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技术历史、技术、我们身边的事物
电报。 发明和生产的历史
电报是一种通过电线、无线电或其他电信渠道传输信号的方式。
直到 XNUMX 世纪中叶，欧洲大陆与英国、美洲与欧洲、欧洲与殖民地之间的唯一通讯方式是轮船邮件。 人们了解其他国家的事件和事件会延迟整整几周，有时甚至是几个月。 例如，从欧洲到美国的消息在两周内传递，这还不是最长的时间。 因此，电报的诞生满足了人类最迫切的需求。 在这项技术创新出现在世界各地，电报线环绕地球后，只用了几个小时，有时甚至几分钟，电线上的消息就从一个半球传到另一个半球。 政治和股票报告、个人和商业信息可以在同一天传递给感兴趣的各方。 因此，电报应该被归为文明史上最重要的发明之一，因为有了它，人类的思想在距离上赢得了最大的胜利。 但是除了电报在通信史上开辟了一个新的里程碑之外，这项发明也很重要，因为这是第一次，而且在相当大的范围内，使用了电能。 电报的创造者首先证明了电流可以满足人类的需求，特别是用于传输信息。 研究电报的历史，可以看到几十年来年轻的电流和电报科学是如何齐头并进的，以至于电的每一个新发现都立即被发明家用于各种通信方式。 如您所知，人们在古代就熟悉电现象。 就连泰尔斯也在用羊毛摩擦一块琥珀，然后观察哥特人是如何吸引小身体的。 这种现象的原因是，当摩擦时，琥珀被赋予了电荷。 在 XNUMX 世纪，人们学会了如何用静电机器给物体充电。 很快就确定了有两种电荷：它们开始被称为负电荷和正电荷，并且注意到具有相同电荷符号的物体相互排斥，而不同符号的物体相互吸引。 长期以来，他们在研究电荷和带电体的性质时，对电流一无所知。 有人可能会说，它是 1786 年由博洛尼亚教授伽伐尼偶然发现的。 多年来，Galvani 一直在试验一台静电机器，研究它对动物肌肉的影响——主要是青蛙（Galvani 将青蛙的腿连同脊柱的一部分切掉，机器上的一个电极通向脊柱，另一个对一些肌肉来说，当通过放电时，肌肉收缩并且脚部抽搐）。 一天，伽伐尼用铜钩把一只青蛙的腿挂在阳台的铁格子上，令他大吃一惊的是，他注意到那条腿抽搐着，好像被放电了一样。 每次将钩子连接到炉排时都会发生这种收缩。 伽伐尼决定在这个实验中，电源是青蛙的腿本身。 并非所有人都同意这种解释。 Pisan 教授 Volta 是第一个猜测电是由两种不同金属在水存在下结合产生的，但不是纯金属，而是代表某种盐、酸或碱的溶液（这种导电介质称为电解质）。 因此，例如，如果将铜板和锌板焊接在一起并浸入电解液中，电路中就会出现电气现象，这是电解液中发生化学反应的结果。 以下情况在这里非常重要 - 如果在科学家们只能接收瞬时放电之前，他们现在正在处理一种全新的现象 - 直流电。 电流与放电不同，可以长时间观察（直到电解液中发生化学反应直到结束），可以进行实验，最终可以使用。 诚然，在一对板之间产生的电流被证明是微弱的，但伏打学会了放大它。 1800 年，通过将几个这样的对连接在一起，他获得了历史上第一个电池，称为伏打柱。 这种电池由铜板和锌板组成，一个叠放在另一个上面，在它们之间有一块用盐溶液润湿的毡片。 在研究这种柱子的电状态时，Volta 发现在介质对上，电压几乎完全察觉不到，但在更远的板上它会增加。 因此，电池中的电压越大，对数越多。 直到这根柱子的两极相互连接，才发现里面没有任何动作，但是当两端用金属线闭合时，电池开始发生化学反应，导线中出现电流。 第一个电池的诞生是最重要的事件。 从那时起，电流就成为许多科学家最密切研究的主题。 之后，出现了试图将新发现的现象用于人类需求的发明家。 众所周知，电流是带电粒子的有序运动。 例如，在金属中是电子的运动，在电解质中是正离子和负离子的运动等。 