从科学创新到大众应用谁是站在科学家背后的人?|推广

消息来源:baojiabao.com 作者: 发布时间：2024-05-26

报价宝综合消息从科学创新到大众应用谁是站在科学家背后的人?|推广

导言

法拉第发现电磁感应后，是维尔纳·冯·西门子等工程师首先发明了实用型发电机，让人类真正地用上了电。

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20世纪最伟大的物理学家爱因斯坦在他的办公室中挂了三幅肖像画：艾萨克·牛顿、克拉克·麦克斯韦以及迈克尔·法拉第。牛顿对于人类科学的贡献不言而喻，在麦克斯韦百年诞辰之时，爱因斯坦盛赞麦克斯韦，称其对物理学做出了“自牛顿时代以来的一次最深刻、最富有成效的变革”。虽然法拉第只掌握了基本的代数知识，但是他在实验领域的傲人天赋使得他取得了众多独创性贡献。1831年，法拉第通过一系列实验演示了磁与电的相互关系，包括 “磁场的改变产生电场”这一现象的发现，并总结出了被后世称为 “法拉第电磁感应定律” 的数学规律。这是法拉第对科学的杰出贡献之一，也成为后来电磁发电机的基本原理。

法拉第的实验室

虽然法拉第最早发现磁变化能够产生电，之后又有无数发明家尝试着各种方式试图使得电能真正地服务于人类，但是

发电机真正能够大规模应用却在很大程度上依赖于一位天才的发明家以及工程师——

维尔纳·冯·西门子

。

发电机的发明，让电能照亮世界

1866年秋天，当时已经五十岁的西门子创始人维尔纳·冯·西门子始终在思考一个问题：如何提升现有发电机的发电效率？虽然此时距离法拉第提出电磁感应原理已经过去了三十多个年头，但是在发电机的发电效率上始终难取得突破。

维尔纳·冯·西门子

在当时，电能的产生依赖于化学电池和小型发电机，除了电报通讯和一些简单的电应用，如此小的电量根本无法支持电能的其他应用。一些大规模的电力应用，比如说路灯或是发电厂，在当时的条件下根本不可能实现。为了产生照亮某个地方的电能，必须在这个地方周边安置一个容纳发电机的建筑，以放置利用永磁性发电的的磁电设备，这些设备庞大又低效，仅仅只能产生700瓦特的电能却重达2000公斤。而且永磁体的缺点显而易见，不仅产生的磁场弱，在使用的过程中磁性还会不断降低。这些弊端正是当时的西门子要思考解决的问题，他的目标在于实现更高速的电枢转速以及产生更强的磁场。

为了实现这两个目标，西门子标新立异地想出通过为发电机增加两个极靴来减少电磁的损耗，再将导体盘绕成线圈，并让其在磁场中旋转，如此循环往复，导体两端产生交流电，极性转换器随后将其转化成直流电。这一发明最巧妙的地方是，把生产出来的电力送回电磁铁。

也就是说，它一遍又一遍强化电磁铁磁性直到铁芯完全磁化，从而在磁场和电流之间产生了一个正反馈循环。

而西门子的这一思路来源于他的另一项重要发明——指针式电报机中使用的发电机。

经过数周的测试，西门子确信他的这一发明是发电机领域的巨大突破。与使用永磁体的发电机相比，他所设计的发电机要轻85%，而发电量却提高了35%，与此同时，在产生同样电能的情况下它的价格比前者要低75%。

西门子发明的发电机

那一年，英国人惠斯通

（Sir Charles Wheatstone）

和瓦利

（Samuel Alfred Varley）

也分别独立地发明了自励式直流发电机。

一个新的时代就此开启了，更高效且便宜的电能在这一发电机出现之后成为可能。

人类从这之后才真正进入电气时代，电能也从此开始点亮世界。

作为以电能为代表的第二次工业革命的参与者以及推动者，西门子在电气化领域一直走在时代的前列。在蒸汽机车依旧广受欢迎的1879年，

63岁的维尔纳·冯·西门子展示了世界上第一条电气化铁路。

这之后，西门子很快意识到电动列车在运输中的潜能。两年之后的1881年5月16日，西门子在柏林的里特希菲尔德投资新建了世界上第一条电车轨道。这一段只有2.5公里的电车路线成为了人类交通史上的里程碑，开启了电动列车的辉煌时代，

