当前位置:首页 >  科学 >  还有一人也被称为无线电之父

还有一人也被称为无线电之父

发布时间:2021-03-01 10:11编辑:小狐阅读: 421次 手机阅读

现代文明之前,烽火台和驿站是人类使用的主要通信方式。1844年摩尔斯发明有线电报,随后出现的有线电话改变了人类的通信方式。有线电话的发明归宿一波三折。长久以来我们认为贝尔是电话之父,直到2002年6月15日,美国议会裁决美籍意大利人Antonio Meucci为电话的发明者【43】

贝尔的光辉不会因此暗淡。他即便不是发明家,也会因为他所创建的AT&T,与这个公司所取得的成就,在科技史册中留下深深的印记。贝尔与其同时代的所有人站在了一个转折点之上,他们所处的这个时代正在确认着一件事情,“科学家与企业家,谁才是科技的最终推动力”

从阿基米德到时代,物理学家首先是一位哲学家。他们在对智慧本源的思索中,妙手偶得了一些零星的碎片,在将这些碎片逐步积沙成塔的过程中,的物理大厦逐步拔地而起。在那个时代,科学机构、大学甚至神职院所才是科技发展的源动力。

也许是因为对财富的追逐,也许是因为更大的渴望,科技成果开始进入寻常百姓家。众生向往美好生活而形成的合力,将科技推向巅峰。在电磁波出现不到六年的时间里,意大利的马可尼、的波波夫和特斯拉采用不同的方式实现了无线电。

如同和许多为人类做出巨大贡献的科学家,马可尼从小没有上过学,但他不是因为贫穷,而是因为太过富有。他的父母聘请了一些优秀的教师做家教,根据马可尼的爱好传授知识。一个偶然的机会,马可尼结识了博洛尼亚大学的教授Augusto Righi,并从那里获得了无线电报的灵感之后,沉迷于此【44】

1895年,在21岁的时候,马可尼使用了类似赫兹实验的设备,将无线电波传送到了千米之外。马可尼在持续升级设备,将无线电波传送到10千米、100千米,接下来他将更远的距离。

1901年冬,马可尼抵达北美。大西洋西,在加拿大东部的圣约翰斯,他搭建了无线电的接收装置;大西洋东,在英国西南部的康沃尔郡,他的助手搭建了发送装置。他们约定在12月12日的中午进行无线电的跨洋传送实验。

还有一人也被称为无线电之父(图1)

图1‑1马可尼在圣约翰斯搭建无线电接收装置

从康沃尔郡发出的字母“S”信号,直上云霄,经电离层折射,越过三千多公里宽的大西洋,最终到达了圣约翰斯,到达了马可尼身旁。马可尼这段从1895年开始的长达6年的无线电报实验历程,终告结束。

随后马可尼在英国成立了世界上第一家通信公司,马可尼无线电报与信号公司,在这个公司成立后的几十年时间里,在世界电信设备行业中始终占据重要位置。在这个公司的大力推广之下,无线电报风靡全球,几乎世界上每一艘大型船只上都配备了这个公司生产的无线电报,包括泰坦尼克。

1912年4月14日夜晚,泰坦尼克与冰山相撞。在那个大不幸的时刻,一艘名为Carpathia的舰船收到了泰坦尼克的求助信号,在这艘巨舰沉没仅两个小时之后及时赶到【45】泰坦尼克上的2224名船员与乘客,有1517人丧生,如果没有无线电,将不会有者。

无线电的出现使整个世界翻天覆地。此后陆续出现了围绕着无线电技术的各类微创新,如无线电广播、无线电导航、短波通信、无线电传真、电视、微波通信、雷达、遥控、遥感、卫星通信,直到今日的智能手机。

在无线电技术的出现、发展、普及与突破的历程中,经历了第一次与第二次世界大战。在那个政治、经济、军事与文化大碰撞的年代,许多真相被两次大战永久封存。无线电却穿越了皇权更迭,持续着人类的文明。

