中外科学家发明家丛书:西门子_2-第5节
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为电报机增加了自己调整速度的良好的行走机件、可靠发挥作用的磁针系
统、可靠的接触开关及经改良的继电器和完善的转电系统。在新的转电系统
中，他们采用了一个新的装置，通过它，所有在一个电报机电路中流通的电
流，可自动地传送到一个与其相邻的装有自己电池的电路中。这样，虽然全
线分为若干相分离的电路，但是没有中间电报局电报员的协助，两个终端电
报局仍可以通报。这一改进又使他们的公司处于技术领先地位。
西门子并不满足于已有的成绩。不久，他又为他们的自动电报系统设计
制作了一种快速打字机。在这一系统上，电报通过三键打孔机的传送，将莫
尔斯电码打在一张纸带上，按第一个键在纸带上打出一个圆孔，按第二个键
就打出一个双孔，按第三个键就可得到分开两个字所需的距离。用这种方法
将电报在纸上打成孔，将这条纸带放在快速记录器中，借助于一个行走机构
就会以转轮和接触弹簧或毛刷中间通过了。在接收机中，那些单孔变成了一
个点，双孔成了一画。这一改进，使电报机的拍发速度大为加快。莫尔斯电
报机一般能每分钟拍发40个字，而新型的西门子电报机每分钟能拍发400
个字，速度增加了10倍。
在成功面前，西门子并没有停止前进，不久他又设计了一个极简单而又
运行可靠的磁电指针电报机。这种电报机的产生源于他发明的双T形电枢或
称工字电枢。西门子—哈尔斯克公司一开始便从事铁路信号装置的研制。当
时虽然已出现了音响信号装置，但由于火车站启动音响装置的电池难以保持
良好的工作状态，结果使得信号装置不够理想。于是，西门子设计了一个磁
感应器来取代电池。这种磁感应器用一个铁质圆筒做成旋转式电枢，圆筒上
刻有深深的相互对应的长形凹槽，里面放置缠绕的铜丝，环绕着旋转圆筒的
末端中空的磁钢，可以沿着圆筒分开安装，因此可以发出一种较强的磁作用，
并且不会有较大的抵消，从而可以很好地启动铁路信号装置。由于旋转电枢
的横断面凹槽呈双T形或工字形，因此被称为双T形电枢或工字电枢。在此
基础上，西门子设计了磁电指针电报机。这种电报机用一个带齿轮变速的曲
柄迅速旋转圆筒感应器，每旋转半圈，导线中的正负电流就转换一次，于是
每一次转换就使接收机上的指针向前走一个用号码编成的字。将曲柄按顺序
放到要拍发出去的字母上，就可以使接收台以同样的顺序将字母显现出来。
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接收机上的电磁铁是一个围绕轴心旋转的有磁极的铁桶，在两个强有力的蹄
形磁钢的磁极间振动。每当正电流或负电流通过电磁铁的固定线圈时，两个
磁铁就分别吸引那个旋转的电枢，由此使接收机的磁针移动。这种快速可靠
的磁电指针电报机被人们使用了好多年，尤其在铁路上倍受青睐。
通过磁电指针电报机，西门子发现，利用有极化作用的继电器，可借短
暂的感应电流拍出莫尔斯电码。一种方向的电流在纸带上写出一笔，而另一
种方向的电流则使这一笔停止。笔画的长短与电流持续的时间无关，而取决
于相继而来的短促电流转换方向的间隙的长短。按照这个原理，西门子又设
计了新颖的电报机，如感应记录电报机等。感应记录电报机运转时所需短促
交流电产生于一块封闭的电磁铁；电磁铁上装有两个不同的线圈，其中一个
线圈通过普通方法产生拍发莫尔斯电报所需的电流，另一个线圈则产生短促
有力的交流电，使得接收方的电报机上产生所要求的莫尔斯电码。西门子曾
用这种电报机装备过一条电报线路，结果表明它可以向很远的地方快速发
报。
在向远方拍发电报时，为了在导线末端推动必要的机械运动，就需要有
