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第9章 器物·用品(9)

布斯得出了结论:对灰尘宜“吸”不宜“吹”;滤布可以阻拦灰尘,又能使空气通过。不久,他制成了一种吸尘器,用强力电泵把空气吸入软管,再用布来过滤。

然而,布斯发明的第一台吸尘器体积太大,噪声也难以被消除,被称为“吵死人的怪魔”,多次受到警察机构的干涉。

但布斯可不管这些,很快,他成立了一家真空吸尘公司。这家公司并不出售吸尘器,而只是一家专为居民打扫卫生的服务公司。公司里的职员穿着统一的制服,乘坐马车,挨家挨户去吸尘去灰。

1902年,布斯的服务公司接到一项特殊的生意,就是到西敏寺去清理爱德华七世用过的地毯。这个消息一公布,人们就开始关注这家公司了,公司的生意越来越红火。

1906年以后,布斯制成家庭用的小型吸尘器。这种吸尘器虽然号称“小型机”,实际重量却有88磅之多,还是显得太笨重了。

1907年,在美国的俄亥俄州,斯班格拉通过不断实验,终于制成了较轻的吸尘器。它的工作原理是用电扇造成真空,将尘埃吸入机器,然后使之进入一个口袋。

1908年,一种装有轮子的“O”型真空吸尘器出现。在这种机器中,吸尘袋附在长柄上,非常实用。这种机器一问世就受到人们的广泛欢迎,销路相当好。

065、计算机的由来

在近代,英国数学家巴贝奇是第一个在计算机研究方面有建树的学者。1834年,他提出一种设想,说可以用穿孔卡片携带计算指令,对计算过程进行控制。他还设计了包括控制部分、运算部分和存储部分的机械式计算机。可是,由于受到时代的限制,他并没有制造出计算机。

继巴贝奇之后,19世纪80年代,霍尔瑞斯发明了一种卡片穿孔机,对计算机的创造有很大启示。卡片穿孔机在以后几十年里曾经过多次改进,这些成果与万尼瓦尔·布什设计的微分分析机一起,为计算机的研究提供了重要的理论基础。

从1935年到1945年,科学家们开始对计算机进行新角度的研究与开发。在这一时期,一些计算机成果相继问世,事实上,它们是美国、英国、德国的众多科学家共同努力的结果。

1937年,艾伦·图灵还在哈佛大学物理系攻读研究生。他在读书的间隙,对计算机产生了浓厚的兴趣,设计了一种与巴贝奇方案类似的计算机。1938年,图灵在破译德国加密机的工作中,发现了计算机的数学原理。

到了1939年,国际商业机器公司对图灵的研究投入了越来越多的关注,派了四个有经验的工程师与年轻的图灵合作,共同攻克计算机研究方面的难关。

从20世纪30年代后期直到,“二战”期间,科学家们开发出了一系列尖端的产品,比如利用继电器和电线来完成数学计算的电动机器。因为这些机器采用机械运动的方式寄存数据,有些就被称为“模拟计算机”,而与后世的“数字式计算机”相区别。但是在起初的“模拟计算机”中,还没有出现一台机电式计算机。

1944年,图灵的努力终于有了结果,第一台机电式计算机被他创造了出来,“模拟计算机”中又出现了新的成员。虽然这台计算机每秒仅能运算三次,但它的出现,毕竟是计算机应用迈出的第一步,仍然有着不可忽视的意义。这种机器被命名为“图灵机”。

1945年底,一台名为“埃尼阿克”的机器问世,它是世界上第一台电子计算机。这台计算机由控制、运算、存储、输入、输出五部分组成,每秒钟可运算5000次,但是它巨大无比,差不多占了十间房子的面积,它的实际造价也高达48万美元。

计算机虽然被发明出来了,但这些机器运行速度相当慢,体积大,存储量小。即使如此,它仍然被派上了大用场。“埃尼阿克”先是在费城的摩尔学院运转,继而又成为美国海军的利器,进入了马里兰的阿伯丁试验场,专门进行导弹的测算。

早期的计算机大多用于军事。除了“埃尼阿克”,军人们还利用巨人计算机来破解敌方的密码,让MARK1描绘导弹弹道轨线、计算核反应堆的燃料需求,确定远程导弹的目标。

20世纪是计算机的时代:1945年,电子管终于取代了继电器,第一代电子计算机问世;1956年,晶体管又取代电子管,第二代电子计算机问世;60年代,集成电路取代晶体管,第三代计算机问世;70年代,大规模集成电路取代集成电路,第四代电子计算机又出现;80年代以来,超大规模集成电路被制造出来,电子计算机的发展又走上一个新的台阶。

集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路的发展,使计算机不断向小型化和微型化发展,同时使人们的时空观念发生了巨大的改变。

066、微波炉的由来

微波烹调是继取火方法被发明出来以后,烹调技术史上的又一项革新。因为它根本就不用火,无论是直接用火,还是间接用火,都与微波炉无缘。

微波烹调利用的是电磁波冲击的原理。这种电磁波的波长有12厘米,频率为每秒2450兆赫兹。微波可以引起食物内部的分子运动,使分子轴随电场进行旋转和排列,导致热量产生,而水分子也参与剧烈运动,因摩擦而发热,从而把食物“煮”熟和“烤”熟,使之成为人人想吃的美味。

