电力与化学
由于缺乏廉价的发电方法，直到19世纪70年代，电力应用的发展一直磕磕绊绊。[1]尽管人们在弧光灯（electric arc lighting）和电动机方面进行了许多实验，但唯一在世界范围内应用的电力发明是电报——因为电报只需使用非常少量的、间歇性的电流，而电池就能提供足够的电力了。机械发电既昂贵又低效，因为发电机需要用到永久磁铁。1866年，英国电力专家亨利·怀尔德（Henry Wilde）和德国工程师维尔纳·冯·西门子（Werner von Siemens）发现，磁铁可以用线圈替代，当发电机开始旋转时，磁场会通过自激而形成。第一台基于此原理的发动机在1870年问世，由西门子柏林公司——西门子和哈尔斯克公司（Siemens and Halske）——制造；1873年，比利时工程师格拉姆（Gramme）在此基础上设计出了改良版本。廉价的发电方法为电力的广泛应用开辟了道路，照明、工业和运输等领域纷纷使用电力。例如，1879年，西门子在柏林展示了一个小型的电动轨道机车，而美国的托马斯·爱迪生（Thomas Edison）和英国的约瑟夫·斯旺（Joseph Swan）则各自独立发明了可用的白炽灯泡。在两年内，爱迪生在纽约和伦敦都有了小型发电站，为其遍布各地的电灯供能。[2]
这些创新共有的特点是依赖高度组织化的研究工作——无论是爱迪生位于纽约附近的门洛帕克市（Menlo Park）的车间和实验室，还是在德国的西门子和哈尔斯克工厂，皆是如此。此外，化学家在这些项目中的参与也值得关注，如斯旺和后来为西门子公司工作的尤金·奥巴赫（Eugene Obach）。化学是19世纪技术发展中许多重要突破的核心，更好地了解材料的化学性质，往往就能带来关键性的发展。例如，在电气化领域，斯旺和奥巴赫研究了用于制造更高效灯丝的材料。在冶金工业中，两位化学家珀西·吉尔克里斯特（Percy Gilchrist）和他的表弟西德尼·吉尔克里斯特·托马斯（Sidney Gilchrist Thomas）研究发现了处理钢铁中杂质的新工艺。
最重要的是一系列关于煤的研究项目，特别是关于煤焦油成分的研究。原本，煤焦油产量巨大，主要是煤气厂排出的废气，这些研究很快就会把煤焦油从一种棘手的污染物转变为新的有机化学工业的宝贵原料。法国和英国的化学家们确立了这种以科学为基础解决工业问题的新方法，而这种方法又是在欧洲的德语国家中得到了最充分的发展，因为正是在那里，那些能够承担前沿科学项目的机构可以全力发展。德语国家的大学并没有单单依靠个人发起的研究项目而壮大自身，而是引入了许多有组织的科学研究项目。技术教育也随着新的理工学院（polytechnics）的建立而发展壮大——首先是在奥地利帝国的布拉格和维也纳，然后于19世纪20年代和30年代在9个德国城市也有了这样的学校，随后苏黎世也有了。其中一些理工学院后来被改组为理工大学（Technische Hochschulen）。
法国为这些技术的发展带来了至关重要的影响，特别是巴黎综合理工学院（École Polytechnique），但是德国的方法往往更贴近实践——在尤斯图斯·冯·李比希（Justus von Liebig）和罗伯特·威廉·本生（Robert Bunsen）分别领导的吉森市（Giessen）和海德堡市（Heidelberg）的大学中，他们发展出了一套教授化学课程的方法，而这种教学淋漓尽致地体现了结合实际的原则。在这两个地区，教学与实验研究紧密相连，而1870年开始，这些研究也越来越多地移植到了德国的工业界。工业研究实验室正是这一时期最重要的制度创新。
化学染料的研发，正说明了实验室系统给德国技术带来了何等优势。在研究出煤焦油的成分之后，人们也得以合成各种新的染料。矛盾的是，第一种苯胺染料（aniline dyes）实际上是由一个英国人威廉·珀金（W.H.Perkin）在1856年制造的。不过也要注意，他是德国化学家奥古斯特·威廉·冯·霍夫曼（A.W.Hofmann）的学生，当时霍夫曼在伦敦刚刚成立的皇家化学学院（Royal College of Chemistry）任教。在德国，随着埃米尔·费舍尔（Emil Fischer）对糖类、蛋白质以及最终对染料的分子结构开展先驱性研究，化学染料技术在19世纪80年代向前迈出了一大步。靛蓝的化学结构于1883年由阿道夫·冯·贝耶尔（Adolf von Baeyer）确定，不过直到1897年，巴斯夫公司（Badische Anilin-& Sodafabrik，即BASF）的实验室才摸索出以工业规模合成染料的方法；这种在工厂中生产靛蓝的方法，比从靛蓝植物中提取时更便宜，纯度也更高。在合成染料首次产出的前一年，印度农民制出了9000吨靛蓝染剂，价值约400万英镑。而到1913年，由于有了与之竞争的新染料来源，印度的靛蓝产量已经下跌至1000吨。[3]日本开始大规模进口德国靛蓝染料，甚至印度也会从德国进口成品。(https://www.daowen.com)
拥有实验室的公司中，最大型的是为纺织业生产染料和苏打的化学公司，同时他们也生产化肥、油漆、炸药和药物（包括从1887年开始产的非那西汀和1899年产的阿司匹林）。举例说来，霍伊斯特公司（Hoechst，位于法兰克福附近）和巴斯夫公司［位于路德维希港（Ludwigshaven）］都成立于19世纪60年代。而到了19世纪的80年代中期，这两家公司都已发展为大型企业，并且也都在其实验室雇用了数名化学家。拜耳（Bayer）公司成立于1863年，于1881年雇用了15名化学家；而在1890年，它成立了一个新的实验室，很快就有100名化学家到岗工作，同时还有许多相关的技术辅助人员。[4]
电气工业也走上了类似的道路，主要是因为化学在电气工业的几个分支都有十分重要的地位。除了前文提到的关于灯丝的研究之外，电池和电镀技术也取得了不小的进展。在19世纪末，工业上已经开始使用新的电解工艺来生产铝和氯。但电气技术也依赖于数学和物理知识，这也是德国大学和理工学院擅长的科目。因此，在迅速发展的美国电气工业中，一些关键人物接受过德国那一派的教育也不足为奇。当爱迪生需要一位数学家来帮助设计他的第一批供电系统时，他雇用了曾在德国赫尔曼·冯·亥姆霍兹（H.L.F.von Helmholtz）手下学习的弗朗西斯·罗宾斯·厄普顿（Francis R.Upton）。后来，交流电源的发展在很大程度上也要归功于尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）为西屋电气公司（Westinghouse）所做的工作，他曾在布拉格（当时属于奥地利帝国）学习。[5]但这项工作一直颗粒未收，直到19世纪90年代商用交流电开始发展后，其成果才有用武之地。在之后那个十年开始时，通用电气公司（General Electric Company）成立了一个基础研究实验室，同样，这里的几个主要科学家也都有过至少一段在德国求学的经历。
图10.1 用于产生交流电的发电机，可追溯到20世纪初。其结构由两组线圈组成，一组保持静止，另一组紧贴着前者旋转［摘自梅科克《电灯原理与供电系统》（Maycock，Electric Lighting and Power Distribution），铁桥谷博物馆提供。］
