18世纪末,法国人夏普发明了横木通信机,这种机器是在一根立柱上装一个横杆,在横杆两端,各接有一根小短棍,通过控制牵线滑轮,从而改变立柱上横杆的位置以及横杆上小短棍的位置,这样就能通过用不同的开头代表不同的字母来传递简捷的信息。但这种通信机传递信息的速度太慢,两台通信机之间的最大距离为15公里,很不实用。
1837年9月4日,美国人莫尔斯制造出世界上第一台电磁式电报机,它能在500米距离内进行有效工作。7年后,人类第一次使用具有实用价值的电报传递信息。
1791年莫尔斯出生在美国马萨诸塞州的查尔斯顿镇。19岁时毕业于耶鲁大学艺术系,次年留学英国。
1832年秋,莫尔斯在访问法国、意大利之后的回国途中,遇到了一件神奇的事。在船上餐厅用完了晚餐,莫尔斯正打算离开,却被一个名叫查尔斯·杰克逊的医生玩的“游戏”吸引住了。杰克逊医生在桌子上放了一块马蹄铁,上面密密地缠着绝缘铜丝,旁边放着电池和铁钉。铜丝一通上电,铁钉就被马蹄铁吸牢。而电源一切断,铁钉又立即从马蹄铁上掉了下来。杰克逊医生介绍说这是电流的磁效应,吸引铁钉的那股力量来源于由电流转化而来的磁性,他兴奋地说:“电的应用时代已经来到,我们可以用电来传递信息……”
莫尔斯不禁问道:“请问现在是否有人在使用电流来传递信息呢﹖”
“听说有人在研究这个问题,但具有实用价值的发明还没有。”
莫尔斯当即决定自己去试一试。在后来的5年中,莫尔斯全力以赴地投入到电报的发明研究工作中。他自学电学知识,并向电学专家亨利和化学教授盖勒虚心请教。在电报的发报、传送和收报方面,得到了亨利的大力支持。莫尔斯还学会了制作电报机的手工工艺,并和其他电报研究者积极交流。
有一天,莫尔斯由噼啪作响的电火花突然想到:有电火花是一种信号,没有电火花也是一种信号,时间间隔长短又是一种信号。用这三种信号组成不同的信号组合,代表不同的数字或字母,不是就可以在电线的这一端,用接通和切断的方法,通过电流把信息传到另一端去了吗﹖莫尔斯这个设想最终解决了用电信号表示数字和字母这一技术性问题。他很快以此为依据,编成了世界上第一本电报电码,后世称之为“莫尔斯电码”,直到今天,这种电码还在使用。而这一年,正是公元1837年。
发明电报电码后,莫尔斯又制成了根据这个编码设计和制作的电报机。为了解决长距离通讯问题,莫尔斯四处筹集实验经费。这时,新泽西州的威尔技师,利用他父亲工厂的设备和资金,竭尽全力帮助莫尔斯。他们共同改进发报和收报装置,在传播线路上添加继电器,解决了电流逐渐减弱问题。
1841年,可供实用的有线电报机终于问世。莫尔斯与威尔向美国国会提出架设实验电报线路的议案,1843年3月,美国国会讨论并以微弱多数票通过了莫尔斯的议案。1844年初,华盛顿-巴尔迪摩的电报线路修建完工。1844年5月24日,莫尔斯坐在华盛顿国会大厦联邦最高法庭会议厅里,当众向40英里(约64公里)外的巴尔迪摩拍发了世界上第一份长途电报:“上帝创造了怎样的奇迹”
电报终于诞生了,它是人类通信史上的一大革命。
贝尔发明电话
1847年,贝尔生于英国,他17岁进入爱西堡大学,主攻语音学。后迁居美国,在波士顿大学教语言学。莫尔斯发明电报后,身为波士顿大学语音学家的贝尔教授也怀着浓厚的兴趣在业余时间进行研究,他心想,既然电流能够传递电波信号,为什么不能传播音波信号呢﹖贝尔认为,这是一个值得研究的课题。他当时就决定辞去工作,全身心地投入到电话的研制中去。
贝尔感到自己的能力有限,要解决这个问题,只有请教专家。贝尔来到了华盛顿,向老科学家亨利求教,亨利给了贝尔以极大的鼓励。不久,18岁的技师沃森成了他的搭档。在沃森的帮助下,贝尔成功研制出电磁铁片的振动膜。同时,螺旋线圈的振动簧片,已达到设计要求,而讯号共鸣箱也宣告完成了。贝尔和沃森还在波士顿柯特大街租下两间马车棚,把它们改造成了隔音效果十分理想的“听音室”和“喊话室”。经过两年的研究,以及无数次地拆装实验,1875年6月2日,贝尔和沃森像往常一样重复着讯音共鸣试验,坐在听音室的贝尔突然听见了放在桌上的模型里传来微弱不清的声响。贝尔一下子蹦了起来,他依靠自己语音学家的敏锐听觉,判断出它不是脉冲电流产生的声音,而是从喊话室时传来的声音。贝尔跑到沃森的房间大声说:“我在那个房间里听见了机器的响声。”“是吗﹖我在修理机器。”沃森用自己的手在机器上碰了碰,果然有一种细微的响声。“就是这个声音,我们听见了”贝尔兴奋地说。
