《世界科技史速读》：第7章 数理化工大发明(4)

------第7章 数理化工大发明(4)------



氟利昂的使用，使电冰箱迎来了一个春天，这也导致了对地球臭氧层的破坏。面对新世纪，科学家们研制出了氟利昂的替代品来作为制冷剂，全面采用了无氟环保技术。现在的冰箱，容量大，耗能少，噪音小，外观漂亮，功能也越来越多。可以想象，在未来世界中，电冰箱会使我们的生活更加美好、更加丰富。

变压器

在爱迪生发明电灯时，输电距离仅在30千米以内，否则电压太低，电灯就不能亮。解决这一输电难题的办法，只能是在使用者附近建立发电站，而且每隔30千米的距离就要备有冒着痕烟、轰轰作响的发电机。

而有了特斯拉的这种变压器，就可以使发电厂建在离城市很远的郊区，用高电压输送电流，以减少电在输电线路上的损耗。等电输送到城市里以后，再用变压器降低到一定的电压后，供给工厂和家庭使用。这样就可以省去建设许多发电厂的麻烦以及减少其产生的污染。

特斯拉是一位出生在南斯拉夫的美籍发明家，自小表现出的机械学方面的天赋为他走上成功之路奠定了基础。

1884年，不甘平凡的特斯拉决定去美国闯一闯。很快，他成为爱迪生的助手，在此期间，善于发现和思考的他注意到1831年法拉第在研究电磁感应定律时，曾经做过的一个实验：法拉第把两组线圈绕在同一个软铁环上，在原线圈内通电的瞬间，会在另一个副线圈上感应出电流来。断电时也会感应出电流，但是等电流稳定流动时，副线圈中则没有电流。特斯拉由此想到，如果不断地使原线圈通电断电，副线圈中不就可以不断地感应出电流来吗？由于电流瞬间的通断，人们不会轻易看出电灯的明灭闪烁，这种大小和方向不断变化的电流，就是交流电。特斯拉发现了这种装置可以提高或者是降低电压，副线圈的匝数越多，感应出的电压越高，原、副线圈的匝数比就是它们的电压比，这就是变压器的基本原理。

为了使用变压器，特斯拉还发明了交流发电机和交流电动机。在1885年，匹茨堡的威斯汀豪斯电气公司购买了他的多相交流电动机、变压器的专利权，这笔交易触发了爱迪生的直流电体系和特斯拉-威斯汀豪斯的交流电体系之间的竞争。因为英国的威廉·汤姆逊、美国的爱迪生等都反对研制和发展交流发电机，而特斯拉则肯定交流电才是未来发展的趋势。事实证明，由于变压器的发明使交流电的应用迅速进入实际生活领域，由于它所具有的输送优势，终于淘汰了爱迪生等人所坚持的直流电体系。

1887年，特斯拉成立了自己的电气公司，并为交流电申请了专利，随后，他在尼亚加拉大瀑布建立了第一个水力发电厂，彻底结束了爱迪生的直流电时代。

电影

早在19世纪初，人们就开始了对电影发明的探索与研究。1872年，英国摄影师迈布里奇发明了一种叫“动物实验镜”的放映机。这种放映机通过一块旋转的圆形玻璃将形象投射出去，这样就使这些形象显得像在自然运动。

录有奔马影像的照片带使法国生物学家马雷博士深受启发。为了研究动物的动作形态，马雷曾经设计过一种“摄影枪”，现在，他决定效仿迈布里奇，改用照片来研究动物的动作形态。1888年，马雷博士制造出“固定底片连续摄影机”。他用绕在轴上的感光纸带通过镜头的聚焦处时，两个抓勾机构固定住感光纸带而使其曝光。以软片（感光纸带）代替原来的感光盘，这是电影发展中关键的一步。

伟大的发明家托马斯·爱迪生1889年发明了放映机，这是一种展现活动物体照片的器具，它既无放映机也无银幕，爱迪生做出的一项关键性改进是使用伊斯特曼发明的条幅式“胶卷”。他循其长度拍摄了一系列相片，然后使底片以仔细调整好的速度在闪光灯前面经过，相片就能连续快速地放映在银幕上了。他的主要贡献是“使电影走出了实验室”。然而直到卢米埃尔兄弟在1895年将拍摄的胶片公开放映，电影才算是正式诞生。

卢米埃尔兄弟的重大贡献之一，便是巧妙地解决了电影胶片如何间歇地通过放映机片门的问题。他们从缝纫机中得到了启发，他们根据缝纫机的机械原理，制造出一种抓片机构。这种机构是把一个作用类似于缝纫机上脚踏板那样的机械所产生的运动传给一个带尖爪的滑框；尖爪升到顶点时，就钻进片带两边打好了的洞孔中，来拉动片带；当这个牵引机件再次上升时，尖爪便在下端退出洞孔，而使片带静止不动。

