白熾燈的發(fā)展簡(jiǎn)史

• 　　1．初期的白熾燈

  　　1820—1821年, G·德拉律第一次試制鉑絲白熾燈, 1841 年英國(guó)人摩雷取得過鉑絲白熾燈的第一個(gè)專利。但鉑的價(jià)格昂貴、電阻率小，如要增大電阻就必須做得很長(zhǎng)。另外鉑絲的熔點(diǎn)低，還沒有達(dá)到白熾就熔斷了。所以，鉑絲白熾燈并無實(shí)用價(jià)值。

  　　于是，人們將燈絲材料轉(zhuǎn)向價(jià)廉易得、熔點(diǎn)高的碳（無定形碳的熔點(diǎn)為 3652℃）。1838年，比利時(shí)若巴爾提出把碳?jí)K置于真空環(huán)境里通電使其發(fā)光的設(shè)想。英國(guó)的斯旺按照這種思路，用一條碳化紙作燈絲，企圖使電流通過它來發(fā)光，但是，因當(dāng)時(shí)抽真空的技術(shù)還很差，燈泡中的殘余空氣使得燈絲很快燒斷。1848 年移居美國(guó)的德國(guó)人海因里?！じ褙悹柊烟蓟闹褡永w維置于長(zhǎng)玻璃管內(nèi)并抽空其內(nèi)氣體，接在伏打電池組上，制成碳絲白熾燈。但終因無大功率廉價(jià)電源及制造麻煩、壽命短而未得到推廣，被人遺忘。俄國(guó)亞·尼·羅德金把碳條置于密封的玻璃瓶?jī)?nèi)，通電后靠碳本身的燃燒來消除其內(nèi)的氧氣，碳條剩余的部分就構(gòu)成了這種碳條白熾燈的燈絲。這是一種巧妙的除氣方法。1873 年7 月11日，曾用這種燈取代了幾盞煤氣路燈，照亮了彼得堡阿布拉日亨斯基廣場(chǎng)附近的街道，因此他還獲得過彼得堡科學(xué)院頒發(fā)的獎(jiǎng)狀。但這種燈因玻璃瓶密封不嚴(yán)，有空氣進(jìn)入而壽命不長(zhǎng)，也未能推廣使用。

  　　此后，俄國(guó)人雅布洛奇科夫(Jablochkoff)發(fā)明的“電燭”問世。它的做法是用絕緣的熟石膏將兩個(gè)炭極隔開。當(dāng)“電燭”被點(diǎn)燃時(shí)，絕緣層就與炭棒同速燃燒發(fā)出白熾光。從本質(zhì)上看，這種“電燭”也是一種電弧燈，只是稍省些電。雅布洛奇科夫“電燭”在 1877 年被用作巴黎的歌劇院門前大道的照明，和倫敦泰晤士河岸的部分照明，但是這種“電燭”不能持久，最長(zhǎng)也只能用兩個(gè)小時(shí)。

  　　2．實(shí)用白熾燈的誕生

  　　1878 年，真空泵的出現(xiàn)，使斯旺有條件再度開展對(duì)白熾燈的研究。1879 年 1 月，他發(fā)明的白熾燈試驗(yàn)成功，并獲得好評(píng)。

  　　托馬斯*愛迪生是一個(gè)社會(huì)發(fā)明家，他二十一歲就獲得了他的第一項(xiàng)專利——電傳投票尼錄器。1876 年春天，不滿三十歲的愛迪生帶著工人遷到新澤西州一個(gè)名叫門洛帕克的偏僻村莊，創(chuàng)辦門洛帕克實(shí)驗(yàn)所時(shí)，已經(jīng)是公認(rèn)的“發(fā)明家”了。

  　　早在十九世紀(jì)六十年代，英國(guó)沿海的燈塔已使用弧光燈。1876 年，在費(fèi)城舉行的美國(guó)建國(guó)百周年展覽會(huì)上，三盞露天的弧光燈放射出令人目眩的白色光芒。在 1878 年的巴黎博覽會(huì)上，明亮的電弧燈給西聯(lián)電報(bào)公司的總顧問留下了極為深刻的印象，他一回美國(guó)就勸愛迪生探索電弧燈運(yùn)用在商業(yè)上的可能性。愛迪生以前也曾有很短一段時(shí)間試驗(yàn)過利用電來照明，但當(dāng)時(shí)他由于專心致力于搞留聲機(jī)而暫時(shí)將那工作擱在一邊罷了。

