世界无线电日 无线电是怎样被发明的？又是如何被应用到通信中的？一起认识这位无线电通信大师——马可尼

撰文/尹传红 绘图/王叙

本文来自《知识就是力量》杂志

今天是世界无线电日。提到无线电，大家都会想到，它在人们的生产、生活中起着重要作用。但你们知道电磁波是如何被发现的，无线电是怎样被发明的吗？这就要提起一位“业余发明家”——马可尼，是他用无线电打开了即时交流的大门。

伽利尔摩·马可尼，用自己的智慧和汗水发明了第一个实用的无线电报系统，开创了无线电通信事业，打开了大众通信和世界范围内即时交流的大门，为丰富人类文化生活、推动文明发展做出了重要贡献。

少年“电迷”

出生于意大利北部名城博洛尼亚的马可尼，打小就过着一种养尊处优的生活。他的父亲是一个精明的商人兼地主，母亲是一名来自爱尔兰酿酒世家的歌唱演员。

幼年时期的马可尼（左）与其母亲（中）和哥哥（右）

少年时代的马可尼几乎没有在正规的学校待过。他上的是私立学校，还有家庭教师辅导。家中图书馆藏书丰富，供他自由浏览。他时常还随母亲和哥哥做季节性的旅游，见识了许多新奇的东西。

1887年，13岁的马可尼接触到科学课程后，爱上了物理学，尤其喜欢做电学方面的实验。父亲给他钱买电池、设备，还为他订阅了技术杂志。母亲干脆把家中养蚕的房间空出来，供他做实验。据说，有一次他突发奇想，动手把堂妹的缝纫机拆开，改装成了烤肉用的转叉钩，气得堂妹直哭，他只好又改了回来。有一年在外地亲戚家过冬时，他给一个年老的盲人电报员读故事听，作为回报，老人教他使用摩尔斯电报键。

塞缪尔·摩尔斯的电报设计图

在马可尼成长的那个年代里，电的应用已经铺展开一个广阔的前景。此前，美国画家塞缪尔·摩尔斯于1832年发明了电报，一种沿电线发送并接收信息的电磁系统—这是第一种连接世界的通信系统。1876年，美国物理学家亚历山大·格雷厄姆·贝尔发明了电话，一种把声波转换成电信号，再把电信号还原成可听声波的电子装置。

纽约到芝加哥的电话开通仪式上的贝尔（坐者）

而在电报诞生与电话问世的这一间隔内，英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦于1864年从理论上预言了电磁波的存在，并推导出电磁波的传播速度等于光速。信息时代最基本的物质载体—电磁波，最早就是这样进入了人们的视野。

无线奇想

在电学的新世界里徜徉，马可尼乐此不疲。

然而，对于其他功课的忽视导致他总体成绩不佳，连毕业证书都拿不到。父亲对此很不满意，训斥他总是在摆弄那些无聊的玩意。

好在母亲一直都持鼓励和支持的态度，甚至还专门请来博洛尼亚大学的物理学教授奥古斯都·里奇给他“开小灶”。里奇也非常欣赏这个虽然偏科但十分好学的年轻人，允许他进入自己的实验室做实验，并指导他阅读相关图书和文献。

德国物理学家海因里希·赫兹

在麦克斯韦的电磁波理论提出20多年后，德国物理学家海因里希·赫兹于1887年用实验证实了电磁波的存在，进而预言可以用“不带电线的方法输送信息”。不过，尽管当时的人们对于用电线向远处输送信息的能力惊叹不已，但对于赫兹的大胆预言还是不敢恭维，只视为“心灵感应”之类的玄想。就连验证了无线电波存在的赫兹也说：“我看不出这个神秘的、看不见的电磁能源能有什么用处。”

赫兹证实电磁波存在的著名实验

1894年1月1日，年仅36岁的赫兹撒手人寰。里奇写了一篇纪念文章，文中提到赫兹所做的那个著名的实验：他设计了一个振荡电路，在两个金属球之间周期性地发出电火花，同时又在不远处设置了一个带缺口的金属环状线圈。结果，当振荡电路发出火花时，金属缺口处也有较小的火花出现。这证实了电磁波确实存在。

