《人类科学技术史-304》电灯、电报与电话的发明

电灯、电报与电话的发明
1.电灯的发明

就在伏打发明电池不久，英国皇家学会的戴维(1778-1829年，英国）观察到二根碳电极接触后再分开的瞬间，电流会产生很亮的弧光。他于是用2000个伏打电池串联成电池组，制成了第一个碳极弧光灯。但是，电池贮电有限，不能长时间维持弧光灯工作。到40年代，虽然有丹尼尔新电池出现，碳棒也有了改进，弧光灯仍难推广使用。

1853年，人们用磁电机代替蓄电池向弧光灯供电。同一时期里，俄国的亚布齐柯夫发明了两根碳棒并列放置的弧光灯，其优点是不要调整二根碳棒的问题，省去了许多麻烦，人们称它是电蜡烛。80年代后，由于有了发电机供电，弧光灯得到推广，当时多用于灯塔。

白炽灯起源于20年代，法国的一位物理学家发现铂丝在通过强电流时，由于发热而呈现白炽发光的状态。1840年，英国人格罗布为了防止高温氧化作用，他用玻璃杯倒扣在水中获得真空，然后把通电的铂丝置于其中发光，铂丝的寿命果然大大延长。次年，冯.马林治把这一装置改进成抽成真空的电灯泡。1845年，美国人斯塔研制出两种供幻灯机使用的电灯。一种是把铂丝密封在真空的玻璃瓶中，另一种是用碳棒代替铂丝。1852年，罗巴林发明了给白炽灯安装灯口的办法。1860年，化学家斯旺(英国）设计出一种低电阻的碳丝电灯，但性能并不好。斯旺的灯丝是用纸和丝绸碳化而成的。

真正实用化的白炽灯是美国发明家爱迪生发明的，他使人类跨入了电灯的时代。1878年，他通过对弧光灯的分析认识到白炽灯必须采用低压并联运行，以确保使用者的安全。由于采用并联电路电灯的电流相对较小，就要求灯丝具有高电阻。他的主张受到一些著名科学家和工程师的反对，但他坚持己见，先后从1600种材料中选出炭化棉丝作为灯丝。1879年，他完成了白炽灯的发明，当时电灯的寿命只有45小时，他还设计了灯座、室内布线、地下电缆系统等成套设备。

到本世纪初，人们才发明了今天常用的钨丝白炽灯。

2.电报的发明

自17世纪以来就不断有人提出远距离通讯的技术方案，例如18世纪末，法国的一位牧师夏普发明了一种视力信号机，利用一个装在转轴上的木杆系统向远处传递信号，每隔若干距离设一个信号站，使信号这样一站一站地传下去。这种通讯方式曾在欧洲形成过一个庞大的通讯网，一直维持到19世纪中叶才衰落下去。

1753年，有人试图创造一种静电电报，但没有被人使用。伏打电池发明后，工程师沙尔伐(西班牙）曾在静电电报的基础上发明了化学电报，其原理是当电路中有电流通过时，会在终端的水瓶中产生氢气泡，可以设置许多这样的瓶子，分别代表不同的字母，就能实现通讯。1804年，他用伏打电池做电源，在相距600米处并列布置了36根导线，分别代表36个字母，导线的终端置于盛盐水的试管中。它虽是第一个电报装置，却毫无实用价值。后来还有人研制了其它的化学电报，但无一例成功。

1823年，电学家安培在他发明的电磁铁的基础上，首创电磁式电讯机，这一装置共有30根磁针和60根导线，结构繁琐不能实用。10年后，数学家高斯和物理学家韦伯在哥丁根研制出一个电报系统，它是根据磁针偏转的大小进行通讯的一种装置。他们为磁针装上一面镜子，使用望远镜读取磁针偏转的角度。这一发明使通讯设备大大减化，但离实用仍有距离。

1836年，科克(1806-1879年，英国）制成了几种不同式样的电报机。后来有一种电报机的电磁铁出了一些问题，他就此请教皇家学院的惠斯通教授(1802-1875年，英国），结果他们决定合作研究。1837年，他们申请了第一个电报机的专利。这种电报机共装置了6个线圈和6个磁针，当不同的线圈通电时，相应的磁针便偏转。次年，他们建成了长达13英里的电报线，通讯实验完成得也很成功。1842年，他们延长了线路，同时改用双针式电报机。这一成就大大推动了英国电报事业的发展。1846年，英国成立了电报公司，6年后，英国已建成的电报线路总长估计达到4千英里。直到本世纪初，科克-惠斯通电报机还在英国使用。

