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　　：貝爾發明電話的故事

　　如今，電話走進了千家萬戶，你知道電話是誰發明的嗎? 　　貝爾，就是發明電話的人。他1847年生於英國，年輕時跟父親從事聾啞人的教學工作，曾想製造一種讓聾啞人用眼睛看到聲音的機器。 1873年，成為美國波士頓大學教授的貝爾，開始研究在同一線路上傳送許多電報的裝置——多工電報，並萌發了利用電流把人的說話聲傳向遠方的念頭，使遠隔千山萬水的人能如同面對面的交談。於是，貝爾開始了電話的研究。 那是1875年6月2日，貝爾和他的助手華生分別在兩個房間裡試驗多工電報機，一個偶然發生的事故啟發了貝爾。華生房間裡的電報機上有一個彈簧粘到磁鐵上了，華生拉開彈簧時，彈簧發生了振動。與此同時，貝爾驚奇地發現自己房間裡電報機上的彈簧顫動起來，還發出了聲音，是電流把振動從一個房間傳到另一個房間。貝爾的思路頓時大開，他由此想到：如果人對著一塊鐵片說話，聲音將引起鐵片振動;若在鐵片後面放上一塊電磁鐵的話，鐵片的振動勢必在電磁鐵線圈中產生 時大時小的電流。這個波動電流沿電線傳向遠處，遠處的類似裝置上不就會發生同樣的振動，發出同樣的聲音嗎?這樣聲音就沿電線傳到遠方去了。這不就是夢寐以求的電話嗎! 貝爾和華生按新的設想製成了電話機。在一次實驗中，一滴硫酸濺到貝爾的腿上，疼得他直叫喊：“華生先生，我需要你，請到我這裡來!” 這句話由電話機經電線傳到華生的耳朵裡，電話成功了!1876年3月7日，貝爾成為電話發明的專利人。 貝爾一生獲得過18種專利，與他人合作獲得12種專利。他設想將電話線埋入地下，或懸架在空中，用它連線到住宅、鄉村、工廠…… 這樣，任何地方都能直接通電話。今天，貝爾的設想早已成為現實。

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　　：古代電磁學知識

　　我國是用文字記載電磁現象最早的國家之一。早在公元前16-15世紀，殷商時代的甲骨文字中就有“雷”字;西周時代的青銅器上發現刻有“電”字。西漢末年，《春秋緯·考異郵》中有“玳瑁吸 ”的記載，它告訴人們經過摩擦的玳瑁，能夠吸引微小的物體。東漢王充已把頓牟被摩擦後可以吸引微小物體，與磁石吸引針的現象同時提出，這說明當時對這兩種吸引現象引起了同樣重視。在《三國志·吳書》中，曾有這樣的說法：“琥珀不取腐芥，磁石不受曲針”，這就是說，腐爛的芥草不被摩擦過的琥珀吸引，比較柔軟易於彎曲的金屬也不被磁石吸引。這個發現說明當時已經初步可以分清哪些物質可以被吸引，哪些物質不被吸引。晉代張華曾發現用梳子梳理頭髮和解脫絲綢毛料衣服時的起電現象。明代的都邛在《三餘贅筆》中，曾記述了一種絲綢摩擦起電現象，“吳綾出火。吳綾為裳，暗室中力持曳，以手摩之良久，火星直出。”

　　號稱古希臘七賢之一的泰勒斯在公元前600年左右，發現摩擦過的琥珀可以吸引輕小的乾草葉。琥珀是一種礦物化的黃色樹膠，在古代用於裝飾，琥珀和金子一樣發亮，因此當時被稱為“琥珀金”，後來則稱為“琥珀電”。古羅馬自然哲學家普林尼***Pliny公元23～79年***曾講了兩個傳說：其一是說牧羊人瑪格內斯在克里特島的艾達山上時，他的鞋被山石所吸，以至於很難行走;另一個是說，有一座沿海的磁山，它可以使駛向它的船四分五裂，原因是釘在船上的釘子，在磁山的吸引力作用下被拔掉了。這些傳說證明西方古代也是很早就發現了磁現象。據說磁石這個詞，是古羅馬自然哲學家和詩人盧克萊修從磁鐵礦的產地，小亞細亞的地名Magnesia得來的。

　　為什麼會產生前面所敘述的這種吸引現象，古代人曾試圖給予解釋。在《論衡·亂龍篇》中這樣寫道：“他類有似，不能掇取者何也?氣性異殊，不能相感動也。”這就是說，琥珀和磁石為什麼對有些類似的東西，不能產生吸引的效果呢?是由於氣性不同，不能互相感應的緣故。東晉郭璞在《山海經圖贊》中也有類似的解釋，其中寫道：“磁石吸鐵，玳瑁取芥，氣有潛通，數有冥合。”西漢劉安***公元前200—122年***等人著的《淮南子》中，對雷、電作如下的解釋：“電激氣也”，“陰陽相薄為雷，激揚為電。”這就是說，當時把雷看做是陰陽相互作用的產物，把電則看做是激發的氣。這種看法，是比較接近幾百年後的近代關於電的學說的。