他们还在电影胶片后面安装了放映光源——电灯，让光线透过胶片和透镜，射到银幕上，就这样，用电灯作为光源，用电动机作为动力的电影放映机终于诞生了。1895年12月28日，在巴黎卡普西尼斯大道旁的格兰德咖啡馆大厅中，他们首次展示了魅力十足的电影艺术。这一天，也被电影史专家们定为了电影正式诞生的日子。

洗衣机

早在1677年，人们就把衣物放在袋子里，其一端固定，另一端用一个轮子和一个圆筒来拧，这是一种尝试性的机械洗衣法。

直到1782年，英国家具商西格尔设计出一种原始洗衣机。在六角形木桶内装置一个用木条制成的盒子，盒子两端有支点，可用手柄翻动盒里的衣物，注水、放水都要用手，而且得花很长时间才能把衣物漂洗干净。衣服洗净后，先放在手转绞扭器的两个木滚筒之间压干，然后再放在绳上晾晒。对于床单、桌布等大件织物，洗净晾干后，就折叠起来，卷绕在木滚筒上，用一个内装石子的2米长木盒轧平。

1858年，美国匹兹堡的史米斯制成机械化洗衣桶和捣衣杵。他用一个竖立的木桶，以手摇曲柄转动桶里的捣衣杵搅动衣服。1863年，他又添加了一个回动齿轮，使捣衣杵能前后转动。

随后，英国出现了一种铸铁洗衣锅，下面装有把水加热的煤气喷嘴，但衣物必须用捣衣杵搅动。

早期的洗衣机还称不上“洗衣机”，只是洗衣的机械装置而已。到了1874年，美国一位玉米播种器的制造者比尔·布莱克斯特发明了一种木制洗衣机，它已经具备了现代洗衣机的雏形。这种洗衣机的主体是一个不漏水的木桶，桶中心底部的转轴上装有6张叶片，摇动手柄，即可通过齿轮机带动叶片，拖着衣物在木桶中翻转、相互摩擦，这样，可以靠水流的冲刷而达到洗涤的目的。

1906年，美国芝加哥人费歇设计出了世界上第一台电动洗衣机。在原来洗衣机的基础上，费歇做这样的设计：其外形呈圆桶状，内装一部电动机和一根带刷子的主轴，电动机驱动刷子转动和搅拌，从而带动桶内的水和衣物旋转，并刷洗衣物。费歇发明的搅拌式洗衣机促进了洗衣机的发展和实用化，同时大大减轻了人力的付出。从现在的水平看，这种电动洗衣机结构非常简单，但在洗衣机发展史上，却具有很重要的意义，不过由于当时电力供应未能普及，所以直到1927年，在偏远的美国农村仍流行手摇洗衣机或汽油发动机带动的洗衣机。

随着机械设备精密度不断提高，科学家们也以巨大的热情投入到洗衣机的研究中去。1922年，美国的玛依塔格公司将洗衣机改进为搅拌式，即在洗衣筒中心装一立轴，其上安有搅动叶，由传动机带动它有规律地正反向旋转，不断使水流和衣物强烈翻搅、碰撞、摩擦，以达到洗净衣物的目的。

同时，英国出现了滚筒式和喷流式洗衣机，而且一直沿用至今。如今，随着电子工业的发展，采用微电脑技术控制的洗衣机也在慢慢地“飞入寻常百姓家”。

火箭

火箭从诞生到今日的发展，经历了漫长的过程。大约在中国宋、元朝时，由于战事频繁，出现了一种利用燃烧火药产生巨大威力的军事武器，这是人类最早的原始火箭。

中国古代科学技术在世界的领先地位是毋庸置疑的，但火箭得到迅速的发展却是在西方。20世纪初期一位科学家就曾大胆预言：“地球是人类的摇篮，但人类不会永远生活在地球上。”他就是现代航天学和火箭理论的奠基人——齐奥尔科夫斯基。

齐奥尔科夫斯基幼年时就聪明好学、有着丰富的想象力，他对浩瀚的星空有着美丽的幻想。但在他生活的时代，宇宙航行只是一个演讲题目。尽管如此，他仍坚持不懈地从事这项看似枉然的科学研究。1903年，他发表了一篇极其重要的论文《利用喷气装置探索宇宙空间》，第一次从理论上论证了用喷气式火箭进入宇宙的可能性，并提出了宇宙航行最基本、最重要的公式，即齐奥尔科夫斯基公式。他还证明了为脱离地球引力必须使用多种火箭。可惜，齐奥尔科夫斯基这些关于星际航行卓有远见的科学设想，在当时没有得到应有的重视，当时的技术也不允许实现他的构想，以至在他有生之年始终没能造出一枚他所构思的火箭。但齐奥尔科夫斯基对空间技术的未来充满了信心，先后写下了730篇论著。他的远见卓识不愧为宇航领域中的一位天才、世界公认的“宇航之父”。

