书城科普读物你一定想知道,发明探索卷
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第4章 科技发明发现(3)

1895年12月28日,伦琴公布了他的发现立即震惊了全世界。他那生物骨骼的X射线照片,引起了人们的好奇心。

几天后,全世界的报纸都报道了这个重大发现。差不多有名望的科学家都重复做了这个实验。在美国报道伦琴发现×射线的新闻4天后,就有人用X射线发现了患者足部的子弹。于是X射线很快被应用于医学,从而创立了X射线学。X射线的发现为后来物理学的发展提供了一个有力的工具。

X射线的发现给伦琴带来了巨大的荣誉。1901年诺贝尔奖第1次颁发,伦琴就由于这一发现而获得了这一年的物理学奖。

如今,X射线已经被广泛应用于晶体结构研究,医学金属探测和透视等方面人类因此受益匪浅。

无线电无线电从诞生到现在已经走过了一千多年。现今我们使用的许多设备都用到了无线电,比如手机、无绳电话、移动上网,卫星传输等。它正在全方位地改变着我们的生活。

马可尼与无线电

意大利电气工程师和发明家伽利尔摩马可尼在博洛尼亚大学学习期间用电磁波进行了约2千米距离的无线电通信实验获得成功。1894年马可尼想到可以利用这种无线电波向远距离发送信号,从而完成许多电报(有线)无法完成的通信任务。经过一年的努力,马可尼于1895年成功地发明了一种工作装置。

1898年,他利用这种装置第一次发射了无线电。1901年他发射的无线电信息穿越大西洋,从英格兰传到了加拿大的纽芬兰省。而用于商业的无线电广播则是从20世纪30年代初期才开始的。

电子管的诞生

早在1836年,大发明家爱迪生在改进白炽灯泡时就发现了“爱迪生效应”,也就是热金属发射电子的现象。

1904年,在马可尼公司当顾问的英国科学家弗莱铭利用“爱迪生效应”发明了可以用于检波和整流的第一支电子管——真空二极管简称二极管。二极管的作用是当其上加有正向电压时,它就导通,而当加上反向电压时它就截止。二极管的出现大大提高了收报机的灵敏度和可靠性。1906年美国无线电工程师德福雷斯特在二极管的阳极和阴极间又插入一个控制电极——栅极研制成能放大电信号的真空三极管。二极管和三极管的发明在无线电发展史上是革命性的贡献。

无线电的应用

无线电最早应用于航海中,现在无线电已有多种应用形式,包括无线数据网,各种移动通信以及无线电广播等。无线电已经广泛深入到我们的生活之中:我们收听的广播、收看的卫星电视节目都是用无线电进行传输的;我们天天用到的手机更是无线电的一种重要的应用;所有的卫星导航和定位系统也都用到了无线电;射电天文望远镜、微波炉等许多设备都离不开无线电。

计算机

世界上第一台电子计算机诞生于1946年,它的出现标志着计算工具随着科学技术的飞跃式发展和世界文明的进步,进入了一个崭新的历史阶段。电脑的产生和广泛应用,是20世纪的重要标志之一。

进入20世纪,各个科学领域和技术部门的计算问题堆积如山,已经明显阻碍了科学的发展,德国,美国,英国几乎同时开始了机电式计算机和电子计算机的研究。1946年2月,美国物理学家莫克利和埃克特制成了能进行各种科学计算的大型通用计算机——电子数字积分计算机(ENIAc)。它完全采用电子线路执行算术运算,逻辑运算和信息存储其运算速度比继电器计算机快1000倍。

这是世界上第一台电子计算机。它使用了18800个电子管,重达30多吨耗电150瓦每秒可进行5000次加法或减法运算。它把科学工作者从繁重的计算工作中解放出来。ENIAC的问世标志着电子数字计算机时代的到来。

二进制运算

要用计算机做工作首先要将有关信息以计算机能够识别的方式存储。计算机内部的信息不是以我们熟悉的十进制形式表示和存储的,而是以二进制编码的形式表示和存储的。十进制有0至9其十个数字,二进制只有两个数字记为0.1。在十进制中,逢十进一,在二进制中,逢二进一。

缘何计算机要选用二进制呢?因为计算机是由电子元器件构成的,二进制在电子元器件中最易实现。它只有两个数字用两种稳定的物理状态即可表达,而且稳定可靠。二进制中简单加法是最基本的运算。乘法是连加减法是加法的逆运算除法是乘法的逆运算。

