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第10章 人们生活中的必需品(1)

一、电灯的发明

电灯,至今问世才有100多年,它已经成为家家户户、各行各业不可缺少的照明用具。

在电灯问世之前,人们在夜晚是用油灯、蜡烛、煤气灯照明的。这种灯燃烧起来有黑烟有气味,要勤添才能燃料,易引起火灾,亮度也不够,极不方便。许多科学家都为此动脑筋,要研制出一种适合绝大多数家庭使用的灯。

19世纪初,人们已经掌握了电的知识,英国一位化学家叫斯旺,他用2000只电池和两根炭棒,制成了世界上第一盏炭丝弧光灯,它的光线很强,燃亮时“嘶嘶”作响,寿命不长,不适合一般家庭使用。

1880年,美国一位33岁的科学家爱迪生发明了电灯,给世界的夜晚带来了光明。

爱迪生(1847-1931)1847年2月11日生于美国俄亥俄州米兰镇一个农民家庭,少年时代家境贫寒,只读三个月小学就辍学了。后来在他母亲指导下,自学了英语、数学、化学、地理等多门课程。为了生活他儿童时代就在火车上卖报,青年时当过报务员和技师。他勤学好问,勇于探索,注重实验,刻苦钻研,自1869年至1910年的41年里,总计有1328种发明。

爱迪生从小就爱动脑筋。5岁时,有一天,他妈妈突然生病,肚子疼得厉害,经医生诊断患的是急性阑尾炎,必须马上动手术。当时还没有电灯,晚上用的是煤油灯。单靠煤油灯做手术是不行的,在紧急时刻,爱迪生突然想起,与小朋友一起玩时用镜片把太阳光反射到暗处,会把暗处照亮。他立即借了许多煤油灯和镜子,在每盏灯的后面放一面镜子,使镜子把煤油灯的光反射到床上。医生看到后高兴地借用这种光给他妈妈顺利地做完了手术。妈妈得救了,大家都夸爱迪生是个聪明的孩子。

1878年9月爱迪生决心要研制电灯。他从试验白炽灯开始,把一截耐热的材料装在玻璃泡里,用电流把它烧到白热化程度便可发光。这种试验首先是要找到合适的耐热材料。他先用炭来试,很快就烧断了。爱迪生拿起玻璃泡反复地琢磨,忽然想起,玻璃泡里有空气,空气中有氧,氧能助燃,就会烧断炭。于是他用抽气机尽可能地把玻璃泡抽成真空。再做试验果然没有马上烧断,持续了8分钟灯熄灭了。此时他想到金属熔点高,是耐热材料。于是他用钡、钛、钼等稀有金属试验,都不理想,当用白金做灯丝试验时,发光时间较长。可达2小时,但是白金太贵,一般人是买不起的。

一天,爱迪生又在考虑下步该用什么材料做试验,忽然看见桌上放的棉纱,他脑里闪出一个念头,立即剪断一截棉纱放到炉火上烤,棉纱被烤焦了,变成了炭,他小心的装进玻璃泡里,经试验效果很好,灯泡寿命延长到45个小时,助手们非常高兴,爱迪生觉得不成,还得找新的灯丝材料。他根据棉纱的性质,决定从植物纤维方面入手继续做试验。到1880年5月已经试验过6000种耐热材料,灯泡能连续使用300小时。天逐渐热了。一天,爱迪生在实验室里考虑建设灯泡厂的事宜,觉得闷热,就手拿起一把竹扇子。扇着、扇着,脑里又出现一闪念,他把竹扇子扯碎了,取一片,经炭化后装进玻璃泡里,通上电连续亮了1200小时。这次试验太令人高兴了。不久,几百万只物美价廉的灯泡上市了,使用电灯的人越来越多。为了保证使用安全,爱迪生又发明一种“保险丝”让用户装在用户电路上。