现代火箭航天技术的先驱齐奥尔科夫斯基设想的液体火箭，20多年后终于由美国人罗伯特·戈达德首先研制成功。1918年11月，戈达德在马里兰州的阿伯丁测试场成功发射了一枚固体火箭。年底，戈达德又开始拟定一项使用液体燃料为推进剂的火箭计划。然而这个设想运作起来非常困难。在经过多次实验后，他决定以汽油作为燃料，并以液态氧为氧化剂。

1926年3月16日下午2点30分，在美国马萨诸塞州偏僻的沃德农场，戈达德在助手的帮助下，花了一个上午的时间，把火箭装到火箭发射架上，戈达德小心翼翼地点燃点火器，只见火箭“噌”的向上冲入蓝天。一开始它升得很慢，接着变成高速行进，达到12.5米的高度，时速约为97千米，2.5秒之后，火箭以高速向左边又水平飞行了56米，最后坠毁在一片菜地里。

虽然整个飞行时间仅仅几秒钟，然而，在这短短的瞬间，这枚小小的火箭已经创造了历史，成为了世界上第一枚成功飞行的液态燃料火箭。戈达德一生在火箭技术方面共取得了212项专利，创造了令人敬畏的成果，成为液体火箭的创始人。

电视机

1873年，英国科学家史密斯发现，硒具有在光照下可增加自身导电性的光敏性，此后，关于电视的设想便纷纷出台。俄裔德国科学家保尔·尼普科的中学时代正处在有线电技术迅猛发展时期，电灯和有轨电车的出现、电话的普及给人们的生活带来了方便。后来他来到柏林大学学习物理学。1883年，他在思考电视构造时，想到了硒这种特殊的物质。

1884年，尼普科制成了“扫描盘”。他在一个圆盘上设一圈沿螺旋线排列的孔径。当图像投射在旋转的圆盘上，孔径便以一系列平行线扫描图像。光通过孔径落在硒光电池上，就会改变电流大小。而接收一方则与发射一方的圆盘同步，被安放在光源前，被改变大小的光源投射到接收端，图像的传输就实现了。尼普科将画面用扫描来表现的思想对现代电视技术的影响是巨大的。

苏格兰人贝尔德最大的贡献是在尼普科扫描盘上安装了放大器，使影像更清晰。1927年，他利用电话通道进行图像传送实验。1928年，他将图像传送到远航大西洋的轮船上。1929年，他又成功地做到同时传送图像和伴音……上述实验，都是用机械转换装置来进行图像传送和接收的，与现代全电子式的电视技术是不同的。

在犹他州比弗，14岁的法恩斯沃思对电子世界充满了向往和热爱。而他也注定要改变20世纪的命运。

后来，在布里梅姆杨大学，科学家们对法恩斯沃思出众的才华感到惊讶。他的想法是利用透镜看到影像，然后投射到感光板上，阴极管发出一束快如雷电的电子，它能够扫描感光板上的影像，并能从感光板上回弹，反映影像的明暗区域。而阴极管里的电子则会转化成电子脉冲，然后送到发射台，发出电波，这个影像就会随着电波被传送到接收器，影像或信号被扩大，放射到化学处理的阴极管里，就会跟它投射时的一样，以此完成影像的传送和接收。最终，法恩斯沃思得到了电视发明的专利权。

1930年初，美国无线电公司拥有最大的广播网络，年轻的俄罗斯移民萨尔诺夫是该公司的领导人。他希望电视能进入大部分美国家庭。但此时最大的障碍就是传送信号不稳定、画面不够鲜明。1936年7月7日，他利用代号“W2XBS”试验性播出。第2天，《前锋论坛报》讥笑那模糊的影像，《泰晤士报》则认为这次示范十分有趣，市民们纷纷购买报纸了解相关信息。

在1939年纽约世界博览会上，为推广这项发明，无线电公司低价出售电视并宣布在美国开始定期播出节目。

1950年，哥伦比亚广播公司的工程师将黑白影像变成了彩色图像，他们准备击败萨尔诺夫。在彩色电视方面的竞争中，颜色是成败的关键。萨尔诺夫和他的工作人员通过废寝忘食的工作，发明了全新的程序，最终将完整连贯、五彩缤纷的电视节目呈现在了大众面前。

直到今天，彩色电视机仍被视为工业历史中最神奇的发明。联邦通信委员会别无选择，他们必须承认及宣布萨尔诺夫的标准是新标准。萨尔诺夫再次胜利了。未完待续......欲知下回，请关注微信公众号： xiaoyida_com ，回复 xse89895 获取完整内容！
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本小说内容节选自：出版小说小说 《世界科技史速读》

作者：方士华 李天云
最后更新于：2016年10月14日
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