马可尼看到里奇的文章后陷入了沉思。他相信那些电波不必像电报和电话那样，非得通过连接线来输送信号不可。换句话说，如果把收发电报的装置与电磁波的发射和接收结合起来，不就可以实现无线电通信了吗？这意味着，只要频率合适，电磁波也是可以用来传递电码乃至声音信号的。

攻破难题

对于马可尼的设想，连里奇都觉得匪夷所思。多年以后马可尼曾对女儿回忆当时的情景，说：“我最大的难题就是这个设想太简单了，以至于不敢相信竟然没有其他人想到并将其付诸实践。对我来说，这个设想非常真实可行，让我没想到的是，其他人会将这一理论视为空想。”

马可尼发明的第一个无线电发射机装置

马可尼随即自制了一个能产生高压电的感应线圈，并用一个单圈环形天线来检测所产生的电磁波，由此成功地再现了赫兹所观察到的现象。经过不断改进装置，发送信号的距离越来越远。为了直观地显示效果，马可尼把粉末检波器跟一个金属铃连接起来，当有电流通过时铃声就会响起来。在1895年的一个深夜，当信号已经可以传送大约8.2米远时，欣喜若狂的马可尼用这种办法弄醒了他的母亲。

1897年5月13日，英国邮政的工程师在平霍尔姆岛示范期间检查马可尼的无线电设备

这之后，他又不断地改进发射装置和天线。到了1895年9月，他已经能够把有具体意思的信号传送到800米之外了。遗憾的是，意大利方面并没有意识到马可尼在无线电报上取得成功的重要意义，马可尼遂与家人前往英国，跟英国邮政总局展开合作。

1896年，22岁的马可尼在英国申请了“利用赫兹波发电报的系统”的专利（1897年获得美国专利）—无线电诞生了！

再接再厉

在诸多友人的协同帮助下，马可尼乘胜追击、再接再厉，取得了更大的成绩。1897年3月，他向6.4千米的地方发送了信号；5月，他从英国大陆向16千米以外的一个英吉利海峡小岛发送信号；7月，他完成了第一次舰港之间的信号传送。1898年，无线电首次应用于商业；同年，马可尼利用无线电传送了第一批新闻报道—在一艘汽船上把赛艇比赛结果和评论拍发给都柏林的《每日快报》。

当马可尼在那艘旧蒸汽船上搭载信号线时，一位英国记者近距离地观察他，在报道中写道：“这位年轻的意大利发明家个头很高，有着运动员的体型，发色较深，眼睛灰蓝，嘴唇紧抿，前额宽阔，谦逊而自信。他说话直率，坦承自己与其他科学家在电学及以太方面缺乏更多的专业知识……马可尼先生听着他设备上传来的噼啪声，带着些许疑惑与兴致，就好像阿拉丁摩擦神灯，等待神灵现身一样。”

1902年的一次船上试验活动中，马可尼用到的磁性探测器（现藏于米兰的达·芬奇国家博物馆中）

1899年3月，第一个国家无线电信号从英国的多佛跨越英吉利海峡被发送到了51.5千米之外的法国维梅勒克斯。1900年，马可尼发明调谐电路，增加了无线电信号的传送距离，也大大消减了无线电发射机之间的干扰。1901年，马可尼成功地进行了从英国到加拿大纽芬兰岛之间的首次越洋无线电通信试验。此后不久，无线电开始成批地应用于船只与陆地之间的通信联系。1906年，无线电中第一次播出了讲话和音乐。1909年，马可尼与德国物理学家卡尔·菲尔蒂南德·布劳恩一起获得了这一年度的诺贝尔物理学奖（布劳恩发明了可研究电流细微变化的阴极射线示波器，并成功地用定向天线系统接收到了定向发射的信号）。

