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第4章 “电磁指针电报机”

人类自从有了持续的电流,便促进了电磁学的发展,从而为电报的发明提供了先决条件。

长期以来,人们把电和磁是作为两种互不相关的现象加以研究的。我国汉代以前的战国时期,就发现磁石能吸铁的特性,当时给这种能吸铁的石头起了个名叫“慈石”,意思是说它有慈母之心,对铁十分慈爱。所以汉代以前都把磁石写作“慈石”。现在看来很可笑,但当时认为是很合情理的。人们也很早就发现用丝绸摩擦后的玻璃所带的电,能吸引碎纸屑。但是磁吸力与电吸力这两者之间有联系吗?丹麦物理学家奥斯特从1807年就开始对这个问题进行研究,直到1820年4月,有一天他利用电池给导线通电时,突然发现和导线平行放置的磁针偏转了。当时,奥斯特正在课堂给学生讲授伏打电池的原理,讲台的桌上放着伏打电池、导线、磁针(即指南针)等仪器。当他把导线连接在电池上,电流通过的一瞬间,一个眼快的学生突然脱口而出:“磁针动了!”当时奥斯特看到这种异常现象大吃一惊!为什么磁针竟鬼使神差般偏转了呢?

为了研究这一惊人的发现,奥斯特闭门不出又进行了两个星期实验(有的说是两个月)。他反复地观察到,磁针放在导线的上方与放在导线的下方偏转方向截然相反。这又是怎么回事呢?电力与磁力之间的神秘关系,吸引着奥斯特,他深入思考,长夜难眠。

科学研究是无止境的,而且越向前进越会有“望山跑死马”之感。

奥斯特原是一个平民药剂师之子,由于在青少年时刻苦学习,1794年考入丹麦的哥本哈根大学,攻读医学和自然哲学。1799年,奥斯特写了一篇科学论文,取得了哥本哈根大学的博士学位。

勤于用脑的奥斯特,长期在思索电力和磁力之间应该有某种联系,但始终也未曾找到。特别是著名的法国物理学家库仑已断言:“电和磁是物质的两种截然不同的性质,两者之间是不会互相转化的。”这如同一槌定音。然而,1820年奥斯特在课堂上演示时,导线通过电流的瞬间,使磁针偏转了,这就一下子推翻了库仑的权威论断。这一事实已无可辩驳地说明,通电导线的周围已产生了磁力,由于同性磁极相斥,异性磁极相吸,才使磁针偏转。至于为什么磁针放在导线上面和放在下面偏转方向相反,那是有待下一步研究的问题。为此,奥斯特这个平民之子,于1820年7月21日,发表了一篇《关于磁体周围电冲突的实验》论文,向学术界宣告了关于电流的磁效应(电能生磁)问题。如此“晴天霹雷”,震惊了全世界的物理学家。

奥斯特关于电流的磁效应(电能生磁)的重大发现,其真正价值在于:它导致了后来电磁铁、电报、电话、电脑(电子计算机)、雷达等一系列发明创造。而其中电磁铁就是电报的最重要的部件。

电流磁效应的发现给实现更有效的电气通信带来了希望。

有人想,既然电流能使磁针发生偏转,那为什么不能利用它做指示器,以代替电解水产生氢气泡来传递信息呢?

法国电学大师安培首先提出了这个设想。1833年高斯。韦伯等根据这个设想研制出了第一台可供实用的电磁指针电报机——磁针偏转的不同位置代表着不同的字母,用来在哥廷根大学物理实验室和天文观测台之间传递科学信息。

1839年,英国科学家库克和惠斯通合作,在相距21千米的铁路线上安装了他们在两年前研制的电磁指针电报机,在帕丁顿和西德雷顿之间架起了第一条商用电报线。电报机的指示器用5根磁针,只要预先编排好字符,就可以用它来收发电报。

革新者永远不会对已经取得的成就感到满足,库克和惠斯通继续研究和改进他们的电报机,1845年把五针电报机改制成更简单更先进的单针电报机。到1852年,英国已经拥有6500千米长的这种电报线路、单针电报机在英国铁路上一直使用到20世纪。

尽管电磁指针电报机还有不少缺点,使用也不方便,但是,电的传输速度同光的传播速度相等,每秒30万千米,可谓瞬间即达,比人骑着骏马送信或用火车、汽车、飞机等运输工具传递信函不知要快多少倍,也就是说,电气通信大有前途——这是肯定的。