电流通过导电介质的过程伴随着许多现象，这些现象称为电流的作用。 其中最重要的是热、化学和磁。 谈到电的使用，我们通常是指电流的一种或另一种效应得到应用（例如，在白炽灯中 - 热，在电动机中 - 磁，在电解中 - 化学）。 由于最初电流是通过化学反应发现的，因此电流的化学效应首先引起了人们的注意。 人们注意到，当电流通过电解质时，会观察到溶液中所含物质或气泡的释放。 例如，当电流通过水时，可以将其分解成其组成部分 - 氢和氧（这种反应称为水电解）。 正是这种电流作用形成了第一批电报的基础，因此被称为电化学电报。 1809 年，这种电报的初稿被提交给巴伐利亚学院。 它的发明者 Semering 建议将气泡用于通讯设备，当电流通过酸化水时会释放出来。 Semering 电报包括： 1) 伏打柱 A； 2) 字母 B，其中字母对应于 24 根独立的电线，这些电线通过插入引脚孔中的电线连接到伏打柱上（在 B2 上，此连接以放大图显示，在 B3 上以俯视图显示给出）; 3) 由 24 根绞合在一起的绳索 E； 4）字母C1，与B组完美对应，放置在接收调度的车站（这里，单独的电线穿过装有水的玻璃容器底部（C3代表该容器的平面图）； 5）闹钟D，由一个带勺子的杠杆组成（在 C2 中放大）。
当 Semering 想发电报时，他首先借助闹钟向另一个电台发信号，为此他将导体的两极插入字母 B 和 C 的环中。电流通过导体和玻璃中的水容器 C1，分解它。 气泡在胃窝下积聚并升起，使其处于虚线所示的位置。 在这个位置，一个可移动的铅球，在自身重力的作用下，滚成一个漏斗，沿着漏斗下降到一个杯子里，引起了警报。 在接收站准备好接收调度的一切后，发送者将电线的两极连接起来，使电流依次流过组成正在传输的消息的所有字母，气泡在对方站的对应字母。 随后，这台电报大大简化了 Schweiger，将电线的数量减少到只有两条。 Schweiger 介绍了电流传输中的各种组合。 例如，电流的不同持续时间以及因此水分解的不同持续时间。 但是这个电报还是太复杂了：看气泡的释放很累。 工作进展缓慢。 因此，电化学电报从未得到实际应用。 电报发展的下一个阶段与电流磁作用的发现有关。 1820年，丹麦物理学家奥斯特在一次讲座中意外发现，有电流的导体会影响磁针，也就是说，它的行为就像磁铁一样。 对此感兴趣，奥斯特很快发现，具有一定力的磁铁与电流通过的导体相互作用——吸引或排斥它。 同年，法国科学家阿尔戈又有重要发现。 他通过电流的电线意外地浸入了一盒铁屑中。 木屑像磁铁一样粘在电线上。 当电流关闭时，锯末掉下来。 在研究了这种现象后，Argo 创造了第一个电磁铁——这是许多电气设备中使用的最重要的电气设备之一。 最简单的电磁铁会让每个人都轻松做好准备。 为此，您需要取一根铁条（最好是未硬化的“软”铁）并在其周围紧紧缠绕绝缘铜线（这种线称为电磁铁绕组）。 如果我们现在将绕组的末端连接到电池上，磁棒就会被磁化，并且会像众所周知的永磁体一样，即会吸引小的铁质物体。 随着开路时绕组中电流的消失，棒会瞬间退磁。 通常，电磁铁是一个线圈，里面插入了一个铁芯。 观察电和磁的相互作用，施韦格在 1820 年发明了电流镜。 该装置由一个线圈组成，线圈内部水平放置一个磁针。 当电流通过导体时，箭头偏向一边。 1833 年，Nervandar 发明了电流计，其中电流是直接从磁针的偏转角度测量的。 通过通过已知强度的电流，可以获得电流计指针的已知偏差。 电磁电报系统就是建立在这种效应之上的。 第一个这样的电报是由俄国人席林男爵发明的。 1835 年，他在波恩的自然科学家大会上展示了他的指针电报。 Schilling 的传输装置由一个带有 16 个键的键盘组成，用于关闭电流。 接收装置由 6 个检流计组成，磁针悬挂在铜架上的丝线上； 箭的上方，用线系着两色纸旗，一面漆成白色，一面漆成黑色。 两个席林电报站由八根电线连接。 其中，六个连接到电流计，一个用于反向电流，一个用于牵伸装置（电铃）。 当在发送站按下一个键并打开电流时，相应的箭头在接收站偏转。 不同磁盘上黑白旗的不同位置给出了对应于字母或数字的条件组合。 后来，席林改进了他的仪器，他的单磁针36个不同的偏差对应了36个条件信号。