1937年7月20日，马可尼在罗马逝世。意大利政府为他举行了国葬，当时英国和美国的广播都为他默哀两分钟。

延伸阅读

1912年4月15日，行进在北大西洋的泰坦尼克号游轮给其他船只的电报员发送信息：“遇难求救！我们撞上了冰山，船开始下沉！”尽管此次海难有1496人遇难，但712人因接收到无线呼救信号而赶来的船只救助而逃离了死神。马可尼一时间成了举世瞩目的国际大英雄。

图解微波炉工作原理

一、工作原理

水分子存在于大多数食物中。水分子的“两端”分别带有正电荷和负电荷。电场会使水分子的正电荷端指向同一个方向。微波电场的正、负极方向每秒钟转换49亿次，水分子也不停地随之转换方向。随着水分子不断转向，彼此发生碰撞，相互摩擦进而产生热量。陶瓷和玻璃容器中不含水分，因而不会发热，但变热的食物会通过热传导使它们变热。

变压器、二极管和电容器将民用电从220V提升到3,000V以上，通过导线将高压电送往磁控管。磁控管产生微波，微波由天线送出，经由波导管（waveguide）进入炉腔，炉腔的金属腔壁不断反射微波。旋转的玻璃托盘会让食物均匀受热。一些型号的微波炉中没有玻璃托盘，但波导管端部有一个旋转小叶片，它能将微波完全散布开。

高压电被传送到阴极灯丝。灯丝变热后便会发射出电子，这些电子被外围带正电的阳极板吸引。一些大磁铁块施加的磁场使向外流动的电子云旋转。在旋转的过程中，电子云形成轮辐状，从阳极板之间的每一个空腔中穿过。移动着的电子云“轮辐”将负电荷传递给空腔，此后负电荷又会在下一个“轮辐”到达之前流出空腔。负电荷的反复增减在空腔内产生出2.45千兆赫兹的振荡电磁场。磁控管上的天线以这一频率发生谐振，从其顶部尖端发射出微波——这和无线电传输天线的原理几乎一模一样。

二、你知道吗？

1、呼呼声： 微波炉发出的呼呼声与磁控管无关，磁控管的谐振频率很高，远高于人耳所能听见的声音频率。这种噪声来自用于给磁控管降温的风扇。 2、嗡嗡声： 微波炉还会产生一种嗡嗡声。这种噪声来自于变压器、二极管和电容器。它们在将电源插座50赫兹电流的电压逐渐升高时会产生振动，发出嗡嗡声。

3、火花： 大家都认为金属物件会导致微波炉内部产生火花，但是情况并非完全如此。实际上微波炉的腔壁就是金属制造的。火花由带电粒子积聚而引起，当很短距离上电压发生大幅度改变时，这些带电粒子就会突然发出弧光。一块扁平的圆形金属盘，会让电荷分散到周围空间中，防止电荷堆积；那些可用微波炉加热的比萨饼托盘，或者是三明治套袋，上面就有一种金属涂层，它们会变得很热，把食物烤熟，却不会产生火花。但是一些带有尖端的金属物件，例如叉子的叉尖或铝箔的许多薄边，便会集聚电荷，还会导致局部电压下降，这样便会产生电晕放电（corona discharge），也就是我们看见的火花。

4、解冻： 以前的微波炉在“解冻”或低功率模式下工作时，并不是采用调节磁控管功率大小的方法，而是靠不断打开和关闭磁控管来实现。因此，在烹饪的过程中，磁控管是断断续续地满负荷工作的，我们用耳朵就可以清楚地听到它的不断开启和关闭。一些新型微波炉采用了一种脉宽调制器（pulsewidth modulator），这块巨大的电路板能调节变压器的功率，从而减小微波炉的功率。

三、微波炉和光波炉的区别

1、微波炉就是用微波来煮饭烧菜的。

微波是一种电磁波。这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多，而且还很有"个性"：微波一碰到金属就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透过，其能量反而会被吸收。

