初中中考物理知識點:莫爾斯與電報

編輯: 路逍遙 關(guān)鍵詞: 中考復(fù)習 來源: 逍遙右腦記憶


  塞繆爾·莫爾斯(1791~1872),美國畫家和發(fā)明家。莫爾斯曾兩度赴歐洲留學(xué),在肖像畫和歷史繪畫方面成了當時公認的一流畫家。1826年至1842年任美國畫家協(xié)會主席。但一次平常的旅行,卻改變了莫爾斯的人生軌跡。電報機也因此而登上了歷史舞臺,通信史翻開了嶄新的一頁。

  莫爾斯是在1832年從法國返回美國的旅途中萌生了發(fā)明電報的愿望的。當時莫爾斯已經(jīng)41歲了,在法國學(xué)了3年繪畫后坐輪船返回祖國。輪船在大西洋中航行,為了打破長途旅行的沉悶氣氛,美國醫(yī)生杰克遜向旅客們展示了一種叫“電磁鐵”的新器件并講述電磁鐵原理。

  杰克遜滔滔不絕地介紹電磁學(xué)的一些知識,旅客中41歲的美國畫家莫爾斯被深深地吸引住了。杰克遜的一句話深深地印在了莫爾斯的腦海里。杰克遜說:“實驗證明,不管電線有多長,電流都可以神速地通過。”這句話使莫爾斯產(chǎn)生了遐想:既然電流可以瞬息通過導(dǎo)線,那能不能用電流來進行遠距離傳遞信息呢?莫爾斯為自己的想法興奮不已,從這以后,他毅然改行投身于電學(xué)研究領(lǐng)域。

  莫爾斯回到美國后,擔任紐約大學(xué)美術(shù)教授以維持生計。教學(xué)之余,他把大部分精力都投到電報機的設(shè)計上。1835年,他毅然告別了繪畫藝術(shù),專心攻讀電磁學(xué)知識,一門心思地進行電報裝置的制作。在他的畫冊上,再也見不到寫生畫和肖像畫,見到的只是各種各樣的電報設(shè)計方案和草圖。

  其實,數(shù)字通信不是什么新鮮事,早在遙遠的古代,數(shù)字通信就出現(xiàn)了。那時,人們?yōu)榱藗鬟f敵人入侵的警報,每隔一定距離設(shè)置一個烽火臺,它可以說是世界上最早的數(shù)字通信裝置了。按照事先的約定,烽火臺點火是一種狀態(tài),意思是有敵人入侵;無火則是另一種狀態(tài),意思是平安無事。用現(xiàn)代語言來說,這就是利用光信號來傳送“1”和“0”兩種符號。其中“1”表示“點火”,“0”表示“無火”。實際上,這就是最原始、最簡單的數(shù)字通信。

  人類通信的革命性變化是從把電作為信息載體后發(fā)生的。

  很早以前,人們就想用電來進行通信,因為與其他通信方式相比,電通信的最大優(yōu)點是快捷。最初是在1753年,有人設(shè)想借助電感應(yīng)來進行通信。那時,電池還沒發(fā)明出來,對電的研究還停留在靜電上。一位叫摩爾遜的人,曾經(jīng)架設(shè)了26條電線,每一條線代表一個英文字母。在某條電線通電的時候,在另一端放置的小紙球就被靜電所吸引,記下一個字母,由字母組成詞句,就可以傳遞信息了。這恐怕是最早的電報機了。

  但是這種方法既原始又落后,需要的設(shè)備龐雜,并且靜電感應(yīng)傳遞不遠?上攵,這種電報機沒能在實際中得到應(yīng)用。以后,又有人在此基礎(chǔ)上作了改進,如用單根導(dǎo)線代替26根導(dǎo)線,以木球代替紙球等等,但終究沒能達到實用的目的。

  實用的電報機的發(fā)明有待于電學(xué)的進一步發(fā)展。1799年,伏打發(fā)明了金屬電堆,人們可以很容易地得到恒穩(wěn)電流。1820年,奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。自此,人們把電與磁統(tǒng)一起來進行研究,電磁學(xué)的發(fā)展進入了嶄新的階段。就是在這個基礎(chǔ)上,美國的莫爾斯在用電流傳遞信息上取得了重大的突破。他發(fā)明了只用一根導(dǎo)線,使用突發(fā)電流傳輸信號的電報機。

  莫爾斯前進的道路上困難重重。由于莫爾斯物理知識貧乏,要學(xué)會和掌握電磁學(xué)的知識談何容易!回到美國后,他只得向紐約大學(xué)物理學(xué)教授蓋爾請教,蓋爾教授悉心教他組裝電池和制造電磁鐵的方法,加之莫爾斯的刻苦學(xué)習,1835年底,他終于用舊材料制成第一臺電報機。

