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小閣老 第十四章 無線電之爺爺
沒搞成的原因,主要是他太忙了,每天日夜操練,哪有時間搞發明?
嗯,絕非他眼高手低,不是搞科研的料……
不過有道是功不唐捐,至少折騰幾年讓他想清楚了所有的技術難點,以及接下來的路該怎么走。所以在萬歷四年,將這個光榮而艱巨的任務交給張鑒時,他明確的指出了研究的方向和步驟!
首先趙昊決定繞過有線電報,直接上無線電!
有線電報機雖然原理上簡單一些,但遠距離傳輸是個大問題。尤其是他需要跨越好幾個大洋的通行,光想想如何制造并架設幾萬千米長的電纜,就讓他頭大如斗。
制造其實還好說,集團的拉絲機已經很成熟,都能供應海警用上鐵絲網了,拉個幾萬公里長的銅絲,至少在技術上沒難度。
而且海底電纜包線所用的古塔膠,是可以從杜仲膠中提煉出來的。或者直接從南洋的雨林中尋找古塔波樹,也不是什么太難的事兒。
但問題是,這幾萬公里的電纜怎么架設?在陸地上要起電線桿,膠皮包的可是銅線啊!還不得前頭架線,后頭就讓人偷割了去?
好吧,就算他豁出去了,派個幾萬人沿線駐守。可海底段的線路怎么辦?雖然不用擔心人偷,但以目前的技術水平,他斷無信心連下上萬公里的電線,膠皮能一點不開裂。但凡哪里開裂,銅線直接與海水接觸,電流就會耗散,通訊便告中斷。修都不知道該修哪兒。
而且架設電報線路這種興師動眾之舉,也完全不符合他的‘有限代差理論’。那不是明擺著告訴歐洲人,怎么實現遠距離通訊嗎?
無線電就好多了,小小的電臺保密性極強,只要嚴格遵守保密條例,是有可能做到長期保密的。
雖然不管怎么保密,將來終究會被對手推測出,我方有遠距離通訊的秘法。
但還可以靠神秘化迷惑窺探者,比如把無線電技術說成是道教的‘千里傳音’之術。想學就找道觀拜師修行去吧……
這就是趙昊將電磁研究所,命名為道法研究所的初衷。
無線電技術,在另一個時空是怎么誕生的呢?
它來自于數位折磨中學生的科學偉人的接力。西元1820年,奧斯特發現了電流能產生磁的物理現象。
11年后,法拉第在此基礎上發現了電磁感應定律。
又過了42年,麥克斯韋提出了電磁場理論,并描述了電磁波的一些特性,為無線電誕生奠定了理論基礎。
15年后,赫茲通過實驗發現,在線圈的兩端加上高電壓使它發生火花,這時便從火花射出電波,可以使遠處的線圈產生電流,首次在實驗室中生成并接收到了電波。
至此,無線電產生的所有條件已經成熟,可惜赫茲沒想到無線電偉大的用途,只將自己的研究發了篇論文了事兒。
結果沒過幾年就被意大利的馬可尼摘了桃子,……當然,俄國人堅持認為,發明無線電的是波波夫。
趙昊準備復原的,是波波夫發明的火花發報機。
它的構造很簡單,不需要晶體管和電子管,以及任何超出16世紀水平的電子元件,所需材料完全在西山島研究中心的制造能力之內。
只需要湊齊七顆龍珠就可以召喚神龍。只需要湊齊七個部件,就可以組成一具能正常使用、波及千萬里的火花發報機。
七個部件分別是,電鍵、電池、升壓線圈、電容、火花隙、天線和地線。
當電鍵閉合后,電池提供的強大電流通過升壓線圈變為高壓電,加載在電容中。電容又與火花球兩端的金屬球相連。當電容兩極加載在火花隙上兩個金屬小球上的電壓,高到可以擊穿空氣間隙時,就產生了火花放電。
根據電磁感應原理,火花放電產生了振蕩的電磁波,電磁波通過天線向外輻射,便是無線電波了。
通過控制電鍵閉合的長短和間隔,便可得得到或長或短的電波,將其按照一定的規律編碼,就可以用來傳遞信息了,這就是無線電發報了。
接下來就是如何將符合需求的部件,一一生產出來了。
電鍵就是影視劇中發報員滴滴答答按的那玩意兒,其實就是發報機的電源開關。唯一的區別在于,平常的開關按下是不能彈起的,而電鍵按下松開后會彈起。不過也沒什么門道,無非就是在按鍵下加個簧片。
所以研究團隊很早就搞掂了電鍵,如今用的都是第三代了。漂亮的黃銅按鍵安裝在花梨木的電鍵架上,按鍵下伸出一前一后兩根觸桿。按下一半按鍵,前一個觸桿與電鍵架上的觸點接觸;把按鍵全部按下,則兩個觸桿都與觸點接觸,這樣就能清晰區別所發信號的長短了。