其余任何复杂的数值计算都可以分解为基本算术运算复合进行。二进制主要的弱点是表示同样大小的数值时,其位数比十进制或其他进制多得多。

硬件设备

计算机硬件设备是指计算机系统中所使用的电子线路和物理设备是看得见摸得着的实体,如中央处理器(CPU),存储器外部设备等。中央处理器的主要功能是逐条执行程序所指定的操作。存储器的主要功能是存放程序和数据。外部设备是用户与机器之间的桥梁,包括输入设备和输出设备。输入设备的任务是把用户要求计算机处理的各种形式的信息转换为计算机所能接受的编码形式存入到计算机内:输出设备的任务是把计算机的处理结果以用户需要的形式输出。

程序与软件

计算机程序是对能使计算机硬件系统顺利有效工作的程序集台的总称。程序总是要通过某种物理介质来存储和表示的但软件并不是指这些物理介质而是指那些看不见,摸不着的程序本身。可靠的计算机硬件如同一个人的强壮体魄,而有效的软件则如同一个人的灵敏思维。计算机的软件系统可分为系统软件和应用软件两部分。系统软件负责对整个计算机系统资源的管理,调度监视和服务。应用软件是指各个不同领域的用户为各自的需要而开发的各种应用程序。

巨型计算机

巨型计算机是一种超大型电子计算机。它具有很强的计算和处理数据的能力,主要表现为高速度和大容量并配有多种外部和外围设备及丰富的、高性能的软件系统。其实巨型计算机只是个相对的概念一个时期内的巨型计算机到下一时期可能成为一般的计算机。现代巨型计算机的标准是什么呢,首先运算速度要达到平均每秒1000万次以上;其次,存储容量在1000万位以上。巨型计算机主要用来承担重大的科学研究,国防尖端技术和国民经济领域的大型计算课题及数据处理任务它的研制水平标志着一个国家的科技发展实力。

多媒体计算机

具有对多种媒体信息进行获取编辑、存储、检索、传输、展示等能力的计算机就是多媒体计算机。而能处理多种媒体信息的计算机技术称为“多媒体技术”。多媒体技术的主要特点是能统一、综合处理多种形式的信息所以多媒体技术是计算机技术声像技术以及通信技术相结合的一种综合性技术。

多媒体技术能使计算机的功能扩展到处理声音及图像,使用户能在计算机屏幕上享受到图、文、声并茂的画面能对多种信息进行综合的统一编辑与处理能具体方便地实现人机交互。多媒体技术发展极其迅速应用面愈来愈广21世纪将是多媒体计算机时代。

互联网

当今世界进入了信息时代、知识经济时代、e时代、学习时代,无论是什么时代,都与计算机和互联网密切相关。互联网包罗万象,无处不在,时刻影响着人们的行为模式与思维方式。

互联网的诞生

互联网源于1969年冷战时期美国国防部建立的ARPAnet网(高级研究项目机构网络),其目的是便于及时为战争提供技术资料这就是互联网的雏形,1983年,ARPAnet被分为独立的民用网络和军用网络两部分。同时大量的学术教育,研究和非营利性机构也被并入网中,并改名为NSFnet。随着计算机和远程通信技术的发展大批形式不同的网络连接进来,人们逐渐将这种以NSFnet为主干连接了大量具有不同硬件和软件的计算机网络的网络称为“Internet”,也就是我们现在所说的互联网。

网络构件计算机网络一般由服务器,工作站外围设备和通信协议组成。服务器是整个网络的核心,是一种高性能计算机,可存储处理网络上80%的数据信息因此被称为网络的灵魂。工作站指连接到网络上的计算机。外围设备是连接服务器与工作站的一些连线或连接设备如双绞线、集线器交换机等。通信协议是指通信系统中规定的一个统一的通信标准,在通信的实体之间大家都能接受的种协定。

互联网上的WWW

WWAW(World Wide Web),中文译为万维网,又称Web。它最早是由欧洲量子物理实验室开发出来的多媒体资讯查询系统。1993年WWW技术有了突破性的进展成为互联网上最流行的信息传播方式。通过万维网,人们可以迅速方便地取得丰富的信息资料。用户借助于一个浏览器软件在地址栏里输入所要查看的页面地址就可以连接到该地址所指向的WWW服务器,查找所需的图文信息。WWW具有多媒体集成功能能提供具有声音图片动画的界面与服务。访问WWW的感觉有些像逛大商场,既可以漫无边际地徜徉,也可以奔着一个目标前进。

照相机

美好的时光不能倒流。不过,有一种机器却可以把时光的脚步留住,记录下过往岁月的风采,那就是照相机。

第一架照相机

1822年,法国科学家涅普斯在感光材料上制出了世界上第一张照片。他把沥青溶于薄荷油中制成溶液,然后涂在金属板面上。将涂有溶液的金属板曝光后浸在煤油中使薄荷油溶于煤油,于是在金属板上便显出影像来了。不过这样得到的影像仍然十分模糊而且需要8个小时的曝光,1826年,涅普斯又在涂有感光性沥青的锡基底版上,通过暗箱拍摄了一张照片。1839年,法国的达盖尔制成了世界上第一台实用的银版照相机,它由两个木箱组成。