微波炉正是利用微波的这些特性制作的。微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成，可以阻挡微波从炉内逃出，以免影响人们的身体健康。装食物的容器则用绝缘材料制成。微波炉的心脏是磁控管。这个叫磁控管的电子管是个微波发生器，它能产生每秒钟振动频率为24.5亿次的微波。这种肉眼看不见的微波，能穿透食物达5cm深，并使食物中的水分子也随之运动，剧烈的运动产生了大量的热能，于是食物"煮"熟了。这就是微波炉加热的原理。用普通炉灶煮食物时，热量总是从食物外部逐渐进入食物内部的。而用微波炉烹饪，热量则是直接深入食物内部，所以烹饪速度比其它炉灶快4至10倍，热效率高达80%以上。目前，其他各种炉灶的热效率无法与它相比。

而微波炉由于烹饪的时间很短，能很好地保持食物中的维生素和天然风味。比如，用微波炉煮青豌豆，几乎可以使维生素C一点都不损失。另外，微波还可以消毒杀菌。

使用微波炉时，应注意不要空"烧"，因为空"烧"时，微波的能量无法被吸收，这样很容易损坏磁控管。另外，人体组织是含有大量水分的，一定要在磁控管停止工作后，再打开炉门，提取食物。

2、光波炉工作原理是光波、微波的组合加热。

微波由内而外加热，光波由外往内加热，确保了受热高效、均匀。该技术的应用，能让炉腔内的温度在瞬间达到高温，杀灭各种有害病菌，食物营养几乎不流失，能保持食物的原汁原味！由于微波烹调不需翻炒，人们还可以像酒店大厨一样做各色精致的拼盘，做到色、香、味俱全。

微波、光波组合的超高温免除了病毒细菌的感染，让食物各种营养得以完整保留；封闭式烹调还杜绝了有害物质的生成，光波炉煮出来的菜当然无“污染”，更自然！

光波炉又叫光波微波炉， 它和普通微波炉的最大区别，就在于其加热方式。普通的微波炉，内部的烧烤管普遍使用铜管或者石英管。铜管在加热以后很难冷却，容易导致烫伤；而石英管的热效不太高。

目前市面上有很多微波炉宣称自己是光波炉，其实，光波指的是“卤素管(即光波管)加热”，是微波炉的一种辅助功能，只对烧烤起作用。市场上的光波炉都是光波、微波组合炉。光波炉在进行微波加热的时候和传统微波炉没有任何不同。二者的不同之处在于它们的“烧烤”功能。光波炉的烧烤管由石英管或者铜管换成了卤素管（即光波管），能够迅速产生高温高热，冷却速度也快，加热效率更高，而且不会烤焦，从而保证食物色泽。从成本上来讲，光波管成本只比铜管或者石英管增加几元钱，所以，现在光波管在微波炉技术上的使用非常普遍。

实质： 光波是微波炉的辅助功能，只对烧烤起作用。没有微波，光波炉只相当于普通烤箱。市场上的光波炉都是光波、微波组合炉，在使用中既可以微波操作，又可用光波单独操作，还可以光波微波组合操作。也就是说，光波炉兼容了微波炉的功能。

光波炉以其方便快捷，健康环保，迅速进入寻常百姓家，成为家庭的“贤内助”。但“贤内助”也有自己的脾性，烹饪时要注意以下一些问题：

1）、在光波炉内可使用多种耐高温容器，但如果选择了微波烹调火力，最好不要使用金属或带金属的容器。因为金属对微波有反射作用，不仅使食物较难熟，被反射的微波还会损坏微波炉的部件，影响使用寿命。

2）、若烹饪冷冻食品，要先解冻。解冻时应注意：

①使用微波低功率档，使之均匀解冻；

②对一些厚薄不一的食品，在解冻到一半时，为防止某部分煮熟，可先停止解冻，用铝箔纸将薄处包好，再继续解冻；

③一次解冻的食品不宜太多，也不宜太厚，肉类食品的厚度最好不超过3厘米，其它食品的厚度不超过5至7厘米。

3）、忌用光波炉加热密封的罐装、袋装食品，这容易造成密封品爆炸破裂，但特殊标明的微波食品除外。如果为防止水分蒸发，在装食物的容器上加上保鲜膜，应刺上一些小孔。

4）、忌用光波炉油炸食品。油炸食品一般要求缓缓加热进行，而光波和微波加热速度都很快，容易发生危险

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