磁控管是产生微波能的电子管,于1940年被英国的兰德尔爵士和布特博士所发明。其实,磁控管的发明缘起于英国伯明翰大学一个实验小组的研究项目,其目的与烹调全无关系,而是要对付纳粹德国。英国的军用雷达需要“谐振腔磁控管”——这是一种能产生超短电磁波的装置。

微波技术由军用转为民用是在“二战”中。1945年,一位技术员正在雷神公司的实验室里用电磁管进行科学实验。这时,一个电磁管突然发射出一种波长非常短的无线电波(微波),这种现象是少见的,因为电磁管总是发射雷达波。

在实验中,科学家斯宾塞忽然发现,在不知不觉中,他口袋里的糖融化了,而他却没有感觉到热力在自己身上蔓延。他由此想到,这种微波似乎可以用来做饭。

他的想法很快就被转化为现实。第一个微波炉,是美国的雷西昂公司研制出来的。1953年,该公司又为自己争取到了“高频绝缘加热器”的专利,它实际上是一种微波烘炉。

1955年雷神公司又研制出第一台“雷达场”炉。该微波炉巧妙地利用电磁管,产生1毫米到3厘米场域的无线短波。在磁场里,这些微波每秒可产生245万次(2.45兆赫)的振动,微波撞击水中的分子时产生能热量。

20世纪60年代后期,美国生产出了家用小型微波烘炉。从那以后,微波炉的使用在民间得到迅速普及,尤其是在美国和欧洲。

067、录音机的由来

1888年,美国的史密斯提出磁性录音的设想和理论。1898年,丹麦科学家瓦尔德马·波尔生将其设想变为现实,他发明了世界上第一台钢丝录音机,并在这一年取得专利。尽管这种录音机没有投入生产、没有进行销售,但这种机器利用磁性录音,却是今天所有录音机共同的工作原理。

这种录音机是将钢琴弦绕在一个滚筒上进行录音的。机器将传声器与电磁铁紧紧连在一起,使钢丝贴近电磁铁进行快速的卷动。这样一来,钢丝就不断被磁化,磁化强度随着传声器收到的声音产生波动,从而导致在钢丝上相应的磁性变化发生。播放录音时,只要再把钢丝贴近电磁铁进行一次卷动,就会产生与录下的声音相应的微弱电流,使声音从耳机中发出。

20世纪20年代以后,随着放大技术的发展和高频偏磁的利用,钢丝录音机正式成为商品,并开始用于广播、有声电影、电信传递等领域。

1932年,英国广播公司率先使用钢丝录音机,将乔治五世的圣诞节文告传遍英国各地,使民众聆听到国王的声音。

1935年,德国的法班公司和德律风根公司制造出一种塑料录音带。这种录音带涂有二氧化铁,小巧轻便,可以进行较长时间的录音,却不必频频更换卷盘。到后来,德国的广播电台用录音机预先录好将要广播的节目,既能使播出的内容消除错误,又能将同一节目重播好几次,效果非常好。

到20世纪40年代,磁性录音技术开始成熟,磁带录音机终于广泛流行。“二战”结束后,德国的几台录音机被同盟国得到并交给了一些电器公司,包括英国电子乐器工业公司和美国安帕克斯公司。经过一段时间的努力,磁带录音机最终发展成商品,大量投放市场。

20世纪50年代前后,磁性记录从录音向录码的新领域蓬勃发展,并进一步开发了录像的新技术。随着半导体技术和集成电路、薄膜电路的应用,录音机的体积大大缩小。1963年,荷兰菲利浦公司制成体积小、价廉、携带和操作方便的盒式磁带录音机。后来,这种录音机又发展成微型盒式录音机和大盒式录音机,并涌现出许多新颖的立体声录音机及收录两用机。

1979年,日本的索尼公司发明了一种袖珍的立体声录音机,这种机器很快风行全球,这就是人们常常提到的“随身听”。

趣味链接:伴随录音机出现的磁带,它是怎么发展演变的?

1888年,一位名叫史密斯的美国科学家,第一次提出了磁性录音的设想和理论。十年之后,丹麦电话技师波尔生发明了人类历史上第一台录音机及第一盘磁带。当时的磁带是把铁粉涂敷在细线上制成的。

1927年之后,人们又研制出了各种合金钢丝带。

最初的录音机非常简陋,输出信号非常微弱,合金钢丝带使用起来也不方便。录制几小时节目所用的录音钢丝带,要用汽车来装运,并且一旦断裂,不易连接。

1932年,德国的一家化学公司开始致力于磁带的改良工作。该公司把四氧化三铁的黑色磁性粉末和黏合剂混合在一起,涂到纸带上,使音质有了较大的提高。第二年,他们又采用伽玛——三氧化二铁磁性粉末进行试验,这就是今天通用磁带的雏形。