1909年,马可尼因为在无线电领域的成就获得了诺贝尔奖。这个奖项没有消除谁才是“无线电之父”的争论。人至今都认为波波夫是真正的无线电之父。1895年5月7日,波波夫在彼得堡,成功地将内容为“海因里希·赫兹”的电文,通过无线电传送了250米。波波夫之外,还有一被称为无线电之父。

1856年7月10日,尼古拉·特斯拉出生于克罗地亚的一个塞尔维亚家庭。父亲是一名牧师;母亲专职家务,没有上过学,却过目不忘,具有凌驾于常人的智商。她是自动打蛋机的发明者,她有一双灵活的双手,可以为年幼的特斯拉编织梦想,也可以在60岁时在一根睫毛上打3个结【47】

上帝通过特斯拉的母亲给予了他敏锐、聪颖与惊人记忆力的同时,也使他与贫穷相伴,一生充斥着坎坷、忧虑、背叛与诬蔑这次词汇。特斯拉经历了一年大学生活,同样是因为贫穷,他在第二年辍学。此后的特斯拉在大学旁听课程,在图书馆中读书获取知识。

我们很幸运,长大之后的特斯拉决定从事“电与磁”相关的领域,并很快展现出惊人的才华。1882年的某一天,特斯拉在布达佩斯的一个公园散步时,脑海中无意中闪现出旋转磁场的概念,他将这个想法在公园中的某块沙地中画了出来。1983年,特斯拉根据这个旋转磁场原理,制作了一个感应电动机【46】

这位天才的创造者,在不远的将来,还有许多著名的发现,后世对他的发现充满着争议。有的说法神话着特斯拉,有的说法也在特意打压着他。在这些争议中,旋转磁场可称为特斯拉对这个世界最伟大的贡献。

特斯拉旋转磁场的概念于磁场。磁场的概念出现在中学的物理教科书中。一个条形磁铁所产生的磁场,磁感应矢量在外部是从北极到南极,内部是南极到北极,并形成一个闭合的曲线;通电的线圈也可以产生这种磁场。这些磁场的方向遵循右手螺旋定则,如图1‑23左侧所示。

但是这种磁场很难实现电能到机械能的转换。在一个现代电动机中所需要的磁场如图1‑23右侧所示,这也是一种典型的旋转磁场。

还有一人也被称为无线电之父(图2)

图1‑23载流导线所产生的磁场与旋转磁场

这种磁场可以便利地将电能转换为机械能,也可以将机械能转换为电能。今天所有的发电机与电动机都与这个旋转磁场直接相关。

我们通过一个简单的实验,定性说明这种旋转的磁场如何做到电能与机械能的转换。假设有两个磁铁,其中磁铁A放置于光滑的桌面,磁铁B悬挂在其上方。将磁铁B快速旋转时,可以发现磁铁A也随之旋转。我们使用一个通电的线圈A替换磁铁A,旋转线圈A也可以使磁铁B旋转。

旋转线圈A的作用是产生旋转磁场,以驱动磁铁B运动。旋转线圈A的机械能,只是通过旋转磁场的方法,为驱动磁铁B旋转的机械能。这种方法仅完成了机械能到机械能的转换。能不能用静止的线圈产生这种旋转磁场?特斯拉很巧妙的做到了这一点。

变化的电场产生变化的磁场。他将变化的电接入几个位置固定,摆放位置非常精准的几个“不运动”的线圈中,这几个线圈产生的磁场叠加之后,可以产生旋转磁场。特斯拉经历了一千多次失败的实验后,成功了一次。他使用的这种变化的电,就是交流电。

旋转磁场是特斯一生中最重要的发明,改变了十九世纪末期的工业界格局,却被当时的欧洲所忽略。1884年,特斯拉抵达美国。他身边只剩下四分美金、两本诗集、满腹才华和他的前雇主给爱迪生的一封信。信中写道,“我知道世界上有两个伟大的人,一个是您,另一个就是您对面的这个年轻人”

