会员。1814年,他被法国科学家学会接纳为外国会员。
1790年以后,优厚的专利税使瓦特成为一个很有钱的名人。1819年8月5日,瓦特在希思菲尔德郡的家里去世,遗体埋葬在汉德沃尔斯郊区的教堂里。
瓦特生活在十八、十九世纪的英国,所以在他的身上不可避免的带有时代和阶级的局限。他曾经阻挠双筒蒸汽机和高压蒸汽机的发明和推广,还嘲笑别人用蒸汽机来驱动车辆的努力。
总的来说,瓦特为蒸汽机的推广使用做出了不可磨灭的重要贡献、有力的推动了社会的前进。恩格斯在《自然辨证法》中这样写道:“蒸汽机是第一个真正国际性的发明……瓦特个它加上了一个分离的冷凝器,这就使蒸汽机在原则上达到了现在的水平。”后人为了纪念这位伟大的发明家,把功率的单位定为“瓦特”。