十分强大的感应电流，当时通常所用的伏打电池或达尼艾尔电池却无法满足
这一要求。要想使接收站收到清晰的脉冲，就需要加大电池或进行重大改装，
这样一来就会使成本增加很多，而且改装起来也很复杂。这是用感应记录电
报机进行远距离发报所面临的重大难题。于是，西门子便想设计一种使发报
机将电压较低的直流电经过感应而变为恒定的高压直流电的电枢。他的这一
设想在1854年变为了现实，他设计的盘式机最早解决了用感应法产生恒定直
流电的问题。
盘式机主要由许多排列为一个圆圈的电磁铁组成，电磁铁装有双层线
圈，电磁铁的上部是一个状如盘子的锥形铁板。双层线圈的里层线圈通过适
当的装接使盘子旋转，外层线圈与一封闭电路相连。旋转的盘子在线圈中产
生一种方向的电流，在同时切断电源的磁铁中产生了一种相反方向的电流，
两种感应电流保持平衡，并通过一个导体，使两种相反方向的电流容纳到一
起，将其合并为一个连续的电流。这就可以得到恒定的直流电了。
西门子的发明创造，总是在他电报事业快速发展的需求下进行的；而这
些发明创造，反过来又使他的事业以更快的速度发展。
自从为普鲁士政府铺设了质量优良的电报线路以后，西门子及其公司的
名声远播，引起了欧洲各国的注意。1852年，西门子—哈尔斯克公司承建了
一条从彼得堡到奥拉宁鲍姆的俄国地下电报线，这使他们的业务开始在俄国
发展。第二年，他们又为俄国完成了一条海底电缆，并负责维修业务。这是
世界上第一条长期可用的海底电报线。实践证明，西门子发明的用铁丝包裹
马来树胶导线的方法是很适合海底电缆的创举。1854年春天，俄国和土耳其
之间发生战争，史称克里米亚战争。为了尽早得到前线的消息，俄国政府决
定要建一条通往克里米亚的长距离电报线，这一业务犹如一项命令硬派给了
西门子—哈尔斯克公司，但是他们凭出色的技术力量按时保质保量的完成
了，并且承担了维修线路的工作。
随着业务的扩大，西门子—哈尔斯克公司还吸收了很多优秀的人才，如
威廉·迈尔作为总工程师加盟该公司，在线路铺设工程中发挥了出众的组织
才能；西门子的五弟卡尔·西门子也加入了兄长的事业，事实上在俄国的电
报业务大多是在他的领导下进行的。1855年，在卡尔的领导下，西门子—哈
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尔斯克公司在彼得堡建立了分公司。
西门子的事业在英国也迅速发展。最初，威廉·西门子在英国设立了一
个西门子—哈尔斯克公司伦敦代表处，专门宣传和推广该公司的产品。1858
年，代表处在威廉的领导下改为英国分公司，并承接了很多业务。当时，英
国的电信事业发展很快，水平也是世界一流的，因此和西门子公司之间的竞
争很激烈。由于没有专利法的保护，西门子的很多发明成果往往被英国人无
偿利用，但西门子以其天才的创举总是使其技术处于领先位置，因此他常被
英国的公司聘为技术顾问，参与电报线路尤其是海底电缆的铺设。1865年，
哈尔斯克退出公司在英国的业务后，英国分公司以“西门子兄弟”的名义重
组，该公司在英国取得了辉煌的成就，为推动英国电气工业的发展做出了很
大贡献。1867年，哈尔斯克完全退出了西门子—哈尔斯克公司，但该公司的
业务继续向前发展，西门子兄弟用了三年的时间，铺设了一条由伦敦经普鲁
士、俄国和波斯直达印度的电报线，又称为印欧线路。这是西门子天才的一
次集中体现，也是他在电报线路建设方面的巅峰。在当时的条件下，建设这
样一条线路是工程技术上的一大创举，采用了一系列新的技术措施。
1874年，按照西门子的想法，威廉·西门子设计了一条电缆铺设船“法
拉第号”。在卡尔·西门子领导下，西门子兄弟公司利用“法拉第号”铺设