照片是怎么出来的

进入镜头组的光线经过镜头组折射后通过光圈快门,就会在相机的电子感应器或胶片上形成清晰的图像。电子感应器将图像转化为电子照片保存在相机的存储介质中,通过电脑等设备可以打印出照片。传统的相机将图像投射在胶片上感光在胶片上形成潜影这个潜影是光和胶片上的乳剂产生化学反应的结果。潜影再经过显影和定影处理就形成了影像然后通过;中印就可得到照片。

数码照相机

数码相机是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。

它通过光学系统将影像聚焦在成像元件CcD/CMOS上,通过A/D转换器将每个像素上光电信号转变成数码信号,再经DSP处理成数码图像存储到存储介质当中。具体过程如下:光线从镜头进入相机,CcD进行滤色感光(光电转化),按照一定的排列方式将拍摄物体“分解”成了一个一个的像素点。这些像素点以模拟图像信号的形式转移到“模数转换器”上,转换成数字信号,而后被传送到图像处理器上,处理成真正的图像,之后压缩存储到存储介质中。最后通过电脑设备就可以打印出清晰的照片。

红外热感应相机

相机一般在有可见光的条件下才能拍照,但是,有一类照相机却能够在漆黑的环境中拍照,它能感应到红外线,而凡是有温度的物体都会发射红外线。

也就是说这种相机在没有光源的情况下也可以拍照,它就是红外线热感应相机。科学家发现,人在说谎时眼睛周围的温度会快速上升而红外热感应相机可以拍摄到说谎人眼睛周围呈现红色的图像因此它也是一种很好的测谎仪。

数字电视

随着科技的发展,电视机也在“与时俱进”。从最初的黑白电视机到彩色电视机,从彩色电视机再到数字电视机,至此,电视机已进人了数字化时代。那么,你对电视机又了解多少呢?

电视图像从哪儿来

我们是怎样看到电视节目的呢?大致过程如下:电视节目发射中心将制作好的电视节目画面分解成许多像素通过发射塔的振荡器,调制器和放大器变换成相应的大小不同的电信号并传送出去。这些信号被电视接收端天线接收后,电视机里的调谐器音频检测器和视频解码器就会将其还原成图像,显示出图像和声音来。这样我们就可以看到电视节目了。

电视机的“心脏”

电视显像管被称为电视机的“心脏”,没有它电视机就无法显示图像。它是电视系统接收终端的关键器件。显像管是一种电子(阴极)射线管它的主要作用是将发送端(电视台)摄像机摄取转换的电信号(图像信号)在接收端以亮度变化的形式重现在荧光屏上。

世界上第一台电视机

1923年,英国的电子工程师约翰贝尔德为自己发明的能产生8线图像的装置申请了专利。1924年,贝尔德首次用收集到的旧收音机器材霓虹灯管、扫描盘、电热棒和可以间断发电的磷波灯和光电管等材料,做了一连串试验来传送图像。经过多次试验之后1930年他终于制造出了世界上第一台电视机。1932年,英国广播公司播出了世界上第一个规范的电视节目。从此,人类步入了电视时代。

网络电视既不同于传统的模拟式有线电视,也不同于经典的数字电视。

传统的有线电视和经典的数字电视都具有频分制、定时、单向广播等特点。尽管经典的数字电视相对于传统有线电视有许多技术革新,但只是在信号形式上的改变,而没有触及媒体内容的传播方式。网络电视则是利用宽带有线电视网的基础设施,以家用电视机作为显示器通过互联网络协议这种新方式来提供包括电视节目在内的多种数字媒体服务。

智能冰箱

炎炎夏同,能够喝上冰凉的饮料,是十分惬意的事情。但是,有时冰箱会把你要喝的饮料冻成冰,让你无法下几。现在,市场上有一种智能温控冰箱,它可以实现智能控制温度。

冰箱的起源

1920年,美国纽约市布鲁克林区一家平板印刷厂里位名叫卡里尔的工程师设计出了一种能控制温度和湿度的系统冰盒。大约在第一次世界大战期间,出现了一些体积更小的家用冰盒。

它实际上只是一种在旧式冰盒壳内安装上电机和转动皮带的试验品。1923年,美国通用汽车公司的费雷基代尔引进了一种新的机械冰盒组件,并组装成“箱”:弗雷基代尔将储存易腐烂食品的冰盒和机械制冷部分装进了一个特制的箱(柜)子,这种制冷装置噪声低,使用方便且结构紧凑。

至此真正意义上的冰箱诞生了。

现代化功能

智能温控冰箱具有以下现代化功能