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愛迪生是如何發明白熾燈的?

1.電燈時代的前夜

在古希臘神話中,普羅米修斯神創造了人類。他也是人類的老師,教給人類任何有用的知識,能讓人類感到滿足和幸福。同樣,人類也用愛和忠誠來感謝和報答他。但是,至高無上的天神宙斯要求人類尊敬他,並讓人類必須拿出最好的東西獻給他。普羅米修斯的種種行為觸怒了宙斯。

作為懲罰,宙斯拒絕給人類完成文明所需的最後壹樣東西--火。但普羅米修斯想出了壹個辦法,他用壹根長長的茴香樹枝偷來了火,當火紅的太陽戰車經過時,他把火帶給了人類。火改變了人類歷史,蒸汽推動了工業革命,而電力則讓壹個新時代崛起。

電燈是19世紀末最著名的發明之壹。

在愛迪生的2000多項大小發明中,最重要、最輝煌的發明莫過於電燈和配電系統,是愛迪生帶給人類的。在愛迪生開始研究電燈的時候,天然氣燈還在家庭中普遍使用。當時已有70年歷史的天然氣的發明,取代了過去的石油燈和蠟燭,得到了飛躍式的發展。

但是,要使用天然氣燈,必須在每家每戶安裝天然氣管道供應天然氣,因此只能在城市中使用,美國大多數人都無法使用。另壹方面,人們壹直在研究如何利用電力照明。在電燈問世之前,人們已經對電有了初步的認識。最早開始這項研究的是英國科學家戴維,1808 年,戴維做了壹個實驗,將 2000 節電池連在壹起,並在電池的兩極伸出綁著炭棒的鐵絲。當木炭條接觸到鐵絲的壹剎那,奇怪的現象發生了:兩塊木炭之間產生了強烈的光亮,煤油燈和煤氣燈根本無法與之相比。於是,大衛立刻想到了電燈,他想利用電來照明。經過長期不懈的研究,終於發明了這樣壹種照明燈,即電弧燈。

但是電弧燈很粗糙,而且炭條很容易磨損,需要經常更換,使用起來很不方便,它的光很強,只能安裝在大街上或廣場上,而且不開燈就幾個小時就要熄滅。那時,壹般家庭還是用煤油燈或煤氣燈。雖然不能普及到每家每戶,但正是這個契機,發明更方便的電燈的研究被提上了歷史的日程。

二、少年時代的 "發明大王"

1847年,愛迪生出生於美國俄亥俄州的邁蘭。他的父親經營著壹家木材廠,愛迪生是四個孩子中最小的壹個。發明大王愛迪生從小就對壹切充滿好奇。為了孵鵝,他曾像鵝媽媽壹樣孵鵝蛋;為了讓人飛上藍天,他讓朋友喝下硫酸,差點釀成大禍。小時候,愛迪生被老師視為 "弱智兒童",因為愛尋根,被母親接回了家。結果,愛迪生的整個學校生活只持續了三個月。

愛迪生從母親那裏學到了很多東西,比壹般的小學課程還要多。在母親的熱情教育下,小愛迪生的學習進步很快。有壹次,母親給小愛迪生買了壹本名叫《科學學校》的書。書中有許多科學實驗。小愛迪生認真地閱讀,並做了每壹個實驗。從此,愛迪生漸漸成了壹個實驗狂。在他小時候的房間裏,亂七八糟地擺放著許多科學書籍和實驗器材。

愛迪生12歲那年,家鄉有了蒸汽機車。由於家裏經濟困難,小愛迪生聽說火車上要招賣報紙的人,立即去應聘,從此他就成了火車上的送報員。賣完報紙,愛迪生就利用剩下的時間看書。年輕的愛迪生又想出了壹個絕妙的主意。他要求熟悉的列車長把車廂的壹小部分變成自己的房間。他把家裏所有的實驗設備都搬到了那裏,並在那裏開設了壹間實驗室。

