3.4 亨利的电报

1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，又给电报技术的改进增添了一条新的技术途径。最早提出利用磁针的偏转传送信息的设想出自于安培，他并没有付诸实施，但许多科学家也都不约而同地想到了这一点。

1825年，英国发明家威廉·斯特金（William Sturgeon，1783—1850）发明了电磁铁，他把软铁弯成马蹄形，在表面涂上了一层清漆，然后在上面按一定间隔绕了18圈裸铜线，通电后能吸起9lb（约4kg）的重物，这个重量是电磁铁本身重量的20倍。当时他使用的电源是内阻较小的铜锌电池。

斯特金这一发明很快在英国、美国以及欧洲大陆传播开来。1827年，当美国物理学家亨利（Josoph Henry，1797—1878）得知斯特金关于电磁铁的发明之后，对此产生了很大兴趣，于是亨利开始了关于电磁学的研究。当时亨利是美国纽约奥尔巴尼学院的讲师。

亨利使用在裸铜线上包丝绸的绝缘方法，使电磁铁的线圈匝数大为增加。1829年3月，亨利使用了35ft（约10m）铜线在一个蹄形软铁上紧密缠绕了400圈铜线。亨利最初制作的电磁铁能吸起约660lb（约300kg）铁（见图3-7）。当时还没有电压、电流等基本概念，亨利也还不知道欧姆定律，他把电磁铁上的线圈分成几组，然后并联或串联，以确定其效果。亨利不仅研究负载的串、并联，而且还研究电源的串、并联，他用不同类型的电池组供电等方法研究电磁铁，以求达到最佳的磁性（见图3-8）。亨利把并联的电池组称为量电池，把串联的电池组称为强度电池。按照他的意思，量电池可以提供更多电量，强度电池可以提供更大的电力［8］，［10］。1831年他研制成功一个能吸起约3500lb（约1576kg）重物的电磁铁。

图3-7 亨利的电磁铁。

图3-8 亨利的蹄形电磁铁。右图是分段绕制的，是为了方便进行串联、并联试验。

最早得知欧姆定律的美国人是富兰克林的重外孙、美国物理学家亚历山大·达拉斯·贝奇（Alexander Dallas Bache，1806—1867）博士。1836—1838年间贝奇在英国学习时，从英国科学家那里了解到欧姆定律，回国后他又传授给亨利。

1830年前后，亨利制造了一个“电动机”，它虽然是靠电“动”的机器，但不是我们现代意义上的那种旋转电动机，确切地说是“电磁机械震荡器”，颇似小孩玩的跷跷板，如图3-9所示。当时亨利的这个装置可以以大约75次/min的速度往复震动。要想让这个“跷跷板”连续不断地动起来，电磁铁除了吸引或排斥永久磁铁以外，还必须同时接通或者切断电源。

图3-9 1830年前后，亨利发明的跷跷板电动机——“电磁机械振荡器”。

通过一个电磁线圈来控制一个或一组电气触点（开关），在今天我们称之为继电器，图3-9中所画出的显然是世界上第一个继电器，是继电器的始祖。亨利当时的感觉是，这个“跷跷板”会很有前途，他说：“随着科学发明的不断进步，这一原理——或者经过较大幅度修改后——应用于某种有益的用途，不是不可能的。”［11］

这话确实有道理，但后来用途最广的，是亨利没有预料到的继电器。在随后莫尔斯发明的电报中，继电器很快得到了应用。在电子技术没有发展起来之前，产生高压的震荡线圈——鲁木阔夫线圈等就是根据这一原理制造的。今天在电子、控制、电力等方面大量应用的微型线路板继电器、中间继电器、交流接触器，也都是根据这一原理制造的。

1831年，亨利利用一个暑假的时间，在教室周围架设了1mile长的导线，成功地控制了一个他自己制作的小电铃（见图3-10）。不久，亨利在哲学大楼他的实验室里给他家里的妻子发送信号，其中还使用了继电器接力传送。后来，莫尔斯发明的电报也使用了同样的原理，这是因为莫尔斯事先查阅了亨利的学术论文。亨利还鼓励和帮助莫尔斯实现了他的理想。亨利最初的实验，实际上就是电报的雏形。亨利在电报的发展史上，至少有三点重要贡献，首先，亨利的“继电器”为电磁电报的发展奠定了基础；其次，在电报的原理方面，他完成了概念上的电报系统，并且还建成了1mile的试验线路；最后，美国画家莫尔斯在发明更加实用的电报的过程中，得到了亨利在理论方面和计算上的帮助。

图3-10 1831年亨利在奥尔巴尼学院授课时的草图，刊载于美国的Telegraph。