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  • 1 # 軍機處留級大學士

    1886年11月,海因裡希·赫茲成為第一個發射和接收人造無線電波的人。 他的研究只專注於發現1864年詹姆斯·克拉克·麥克斯韋的電磁學理論是正確的。 赫茲第一次認真考慮證明麥克斯韋理論是在1879年,當時他是柏林的一名22歲學生,這似乎太難了,無論如何,他想集中精力完成博士學位。

    1883年,在獲得第一份講課工作後,他重新審視了麥克斯韋理論。他寫了一篇令人印象深刻的論文,對理論進行了數學改造。 1885年,他搬到卡爾斯魯厄大學擔任實驗物理學的正教授。現在他認為尋找證明麥克斯韋理論的方法的時機已經成熟。

    1886年10月,赫茲看到了電火花,引發了一系列最終將改變世界的想法。 赫茲一直在向學生演示一種叫做里斯螺旋的電器。螺旋透過一種叫做磁感應的過程產生電火花,火花在電路間隙之間飛舞。 赫茲被電火花迷住了。 他開始用一種叫做感應線圈的電氣裝置產生它們。(汽車的火花塞由感應線圈供電。感應線圈將來自汽車電池的低壓直流電轉換成高壓交流電。這種電流以火花的形式定期穿過一個小的氣隙——也就是說,你有一個火花塞。)

    赫茲擺弄了一下這個裝置,把一個次級火花隙連線到現有的火花隙上。 他用感應線圈產生高壓交流電,在主火花隙定期產生一系列火花。 赫茲發現,當火花飛過主間隙時,火花通常也會飛過次間隙,赫茲稱這些為側面火花。 赫茲做了更多的實驗,發現主間隙的火花正在產生美麗規則的電波,其行為是可以預測的。 他想象電波來回移動,在電線內產生駐波。 換句話說,他認為電路在其自然共振頻率下像音叉一樣振動。他認為他現在有一個諧振迴路。

    當然,在赫茲的電路中,振動不是聲音,而是電荷的振動。 值得記住的是,產生電磁波實際上並不需要共振——只要電荷加速,電磁波就會產生。 諧振的重要性在於,如果接收器與發射器具有相同的諧振頻率,則輸入電磁波對其影響會更大。 赫茲意識到電振動的頻率以及因此產生的諧振是由被稱為電感和電容的電特性決定的,所以他更仔細地觀察了電路中的這些因素。 他發現一種叫做自我感應的現象正在電線中發生。這讓他推斷出電振動的頻率非常高。 赫茲決定斷開主火花電路和側火花電路之間的硬線連線。 他還安排了主電路的電容和電感,使其諧振頻率為每秒1億次。今天我們將這個振動頻率寫成100 MHz。(頻率的單位當然是赫茲,以海因裡希·赫茲的名字命名。)

    根據麥克斯韋的理論,主電路將輻射波長約為一米的電磁波。 1886年11月,赫茲組裝了他的火花隙發射器,他希望它能發射電磁波。 赫茲的火花隙發射器。兩端是兩個直徑30釐米的中空鋅球,相距3米。這些充當電容器。2 mm粗的銅線從球體延伸到中間,中間有火花隙。今天,我們將這個振盪器描述為半波偶極天線。 對於他的接收器,他使用了一段長方形的銅線,其尺寸為120釐米×80釐米。這根電線有自己的火花隙。 赫茲在變送器的中央火花隙施加高壓交流電,產生火花。 火花在銅線內引起了強烈的電流脈衝,並引向鋅球。

    正如麥克斯韋所預測的,振盪電荷產生電磁波——無線電波以光速在電線周圍的空氣中傳播。 赫茲用他的銅線接收器探測到了電波——火花跳過了火花隙,儘管火花隙離發射器有1.5米遠。這些火花是由發射器發出的電磁波在接收器中產生強烈的電振動引起的。 這是一次實驗性的勝利。赫茲已經產生並探測到無線電波。 然而奇怪的是,他沒有意識到他發現的巨大重要性。

    "我認為我發現的無線電波不會有任何實際應用價值。" 海因裡希·赫茲,1890年 。

    事實上,赫茲的無線電波將很快改變世界。到1896年,古格里莫·馬可尼獲得了無線通訊專利。到1901年,他已經完成了從英國到加拿大橫跨大西洋的無線傳輸。 到20世紀初,有技術頭腦的人正在家裡製造他們自己的火花發射器。1917年,就連兒童也參與了這項活動,並在一本為男孩編寫的工藝書中得到了建造發射機的指導。

    到20世紀20年代末,大多數無線電發射機使用真空管而不是火花來產生無線電波。然後真空管被放棄,取而代之的是電晶體。 科學家和工程師繼續在無線電技術領域快速創新。無線電、電視、衛星通訊、行動電話、雷達和許多其他發明和小玩意使赫茲的發現成為現代生活中不可或缺的一部分。

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