特斯拉很幸运,他结识了世界上最伟大的发明家;特斯拉也很不幸,这个发明家很快成为他最大的对手。才如江海命如丝。特斯拉的命运,在他发明了旋转磁场的瞬间已经注定。因为旋转磁场,他没有办法喜欢上直流电;因为旋转磁场,他选择直面这位史上最伟大的发明家。

特斯拉在爱迪生的电灯公司工作了6个月后离职,离职的原因至今并不清晰。特斯拉在他的自传中写道,公司的一个经理承诺他如果完成了某项非常艰巨的任务之后,将给予他5万美金,最后他得到了一个恶作剧【47】也有人认为这个经理就是爱迪生本人。

特斯拉辞职后,从事了一段与照明相关的工作。1887年4月,他成立了特斯拉电气公司。不久之后,他制作出基于交流电的感应电动机。特斯拉不是一个好商人,他所成立的公司没有取得商业上的成功。但是在此时,交流电大规模应用的趋势已不可阻挡。

西屋公司的创始人威斯汀豪斯,也发现了交流电的巨大优势,迅速布局这个领域,并于1886年在美国建立了采用交流供电的示范。在威斯汀豪斯的推动下,西屋在1887年底已经建立了68个交流供电,对爱迪生建成的121个直流供电制造了巨大的威胁。

相比直流电,交流电的优点显而易见。交流电可以使用廉价的变压器升压或者降压,以较低的能量损耗进行远距离传输,在发电量相同的情况下,基于交流的发电设备相比直流,要简单许多。交流电仅凭这几个优势就足够击败直流电。爱迪生倾尽全力,也无法扶大厦之将倾。

爱迪生是一个发明家,也是一个具有发明属性的企业家。爱迪生一生有两千多项发明,其中不乏重量级的发明,包括如何使电灯更加实用。爱迪生的电灯选择了直流电,他的公司已经在直流电上投下重注。当时的时局与当时的认知决定了当时的他只能选择与交流电殊死一搏。

威斯汀豪斯坚决迎战,并为此孤注一掷。1888年,威斯汀豪斯与特斯拉合作,签订了一些足以让西屋公司轻易破产的条款,包括支付6万美金获得特斯拉的感应电动机和变压器方案,以每月2000美金的薪酬聘请特斯拉为顾问,最为可怕的是这些电动机每产生一个马力的功率时,西屋将支付特斯拉2.5美金【50】

特斯拉的加入,使交流电与直流电之争进一步白热化。因为特斯拉的贡献,交流电与直流电相比,增加了一个巨大的优势,就是交流电动机。在此之前,欧洲已经发明了直流电机。直流电机的示意如图1‑24所示。

还有一人也被称为无线电之父(图3)

图1‑24 两级直流电机的基本组成

直流电机由不动的主磁极(定子)绕线线圈(转子)换向片与电刷组成,定子与转子之间有一气隙。绕组线圈的首末端连接到两个圆弧形的铜片上,这个铜片被称为换向片。换向片之间互相绝缘,由换向片构成的整体称为换向器。换向器上下放置一对固定的电刷。

当电刷两级通电后,通过换向器给绕组线圈注入正向电流,此时线圈受到电磁力的作用转动并带动换向器。换向器转动到一定的位置后,电刷将给绕组线圈注入反向电流。一正一反,驱动着绕组线圈周而复始地旋转。

还有一人也被称为无线电之父(图4)

图1‑25有刷电机示意

绕组线圈带动换向器高速旋转时,需要电刷抱紧换向器,以便在换向器转动时依然可以稳定的电力供应。换向器与电刷之间产生的机械损耗,严重限制了这种电机的寿命与可靠性。在直流电机中,如何去除这个电刷和转向器这两个机械部件很快成为焦点。