  莫爾斯的發(fā)報機的結(jié)構(gòu)是這樣的:先把凹凸不平的字母版排列起來,拼成文章,然后讓字母版慢慢地觸動開關(guān),得以繼續(xù)地發(fā)出信號;而收報機的結(jié)構(gòu)則是,不連續(xù)的電流通過電磁鐵,牽動擺尖左右擺的前端,它與鉛筆連接,在移動的紅帶上劃出波狀的線條,經(jīng)譯碼便還原成電文。莫爾斯的第一臺電報機,只能在2~3米的距離內(nèi)有效。這是由于收發(fā)兩方距離增大,電阻相應(yīng)增加而失靈。要想使電報應(yīng)用到實際生活中,那就必須進一步改進。

  后來莫爾斯拜著名電磁學(xué)家、感應(yīng)電流的發(fā)現(xiàn)者亨利為師,虛心求教,亨利讓莫爾斯把電磁鐵換成使用絕緣導(dǎo)線的強力電磁鐵,并用繼電器把每個沒有電池的電路串聯(lián)起來,另一條則用地線代替。

  1836年,莫爾斯終于找到了一種新的方法,他在筆記本上記下了一個新的設(shè)計方案“電流只要停止片刻,就會出現(xiàn)火花,有火花出現(xiàn)可以看成是一種符號;沒有火花出現(xiàn)是另一種符號;沒有火花的時間長度又是一種符號。這3種符號如果組合起來代表數(shù)字和字母,就可以通過導(dǎo)線來傳遞文字了!

  莫爾斯電報是如何傳遞信息的呢?在拍發(fā)電報時,電鍵將電路接通或斷開,信息是以“點”和“劃”的電碼形式來傳遞的。發(fā)一個“點”需合0.1秒,發(fā)一“劃”需要0.3秒。在這種情況下,電信號的狀態(tài)只有兩種:按鍵時有電流,不按鍵時無電流。有電流時稱為傳號,用數(shù)字“1”表示;無電流時叫空號,用數(shù)字“0”表示。一個“點”就用“1,0”來表示,一個“劃”就用“1,1,1,0”來表示。莫爾斯電報將要傳送的字母或數(shù)字用不同排列順序的“點和劃”來表示,這就是莫爾斯電碼,也是電信史上最早的編碼。

  莫爾斯的新奇構(gòu)思是電報發(fā)明的一個重大突破,直到今天,莫爾斯電碼仍在普遍使用著。

  1838年1月,莫爾斯進行3英里收發(fā)電報的試驗獲得了成功。1840年4月,這項發(fā)明申請到了專利。他試圖說服別人投資生產(chǎn)電報機,但卻沒人感興趣。莫爾斯只得到歐洲去活動,希望能在歐洲推廣應(yīng)用。然而這時英國的惠斯通已經(jīng)發(fā)明了電磁電報,俄國的希林也造出了其他樣式的電報機大大延長了通信距離,達到了可以實際應(yīng)用的水準。

  1842年,莫爾斯終于盼來了大展宏圖的時機,美國國會通過了開發(fā)電報技術(shù)的議案。1843年,美國國會決定撥款3萬美元架設(shè)華盛頓和巴爾的摩之間長距離的電報線路,全長64.4千米。第二年長距離電報收發(fā)又獲得成功。

  1844年5月24日,是世界電信史上光輝的一頁。這一天,在美國國會大廳里舉行了一次隆重的電報機通信實驗活動。在座無虛席的國會大廈里,莫爾斯躊躇滿志地向應(yīng)邀前來的科學(xué)家和政府人士介紹了電報機的原理。他的演講激起了聽眾們的極大興趣,人們都焦急地等待著“用電線傳遞消息”的奇跡發(fā)生。

  莫爾斯接通電源,用他那激動得有些顫抖的雙手,操縱著他傾十余年心血研制成功的電報機,向巴爾的摩發(fā)出了人類歷史上的第一份電報:“上帝創(chuàng)造了何等奇跡!”隨著一連串的“嘀嘀嗒嗒”聲的響起,電文通過電線很快就傳到數(shù)十千米開外的巴爾的摩,莫爾斯的助手接到了他傳來的電文,并準確無誤地把電文譯了出來。莫爾斯的電報終于成功了!

  一開始在美國,而后在英國和歐洲其他國家都引起了轟動。1844年5月24日成了國際公認的電報發(fā)明日。莫爾斯的電報因為使用了電報編碼,具有簡單、準確和經(jīng)濟實用的特點,比其他人發(fā)明的電報優(yōu)越得多。很快,他的電報風靡全球。如今,莫爾斯電碼已成為現(xiàn)代電報通信的基本傳信方法。

  莫爾斯在1848年籌建了私人股份公司,1850年又籌建了電報公司,在電報的發(fā)展和普及方面作出了重大貢獻。

  電報的發(fā)明,拉開了電信時代的序幕,開創(chuàng)了人類利用電來傳遞信息的歷史。從此,信息傳遞的速度大大加快了。“嘀~嗒”一響(1秒鐘),電報便可以載帶著人們所要傳送的信息繞地球走上7圈半。這種速度是以往任何一種通信工具所望塵莫及的。

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