英国人威廉库克参加了席林实验的演示。 1837 年，他稍微改进了席林仪器（库克的箭头，每一次偏离，都指向黑板上描绘的一个或另一个字母，单词和整个短语都是由这些字母组成的），并试图在英格兰安排电报信息。 一般来说，根据检流计原理工作的电报会收到一些分布，但非常有限。 他们的主要缺点是操作复杂（电报员必须快速准确地用眼睛捕捉箭头的振动，这很累），以及他们没有将传输的信息记录在纸上的事实。 因此，电报通信的主要发展路径走了一条不同的路。 然而，第一条电报线的建设使得解决一些与长距离电信号传输有关的重要问题成为可能。 由于电线使电报难以传播，德国发明家斯坦格尔试图将自己限制在一根电线上，并将电流沿铁轨传导回来。 为此，他在纽伦堡和菲尔特之间进行了实验，发现根本不需要回线，因为将线的另一端接地就足以传输信息。 之后，他们开始在一个站点将电池的正极接地，在另一个站点接地，从而无需像以前那样导引第二根电线。 1838 年，施泰因格尔在慕尼黑建造了一条长约 5 公里的电报线，使用大地作为返回电流的导体。 但是为了使电报成为可靠的通信设备，就必须制造一种可以记录传输信息的设备。 1837 年，美国人莫尔斯发明了第一台带有自动录音装置的此类设备。
莫尔斯是一位职业艺术家。 1832 年，在从欧洲到美洲的长途航行中，他熟悉了电磁铁装置。 然后他有了用它来发信号的想法。 在旅程结束时，他已经设法想出了一个带有所有必要配件的设备 - 一个电磁铁，一条移动的纸条，以及他著名的字母表，由一个点和破折号系统组成。 但在莫尔斯设法创建一个可行的电报设备模型之前，花了很多年的努力。 事情变得复杂，因为当时在美国很难买到任何电器。 从字面上看，莫尔斯必须自己或在纽约大学的朋友的帮助下做所有事情（他于 1835 年被邀请担任文学和美术教授）。 莫尔斯从锻炉里取出一块软铁，弯成马蹄形。 绝缘铜线还不为人所知 莫尔斯买了几米长的电线并用纸将其绝缘。 当发现电磁体磁化不足时，他第一次感到非常失望。 这是由于绕芯线的匝数很少，只有在阅读了亨利教授的书后，莫尔斯才能够纠正自己的错误，并组装了他的仪器的第一个工作模型。 在附在桌子上的木架上，他安装了一个电磁铁和一个发条装置，使纸带运动起来。 他将磁铁的锚（弹簧）和铅笔连接到钟的钟摆上。 在特殊装置的帮助下产生的电报钥匙，关闭和打开电流使钟摆来回摆动，铅笔在移动的纸带上画出与电流给出的常规符号相对应的破折号。 这是一个巨大的成功，但出现了新的困难。 在远距离传输信号时，由于电线的电阻，信号强度减弱到无法控制磁铁的程度。 为了克服这个困难，莫尔斯发明了一种特殊的电磁接触器，即所谓的继电器。 继电器是一种极其敏感的电磁铁，即使是来自线路的最弱电流也能做出反应。 随着电枢的每次吸引，继电器关闭本地电池的电流，使其通过书写工具的电磁铁。
因此，莫尔斯发明了他的电报的所有主要部分。 他于 1837 年完成了这项工作。 他又花了六年的时间才徒劳地试图让美国政府对他的发明感兴趣。 仅在 1843 年，美国国会就决定拨款 30 美元用于建设华盛顿和巴尔的摩之间的第一条 64 公里长的电报线。 起初它被埋在地下，但后来发现绝缘材料无法承受潮湿。 我不得不紧急纠正这种情况并将电线拉出地面。 24 年 1844 月 XNUMX 日，第一封电报正式发出。 四年内，大多数州都建立了电报线路。 事实证明，莫尔斯电报设备非常实用且易于使用。 很快，他在世界范围内获得了最广泛的发行，并为他的创造者带来了当之无愧的名声和财富。 它的设计非常简单。 该设备的主要部分是发送设备 - 钥匙和接收设备 - 书写工具。