  　　1878 年 9 月初，愛迪生訪問康涅狄克州的華萊士(BillWallace)。當(dāng)時(shí)，華萊士在愛迪生面前把他的“遠(yuǎn)距離發(fā)電機(jī)”連接起來，并且點(diǎn)亮了一盞弧光燈，由此激發(fā)了他發(fā)明電燈的欲望。1878 年 9 月，愛迪生開始投入對(duì)電燈的研究，門羅公園的研究所成了研究電燈的戰(zhàn)場(chǎng)。愛迪生是總指揮，有 7 個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的人當(dāng)助手。

  　　第一個(gè)出面支持愛迪生的人，是西方聯(lián)合公司的總律師格羅斯維諾 p洛雷，很快又得到了西方聯(lián)合公司總裁諾爾文格林博士的支持，同時(shí)也得到黃金與股票行情電報(bào)公司的主要股東特雷西 R 愛迪生的支持以及與摩根(j．P．Morgan)合伙經(jīng)營(yíng)企業(yè)的埃吉斯托 p 法布里(EgistoP．Fabbri)的支持。經(jīng)過磋商，成立了一家股份公司―――“愛迪生電燈公司”，以便為試驗(yàn)提供經(jīng)濟(jì)援助和申請(qǐng)專利。他們拿出 30 萬元來支持愛迪生搞電燈發(fā)明，跟他合伙辦電燈公司，但持有愛迪生在電燈、電力和電熱等方面的一切發(fā)明專利，并有權(quán)將這些發(fā)明專利以頒發(fā)特許證的形式賣給他人。

  　　愛迪生重新用“炭”進(jìn)行試驗(yàn)，原料是纖維或其他紙張。他在這些紙的表面涂上燈墨和瀝青的混合物，再卷成毛衣針狀，然后進(jìn)行炭化處理。再把這種材料制作的燈絲連在線路上，它們?cè)谡婵罩邪l(fā)光，不過只能持續(xù)一、兩個(gè)小時(shí)。愛迪生試驗(yàn)了 50 多種炭化紙，包括木制炭絲以及笤帚苗炭絲等等，都沒有取得突破性進(jìn)展。于是愛迪生將目光轉(zhuǎn)向電阻要高、散熱慢的鋁和鉑等金屬，1878 年10月 5日，愛迪生提出了一份關(guān)于鉑絲電燈的專利申請(qǐng)，專利號(hào)碼是 214636。這種燈泡當(dāng)時(shí)被稱作“燃燒器”。燈絲之間再加一支金屬棒。當(dāng)燈絲熱度接近鉑絲的熔點(diǎn)時(shí)，金屬棒便膨脹造成短路，燈泡溫度降低，鉑絲冷卻的同時(shí)金屬棒也冷卻下來，于是電流再次通過。

  　　愛迪生先后試用了包括各種金屬、石墨、木材、稻草、亞麻、竹子等在內(nèi)的 1600 多種耐熱材料，最終認(rèn)為延長(zhǎng)白熾燈壽命的關(guān)鍵是提高燈泡的真空度和采用耗電少、發(fā)光強(qiáng)的耐熱材料作燈絲。只要燈絲的價(jià)格足夠便宜，“大家就會(huì)歡迎它的” 。1879 年秋，他采納了助手阿普頓的建議，花巨資從英國(guó)買回一臺(tái)德國(guó)斯普林格在 1865 年發(fā)明的那種以其姓氏命名的抽氣機(jī)。利用這一先進(jìn)的抽氣機(jī)，他將燈泡內(nèi)的空氣抽到約 1Pa，后又抽到 0.1Pa 的高真空。他還在英國(guó)史璜的碳燈絲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的啟發(fā)下，指示其助手白契勒在密封 U 形坩鍋內(nèi)將棉線碳化，作白熾燈的燈絲。

