2.手电筒原理、手电筒原理应用:拐弯通信以及电报机

 我们前面讲到通过手电筒应用莫尔斯电码,因为手电筒能够提供二进制码,只有亮和灭,没有第三种状态。所以对于手电筒,我们能够进行进一步的研究。
手电筒由灯泡、导线、电池、开关、金属片和一个容纳电池的塑料外壳组成。接下来我们一一进行分析。
电路中电流的流动就像是水流和水管一样,但是电的特性不能靠其他的模型能够描述出来的。所以我们引入了“电子理论”。任何事物由原子组成。原子由中子、电子、质子组成。
一个平衡的原子中电子数目和质子数目是一样的。而电是由“琥珀”引入的。因为通过琥珀和毛皮进行摩擦,会使毛皮得到电子。但是最终都会趋于一个平衡态。
强力:原子核中的质子被束缚在一起的力量。
接下来我们从闪电开始引入电流,为什么会出现闪电呢?因为下层的云层得到电子而上层的云层失去电子,而一道闪电是用来平衡这种失衡的。闪电就是由大量的电子从一端快速移到另一端。
而手电筒的电流是因为电池中化学反应,使得负极快速地获得电子,正极快速地失去电子,为了要保持平衡,负极需要把电子转移到正极,就形成了电流。
没有绝对的绝缘体,只要加上足够的电压,任何物质都能够导电。


了解了手电筒的原理,我们可以利用手电筒的特性做一些事,想象一下,通过手电筒进行莫尔斯编码的前提是必须是面对面的,并且距离不能过长。如果我需要和邻居进行通信,也就是说需要和非相邻的人通信,则我们就需要另外寻找一个方法,这个方法是利用手电筒的原理进行的。
比如我需要发送信息给邻居,则把电池和开关放在我这端,灯泡放在邻居这端,通过导线把它们练成一个回路,这样在我这端利用开关的闭合和断开进行通信,同样,邻居也可以再利用一个相反的方法使得邻居发送消息给我。
改进1:
我们先前利用了4根导线,如果利用公共连接,则可以只使用3根导线。
改进2:
由于地球是一个很大的导体,由于截面很大,所以阻抗很小,所以我们可以利用天然条件,但是我们需要使用一个电压很大的电池,而不是一般的1.5伏电池,这样只需要用2根导线。
现实生活中,导线是根据AWG即美国线经标准度量,AWG越小,则导线越粗,电阻越小。
对于长距离的解决方法有二:
(1)增加截面使减少电阻。
(2)高电压。

莫尔斯在前面已经提到,其实他的功绩不只有编码,他还发明了电报机。

为了要完成实时远距离通信,我们用了很多方法,最典型的方法是让一群人站在山顶挥舞旗子,作为中间传输。但是这仍然很不方便。电报机就是为了解决这个问题而发明的。

电报机的原理是通过在一端进行一些措施,而在另一端产生一些变化。在前面我们讲的拐弯通信的例子就是电报机的例子,但是不幸的是,发明电报机的时候还没有发明灯泡,因此莫尔斯通过电磁进行代替。我们的电报机的结构是由一个电键、电池、发生器组成。通过搬动电键,使得发生器发出嘀和哒的声音,用来二进制编码。这样即时通信就解决了。但是如果长距离的话,导线很长会导致电流很小,这样就无法达到效果。因此我们每200英里放置中继器,中继器是由一个发生器和一个电键组成,由于中继器放置位置是较近,所以发生器能发出声音并传递给电键,这样就能起到放大的作用。



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