莫尔斯钥匙由一个围绕水平轴旋转的金属杆组成。 在前轴和后轴上都有小金属锥体，每个锥体都接触到位于其下方的板，因此电流被关闭。 为了想象这个键是如何工作的，让我们用数字来表示它的所有联系人。 设前锥为 1，后锥为 3。位于它们下方的板将分别被视为第 2 和第 4 接触。 在钥匙位置，当把手不下降时，触点3和4闭合，1和2打开。 极板 2 连接到电池导体。 电线连接到杠杆的主体到远程站，而板4连接到书写工具。 在接收站，接收线到达接收磁铁。
当电报到达时，电流通过钥匙的杠杆，从电线流到板 4，然后到达书写工具（当时触点 1 和 2 断开）。 ，触点 3 和 4 断开。 然后，当触点 1 和 2 闭合时，来自电池的电流流向接收站。 如果电报员关闭电路的时间很短，就会发出一个短信号；如果他按住键的时间越长，信号就越长。
接收站的书写工具将这些信号转换成点和划的系统。 他的工作如下。 电流从发射站流向线圈 M 和 M1。 其中的铁片被磁化并吸引铁板B。结果，位于另一臂A上的销钉O被压在纸条P上，纸条P通过滚轮从圆圈R卷起箭头所示方向的 V 和 W。 同时，有铅笔的大头针末端在胶带上写点或破折号，这取决于它被按下的时间是短的还是长的。 一旦电流停止（每次发射站的电报员用钥匙打开电路时都会发生这种情况），弹簧 f 将引脚拉下，结果板 B 移离电磁铁。 滚子 V 和 W 的运动来自时钟机构，该机构通过降低重量 G 来驱动。杠杆的偏转程度可以使用螺钉 m 和 n 进行调整。 莫尔斯仪器的不便之处在于它传输的信息只有熟悉莫尔斯电码的专业人士才能理解。 未来，许多发明家致力于创建直接打印设备，这些设备记录的不是条件组合，而是电报本身的文字。 Yuz 于 1855 年发明的字母打印设备开始普及。 它的主要部件是： 1）一个带有旋转接触器的键盘和一个带孔的板（这是发射器的附件）； 2）带有打字装置的字母轮（这是一个接收器）。 键盘有 28 个键，可以传输 52 个字符。
每把钥匙都通过一个杠杆系统连接到一根铜棒上。 在通常的位置，所有这些杆都在巢中，所有的巢都在板上围成一圈。 在这些插座上方，有一个接触器，即所谓的小车，以每秒 2 转的速度旋转。 它由一个 60 公斤的下降重物和一个齿轮系统驱动，在接收站，字母轮以完全相同的速度旋转。 它的边缘是带有标志的牙齿。 手推车和轮子的转动是同步发生的，即当手推车经过与某个字母或符号对应的巢穴的那一刻，原来在纸带上方的轮子最低处也出现了相同的标识。 . 按下一个键，一根铜棒从插座中升起，伸出来。 当小车碰到它时，电路就完成了。 电流立即到达接收站，并通过电磁铁的绕组，使纸带（以恒定速度移动）上升并接触印刷轮的底部齿。 因此，所需的字母印在胶带上。 尽管看起来很复杂，但余兹的电报工作得很快，一位经验丰富的电报员每分钟最多可以传输 40 个字。 电报通信起源于十九世纪 40 年代，在随后的几十年中发展迅速。 电报线跨越大陆和海洋。 1850 年，英国和法国通过海底电缆连接起来。 第一条海底线路的成功引发了其他一些问题：英格兰和爱尔兰之间、英格兰和荷兰之间、意大利和撒丁岛之间等。 1858 年，经过一系列不成功的尝试，欧洲和美洲之间铺设了跨大西洋电缆。 然而，他只工作了三周，之后联系就被切断了。 直到 1866 年，新旧世界之间才终于建立了永久的电报连接。 现在，发生在美国的事件在同一天在欧洲广为人知，反之亦然。 在随后的几年里，电报线路的快速建设继续在全球范围内进行。 仅在欧洲，它们的总长度就达到了 700 万公里。 作者：Ryzhov K.V.
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