在同一时期，在美国和欧洲也开展着新式电报机的发明和改进工作。1832年，画家莫尔斯从欧州乘萨利号邮船回国，为了消磨时间，他和同船的杰克逊博士一起做电学实验，他忽然想到"电流发生在一瞬间，如果它能不中断地传送10英里，我就可以让它传遍全球。瞬间切断电流，使之闪现电火花。有电火花是一种信号，没有电火花是另一种信号，没有电火花的时间长度又是第三种信号；这三种信号结合起来，代表数字或字母。数字或字母可以按一定顺序编排。这样，文字就可以经电线传送出去，而远处的仪器就把信息记录下来"。从此，他放弃了绘画，专心于新型电报机和电码的发明。

1837年，莫尔斯发明了用点和划组成的"莫尔斯"电码，这些点和划相应地变成通电时间的长、短间隔，然后推动收报机的电磁铁吸引衔铁，并带动钢笔在转动的纸带上作出相应的记号。就在这一年，他在纽约成功地完成了长10英里的通讯试验。1845年，莫尔斯组建了磁电报公司，由于从华盛顿到巴尔的摩全长40公里的电报线路经济效益很好，在很短的时间里，电报线路延伸了几百英里。到1848年，除佛罗里达州外，密西西比河以东的各州都联入了电报网。电报对增进铁路运输效率、传送天气预报和报告商业行情等方面，发挥着日益重要的作用。

19世纪中叶，欧、美大陆已建立了陆上电报网，但大洋两岸的信息仍靠邮船传送。1851年，横跨英吉利海峡的海底电缆率先敷设成功，线路全长45公里。次年，伦敦和巴黎之间接通了电信线路，大大促进了两国间的工商业活动。从1854年起开始了大西洋海底电缆建设，经过12年的努力，克服了种种困难和挫折，终于完成了欧、美之间的越洋海底电缆的敷设。另一条跨越欧亚大陆的电报线路起于伦敦，穿过英吉利海峡，横跨欧洲大陆，再延伸到印度的卡里卡特城，全长一万海里，也于1869年顺利建设成功。

电报通讯工程的建立和发展，不仅沟通了全球的信息交流，推动了工商业活动，而且对19世纪的科学研究和教育活动起着巨大的推动作用。

3.电话的发明

电话的发明可以追溯到1837年发现的"伽伐尼音乐"，它是指电磁铁在切断电流的瞬间发出的一种声音，曾启发后人利用电流传送语音。1860年，累斯(1834-1874，德国）设计了一种巧妙的通话装置。他在啤酒瓶上蒙上一层薄膜，膜上贴上一条铂丝，当有人讲话时，膜发生振动，铂丝便交替接通和断开电路，于是远处的电磁铁随电流的通断会发出所谓"伽伐尼音乐"。这实质上是第一部电话。1861年，累斯改进了这一装置，并取名叫"telephone"。这一英文名称一直保留至今。

近代电话的发明归功于贝尔(1847-1922年，美国）和他的助手华生。贝尔在英国爱丁堡大学曾系统地学习过人的语音分析、发声机理和声波振动等知识，移居美国后从事语音学的教学工作。1871年，他偶然见到累斯的"telephone"，便立即联想到："要传送语音必须制造出一种能随声音变化的电流。"这一想法成了贝尔发明电话的理论基础。

贝尔本人缺乏关于电的专门知识，后来偶然遇到一位青年电气技师华生，华生对发明电话的研究很有兴趣，便同意与贝尔合作。不久他们制造出一台样机，其送话器是在圆筒上置一薄膜，膜的中央垂直连接一根碳杆，碳杆的另一端则与硫酸接触。当送话时，薄膜随语音振动并带动碳杆一道运动，碳杆与硫酸间的接触电阻因而相应地变化，使电流也发生强弱的变化。听筒则是利用电磁铁把电信号还原成声音。1876年，他们向美国政府申请了专利，几小时之后，一位名叫格雷(1835-1901年，美国）的发明家也申请电话发明专利，但美国最高法院仍判定贝尔是电话的发明者。

在美国建国100周年纪念的博览会上，贝尔表演了他的电话。后来，巴西王太子来此参观，对这一发明深感惊异，他的发明因此引起人们的重视。

贝尔电话的改进工作还引起了许多发明家的兴趣，1877年，爱迪生等人发明了一种新型送话器，它是由一个膜片压在碳粉上构成的装置，当膜片振动时会改变碳粉的电阻，这一发明成为现代送话器的原型。

到90年代，有人发明了自动交换台，使电话可以通过拨号自动与通话者接通。电话的发明从根本上改变了人类的通讯方式，它大大密切了人类之间的联系，成为现代文明标志之一。