竹丝灯在社会上使用很多年。到1906年人们又做了改进,用钨丝做灯丝,就是现在人们普遍使用的电灯泡。

爱迪生活了84岁。他是伟大的发明家,人们会永远记得他为人类做的贡献。

二、电报的发明

莫尔斯(1791

-1872),美国发明家,是电报发明者。他自幼爱好画画,后来在美术方面工作多年,颇有成就,已是一名画家。

1832年莫尔斯已41岁,秋季的一天,他乘坐一艘从法国拉弗港起航横渡大西洋开往美国纽约港的客轮。航行中旅客们闲聊着欧洲的见闻。有一位青年人名叫杰克逊,谈着他刚从巴黎电学讨论会上听到的在电学研究中的新发现,吸引了许多旅客。莫尔斯也被杰克逊的奇特演讲才能和电学的奇特知识深深地吸引了。尽管他当时对电学知识还不懂,却产生了极大的兴趣,并产生出许多想像和创意。听后,他在写生的画簿上端正地写上了“电报”两字。他下决心要放弃美术工作,投身到电报机研究中。为了解决生活费和弥补电学知识的缺乏,他一面在纽约大学讲授美术课,一面拜美国大电学家亨利为师学习电学知识。莫尔斯利用课堂和学习以外的时间研制电报机。他深信自己的发明一定能够取得成功。他把画室改作试验室,购置了一些木工和钳工的工具。功夫不负有心人。不久,莫尔斯研制出一块电磁铁,又发明了一种继电器,从而更增强了莫尔斯的信心。

他历经了千辛万苦,不知有过多少个不眠之夜,坚持不懈地努力,终于悟出了科学的真谛。他在科学笔记上记下了:“电火花是一种信号;没有电火花是另一种信号;间隔的时间也是一种信号。用这三种信号的不同组合起来,代表不同的字母、数字,就能把信息通过电线传到另外的地方去。”

这样莫尔斯解决了电报机的难题,即电码软件与电磁硬件的匹配问题。在电磁装置上用点划及时间间隔来表达电码内容。

为了设计和研制好电磁装置,莫尔斯邀请了一位精通机械的年青技师,协助他进行研制。经过努力,于1873年终于研制成功了电磁式电报机。当年在纽约实地表演了他研制的电磁式电报机,在500米内能够有效的工作。

又经过改进和完善,做了进一步的实验。莫尔斯计划在华盛顿和巴尔的摩两个城市之间架设一条60公里长的实验用电报线路。他向美国国会提出申请要3万美元的经费。1843年国会终于批准建第一条长距离电报线路的拨款。莫尔斯和他的伙伴们经过两年的艰苦施工,终于建成了华盛顿至巴尔的摩城60公里长的电线路。

1845年5月24日莫尔斯用一连串的点划成功地发出了世界上第一份电文,从此实现了有线电报通讯。

随之电报事业在全世界很快的发展起来了,莫尔斯所编的电码,在电报事业中也获得了普遍应用。

三、电磁铁的发明

法国物理学家安德烈?马利?安培(1775-1863)出生于里昂,他的童年是在一个虔诚宗教气氛的家庭里度过的。他的父亲有一间藏书颇多的图书室,安培从小就爱读书,其中《大百科全书》和《自然史》对他影响较深。后来家庭衰败,安培开始了艰苦的自学生涯。他对科学事业,有一股不达目的不罢休的探索精神。他在数学、物理学、化学等领域都取得了很大成就。曾任巴黎综合工学院教授,法兰西工学院院士,英国皇家学会会员。

安培于1820年9月11日,在法国科学院听了法国科学院常务秘书、物理学家弗朗索瓦?阿拉戈介绍的奥斯特发现电磁效应的实验,安培非常感兴趣,会后立即动手进行实验。他发现磁针的北极在带电导体的影响下立即偏转方向,这个方向可借助右手拇指定则的方法加以确定。这就是至今我们仍在使用的安培右手定则原理。

