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查爾斯·惠斯通

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查爾斯·惠斯通(Charle Wheatstone 1802-1875年)是19世紀英國著名的物理學家,他一生在多個方面為科學技術的發展做出了貢獻。

1人物生平

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查爾斯·惠斯通

  查爾斯·惠斯通

802年2月6日,惠斯通出生於英格蘭的洛斯特(Gloucester)附近的一個樂器製造商之家;青少年時代受到嚴格的正規訓練,興趣廣泛,動手能力很強;
1816年,年僅14歲的惠斯通就到倫敦當徒工學習樂器製造;
1823年他便在倫敦開業製造樂器,同時進行聲振動的實驗研究;
惠斯通沒有受過任何正規的科學教育,但他善於學習、思考和鑽研,通過自學邁入了科學殿堂,早在當樂器製造師期間就取得了顯著的科技成就。
受職業背景的影響,惠斯通早期的科學研究主要集中在聲學和光學領域,他在這方面不但做出了一些重要發明,而且寫出了有價值的科學論文。當他的部分論文被譯成法文和德文後,惠斯通就成為當時科學界頗有影響的人物之一,因而,1834年他被任命為倫敦國王學院實驗物理學教授。
惠斯通在國王學院僅講過很少部分的聲學課程,由於他經常過分地懷疑自己的說話能力而造成了嚴重的心理障礙,結果使他無法從事正常的教學工作,以致使他不久以後就停止了講課.雖然惠斯通停止了講課,但國王學院仍為他保留了許多年的教授職稱。
1837年他同英國W.F.庫克-道取得了早期有線電報的專利。這種設備被用於鐵道號誌。
1843年在英國數學家S.克里斯蒂的建議下,開發了一種測量電阻的電橋,用於電報試驗和電工測量,並被人稱為惠斯通電橋。接著他又製成了一種永磁發電機。他還發明觀察立體圖像的體視鏡,現仍用於觀察X射線和航空照相。
1875年10月19日在巴黎逝世。終年73歲。

2榮譽及貢獻

電報機原理圖

  電報機原理圖

斯通一生堅持從事科學研究,取得了顯著的科技成就,同時也因此而獲得了許多榮譽。
1836年惠斯通當選為英國皇家學會會員;
1837年當選為法國科學院外國院士;
1886年他被封為爵士;
1873年他當選為法國巴黎科學院外藉會員。
在他的一生中,獲得的勳章、獎章、榮譽等大約40種之多。
惠斯通是一位樂器製造師,在製造樂器過程中,他為了明白音調和音色的特性,對聲學產生了濃厚的興趣,同時進行了聲音的傳播、振動的演示等一系列研究.他在研究過程中不僅發明了樂器,同時還用實驗展示聲音振動、傳播等現象。早在1821年,惠斯通就公開演示了由一根金屬絲傳遞遠處鋼琴的振動使里拉(一種七弦豎琴)發聲的現象。
1827年,他發明了萬聲筒(亦稱聲音萬花筒),利用這一裝置能夠直觀地演示不同振動模式產生的錯綜複雜的振動曲線特徵。
1832年,惠斯通用一根管子成功地演示了駐波現象。
1833年,他還試驗在方形平板上演示不同振動模式的疊加。
惠斯通還是一位傑出的實驗物理學家,他具有深刻的實驗設計思想和高超的實驗技能,在實驗領域為物理學的發展做出了重要貢獻。
1834年,惠斯通提出用旅轉鏡技術研究快速運動的思想並將旋轉鏡法應用於測定導線中電的傳播速度。他的實驗裝置是:在一根銅導線上安裝三個放電火花束,相鄰火花隙之間的距離大約是402米,當導線通過電流時,相鄰火花隙就依次產生火花放電,用旋轉平面鏡技術觀察相鄰火花隙產生火花的時間間隔,由它們之間的距離和時間間隔就會求得電的傳播速度。
通過精心實驗之後,惠斯通估計電的傳播速度大於4.02×108米/秒,這個數值儘管誤差較大,但它必竟是人們利用實驗手段測量了電的傳播速度。
此外這個實驗最大的意義還在於為人們提供了一種測量快速運動的方法,它對於實驗物理學尤其是光速的測定實
惠斯通電橋圖

  惠斯通電橋圖

驗產生了深刻影響。
1835年,他證實用金屬的火花放電光譜可以鑒別各種金屬。
1838年,物理學家阿拉果受到惠斯通實驗思想的啟發,用旋轉鏡的方法設計了一個比較光在空氣和水中的傳播速度的實驗。
1849年,菲索根據旋轉鏡法的思想,設計了用旋轉齒輪法測定光速的實驗,首次使人類在實驗室條件下測定了光速。
1850年,傅科根據旋轉鏡法思想,設計並完成了比較光在空氣和在水中傳播速度的實驗,其結果為光的波動理論提供了有力支持。
人們測量光速的大多數實驗都用了旋轉鏡方法,其中最著名的邁克爾遜關於光速測定的實驗就是基於旋轉鏡法的思想設計的。除測量光速外,旋轉鏡法還被應用於測量聲振動等.
1856年,他又開發了感應發電機。用於工程引爆和電報。
1867年,他設計、製造了一種並勵式自勵發電機,對發展直流電機作出很大貢獻。
此外,他還發明了六角手風琴、立體鏡、測光表、自動記錄氣象儀器等。

3影響價值

聲音傳播
惠斯通早在研究聲學時就推測聲音通過長距離傳播的可能性,19世紀30年代初他就致力於電報的研究。183
電阻器與歐姆定律

  電阻器與歐姆定律

7年,惠斯通和庫克(W.F.Cooke)發明了五針電報機並取得他們第一個電報專刊,同年,他們又安裝了大約1英里長的演示線路。在接下來的歲月中,惠斯通經過研究還發明了印刷電報機和單針電報機,進行海底電報實驗,創立「惠斯通?庫克」電報公司,這些都促進了英國電報業的迅速發展。
例如,從1837年到1852年,英國就已有6400餘英里的電報線路投入使用.
在電學研究方面
惠斯通有許多獨特的方法和獨到的見解。他利用旋轉片的方法,巧妙地測定了電磁波在金屬導體中的速率,測得的值超過了每秒28萬公里。惠斯通巧妙地採用了轉速這個數值比較大的量代替數值很小的時間間隔,後來這個方法被法國物理學家傅科(1819-1868)用來首次精確測定了光速。惠斯通是真正領悟歐姆定律,並在實際中應用的第一批英國科學家之一。
樂音
惠斯通
惠斯通電橋

  惠斯通電橋

還對樂音在剛性直導線上傳輸的問題進行了研究,取得了出色的成果,還用實驗驗證了吹奏樂器中空氣振動問題中的伯努利原理。
物理
在物理學方面,發明極鍾等儀器。

電報機發明家

惠斯通還是現代電報機的發明家,這得益於他青少年時代所受的嚴格的正規訓練,他具有很強的動手能力。1937年惠斯通同科克合作,大批生產市售電報機,並且取得了兩種針式電報機的專利權。
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