经过多少个日日夜夜的艰苦奋斗,到今天可以听见机器的响声,不论怎样说,贝尔的电话研究毕竟取得了初步成果。他们继续实验,但在现有的仪器前,任凭他们怎样大声喊叫,始终听不清楚声音。经过研究后,两人认为毛病在金属振动板上,他们一点点试着磨金属板,一次次实验,声音也一次比一次清晰。
1876年,贝尔29岁,沃森22岁。他们终于制成了第一套传话器和听筒,贝尔还获得了美国专利局的专利证书。
1878年,贝尔和沃森在相距300公里的波士顿、纽约之间首次进行长途电话实验,实验取得了圆满成功。当然,这一成功还得益于爱迪生的发明,为了使电话跨越长距离,爱迪生改进了电话的送话器,在其中加大了感应线圈,使电话达到了实用化。发明电话后,贝尔正式成立了“贝尔电话公司”。
爱迪生发明电灯
爱迪生1847年2月21日生于美国俄亥俄州一个农民家庭,从小时候起,他就对什么事情都感兴趣,尤其爱做试验。8岁时,爱迪生入校读书,由于考试成绩太差,3个月后,老师勒令其退学,从此以后,爱迪生再也没走进过学校大门。
12岁时,爱迪生就到火车上去卖报纸和食品,挣的钱用来补贴家里为自己进行实验而增加的开支。他一边工作,一边读书,同时也进行实验。在实验的过程中,由于意外的事故,使他的耳膜震破,几乎丧失了听力,从此这个毛病伴随了他一生。残酷的现实并没有使爱迪生灰心丧气,在16岁到21岁5年间,由于生活所迫,他背井离乡,到处流浪,过着饥寒交迫的生活,但是爱迪生始终没有停止过读书和实验。
有一次 ,爱迪生奋不顾身地从车轮下抢救了一个小孩。原来这个孩子是车站站长的儿子,为了感谢爱迪生,站长决定亲自教他发报技术。爱迪生勤奋好学,只3个月,他的收发报技术已经非常熟练了。这次意外的学习机会为爱迪生以后的多项伟大发明打下了良好基础。
1868年冬天,爱迪生经朋友介绍到波士顿的西方联合电报公司当报务员。这里的报务工作十分繁忙,经常积压着许多电报不能及时发出去。他想:要是在一条线路上同时发送两份电报,效率不就可以提高一倍吗﹖幻想总是发明的前奏。他把自己关在房间里夜以继日地进行试验,每天只睡几个小时,有时甚至忘了吃饭。朋友们都十分担心爱迪生累坏了身体,可他却说:“人生太短促了,要干的事情那么多,我怎么能不争分夺秒呢。”
32-爱迪生
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双重发报机终于试制成功了,爱迪生为电报史的发展做出了卓越的贡献,报纸以醒目的位置刊登了这则消息。从此,这个名不见经传的小人物开始崭露头角。
爱迪生在波士顿实验发报机期间常常有机会去制造电气机械的查尔斯·威廉斯的工厂去。后来他被允许到工厂里做实验。
爱迪生就在这家工厂里完成了他取得的第一项专利——“电动投票记录器”,这一年他22岁。他在华盛顿的政治家们面前作了表演,但是并没有引起他们的重视。理由是为了阻碍对问题的讨论,投票方法越慢越好。爱迪生从这一体验中汲取了非常珍贵的教训,这就是:“重要的是,不管遇到怎样的困难,都必须坚定不移地决定自己的研究课题,专心正确地从技术上解决这个课题。另外,更重要的是要发明社会所需要的东西。”“只是发明家个人脑子里想出来的东西是没有用处的。”
爱迪生一生共有2000多项发明,其中1300多项获专利权。
在爱迪生的所有发明中,数电灯的发明对人类的贡献最大。在爱迪生以前还没有人发明出一种很实用的电灯。1878年,爱迪生在发明了自动电报机、打字机、留声机后,决心研究出造价低廉、经久耐用,而且安全方便的照明电灯。
