1838年被销毁的Galvani:第一辆电动车的悲惨故事
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世界首台电力机车出自一位苏格兰化学家之手: 罗伯特·戴维森用几年时间将其1837年开始运转的电磁发动机打造成了一台全尺寸机器,并于1842年9月在爱丁堡-格拉斯哥铁路上运行了他命名为Galvani的机车. 无煤、无烟、无火的机车——但这段历史还有一个悲剧性的一面: Galvani被那些惧怕这台机器或将它视为工作威胁的人摧毁,原机车没有留下任何一件部件流传至今.
亮点
- 罗伯特·戴维森于1804年4月18日出生在阿伯丁; 他在1842年9月测试了Galvani
- 机车长约16英尺 (4.9米),据资料记载重量在5-7吨之间
- 测试速度约为4英里/小时 (6.4公里/小时); 行驶距离约为1.5英里 (2.4公里)
- 机车在戴维森收回之前就被销毁了; 蒸汽支持者被怀疑是肇事者
- 原版Galvani没有留下任何实物遗迹; 一台可运行的发动机复制品陈列在阿尔福德的博物馆中
罗伯特·戴维森是谁? 一位阿伯丁化学家的电磁爱好
Davidson并不是铁路工程师. 他出生于阿伯丁,几乎一生都在这座城市度过,是一名化学家和染色师. 1819年至1821年间,他在马里斯卡尔学院(如今是阿伯丁大学的一部分)听课; 他通过担任实验室助理来支付自己的学费. 19世纪20年代,他在阿伯丁-因弗鲁里运河附近创办了自己的事业: 先是供应酵母,之后生产化学品. 作为副业,他还从事磨刀和香水制作. 这是一个值得注意的细节: 为他的电磁学爱好提供资金支持的,是合成酵母生产带来的收益.
他自己设计的化学电池也出自他本人之手. 对于一位结合了化学品供应和车间技能的人来说,这在当时的条件下并不算难事. 也就是说,首台电力机车并非出自蒸汽时代的机车车间,而是一家酵母生产商的车间——这是工程历史上最具讽刺意味的细节之一.
Galvani机车是如何工作的?
Davidson的研发过程循序渐进. 1837年,他制造了第一台可运行的电磁发动机和一台电力机车模型. 1839年,他制造了一辆四轮电动车、一台电动车床和一台电动印刷机 - 那辆四轮车被认为是已知最早的电动四轮车辆. 1840年,他在阿伯丁举办了一场向公众开放的电磁展览: 展览包括可载两人的机车模型、电动车床、印刷机以及一台可举起2吨重物的电磁铁. 数千人每人支付一先令前来观看; 也就是说,戴维森的机器在发明阶段就已不是纸上谈兵,而是在公众眼前运转了.
全尺寸Galvani的名字来自最早指出电与运动之间关系的意大利科学家Luigi Galvani. 这台机器的工作链条与当今的电动汽车在基本逻辑上是相同的:
- 伽伐尼电池:一种在酸性电解液中使用锌板、产生直流电的一次性电池. 关键点在于: 这些电池无法重新充电; 产生电流就意味着消耗锌.
- 电磁电机:两台电机,每根车轴各一台. 电磁铁吸引固定在旋转木制圆筒周围的铁棒; 换向器在恰当的时刻切断电流,使吸引过程持续循环.
- 传动系统:通过齿轮直接连接到铁制车轮. 没有火,没有煤,没有蒸汽,没有烟.
从现代工程师的角度来看,有一点值得注意: Davidson的电机正是我们今天所说的开关磁阻电机 (switched reluctance motor)的早期形态. 一项原理在180年后重新在工业中获得价值,这说明Davidson当年立足的基础是多么扎实.
| 属性 | 数值 |
|---|---|
| 建造时期 | 1837-1841 |
| 长度 | 约16英尺(4.9米) |
| 重量 | 5至7吨之间(因定义不同而异) |
| 动力来源 | 不可充电的伽伐尼电池(锌-酸电池) |
| 电机 | 两台电磁电机,每根车轴各一台 |
| 测试速度 | 约4英里/小时(6.4公里/小时) |
| 测试地点 | 爱丁堡和格拉斯哥铁路 |
重量在5至7吨之间波动的原因,是不同记录以不同的方式来衡量这台机器; 可以确定的是,Galvani是一台重达数吨、以步行速度行驶的机器.
1842年9月: 爱丁堡-格拉斯哥线路上的首次电动旅程
测试是在爱丁堡和格拉斯哥铁路上进行的. 这条线路作为苏格兰第一条城际铁路,直到1842年2月21日才投入客运——也就是说,Davidson的试验是在该线路开通七个月后、在当时世界上最现代化的铁路之一上进行的. 1842年9月,Galvani以约4英里/小时的速度行驶了约1.5英里. 路线很短,速度很低; 但概念已被证明: 车轮无需借助蒸汽的力量就能转动.
有资料称这台机车在该距离上牵引了6吨载荷,而关于Davidson工作的机构性记载则指出,机器只是承载了自身的重量. 无论采用哪种解读,数据所呈现的格局都不变: 这不是一件展示品,而是一台真正在轨道上运行的机车. 英国工程机构至今仍将其定义为世界首台电力机车,这并非没有道理.
真正令人震惊的细节是铁路管理方的态度: 管理层并未被充分打动以推动这一概念. 这项技术造价高昂,也与铁路公司的业务无关. 这一判断——正如我们将在下一章看到的——是化学和成本分析的结果,而非偏见.