安培在反复实验中发现,不仅直导线通过电流时对小磁针有作用,而且圆形导线和矩形导线通过电流对小磁针也有磁力作用。实验结果说明磁效应来源于电流。

安培的好朋友弗朗索瓦是他家的常客,一天来拜访,敲了几次门未见回音。弗朗索瓦知道安培在家里正忙于工作,于是就站在门外等着。过了一会,安培开门出来了,见到弗朗索瓦,一把拉住手说:“请到屋里,我让你看点东西。”弗朗索瓦从安培的表情看出,安培一定是发明了什么。于是跟随安培走进了实验室,见到桌上放有电池、仪器、导线等。安培拿起一个线圈,在线圈导线的两端通上电,又拿起一块磁石,只见磁石靠近线圈后一会被吸引,一会被排斥。安培说:“这个小实验很明显地说明通电流的线圈两端能产生磁力线。”随后安培又把一根小铁棒插入线圈内,让弗朗索瓦把桌上的钉子和铁屑等收集过来,当铁钉和铁屑靠近线圈时,立即被吸引到线圈中的铁棒两端,安培切断电源时铁钉和铁屑又立刻掉到桌子上了。这样重复做了几次都出现了同样的情况。这就是安培发明的电磁铁。目前,机电设备多数都有电与磁的相互作用。人们为了纪念安培的贡献,把电流单位定为“安培”,至今还在使用。

四、静电喷漆术的发明

大名鼎鼎的美国兰斯伯格公司,在20世纪20年代仅仅是一个厨房用具商店,老兰斯伯格由于经营方式落后,生意并不景气。

1931年经济大萧条年代,高中毕业的小兰斯伯格就业于自己父亲的店铺。他从每天晚上7点到第二天早上7点给甜饼罐喷漆,而所用的空气喷枪喷漆浪费油漆严重,于是他决心寻找节约的方法。

几年来,小兰斯伯格潜心研究,但毫无结果。他感到了自己学识上的欠缺,就请哥哥爱德华给自己介绍一位有学识和有技术的朋友--格林。格林向他提出试试用静电沉积法喷漆。这个建议使他茅塞顿开,他想起了中学物理课上静电吸物的实验,也想起不久前参观的西屋电器工厂,该厂用高压电场使雾状粒子电离化,然后沉积在金属表面上。

小兰斯伯格说服了父亲,终于使他同意资助100美元搞静电喷漆实验。他和格林经过1937-1938年整个冬天的试验,终于发现用低气压和10万伏的高电压,在距工件1~2米的距离开动喷枪,可以一次喷漆完毕的工艺比当时普通方法节约油漆1/3。但这一技术却无人敢用,因为人们一听到10万伏的“电老虎”,就会“谈‘虎’色变”!

二战期间的一天,工程师斯塔克用普通油漆刷涂一个高压线柜时,高压电源被误打开了。当油刷移到离柜子几厘米的时候,发现油漆正从刷子上飞快地变成雾状被吸向柜子!工程师大吃一惊,他马上叫来兰斯伯格兄弟,让他们也来观看这一奇特现象--静电奇观。他们马上意识到这一发现可以改进喷漆方式,不用手握喷枪冒着高压触电的危险喷漆,只要用高压静电就行了。

根据这一想法,他们改进了喷漆工艺,制造出了全自动静电涂漆系统。这一技术发明成为现代静电喷漆技术的先导,也为兰斯伯格公司带来了滚滚财源。

五、无线电的发明

马可尼(1874-1937)是意大利工程师、无线电的发明人。他一生从事无线电设备的研制和改进,推动了无线电通讯的实际应用。

马可尼1874年出生于意大利博洛尼亚一个富裕家庭,从小接受家庭教师的教育。

1894年马可尼看到几年前赫兹写的一份实验报告。在实验报告中清楚地描述出有一种不可见的电磁波的存在,它是以光速在空气中通过的。

马可尼的灵感被这份实验报告所激发。他想这种电波有可能用于远距离传送信号,而不用导线,于是他开始研究和试验。

经过一年的努力,到1895年马可尼研制出一台无线电信号装置。1896年他在英国实地演示了这个装置,取得了成功,并获得了此项发明第一个专利权。但是他研制的这台装置仅是初级阶段,还有一些欠缺,还有一些问题有待于进一步克服和完善。