然后是電池,這個也不難。雖然還造不出干電池,但濕電池可是有歷史悠久歷史的,最早可以追溯到1800年前,巴格達人將一個鐵棒和一個鋅質圓筒插入裝滿醋的陶罐中,就已經可以很好的將化學能轉化為電能,并使用很長時間了。
當然真正意義上的電池,是另一個時空中伏特發明的伏打電堆,也就是電池組。
他將銀板和鋅板疊合在一起,中間以含有鹽水的濕布間隔,就這樣三片一組為一個單元,便產生了可以控制和儲存的電流。
雖然單一單元產生的電壓很低,但他通過后續實驗發現,只要按順序堆疊單元,就可以明顯增強電流。大概六個單元串在一起,就能產生4伏的電壓。這點電壓在后世不算什么,幾個小電池串起來就能辦到,然而卻已經可以為科學實驗,提供足夠的電能了。
中學物理知識告訴我們,伏特雖然發明了電池,并得到了電壓的命名權。但是他對發電原理的認識是錯誤的,并非兩種金屬接觸就能發電。實際上金屬與鹽水發生了化學反應。所以直接把鋅棒和銀棒插入電解液中效果會好得多。
趙昊最初是打算讓張鑒他們用這種改進過的罐式伏打電池來供電的。他想當然的認為,電壓低無非多串聯十幾二十個單元就是了,總能達到要求的。
但團隊在實際應用中發現,伏打電池的發電量的遠遠達不到理論值,而且電池電壓會逐漸減小,直到徹底報廢。
經過研究,徐光啟發現,電池運行過程中,會在銀棒上聚集很多氣泡,隨著反應不斷進行,氣泡越來越多,電池則同步失去放電能力。
他便推測是這些氣泡阻礙了液體中的電荷擴散,讓電池失效。他收集這些氣泡研究發現,居然是氫氣。這下就更不敢再用這種電池了。
那么多電池一起工作,萬一要是通風沒做好,放出的氫氣積少成多,火花發電機打個火花,直接全員火化……
他想出的解決方法是,將兩根金屬棒分別插在不同的電解液中,并用另一種電解液來消耗鋅反應時產生的氫氣。
經過反復實驗,徐光啟發明了一種雙液電池。這種電池有圓柱形的陶瓷外殼,內有一個小一號的圓柱狀中空玻璃筒,筒底以豬膀胱膜扎緊。
他在內膽中注入硫酸銅溶液,插入銅棒,在外膽中注入硫酸鋅溶液,插入鋅棒。兩種電解液通過豬膀胱這種天然的半透膜相連接。
這種電池非但解決了伏打電池電壓容易下降的問題,而且還能充電,可以反復使用,所以它還是一種蓄電池。可謂大大的改進,趙昊欣然將其命名為‘光啟電池’!
這次試驗的電力,就是由八罐串聯在一起的光啟電池提供。
第三個是升壓線圈,這個簡單,就是纏線圈嘛。趙公子念書的時候就纏過,對這一步還是很有自信的。初級線圈的圈數很少,纏上二十圈膠皮電線就夠了。次級線圈導線要盡量的細,這樣能多纏幾圈。
根據電磁感應的原理,理論上兩者圈數的倍數,就是電壓增幅的倍數。大概纏它個……兩萬圈就夠了。結果他當然半途而廢,后來研究所用了足足三年,才生產出足夠細的膠皮電線。
第四個就是儲存高壓電的電容了。
這一步現成的,因為在科普展覽館中大出風頭的萊頓瓶,就是雖然原始但效果很好的高壓電容。
徐光啟還設計出一種以堆疊油紙和錫箔,再用石蠟密封的油浸紙介電容器,但還在改進中。這次為了萬無一失,所以用的還是萊頓瓶。
第五個是火花隙,這個更簡單——就是兩個相距僅幾厘米的小銅球。徐光啟又給其中一個小球加了滑道,通過轉動一旁的木質螺栓,可以改變銅球間距,從而改變發射功率。
至于第六個天線……比火花隙還簡單,更沒啥好說的了。就越長越好使唄。
第七個底線,弄跟導線綁上塊銅板,往地上一埋,搞掂。
趙昊一直覺著,七個部件自己搞掂了五個,已經稱得上無線電之父了。
但他看到除了這七件套之外,桌上還有個裝置——兩道盤成蚊香似的螺旋狀銅條,安裝在個絕緣的木軸上。一盤蚊香上接著天線和底線,另一盤則與電容和火花隙相連。
這由徐光啟加上的第八個部件,是一個可調電感器,可以讓電磁波頻率固定在某一個值,以實現通訊的保密性與選擇性。這是趙昊之前壓根沒想到的。
趙公子憑良心掂量一番,還是將無線電之父的頭銜,讓給了徐光啟。
那自己就是無線電的爺爺了,也不錯嘛……
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