一`科學的思考2(3 / 3)

安培用不同的電源和導線反複進行實驗:有時把導線折成方框後通上電流,有時又把導線對折再通上電流。他以精巧的實驗和高超的數學技巧相結合,總結出了右手定則以及判斷磁場對電流作用力的左手定則。1820年年底,安培又做了許多實驗,總結出電流元之間作用力的定律,描述兩電流之間的相互作用同兩電流元的大小、間距以及相對取向之間的關係。後來,這個定律被稱為安培定律。為了紀念安培,人們把電流強度的單位以“安培”命名。

蒸汽機車的發明

斯蒂芬孫14歲就到英國一家煤礦工作,沒過幾年就成了技術能手。

一天,一輛運煤馬車突然壞了,十幾輛馬車被堵在那裏。煤礦把頭狠狠地把趕馬車的小夥子訓斥了一頓。斯蒂芬孫急忙幫小夥子把馬車修好了。

這件事對心地善良的斯蒂芬孫觸動很大。這天,他坐在機器旁,看著旋轉的機器輪子,腦海裏那個馬車的輪子居然跟著轉動了起來。這時,他產生了一個大膽的設想:“能不能用蒸汽機帶動車輪轉動,製造出蒸汽機車呢?”

斯蒂芬孫開始了艱難的實驗。他按照修理的一台舊蒸汽機的大小和輪子轉動情況,設計製作車盤、車輪,進行組合、安裝。經過反複的實驗,終於使蒸汽機帶動車輪轉動了,但在地上會陷在泥土裏。

後來,他又鋪上了木製的軌道,蒸汽機車於1814年問世了,但還有噪聲大、震動大等問題。

斯蒂芬孫並不滿足已有的成就,他堅持不懈地對蒸汽機車進行改進,並把木軌改為鐵軌。曆時11年的時間,他在1825年製成了世界上第一輛蒸汽機車——“旅行號”。

布朗運動

布朗是英國著名的植物學家,他熱衷於植物花粉的研究。他把植物成熟花粉囊裏的花粉浸到水裏,然後放在顯微鏡下觀察。

1827年的一天,他在顯微鏡下看到了一個非常奇特的現象:那些花粉微粒都在顫動。

“哦,這是怎麼回事呀?”布朗自言自語,“是水在顫動?”

後來,他經過仔細觀察,終於發現這種顫動似乎是來源於微粒本身。

為了證明這個問題,他把塵埃、煤炭粉末、樹脂微粒等無生命的物質放在水中,觀察它們的運動。他索性把鍾乳石、火山灰、石棉等也研成粉末,放在水中觀察。“哈哈!它們也都在運動!”

於是,他得出結論:一切微小的物體放在水中,都在做無規則的運動。

後來,人們把這種自然現象叫做“布朗運動”。

磁轉化為電

1831年的一天晚上,英國物理學家法拉第讀到丹麥物理學家奧斯特的一篇文章,說他偶然發現,一段導線用電池通上電流,能使附近的小磁針擺動。這使法拉第喜出望外,立即找來電池、導線、磁針就做起實驗來。

哈哈!導線下麵的小磁針還真的轉動起來。高興的法拉第反過來一想:“能不能把磁轉化為電呢?”

後來,他把銅絲纏在圓筒上,把銅線的兩端接在電流計上,把一根磁石插入筒內,哇!在剛插入的一瞬間,電流計的指針竟轉動了。

“成功了!電流產生了!”他高興得竟如同孩子似的跳了起來。

後來,法拉第根據自己的發現,反複實驗終於製成了世界上第一台發電機。

“場”和“線”的轉變

著名物理學家牛頓曾說過:“空間除了粒子以外什麼也沒有,沒有粒子的地方是一無所有的真空。”由於牛頓的權威地位,這種說法很流行。

“這是真的嗎?”19世紀初,英國物理學家法拉第對牛頓的說法產生了懷疑。他認為:“物質到處存在,沒有不被物質占據的真空。”法拉第為了找到證據,找呀,找呀,找了十多年,終於在1831年發現了電磁感應現象。

法拉第在一塊磁鐵周圍撒了一把鐵屑,鐵屑就會形成一條條曲線。這是因為鐵屑在磁場周圍被磁化,變成了無數個小磁針。小磁針所形成的曲線叫磁感線。

磁鐵周圍的力線——磁感線證實了以磁場為代表的“場”的存在,“場”是物質存在的兩種基本形態之一。“場”是“力線”存在的前提和基礎;“力線”是“場”存在的標誌和證據。

“場”和“力線”概念的創立,幾乎遭受了所有物理學家的反對,但最後經過時間的考驗,還是被接受,從而否定了牛頓的說法。

電報的發明

1832年秋天,美國畫家莫爾斯和醫生傑克遜同乘一艘輪船從法國回美國。一天,傑克遜正在船上講他在巴黎出席電學討論會的事,他充滿信心地預言:“我們麵臨的是創造電的奇跡的時代。”

他在桌子上放了一塊馬蹄形鐵塊,上麵纏繞著絕緣的銅絲。一通電,那塊馬蹄形鐵塊就能吸引鐵釘、鐵片;一斷電,鐵釘、鐵片立即就掉下來。真是神奇極了。

莫爾斯想:“電流通電後,能夠產生磁力,如果利用電流的斷續,編成一種符號,不就是一種很好的通訊工具嗎?利用電傳播快的特點,把這兩者結合起來,一定能發明出極為理想的通訊工具。”

莫爾斯做了大量實驗,如何利用神奇的電流呢?他想:“接通電流的刹那間就會產生電火花;電火花就是一種符號;沒有電火花就是另一種符號;時間間隔又是一種符號;用這三種符號結合起來可代表不同的符號或字母,這就是一種電碼。”莫爾斯根據這個道理終於發明了有線電報機,並編製了電報使用的莫爾斯電碼。

信號放大站

19世紀30年代,美國發明家莫爾斯發明了有線電報,但電報產生的信號在傳遞過程中會逐漸衰減,無法傳到較遠的地方。怎麼來解決這個問題呢?莫爾斯在苦苦思索著。

有一天,莫爾斯乘馬車從紐約到巴爾的摩去,他無意中發現,車到每一個驛站都要換馬,因為馬跑了一段路程後要歇一歇。這使他頓時有了感悟:“信號不是也同馬一樣嗎?馬跑了一段距離要換馬,否則要累倒。信號跑的距離長了,就要衰減,那麼為什麼不能建立信號的‘驛站’,使信號傳遞一段距離後得到放大而恢複信號強度呢?”

在這個想法的支配下,莫爾斯在有線電報的傳送路線上建立了若幹個信號放大站。於是,有線電報才真正成了人們日常生活的通訊工具。