1963年,荷兰菲利浦公司研制成功了世界上第一台盒式录音机,同时也产生了盒式磁带。随着电子工业的发展,磁带的应用范围也迅速扩大。在全世界,磁带产量按每年15%的增长率迅速增加,至1982年已达到3700亿米。

068、电灯的由来

在电灯还没有问世之前,人类的照明白天依靠太阳,晚上则只能靠火光和月光。电灯是电光源的俗称,直到今天依然广泛使用的白炽灯,就是一种利用电束加热的灯。

连接灯丝让它发光的灯,在照明领域里得到广泛的应用,因此,人们往往把它称为“电灯”。其实,这是一种约定俗成的叫法。

1809年,英国人戴维利用碳棒之间产生的电弧光,创制出能用来照明的电弧灯。其实,这种灯不过是两根和电极相连的碳棒,在通电后,两根碳棒之间会产生很大的电阻,导致产生很高的热量,并发出很亮的电弧。

电弧灯的光线非常强烈,有比较高的发光效率,所以很快就取代了煤气灯,成为城市路灯的主要光源。但是它会释放出大量紫外线,使危害人体的空气到处蔓延,还有耗电多、不稳定、寿命短、维护麻烦等缺点。所以,在先进的白炽灯出现之后,它很快就被人们忘记了。

到了19世纪20年代,科学家们渐渐知道金属能够被电流加热成白炽状。于是人们就想制造出一种灯泡,把里面的空气抽空,使灯丝不至于被氧化。

1841年,弗雷德里克·德·莫林斯在英国获得了白炽灯的第一项专利。几年之后,英国发明家约瑟夫·斯旺通过艰苦的研究,创造了碳质灯丝和真空灯泡。斯旺在自己的房子里安上了灯泡,他的房子成为世界上第一个用灯泡照明的房子。斯旺在1881年成立了一家自己的公司,专门生产这种并不完美的灯泡。

一次,美国发明家爱迪生从《科学美国人》杂志上看到了有关英国人斯旺用碳丝做灯丝的报道,他很受启发,头脑中关于电灯的构想逐渐成形。经历了多次试验后,他终于制成了一根碳丝。

1879年10月21日,爱迪生将一节碳化的棉纱线置于抽成真空的玻璃管里,接通电源后足足燃烧了45小时,并发出耀眼的光芒,这就是世界上第一只电灯泡。

1880年,爱迪生在纽约的大街上安装了第一盏电灯。1881年10月15日,巴黎剧院使用了白炽电灯。1882年,美国各地建成150多座小电站,向工厂、机关和居民提供照明用电。

1906年,人们开始用钨丝作为灯丝,大大提高了电灯的亮度和寿命。1913年出现钨丝氮气灯泡;1918年,又用氩气代替氮气;从1934年起,灯泡中的普通钨丝改为旋形钨丝,这就是目前普遍使用的白炽灯泡。

后来,爱迪生还设想并开发出一种全新的电力销售制度,使家庭和商家广泛地享受到电灯带来的好处。爱迪生坚信,只要建立良好的公用事业系统,人们就会自觉地对用气照明感到不满,而愿意用电来照明。

在当时,斯旺和爱迪生都认为自己才是灯泡的发明者。经过激烈的专利权官司之后,两个人尽弃前嫌,联合起来,成立了通用电气公司。

公平地说,斯旺在电灯的发明上有很大的功劳。但人们一直将爱迪生看成电灯的真正发明者,这是为什么呢?

其一,爱迪生在成果的应用和推广方面,作出了突出的贡献。要想使电灯做到实用,灯泡在电路上必须并联而不能进行串联。这样一来,一个灯泡如果关闭或损坏,就不至于对整个线路产生影响。可是并联就要求灯泡有很高的电阻,而爱迪生通过苦心研究,终于开发出一种灯丝极细的灯泡,将这个问题彻底解决了。

其二,近代技术发明的成果,一般以专利权获得的早晚为准。爱迪生对电灯的每一项改进都成功地申请到了专利。到1883年,他获得的有关专利已经有147项。可是斯旺呢?在制成第一个碳丝灯泡的32年之后,他才第一次为自己的发明申请专利。可以说,他的专利意识太淡薄了。

可见,把电灯的发明归功于爱迪生,既客观又公正。

069、日光灯的由来

日光灯是灯具大家族中的荧光灯。第一个打算生产日光灯的,是法国著名科学家贝克勒尔。1859年,他利用一根盖斯勒管做成了一个日光灯。他在管子的内壁上涂满一层磷化合物,使管子在闪光作用下发出明亮的荧光。

1902年,赫维特发明了水银灯。可是水银灯有很多缺点。这种灯不但辐射出大量紫外线,危害人体,而且光线太亮,太刺眼。所以,它没有得到广泛的应用。

许多科学家都注意水银灯,想通过某种方法将它加以改进。在研究过程中,科学家们达成如下共识:只要在水银灯管内壁涂上荧光物质,那么,当水银灯辐射的紫外线照到荧光物质上时,大量有害的紫外线就会被激发,变成可见光。但是,由于水银灯的启动装置不好,所以科学家们在实际操作中屡屡失败。