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追溯电磁波发现这段科学史的进程,我们不难发现科学家们就像接力运动员那样一棒接一棒地在科学探究的轨道上赛跑。
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首先,奥斯特和法拉第从“电”与“磁”之间联系的实验探究开始,奥斯特发现“电能生磁”,法拉第发现“磁能生电”,这相当于接力的第一棒和第二棒。
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接着,麦克斯韦采用数学的方法总结出“电磁理论”,并预言电磁波的存在,这相当于接力的第三棒。
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最后,由赫兹做出决定胜利的实验验证,这相当于接力的最后一棒。
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非常可惜,这位年轻科学家的一生却有两大遗憾。
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一是赫兹亲自用实验验证了电磁波的存在,但他却又否定电磁波的应用价值,因为按照他的估算,要应用电磁波则需要半个欧洲大的发射天线,因此,他认为电磁波的应用是不可能的。其实,就在赫兹说电磁波应用不可能之后的两年,电磁波的应用便在年轻的科学家马可尼和波波夫手中实现。
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二是赫兹英年早逝,正当人们寄希望于这位年轻的科学家有更大的作为时,年仅37岁的赫兹,却因血液中毒于1894年逝世,让世人感到十分震惊,同时都觉得非常惋惜。
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人们为了纪念这位英年早逝的科学家曾为人类做出的重大的贡献,于是,将他的名字作为频率的单位。
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发明有线电话的贝尔
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贝尔(1847—1922)出生在英国,年轻时跟父亲从事聋哑人教育,曾设想研制能用眼睛看到声音的机器。
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贝尔(1847—1922)
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1873年被聘为波士顿大学教授,开始研究同一线路能传送许多个电报的多工发报机。
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1875年6月2日,贝尔和他的助手华生分别在两个房间试验多工发报机。一个偶然启发了他,即华生房间发报机上的一只弹簧粘上了通电的磁铁,当华生拉开弹簧时,弹簧产生振动并发出声音,与此同时,贝尔惊奇地发现自己房间发报机的弹簧也跟着振动起来,同样也发出了声音。于是,这时的贝尔茅塞顿开,意识到这是两只弹簧共振而出现共鸣的声学现象。由此,他即刻联想到如果一个人对着铁片讲话引起铁片振动,若在铁片后面放一块电磁铁(关于电磁铁知识将在后面学习),那么,电磁铁的线圈中就一定会产生时大时小的感应电流(关于感应电流知识将在后面学习),这个电流的信号和能量传到远处类似的装置上,同样也会产生振动并发出声音。这就是世界上第一台有线电话发明的起因。1876年3月7日,贝尔获得电话发明的专利。1892年,纽约到芝加哥的电话线路开通,贝尔第一个试音,“喂,芝加哥”。
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1892年,纽约到芝加哥的电话线路开通,贝尔第一个试音,“喂,芝加哥”
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1915年1月25日,贝尔在美国举行跨大陆长途电话开通仪式。贝尔对“发明”的认识曾这样说:“无论你在哪儿找到发明家,无论你给他多少财富或夺走他的一切,他都会发明创造。他无法不去发明创造,就像无法不思考和呼吸一样。”
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这段话告诉我们,良好习惯的养成是多么重要。发明创造是人类与生俱来的禀性,但需要从小培养与训练,才能使它成为一种良好的习性。
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在这里我们再说说初中物理中关于声音的响度单位“分贝”的由来。
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贝尔发明电话之后,为了测量信号的增减量,他采用数学中对数的方法,即当信号通过一个放大器后,把信号前、后功率比的对数用“贝尔”表示。例如,有一个放大器的信号在输入时的功率是1W,输出时的功率为2W,那么,1贝尔就等于log(2W/1W)。1贝尔的十分之一就是1分贝。
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因此,我们在初中物理中所学习的声音响度的单位“分贝”,就是从贝尔发明电话所创造的单位“贝尔”那里延伸出来的。
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