马可尼很快建立起一家公司,对他发明的无线电信号装置做了改进,于1898年他发出了第一封无线电报,1899年他将无线电信息传过了英吉利海峡,1901年12月他成功地使无线电信号跨越大西洋从英格兰送到纽芬兰,实现了远距离无线电信号的传送。

1909年,当“共和国号”轮船遇到撞船事故受损,即将沉入大海的关键时刻,马可尼发明的无线电装置发挥了极其重要的作用。无线电信号(发送的莫尔斯电码),成为了救助的帮手。船上除6人伤亡外其余人员全部获救。同年马可尼的发明荣获了诺贝尔奖。

1910年马可尼又成功地将无线电信号由爱尔兰传送到阿根廷,两城相距6000多英里。后来马可尼对短波和微波通讯进行了重要研究。他于1937年在罗马去世了。此后,人们在马可尼发明无线电基础上,又发明了无线广播、电视等。

六、电影的由来

19世纪初,英国生理学家罗吉特在研究中发现了“视觉暂留”现象。这就是人的眼睛会产生一种现象,当你看了某一种发光物体之后,闭上双眼,在短短的二十分之一秒到一秒钟之间,仍然会感到这种发光物质的存在。这个发现为后来电影的诞生奠定了坚定的科学基础。

1830年,英国人霍纳剪了一条30厘米宽的纸带,在纸带上横着画有动作近似的人或动物的连环画,再将纸带贴在圆筒上,圆筒中心装有轴,把它放进有小窗的箱里,然后快速转动圆筒。人们从小窗看到,画面的连续移动会使人或动物变得活动起来。这种游戏被称为“活动画片玩具”。后来这个简单玩具启发了科学家们,研制一种可以把图像再现的电影。

经过不断的探索,科学家们首先解决了电光源方面的技术,又解决了电影机械方面的技术和摄影方面的技术,从而跨进了电影时代。

1894年爱迪生研制成一种名为“电影视镜”的装置,里面装一盘15米长的照片胶卷,每秒放映46~60个画面,这是原始电影。

这个装置给法国的卢米埃尔兄弟很大的启示。兄弟二人经过反复的改进和调试,于1895年制成了世界上第一台电影放映机。在试放前,卢米埃尔兄弟苦口婆心地劝说20多人前去观看,也由于他们的好奇心驱使,于1895年12月28日下午在法国巴黎卡普聿路14号的路易丝咖啡馆里,他们边喝咖啡边等待着看所谓的“电活动画面”

卢米埃尔兄弟安放好银幕和放映机后,电影开始演了。放映的片子很简单,而且也没有声音,但还是使全场观众看得出了神。每个人都惊叹不已,从此电影诞生了。

1916年有声电影问世了。电影也从此成为人们生活中不可缺少的娱乐活动。

1940年彩色电影又登上了银幕,今天电影已走进千家万户,是人们文化生活中的重要组成部分。

七、电视机的发明

早在19世纪末、20世纪初,无线电技术广泛应用于通讯和广播事业后,世界上有许多发明家和科学家都曾千方百计地想发明一种能传播“现场实况”的电视机,但是都未能获得成功。

1906年英国有个青年人叫贝尔德,当年只有18岁,他立志要研制电视机,在英格兰西南的黑斯廷斯搞了一个非常简陋的实验室。开始他对电视机的原理只是知道一点,那就是必须把所要发送的场景实况分成许多明的或暗的小点,再以电讯号的形式发送出去,然后在接收端使它重现出来。

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