　　盧克萊修在他的《物的本性》長詩中，對磁石吸鐵現象作了這樣的解釋：從磁石中發射出一種看不見的細小微粒，這種微粒通過空氣進入鐵中，從而引起磁石與鐵的相互吸引現象的發生。宋代的陳顯微在《古文參同契箋註集解》中，對磁石吸鐵有過這樣的解釋：“磁石吸鐵，皆陰陽相感，阻礙相通之理……”這就是說，磁石吸鐵也是由陰陽相互感應引起的。

　　由此可見，古代對電與磁的吸引現象的產生有兩種解釋：一種是陰陽感應作用引起的;一種是“氣”或“微粒”的作用引起的。磁石吸鐵現象，在指南針發明前就有各種應用的記載，如《水經注》等書中，提到秦始皇為了防備刺客行刺，就曾經用磁石建造阿房宮的北闕門，以阻止身帶刀劍的刺客入內。此外醫書上還談到用磁石吸鐵的作用，來治療吞針。

　　把磁石利用在指向上，是在發現地磁場對磁石作用之後，並且經歷了3個發展階段最後製成了指南針。最早指南的磁石，叫做司南，它是由磁石製成一種勺狀的物體，把它放在光滑的圓盤上，勺底***球形***與盤接觸，勺柄作為指向用。東漢王充在《論衡》中，對司南作了比較詳細的描述。他寫道：“司南之杓，投之於地，其柢指南。”這就是說，把勺狀的磁石，放在刻有表示方位的銅盤上，它的柄停止在指南方向上。雖然司南只是天然磁石的利用，它的靈敏度是很低的，但是它卻給人以啟示：有一種地磁存在，利用磁石可以指向。

　　北宋時期，已經可以用人工的方法制造一種新的指向儀器，這就是指南魚。它的製作過程，有個重大的突破，就是採用磁化的方法。製作過程可分為兩步，第一步是使魚形鐵加熱，達到700℃左右變成順磁體;第二步再把魚尾對正子位***北方***進行蘸水，使魚磁化，成為一個指向儀器。

　　關於指南針的製造和安裝方法，最早出現在北宋沈括***1035～1095年***的《夢溪筆談》的第24卷《雜誌一》中。其中對指南針的製造有這樣的記載：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。”這說明沈括不僅發現了針狀的指南儀器，而且也發現地磁場的南北極與地球的南北方向並不完全一致。此外，沈括還提出了四種簡單的指南儀器的結構。第一種是水浮法，就是將指南針穿在幾節燈芯草上，並使它浮在水面指示方向。這就是後來常用的在遠海航行中曾使用過的水浮磁針儀器。第二種是指旋法，就是將指南針放在拇指的指甲上，經適當的轉動而指示方向。第三種是碗脣法，就是把磁針放在碗沿上，待磁針停穩後以指示方向。第四種方法是絲懸法，就是用芥子那樣大小的一滴蠟粘接一根蠶絲，並把磁針用絲縷懸掛起來，以指示方向。這種絲懸法最接近近代的各種指示儀器的方法。對這四種方法，沈括自己有一個評價，他認為前三種方法都有明顯的缺點，唯獨絲懸法最好。

　　沈括所記載的幾種方法都沒有方位盤。不久磁針與方位盤結合起來，使指南針的發展進入一個新階段。羅盤的出現為航海提供了一個可靠而方便的指向儀器。最早在我國出現了水羅盤。南宋朱繼芳的航海詩中就有：“沈石尋孤嶼，浮針辨四維”的詩句。後來，我國指南針傳入歐洲之後，西方製成了旱羅盤，羅盤的磁針支在一個固定的釘尖上，可以自由轉動，而釘盤就是刻有方位的方向盤。到了16世紀，歐洲出現了航海羅盤，這種羅盤的結構，增加了兩個銅圈組成的常平架，小銅圈正好內切於大銅圈，並且由曲樞軸把它們聯接起來，然後再把它們安放在一個固定支架上。

　　指南針的發明，不僅為航海提供了一個非常準確的指向儀器，而且也為研究地磁三要素創造了條件。沈括在《夢溪筆談》中記載了磁針的南北指向與地球的南北方向並不完全一致，這就是說存在著一個磁偏角。但是這個偏角多大，當時並沒有進行定量的研究。美洲大陸的發現者，義大利的航海家哥倫布於1492年在海上航行時，發現羅盤上的指標並不是指向北極星，而是向西偏5～6度。在陸地上最早對磁偏角進行定量測定的，是德國天體物理學家哈特曼，他在1544年3月4日給友人的一封信中指出：“磁針指北端稍向東偏9度左右，並且還發現磁針並不保持水平，其中一端向下傾斜。”他在信中向友人表示，磁針向下方傾斜的原因還不十分清楚。

　　磁傾角的大小，是由羅盤製造者、英國地質學家羅伯特·諾曼測定的。他在1581年出版的《新奇的吸引力》小冊子中，介紹了他實驗的結果。他自制了一個簡易的磁傾角測試儀，並於1576年測得倫敦的磁傾角為71°50′。他還發現懸浮在水面上的穿在軟木上的磁針，儘管方向上發生偏轉，但只是在原位置，並不產生移動。於是，他斷定使磁針發生偏轉的力，不是移動力而是一種定向力。即我們現在所說的力矩。對地磁的另一個要素——強度的測定要稍晚些，是由法國天文學家和數學家博達於1776年利用磁針振動法測得的。