无论是电车、地铁还是高速列车皆肇始于此。

1896年，为了庆祝匈牙利帝国的千禧年，西门子在布达佩斯修建了欧洲大陆的第一条电气地铁线路，而这条线路至今仍在布达佩斯的地铁线路中发挥著作用，并于2002年列入了联合国教科文组织世界文化遗产名录之中。

世界上第一列电车

人工智能时代的电能前沿技术

时至今日，我们的发电机依旧遵循着西门子所设计的发电机原理，但是一代又一代和维尔纳·冯·西门子一样的工程师们将它与最前沿的技术相结合来更高效的产生电能。

西门子为布达佩斯修建的电气地铁

随着AlphaGo在围棋领域所向披靡，人工智能成为了当今这个时代最热的主题。如何将人工智能应用于实践，成为了摆在工程师面前最直接的问题。

西门子的两位研发工程师Volkmar Sterzing以及Steffen Udluft就率领着他们的团队

将人工智能应用到了看似与之毫不相关的蒸汽轮机上面

。他们设计的一种被叫做GT-ACO

（Gas Turbine Autonomous Control Optimizer, 燃气轮机自动控制优化器）

的新系统被应用于美国和韩国的发电站之中。通过实时搜集相关的数据，再应用人工智能的算法，使得蒸汽轮机的运行得以最好的优化以提升效率并削减排放。

Volkmar Sterzing与Steffen Udluft

从蒸汽机到流水线，从电气化到信息化，人类的历史伴随工业革命的进程发生著翻天覆地的变革。随着科学技术水平尤其是数字化技术的不断提升，“工业4.0”的提法也不断见诸报端。在新的工业革命浪潮来临之时，历史超过一百多年的西门子又一次走在了前面。它利用最新的信息技术为现实的生产流程与系统构建了一个

“数字化双胞胎”

，将现实世界中复杂的研发、试验、制造以及运营过程转移到了线上，可以实时模拟现实中可能出现的各种状况以选择最优的方案，并根据现实中反馈的数据不断优化迭代模型。Arquimedes Canedo是这一领域的代表专家，研发了一种类似于知识图谱的“数学化双胞胎”图谱以链接不同的知识，并且与人工智能技术相结合，来不断改进生产流程。

Arquimedes Canedo

工程师：科学创新走向

大众应用

背后的英雄

无论是维尔纳·冯·西门子，还是当代西门子企业的工程师们，他们只是无数个致力于将科学应用付诸于实践的工程师缩影。

世人都知道法拉第在科学史上的杰出贡献，却不知道维尔纳·冯·西门子才是那个让电能可以走进千家万户的幕后英雄。

长期以来，因为很多时候工程师们获得的成果都是集体智慧的结晶，并不像是科学家一样取得某一领域的突破便能彪炳青史，所以这些工程师们都被我们忽略了。

但是，从科学创新到大众应用的桥梁，正是由这些默默无闻的工程师所搭建的，如果没有这些工程师让科学家所发现的科学突破落地生根，作为普罗大众的我们就无法享受到这么多的科学成果了。

如何让科学真正服务于普罗大众？如何让老百姓享受到科学发展的成果？不仅仅取决于我们的科学家对于前沿科技的研发工作，还对我们的工程能力提出了更高的要求，更离不开那些默默耕耘让科学突破落地生根的工程师们。在呼吁全社会崇尚科学，对于科学家给予崇高的社会的地位的同时，也不能忘了那些身居幕后的工程师们。

工程师们，这里有一个让你们随心所欲的大开脑洞的机会，点击下方

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