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无线电报 跨越大洋彼岸的交流

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作者:科普中国来源:科普中国

意大利物理学家马可尼是实用无线电报系统的发明人。他将电磁学原理应用于信息空间传输,从而开创了不用导线就能对无数接收机同时进行电波通讯的先河,奠定了几乎所有现代远距离无线电通讯的基础。在博洛尼亚大学学习期间,他用电磁波进行约2公里距离的无线电通讯实验,并获得成功。1909年他与布劳恩一同获得诺贝尔物理学奖。1937年逝世。

在马可尼发明无线电报之前,前人的奠基为他的成功做出了很大的贡献。1821年法拉第完成了第一项重大的电发明。在这之前两年,奥斯特已发现如果电路中有电流通过,它附近的普通罗盘的磁针就会发生偏移。法拉第从中得到启发,认为假如磁铁固定,线圈就可能会运动。根据这种设想,他成功地发明了一种简单的装置。在装置内,只要有电流通过线路,线路就会绕着一块磁铁不停地转动。事实上法拉第发明的是第一台电动机,是第一台使用电流将物体运动的装置。这是一项重大的突破。

1831法拉第发现第一块磁铁穿过一个闭合线路时,线路内就会有电流产生,这个效应叫电磁感应。法拉第的电磁感应定律是他的一项最伟大的贡献。是法拉第把磁力线和电力线的重要概念引入物理学,通过强调不是磁铁本身而是它们之间的“场”,为当代物理学中的许多进展开拓了道路,其中包括麦克斯韦方程。法拉第还发现如果有偏振光通过磁场,其偏振作用就会发生变化。这一发现具有特殊意义,首次表明了光与磁之间存在某种关系。法拉第提出的电磁感应定律表明,磁场的变化要产生电场。


1837年法拉第引入了电场和磁场的概念,指出电和磁的周围都有场的存在,这打破了牛顿力学“超距作用”的传统观念。1838年,他提出了电力线的新概念来解释电、磁现象,这是物理学理论上的一次重大突破。1843年,法拉第用有名的“冰桶实验”,证明了电荷守恒定律。1852年,他又引进了磁力线的概念,从而为经典电磁学理论的建立奠定了基础。


马可尼从小就是一个很有独立见解和独创精神的人,当他还是少年时就制作了许多种神奇的装置,显示出超人的才华。马可尼的母亲是个爱尔兰人,父亲是富有的意大利商人,小时候他常常随母亲坐船飘洋过海去英国甚至是北美探亲访友。旅途中,当船只航行在一望无际的大海上时,常常遇到一些意想不到的麻烦,可是又无法和陆地及其他正在航行的船只取得联系,这使马可尼常常思考如何才能在危机时刻联系到其他的船只。


1894年,20岁的马可尼由于一次偶然的机会在一本电磁杂志上读到一篇介绍赫兹研究电磁波的文章。这篇文章唤醒了马可尼少年时代的思考。他从父亲那里得到一部分财政支持,于是开始在意大利的庄园里进行无线电报的实验。马可尼依靠自己在发明方面的天份和勤奋的工作,经过一次次电磁波的发送和接收实验,没过多久,居然就能在140公尺的距离间进行通信了。这一成功大大增强了马可尼的信心。


1896年马可尼携带着自己的装置到了英国,在那里他被介绍给邮政总局的总工程师威廉•普利斯。在同年马可尼取得了无线电报系统世界上第一个专利。他在伦敦、萨里斯堡平原以及跨越布里斯托尔湾成功地演示了他的通信装置,1897年7月成立了"无线电报及电信有限公司"。同年又在斯佩西亚向意大利政府演示了12英里的无线电信号发送。1899年他建立起了跨越英吉利海峡的法国和英国之间的无线电通信,同时在多地建立了永久性的无线电台。


1900年马可尼为其“调谐式无线电报”取得了著名的第7777号专利。1901年12月的具有历史意义的一天,他决定用他的发报系统证明无线电波不受地球表面弯曲的影响,第一次使无线电波越过了康沃尔郡的波特休和纽芬兰省的圣约翰斯之间的大西洋,距离为2100英里。


马可尼的无线电报接收装置采用了法国物理学家布兰利的发明成果――粉末检波器。粉末检波器有一个很细的玻璃管,管中装有细小的金属屑,两端各有一个电极,当有电磁波传过来时,在两端的电极上产生感应电势,金属屑会互相吸引而彼此粘结起来。于是检波器呈导电状态。粉末检波器还有一个自动敲击装置,在没有电磁波信号时,金属屑往往仍保持粘连状态而不能马上分离。敲击装置能自动敲击以产生振荡使瓶内的金属屑得以马上分开。当粉末检波器接收到信号而导电,电报机上就有电流流过,并会自动在电报纸上打出莫尔斯电码的“点”和“划”来,这样发射端发出的莫尔斯电码文就可以在接收端反应出来。

文章分类: 物理视野