Galvani的销毁: 谁,为什么,在哪里?
这辆机车的结局,和它的故事一样扑朔迷离. Galvani很可能在珀斯的一处机车车库中存放时被毁 - 在Davidson将其取回之前就已遭到摧毁. 肇事者的身份不明; 但被怀疑是蒸汽发动机支持者的人,则是最大的嫌疑对象.
流传最广的说法是,机车是被害怕失业的铁路工人拆毁的. 这种解读是合理的: 一辆无需生火的机车,意味着司炉、司火员和煤炭供应链 - 也就是数十个依赖蒸汽为生的职业的存亡. 尽管如此,必须明确指出: 虽然对失业的恐惧仍是传统解释,但究竟是谁、在何时何地确切地实施了这次毁坏,并没有确凿的文献记录. 唯一确定的是,这台机器已被摧毁. 作为一名机械工程师,必须指出的是:一项发明在经济上被击败之前,就先在物理上被抹去,这在历史上极为罕见; Galvani便是其中之一.
商业失败的经济逻辑: 输掉的是化学,而不是工程
导致Galvani覆灭的根本原因不是技术,而是经济. 问题不在工程,而在化学: 一次性伽伐尼电池在产生电流的同时消耗锌,而锌价格昂贵,煤却便宜. 每行驶一米,实际上就是在烧钱. 这个等式按当时的市价根本算不过来.
普遍流传的说法是,Galvani每英里的成本约为蒸汽机的40倍; 但这个数字并非来自1842年的原始文件,而是后来作为总结摘要流传于世的. 同一时期,俄国的Moritz von Jacobi也测量了自己电机的锌消耗量,并得出了相同的结论: 由于锌价高昂,电动机在经济上并不划算. 两位独立研究者得出同样的经济结论,这清楚地表明,问题不在Davidson的工程水平,而在电池化学.
缺失的一环: 可充电电池
要让Davidson的Galvani实现商业化,只缺一个部件: 可充电电池. 这个部件直到1859年才出现,法国物理学家Gaston Planté发明了可充电的铅酸电池 - 也就是说,整整七年之后,Galvani的零件早已散落殆尽. 电力牵引的命运,取决于一项化学发明的时间.
为什么Davidson被遗忘,而Siemens被铭记?
在大多数日历中,电气化铁路的正式诞辰是1879年: Werner von Siemens在柏林工业博览会上展示了他由发电机供电、从第三轨取流的机车; 它在300米的轨道上牵引三节车厢,并在为期四个月的展会期间运送了90,000名乘客. 这是一场令人印象深刻的展示 - 但它比Davidson晚了37年. 两者的差距不在技术,而在基础设施和经济: Siemens凭借Planté的可充电电池和发电机技术,让电动牵引变得有利可图; 至于戴维森,他证明了概念,却无法定价. 而历史书写通常只记录胜利者. 因此,一些百科全书条目至今仍将1879年列为首次成功的电力牵引应用,而不把戴维森1842年的尝试算入其中.
戴维森的优先地位,直到1890年世界上首条深层电气化地铁线路London City & South London Railway通车时,才获得广泛承认. 新闻界在那一年重新发现了86岁高龄的戴维森,称他为在世最年长的电气专家; 电气工程刊物在提及他时写道,他是第一个以实践方式证明电力牵引可行性的人. Davidson也没有失去自信: 他在名片上印着“电力机车之父”.
事实上,他属于一支前所未有的先驱队伍: 美国佛蒙特州的马蹄铁匠Thomas Davenport于1837年2月获得了首项美国电动机专利,并在一段短轨道上运行了模型车辆; Moritz von Jacobi则于1838年9月在圣彼得堡的涅瓦河上运行了一艘载客的电动明轮船. 据说苏格兰人Robert Anderson在1832至1839年间制造过一辆粗糙的电动道路车辆; 但Anderson既没有专利、也没有同时代的可靠记录或实物流存,而且经常与戴维森混淆 - 两人都是在同一十年间用原电池驱动机器的苏格兰人. Anderson的优先权在理论上是有可能的,但其记录水平远逊于戴维森.
Galvani之后还留下了什么?
什么都没有. 原始机车、它的电动机、它的电池,没有一件留存至今. 戴维森位于Canal Road的住宅和工坊已被拆除. 他于1894年11月16日去世,享年90岁; 在阿伯丁St Peter's Cemetery的墓碑上,只写着chemist - 化学家. 碑上连一个发明的名字都没有; 这是一个远未还一台被毁机器以公道的落幕.
然而,记忆并未完全消失. 位于阿伯丁郡Alford镇的Grampian Transport博物馆展出了Galvani的全尺寸可运行复制品、一套原电池复制品以及机车的模型. 讲述Davidson故事的一本书也已出版,他的名字开始重新被列入苏格兰发明之中. 从工程角度来看,留下来的不是一件实物,而是一个可衡量的成果: 一台在轨道上依靠自身电池运行、凭借自身电动机前进、并以公开方式验证了概念的机器. 这在1842年是事实,今天仍然是事实.
Galvani的故事,就像电气化交通第一个世纪的缩影: 正确的工程、错误的化学,以及一份被推后了的日历. 戴维森的电动机在其时代的科学与工业环境中被认识、被讨论、被展示 - 随后被物理性地摧毁,并因经济上的不切实际而被归入档案. 而它的重新发现则颇具讽刺意味: 如今当数千块电池驱动的电动汽车行驶在道路上时,要缅怀世界上第一台电力机车,我们需要看看一辆复制品、一个模型,以及一位化学家的墓碑.