韦斯顿的电池

技术转型是引人入胜的，即使你身处其中。最新的一种被一些化学家警惕地看待:“使一切带电”的动力。但这种趋势并不新鲜，一位英裔美国化学家在早期就被遗忘了。

爱德华·韦斯顿在英国伍尔弗汉普顿长大。他后来回忆起发生在1857年左右的一件事，当时他才7岁。在参观一家药店时，他发现了一台奇怪的机器，它由一块红色的大磁铁、一个大曲柄柄和连接在两个黄铜圆柱体上的几圈铜线组成。柜台后面的人告诉他抓住钢瓶，然后开始转动手柄。电击使男孩惊喜地尖叫起来;然后他要求那人再做一遍。一次又一次。一次又一次。

如果这个故事可能是后来的修饰，那么毫无疑问，韦斯顿有一种不同寻常的爱和修修补补的天赋。他9岁时开始阅读科学书籍，并成为迈克尔·法拉第的超级崇拜者，在家里的实验室里重现了他的实验。他还花了很长时间参观了城里的许多工厂。一个男孩，还不到十几岁，就能进入煤气厂或炼钢厂观察工人，并向他们提问，这似乎很不寻常。但结果是，他对工业化学的工作原理几乎是天生的熟悉。

他在学校成绩很好，最终成为一位老医生的学徒。他讨厌这份工作，尽管可以不受限制地进入准备室，在那里他可以做实验。在一系列的争吵之后，他带着一封介绍信前往伦敦，他是法拉第在皇家研究所的继任者约翰·廷德尔。在路上，他遇到了一位美国游客，这位游客让他相信美国是一个充满机遇的国度。当他对廷德尔的访问无果而终时，他用仅有的一点钱买了一张横渡大西洋的机票。

美国冒险

由于运气和勇气的结合，他最终被一家濒临破产的电镀公司录用。他发现他们在制作过程中几乎每一步都做得很糟糕。韦斯顿几乎是凭一己之力扭转了公司的颓势，同时还抽出时间仔细试验电镀工艺。他的公司成为了镀镍行业的领导者，直到一场专利侵权诉讼的成功和镍价格的急剧上涨使其破产。自大的年轻韦斯顿发现自己流落街头，没有工作。在接下来的几年里，他从一个职位换到另一个职位，总是希望能有一份更长久的工作。

1872年，他找到了一位名叫乔治·哈里斯(George Harris)的投资者。哈里斯在对电镀知之甚少的情况下，准备将资金投入电镀行业。韦斯顿的梦想是设计出一种比当时使用的精密电池更紧凑、更可靠的电源。他需要的是一台发电机。尽管那时人们对磁感应科学已经很了解了，但加热却是个大问题:缠绕线圈的沉重铁芯会产生巨大的涡流，在负载下会产生强烈的加热。比利时人Zenobe Théophile Gramme提出的一种解决方案是将线圈绕在铁丝束上。

韦斯顿制作了自己的原型，看看有什么可能。他的关键创新是将核心分解成一系列并排放置的薄元件，以尽量减少涡流的路径。他还使用了较粗的线圈，以减少发电机本身的电阻。结果就是一系列鞋盒大小的极小发电机，效率超过90%。然而，尽管取得了表面上的胜利，他还是很难让任何一家电镀公司接受他的新型发电机。

在这段创业的历史中，专利纠纷日益突出。韦斯顿花了大量时间在法庭上与他的商业对手斗争，他发现这种斗争既愤怒又兴奋。最终，他精疲力竭，悄悄地搬离了纽约。

他现在在电镀方面提供咨询服务，但也试图在他的家庭车间发展他的发电机业务。正是在这里，他提出了一项重大创新:多极电机。他的新设计不是有南北两个区域，线圈可以通过这两个区域转动(每绕轴一圈产生两次电流)，而是由一圈极性交替的磁铁组成。它代表了发电机设计的一个完全飞跃。这项专利于1876年7月被授予。令韦斯顿懊恼的是，当他在同年费城的百年博览会上展示他的设备时，几乎完全被忽视了。然而，几周后，他收到了一份工作邀请。为了获得专利版税的一部分利益，他加入了一家制造发电机的公司。很明显，这是赚大钱的地方。

轻松的工作

在一位投资者的帮助下，韦斯顿随后成立了自己的公司:韦斯顿发电机电机公司，这是美国第一家电机厂。在隔壁，他建立了一个实验室，在那里他可以开发新的想法。

对于韦斯顿来说，1878年巴黎博览会的一个亮点是由俄罗斯发明家保罗·贾布罗奇科夫(Paul Jablochkoff)设置的一排电弧灯照亮了'Opéra大道。自1874年以来，韦斯顿一直在建造由发电机驱动的电弧原型。他开始自己制作棒材，在炉子里烘烤炭黑和沥青，并进行了大量改进。他在电极棒的末端镀上了铜，以改善电接触，并在碳棒旁边放了一根石灰棒，在电弧中加入离子，用一点红光缓解了蓝光的“钝化”，并提供了一个额外的传导路径，减少了闪烁。他设计的弧光灯出现在好几个城市，甚至布鲁克林大桥上。