  　　愛迪生從一開始就認(rèn)為炭絲是最理想的燈絲材料，當(dāng)初放棄這種材料，是因?yàn)橐郧暗恼婵斩炔粔?，炭絲熔化過速?，F(xiàn)在，他又回到了炭絲的試驗(yàn)上，再次用各式各樣的線、纖維和類似的物質(zhì)作燈絲材料。這樣，1879 年 10 月 21 日，終于在新澤西州門羅公園內(nèi)，他的實(shí)驗(yàn)室里制成一盞持續(xù)點(diǎn)亮 45 小時(shí)才燒毀的碳化棉線作燈絲制成的燈泡，這種燈于 1880 年12 月 7 日被授予專利，標(biāo)志著世界上第一盞白熾電燈就這樣誕生了。接著，他將這種燈公開展出，曾照亮過他實(shí)驗(yàn)室所在地新澤西州洛帕克的主要街道。雖然這種燈離實(shí)用還有很遠(yuǎn)的距離，但后來人們?nèi)詫?1879 年 10 月21 日定為白熾燈的誕生日。

  　　斯旺和愛迪生兩位發(fā)明家的競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，專利糾紛幾乎不可避免，后來，二個(gè)達(dá)成協(xié)議，合資組建了愛迪生－斯旺電燈公司，在英國(guó)生產(chǎn)白熾燈。白熾燈的發(fā)明，美國(guó)通常歸功于愛迪生，英國(guó)則歸功于斯旺。在英國(guó)，電燈發(fā)明一百周年紀(jì)念于 1978 年10 月舉行，而美國(guó)則于一年后的 11 月舉行。

  　　由于這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者的崛起，全世界的煤氣公司的股票都嚴(yán)重地受到打擊。紐約《導(dǎo)報(bào)》上刊載了一段來自倫敦的電文：“自愛迪生宣布其電燈分布之發(fā)明后，煤氣股票一落千丈，竟暴跌票價(jià) 12%。倫敦注冊(cè)煤氣公司的股票竟跌落了 500 萬以至 1000 萬元。英國(guó)議院被這事弄得一籌莫展，只得召集會(huì)議，重新研究發(fā)光的整個(gè)問題?！?/font>

  　　后來，愛迪生又發(fā)明了一種“金化法”，即將粗制的碳絲用汽油蒸氣處理，使碳絲表面因碳?xì)浠衔锏姆纸舛纬删o密的石墨層后，便變得更加均勻光滑，大大提高了碳絲的壽命。

  　　成功并未使愛迪生停步，他繼續(xù)尋找比碳化棉更堅(jiān)固耐用的耐熱材料。1880 年春天，他成功地用竹絲燒成的炭絲作為燈絲，使白熾電燈亮的時(shí)間延長(zhǎng)到 1200 小時(shí)，這是第一只可以實(shí)用的白熾電燈。這種白熾燈和后來正式成功的電燈大致相同，只是發(fā)光的物質(zhì)有些不同罷了。

  　　1831 年，法拉第關(guān)于電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)為制造發(fā)電機(jī)提供了科學(xué)依據(jù)。在惠斯通、威爾德、西門子、格拉姆、帕契諾蒂、阿爾特涅克等前期工作基礎(chǔ)上，愛迪生于 1880 年已制出可為 1500 盞16 燭光燈泡供電的大型直流發(fā)電機(jī)，成功解決了電源問題。此后愛迪生又發(fā)明了配電盤、熔斷器（保險(xiǎn)絲）、旋轉(zhuǎn)開關(guān)、螺口燈頭、燈座、各種插座、計(jì)量用電量的電表。

  　　他還采用了他以前的助手舒克爾的將白熾燈并聯(lián)聯(lián)接的主張，以便一只開關(guān)控制一盞燈，一燈出故障不致影響另外的燈。1882 年秋，他在紐約帕爾街（意譯為“珍珠街”）建立了第一個(gè)發(fā)電廠，用六臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，其中最大的一臺(tái)功率為 125馬力，正式向 59 家用戶的 300盞白熾燈供電。這是世界上第一個(gè)大型商用照明供電系統(tǒng)。從此，光明的使者來到了人間，白熾開始為千家萬戶帶來新的生活。因此，愛迪生不僅發(fā)明了白熾燈泡，而已為整個(gè)社會(huì)組織了一種新的電力照明系統(tǒng)。

  　　植物碳化纖維為燈絲的白熾燈仍有三大缺點(diǎn)：燈絲易折斷，碳絲易耗蝕而短壽，發(fā)光強(qiáng)度和發(fā)光效率低下?？茖W(xué)家們的改進(jìn)便針對(duì)著這三大缺點(diǎn)。