直流电机的供电虽然采用直流电,但是因为换向器的存在,通过绕组线圈的依然是呈周期性变化的电流,即交流电。按照这个逻辑,直接使用交流电就可以去掉这个转向器,但是电刷依然无法去除。

去除这个电刷是旋转磁场的功劳。当合理摆放外部磁场源的位置,并交替供电时,可以产生理想的旋转磁场。这个旋转磁场,可以在没有电刷的情况下,驱动无刷电机的转子周而复始的转动,如图1‑26所示。

还有一人也被称为无线电之父(图5)

图1‑26无刷电机示意

交流电动机的逆向,就是交流发电机。特斯拉只发明了两相交流电,工作的并不稳定,后来西屋的其他工程师发明了三相电。

使用特斯拉的旋转磁场原理制作的电动机,成为压垮直流电的最后一根稻草。伟大如爱迪生,也无法改变交流电的最终结局。

1888年,爱迪生试图力缆狂澜,在摩根大通等资本的助力下,将他的电灯公司与一系列实体,合并重组为爱迪生通用电气公司。爱迪生抓住交流电的安全问题,大做文章,甚至使用交流电制作了专门执行死刑的电椅,让普通老百姓将交流电与死亡紧密在一起。

西屋公司在激烈的竞争中很快遇到财务危机。1891年,特斯拉放弃了电动机每产生一马力电获得2.5美金的专利费,西屋公司进行大规模重组,渡过了危机。爱迪生却选择性忽略了交流电的所有优点,也忽略了交流电的缺点是可以克服的事实,最终失败的毫无悬念。

1892年,曾经支持爱迪生的摩根大通,抛弃了他。爱迪生通用电气公司被迫与汤姆森休斯顿电力公司合并重组,成立了至今依然在世界范围内,赫赫有名的通用电气GE (General Electric Company)爱迪生黯然离去。十几年后,威斯汀豪斯也失去了西屋公司。昔日的竞争对手,最终都输给了资本。

特斯拉涉及过的领域众多,留下了一千多项专利。其中最具影响力的是与无线电相关的专利。人类近千年在电与磁领域的积累,凝聚成的无线电这颗果实,导致了国与国之间的竞争与博弈,使得真相扑朔迷离。也许真相并不美丽,也可能不会被所有人包容。

诺贝尔奖承认了马可尼的成就。心中的英雄是波波夫。特斯拉的无线电的专利出现的最早,却不被当世承认。1943年,美国专利局重新恢复了他的无线电专利的同年,特斯拉在贫困潦倒中离世。许多人猜测,这也许是美国不想继续付给马可尼专利费的原因。

特斯拉、波波夫还是马可尼已经离我们远去,想必他们早已不在乎谁才是真正的无线电之父。

特斯拉不是一个好的生意人,却是一个非凡的创意。爱迪生是一个非常好的产品经理,并不是最好的CEO。他打不开心中的死结,不懂得在直流与交流之间进行权衡与取舍。这两个人最后的结局是悲剧。他们的悲剧在于,他们所处的时代,企业与资本的力量正在崛起。

我们迎来了科技应用大爆发的时代,也迎来了一个没有英雄的时代。在企业的科技工,接过了在研究机构的科学家的旗帜。这是众多无名者默默努力,群力担当,延续着人类文明的时代。从这时起,资本和公司的力量已经崛起,我们一路上走得很急,并不是很快。

加入上述群聊

带你走进万物存储、万物智能。

本文相关词条概念解析:

交流电

交流电(英文:AlternatingCurrent,简写AC)是指大小和方向都发生周期性变化的电流,因为周期电流在一个周期内的运行平均值为零,称为交变电流或简称交流电。英文简写为AC。不同直流电,其方向都是一样。通常波形为正弦曲线。交流电可以有效传输电力。但实际上还有应用其他的波形,例如三角形波、正方形波。生活中使用的市电就是具有正弦波形的交流电。

标签:
  • 网友评论
相关文章:

科学本月排行

科学精选