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灯泡上有一件更神奇的发明创造——电子管(二)

爱迪生效应是由于灯丝被电流加热才发射电子,这叫做热电子发射。与之类似又不同的是,1879年,英国科学家克鲁克斯研制了一种高真空放电管(克鲁克斯管)。克鲁克斯管是在阳极和阴极之间的高压作用下,管里残存的气体发生电离,在阳离子撞击下,阴极发射电子,这叫做二次发射,发出的射线被称为阴极射线。

阴极射线被发现以后,有人认为它是一种类似光的波,后来人们发现阴极射线在磁场中能够偏转,就推测它是一种带电粒子流。1892年,赫芝发现阴极射线能够穿透薄金属片,这说明它不可能是带电的分子流或者原子流。阴极射线到底是什么呢?这条神秘的“射线”吸引了当时最优秀科学家们的注意。

1891年,斯通尼创立了“电子”一词,表示基本电荷。当时电子的意义只是表示电荷的单位,虽然没有确立它是不是具有真实质量的粒子,但已经表明电不是一个连续的物理量。

那么,电子所表示的基本电荷和阴极射线又有什么关系呢?英国物理学家汤姆生研究了这个问题,并且找到了答案。他证实了阴极射线确实是具有质量的带电粒子束,并测出了阴极射线粒子的质量和电量的比值,这种粒子束中粒子的电荷等于基本电荷,这种粒子就是电子。电子的发现不仅在科学上有重要认识价值,而且在技术上,离电子管的发明不远了。

发现爱迪生效应的消息远渡重洋,传到了大洋彼岸的英国。英国工程师弗莱明对这个效应深感兴趣。他预料到这一效应还有更大的价值。电磁学大师麦克斯韦的这位得意门生继承了老师的治学传统,有着很高的理论修养,他曾提出过导体在磁场中运动时导体中感生电流方向的右手法则。他也当过爱迪生公司和马可尼公司的技术顾问,有很强的技术开发能力,他深知人们在无线电研究中所遇到的困难。

19世纪末期,电波和电离层被发现以后,除了发明无线电报外,人们还希望能够利用电波来传递声音,这就需要把声音信号转变成能够在空间传播的电波信号。

20世纪初,美国物理学家费森登设想,将要发射的电波变成有很高频率的交变(正负方向交替变换)电信号,然后让声音信号产生的低频率电信号控制高频电波的振幅,使高频信号携带声音信号,这种电波叫做调幅波。调幅波可以在接收机中转变成声音信号,从调幅波中取出所携带声音信号的过程叫做检流。

1906年,人们利用调幅波第一次在空中传播了声音。

要想充分发挥电波传递声音的优越性,就必须在发射和接收的时候把电波信号放大,保证远方能够清晰地听到。弗莱明认识到,检波管的改进是无线电技术面临的一个突破口,而爱迪生效应可以用来提高检波的效率。于是,他开始研制新型的检波器。

1904年,弗莱明制造了一个与众不同的灯泡。他在真空的灯泡里用圆桶形的金属片把灯丝包围起来,组成一个板极。

弗莱明的二极管

在板极和灯丝之间加上一个交变电压,同时使灯丝通电加热。他发现,板极上带正电的时候,灯丝和板极之间有电流通过;当板极带负电的时候,就没有电流通过。这是一种新型的电器元件,它只让电流向一个方向流动,可以将交流电信号变成直流电信号(这一过程叫做整流)。这种元件就是二极电子管,也叫二极管,用来检波和整流。

二极管发明以后,它很快被应用到无线电技术上,用它来检波,仪器的灵敏度大大提高了。然而,弗莱明还是没有实现爱迪生效应的最大价值,他把这一发明创造机会又留给了其他人,有幸成为这一历史英雄的发明家是谁呢?

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