了从爱尔兰直达美国的第一条海底电缆，以后又铺设了五条欧美电缆，西门
子作为电报大王的地位更加巩固。
另外，西门子还创立了确定地下导线绝缘体的毛病及其状况的方法、测
量手段和公式，以及检测海底电报线路导线状况的原理及确定故障的方法。
一次在为英国的一家公司铺设海底电缆作技术顾问时，西门子根据自己创立
的方法，准确地判定离岸3海里处的导线出了故障。
尽管随着无线电报的出现，今天，我们几乎已不能在现实生活中找到西
门子在有线电报方面的成就；然而，作为伟大的发明家，西门子在电讯事业
中的贡献无疑是功勋卓著、永载史册的。
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八、发明巨匠
西门子的发明创造活动并不只限于有线电报方面，其实他在其他方面的
发明也同样丰富和伟大，如前文所述的水雷等。由于篇幅所限，我们不可能
将他的所有发明创造都一一介绍，仅将其荦荦大端作简单的罗列。
电磁感应现象是英国伟大的物理学家法拉第在19世纪30年代最先发现
的，这是人类文明的一个新阶段的前奏。在观察到电能生磁的现象后，法拉
第根据自然界中相互对应的规律，认为磁也肯定能产生电，但是如何才能得
到有利用价值的电流他却没有研究，或者说这不是他的研究范畴。这一功劳
归于具有工程技术天才的维尔纳·西门子。
1866年秋季，西门子在其研究工作中产生了一个新奇的想法，即是否能
不用额外电流而使感应电流得到增强。为此，他进行了深入的研究。他清楚，
一台电磁机的工作效率在通过它的线圈所产生的逆流电流时会被大大地削
弱，因为这种逆电流显著地减少了有效力的蓄电池的能量；反过来，当这台
电磁机被外力朝相反的方向用力旋转时，蓄电池的能量就会得到增强，因为
通过反转运动同时使感应电流的方向也转起来。由此，西门子创立了发电机
的原理，即：在一台安装合适的电磁机的固定磁铁上一直要保有充分的磁性，
通过这种磁性产生的电流逐渐加强，在反转运动中能够创造出强大的电流。
我们可以发现，西门子所阐述的发电机原理在他1854年发明的盘式机中已经
体现出来，可惜的是他没能在当时产生发电机的构想。不久，西门子的题为
《论不使用永磁铁将动力转换为电流》的论文由他昔日的老师马格努斯教授
呈交给了柏林的自然科学院。在论文中，西门子将其发明的机器称为“直流
发电机器”，并强调，现在科技界已经可以通过劳动力产生所需要的电压和
电流强度，这对于其他部门都具有同样重要的意义。
确实如西门子所说，发电机的发明确实产生了极大影响。它改变了人类
过去所依赖的动力，成为新兴工业部门的基础，并使几乎所有科技领域都活
跃了起来，使人类生活进入了一个新的时代。此后，发电机又得到了很大改
进，并得到了广泛应用。
西门子还曾发明了酒精定量器。它能够不断地记录下从里面流过的酒类
中的绝对酒精的含量。它记录下的在常温下还原的酒精成分与经过精密科学
仪器检验的数据一样准确。这种酒精定量器成为欧洲许多国家征收酒精生产
税的专用工具，受到极大欢迎。
另外，西门子还发明了气压传送装置、将氧气变为臭氧的西门子臭氧管、
电气距离测量器、无人操纵的电气船舵、电气点火装置等，他改进了贝尔电
话机并发明了用于声音传播的电动力学系统，他的公司还发明和设计了有轨
电车、高架铁路、电梯等。
1881年，在巴黎国际电气博览会上，西门子和爱迪生相会了。这两个除
了具有发明天才这一共同点外，还有一点也相同，即因外力造成的听力低下
——不知道这种生理缺陷对他们的发明创造产生了什么影响。
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九、科学精英
正如维尔纳·西门子所说的那样，自然�
