我们经常看到战争片里有个发报员,”嘟嘟嘟”地发电报 。也有很多人知道,SOS是求救信号 。那么,大家知道电报是什么原理吗?哪些人对无线电报的发明有贡献呢?人们为什么把SOS作为求救信号呢?
一、麦克斯韦:电磁波的预言者
之前我们说过,法拉第发现了电磁感应现象,通过磁场产生电流,并且发明了发电机 。可是,为什么磁场会产生电流呢?法拉第并没有想清楚 。因为法拉第小的时候家庭贫困,只上过两年小学就辍学了,他的的伟大成就都是依靠对科学的热爱和努力钻研的精神而取得的,所以法拉第在数学方面不是很强,总是喜欢用形象的方式表述物理规律,却难以使用数学语言解释自己的伟大发现 。
这时,另一个伟大的人物麦克斯韦登场了 。
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麦克斯韦
麦克斯韦比法拉第小40岁,在他23岁刚刚从剑桥大学毕业时,读到了法拉第的科学论文,他被法拉第深邃的思想所吸引,并决心用数学去弥补法拉第的不足 。一年后,他就发表了第一篇关于电磁学的论文,并同法拉第进行了深入的讨论 。
法拉第是一位伟大的科学家,同时也是一个品格高尚的人,他对年轻的学者特别关心 。他对麦克斯韦说:你不要只局限于用数学解释我的观点,而要有所创新 。在老一辈科学巨匠的鼓励下,麦克斯韦最终成功地提出了麦克斯韦方程组,成为了牛顿和爱因斯坦之间最伟大的物理学家 。
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麦克斯韦想:电流的形成是由于电荷的运动,而只有电场能够驱动电荷 。他敏锐地感到:变化的磁场并非直接产生电流,而是在周围空间产生了电场,如果在电场附近存在导体,就会形成电流 。
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麦克斯韦进一步想到,由于电与磁紧密相关,而且变化的磁场能够产生电场,那么变化的电场应该也能产生磁场 。比如我们使用交流电连接两个金属板构成的电容器,由于交流电的电压在反复变化,电容器中就会产生变化的电场 。
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更为神奇的是:如果变化电场产生的磁场依然是变化的,它就会进一步产生电场,如此一来,振荡的电场和磁场可以相互激发,并向远处传播,形成一种类似波动的物质,并命名为电磁波 。
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麦克斯韦通过计算得到了电磁波的速度,恰好与光速相同,于是麦克斯韦大胆预言:光就是一种电磁波 。遗憾的是,他没有亲手证实自己预言的电磁波,1879年,麦克斯韦在剑桥病逝,年仅48岁 。而在那一年,二十世纪最伟大的科学家爱因斯坦刚好出生 。
二、赫兹:实验证实电磁波
科学的接力棒传到了德国科学家海因里希·鲁道夫·赫兹手中 。
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海因里希·鲁道夫·赫兹
赫兹在柏林大学学习时,受到导师亥姆霍兹的指导而研究麦克斯韦电磁理论,并决心用实验证实麦克斯韦的观点 。1888年,赫兹设计了一套实验装置,仔细地研究了这种波的波长、频率等信息,得出了这种波的速度等于光速,与麦克斯韦的预言完全一致 。至此,电磁波彻底被人们证实了 。赫兹实验不仅证实了麦克斯韦的电磁理论,更为无线电、电视和雷达的发展找到了途径 。我们今天一刻也离不开的手机就是通过电磁波传输的 。
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利用无线电传输信号有很多好处,比如真空不能传播机械波,我们在宇宙中喊话,别人是听不见的,但是电磁波却可以在真空中传输,所以宇航员在月球上即使距离再近,也需要使用无线电通信 。无线电信号传输速度非常快,如果我们从美国纽约喊一句话,即使无阻碍地传播,北京的人听到这句话也要9个小时之后 。但是无线电的传播速度是光速,几乎可以在一瞬间传遍全球 。而且,电信号比机械信号更容易进行放大和信息处理 。从电磁波发现的那一天起,人们就一直在研究如何使用无线电进行通信 。
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