他还涉足了白炽灯行业。在这里，他又一次介绍了真正的创新，包括化学气相沉积法，甚至可以制造碳丝。而他却无法提高Sprengel泵为了抽走灯泡，他发明了“吸气器”来改善真空。在灯泡密封之前，在动态真空下加热少量的氧化钍。由此产生的钍将在灯泡第一次打开时去除最后的氧气痕迹，极大地延长灯丝的寿命。1882年，他发明了真正有利可图的“塔米丁”工艺，用压实的硝化纤维制成碳丝。他用这些灯丝制作了街道照明的巨型灯泡。

韦斯顿被迫眼睁睁地看着他的一项专利被裁定被爱迪生的一项专利所覆盖

1886年，灾难降临。他不仅卷入了公司管理层的争吵，他辞职了，而且在他不在的时候，工人们在储存用于灯泡的硝化纤维片方面走了捷径。整个工厂都烧毁了。随后，托马斯·爱迪生发起了一系列诉讼。韦斯顿被迫眼睁睁地看着他的一项专利被裁定被爱迪生的一项专利所覆盖。在1893年的一次会议上，韦斯顿痛苦地说:“我可以诚实地说，我曾努力在一些电灯公司中发现任何道德品质的存在，但没有找到。”

韦斯顿回到了他在美国纽瓦克的家中。他是个富翁，在房子后面给自己建了一个大实验室，里面有一台蒸汽机和一个他自己做的5马力发电机。在帮助下，他投身于一个开始困扰他的问题。电流和电压的测量仍然是一个真正的问题，涉及到沉重的悬浮磁铁和复杂的修正。爱迪生发明了一种更坚固的电解计——缺少的是更实用、更便携的仪器。

保持力量

1880年左右，韦斯顿和法国人Jacques-Arsène d’arsonval独立地想出了在固定磁铁的磁场中悬挂线圈的想法。当电流通过线圈时，线圈就会摆动，线圈上方的一根针可以测量线圈的偏转。韦斯顿太忙了，没有为他的想法申请专利;达索瓦尔现在被认为是最早的发明。但韦斯顿的设计有一个巨大的优势:通过将线圈缠绕在金属框架上，他可以利用之前一直困扰他的涡流来抑制针的无休止振荡。

把它变成一种仪器还需要几个步骤。永久磁铁会随着时间的推移而失去强度。几个月后，韦斯顿和他的助手们意识到两极之间的差距是问题的根源。添加一块软铁作为“守护者”，在电路中引导磁通量，保持金属的磁畴长期对齐。

接下来，韦斯顿意识到，在线圈平行放置一个“分流”电阻，可以让他直接测量任何电流。但分流器往往会升温，改变它们的电阻;就像有人开玩笑说的那样，“需求成了韦斯顿发明之母”。他和他的助手们系统地探索了不同的合金，最终发现了一种铜和镍的混合物(他将其命名为康斯坦坦)，具有很小的负热电阻系数。另一种恒阻合金锰紧随其后。1888年，他提出了一种新的仪器——一个优雅的盒子，只需使用一个插头连接不同价值的分流器，就可以用于不同的范围。因此，第一台小型多量程仪表诞生了。

他不知疲倦的专利律师现在纠缠着他保护他的设备，并为他找到了一位投资者，帮助他资助一家新公司。韦斯顿仪器公司发现自己被订单淹没了;他们几乎无法满足需求。

但还有最后一个问题需要解决。制造一个测量电流和电压的仪器当然很好，但你怎么知道你的仪器是正确的呢?没有伏特本身的基本定义，测量几乎没有意义。克拉克电池的锌电极和铂电极分别浸入锌和硫酸汞溶液中，产生了可重复的电压，但令人恼火的是，它依赖于温度。在首次设计(并申请了专利)装有灵敏温度计的克拉克电池后，韦斯顿调换了电极。他会用镉代替锌。1893年发布的新电池输出电压为1.0183V，对温度控制的要求比之前的电池要低得多。当这种电池在1903年被采纳为电压的参考标准时，韦斯顿非常高兴，他放弃了它的专利权。尽管存在缺陷，电池一直是标准，直到1990年约瑟夫森结终于取代了它，为完整的电池奠定了基础重新定义SI系统．

韦斯顿爱打官司、好胜、不知疲倦，他把自己和他的助手们逼到了极限，在专利案件中打官司，超出了理智的限度，而且经常忘记在胜诉后要求赔偿。随着年龄的增长，他开始尝试打高尔夫球(他从未精通)，然后是骑自行车(他喜欢)，最后买了一辆汽车——具有讽刺意味的是，这是最早的汽油动力车型之一。也许是受到圣奥古斯丁的启发，他想到了“让一切通电”。但现在还不行。”