开始,爱迪生想到了电流把一小截电线烧到白热化的程度时,可以把它装到玻璃泡里照明。但用普通导体一烧到白热化就断了,于是,他又想到了耐高温的炭丝。他把一小截炭丝放进玻璃泡里,一通电炭丝很快也断了。“应该选择更耐高温的材料。”爱迪生说。他和助手们又用焙点白金试了几次,可是这种材料虽然使发光的时间延长,但不时要自动熄灭,然后再自动发光,并且价钱昂贵,效果很不理想。
虽然面临多次的失败,但爱迪生并不气馁,他依然痴心不改地继续着自己的试验。他把已知的耐热材料列了一个单子,总共有1600种之多,然后,他和助手们一一地试验。但没有一种材料适用,1879年末的一天,爱迪生在火炉旁闲坐,看着炉中炽热的炭火,口中不禁叫道:“炭炭”他用木炭做了个炭条,经过试验后还是不行,因为木炭太脆,没有韧性。这时他看到手边有条用棉纱织成的围巾,他心里想:“棉纱的纤维比木材好,能不能用这种材料呢﹖”想罢,他从围巾上扯下一根棉纱放在炉火上烧成焦炭,然后,他小心地把这根棉纱炭丝装进玻璃泡里,通电一试验,效果果然很好。经过几次更换棉纱炭丝,点燃的时间从13个小时一下子延长到45小时。
爱迪生发明的电灯能点45个小时的消息一传开,英国伦敦的煤气股票价格暴跌,人们预感到,煤气照明必将被电力照明所淘汰。当人们纷纷向爱迪生祝贺时,可他却一个劲地摇头,爱迪生希望他的灯泡点燃1000个小时以上在以后不知多少个日日夜夜里,爱迪生把各种植物都拿去做了实验,甚至连马鬃,包括人体的头发和胡须,都成了试验品。1906年,爱迪生终于找到了理想的电灯材料——钨丝。这种方法一直沿用到现在。
特斯拉发明交流电
在工业发展史上,曾经有过一场关于使用“交流电”还是使用“直流电”的激烈的争论。提倡使用“直流电”的代表人物是大名鼎鼎的发明家爱迪生;主张改用“交流电”的代表人物则是比爱迪生小9岁的后起之秀特斯拉。
发电机发明以后,电能就在工农业生产和日常生活的各个方面得到了广泛的应用。起初是采用“直流电”的方式输电和供电,由于输电的电压较低,所以在输电线路上的热损失就较大,因此每一平方英里的地区就需要一个单独的直流发电机供电,而且还要用大量较粗的铜线。为了解决上述的缺点,特斯拉发明了以交流发电机供电的“交流多相电力传输系统”,由于使用变压器以高电压、低电流的方式输电,就大大地降低了输电线路上的热损失,实现了远距离输电,从而不需要大量分散的单机供电,输电导线的载面也大大地减小了。
从科学和实用的角度来看,使用“交流电”显然比使用“直流电”优越,可以大幅度地降低供电的成本。因此,特斯拉的发明得到了一位富有的发明家兼金融家威斯丁豪斯的支持,付给了特斯拉100万美元的专利费,为研制开发提供了资金,开设了“特斯拉电气公司”。但是多年来爱迪生的公司一直是投资开发直流供电系统的,不甘心就此让位给交流供电系统,于是与特斯拉展开了一场激烈的竞争。但是,爱迪生所采用的竞争方式是不科学的,他和他的支持者们诬蔑说:“使用交流电比直流电危险得多。”为了证明使用交流电的安全性,特斯拉专门举行了记者招待会,他让交流电从“特斯拉线圈”通过他的身体点亮了灯,记者们看得入了迷,纷纷承认了交流供电的优越性。最终这场竞争以特斯拉的胜利而结束,从此“交流供电系统”广为社会采用。
尼古拉·特斯拉于1856年7月10日出生在克罗地亚的斯米良,他的父亲是教堂的牧师,母亲热衷于心理学的研究。
童年时代的特斯拉就喜欢科学实验和制作一些小器械。他曾用竹管做过喷水枪,用木板制造过水轮,当他看到这个木制小水轮被河水冲击而成为动力装置时,十分高兴。
1880年特斯拉毕业于布拉格大学。1884年迁居到美国纽约,并于1889年取得美国国籍,因此后来人们称他为美国的发明家。
特斯拉的一生,从事过多方面的研究和发明,除了上述的“交流多相电力传输系统”以外,主要还有以下一些:
贝尔发明了电话以后,引起了特斯拉的兴趣,他曾负责同布达佩斯的第一次通话。在此期间,他发明了“增音机”,就是现在人们使用的扬声器的前身。
特斯拉研究过无线电通讯问题,提出了天线、发射电路和接收电路是无线电技术的三项基本设备。
特斯拉还发明了供医疗用的高频电热疗法,制造了弧光灯,发明了感应电动机……