由於當時美國內戰正酣,人們對時事特別關註,年輕的愛迪生在火車上賣報的生意非常好。兩三年後,他在火車上親自編輯了壹份 "先鋒周刊",連英國的《泰晤士報》都轉載了它的新聞。閑暇之余,他如癡如醉地苦讀,進行各種科學實驗。有壹天,由於火車晃動得厲害,架子上的壹瓶黃磷掉到了地上,引起了火災。幸虧人們及時撲滅了大火。列車長大發雷霆,把所有的儀器和藥品都扔出了火車,還打了小愛迪生三個耳光,從此他的左耳失聰了。

15歲那年,愛迪生在鐵路上救了車站站長兼電報員麥肯齊的兒子。麥肯齊為了報答愛迪生的幫助,答應教他學電報。不久,麥肯齊讓愛迪生成為車站的電報員,16 歲的愛迪生發明了自動電報機。正是因為這臺機器,他被以 "懶惰 "為由解雇了。在隨後的歲月裏,愛迪生多次轉行,經常因為他的發明和改革被視為 "不專業 "而遭到解雇。

愛迪生去波士頓時年僅21歲。在他壹生中獲得專利的1000多項發明中,第壹項就誕生在波士頓。正是在波士頓,他獲得了 "自動電子投票記錄器 "的專利。

1870年,愛迪生在新澤西州紐瓦克市購買了壹家作坊,開始生產自己的發明--股票自動報價記錄儀。1876 年,29 歲的愛迪生在距離紐約 40 公裏的門羅公園創建了壹個新的研究中心--門羅研究所。這壹創舉,不僅在愛迪生壹生的事業中具有不可估量的意義,而且它是美國,也是世界上第壹個工業科學研究機構,標誌著集體研究的開始,為美國以及世界各國建立大規模的工業研究所樹立了榜樣。

3.愛迪生的家庭生活

瑪麗-斯蒂爾維爾是愛迪生的第壹任妻子。她在紐瓦克的壹家工廠工作時結識了愛迪生,並非常了解這位即將結婚的年輕人。1884年,瑪麗不幸死於傷寒。

米娜-米勒是愛迪生的第二任妻子,20 歲時嫁給了愛迪生。起初,她的父母並不支持這樁婚姻,因為愛迪生和她的年齡相差太大。愛迪生教米娜-米勒使用電碼,這樣兩人就可以用密語交流了。

瑪麗讓丈夫隨意工作、穿衣和吃飯。米娜則試圖糾正丈夫的大男子主義,指出吸煙和隨地吐痰是文明社會所不允許的行為。

4.對電燈的攻擊

愛迪生想:"如果家家戶戶都能用上電燈,那該有多好啊!"

1878年9月,愛迪生真的向電燈堡壘發起了進攻。消息壹傳出,立即轟動了整個美國,同時也傳到了英國,倫敦的煤氣股票壹落千丈。

愛迪生開始投入到緊張的科學實驗中。他首先進行的是白熾燈實驗。這種燈的原理是在玻璃泡內放入壹小塊耐熱材料,接上電源,當它燃燒到白熱化程度時,玻璃泡就會因受熱而發光。根據這個原理,愛迪生認為要想做好試驗,首先要找到合適的耐熱材料。

壹天晚上,愛迪生坐在書桌前,拔掉煤氣燈的電源,拿出筆和紙,把自己能想到的耐熱材料全都寫了出來,最後數了數,***有1600多種。第二天,他安排人手把這些材料全部準備好。然後,分門別類地進行試驗;同時,他又在燈的結構上動腦筋,不斷改進抽氣方法,力爭使玻璃泡內達到絕對真空。在此期間,愛迪生絞盡腦汁,殫精竭慮,廢寢忘食,夜以繼日,但試來試去卻總是達不到預期的效果。

直到1879年10月1日在《科學美國人》雜誌上看到斯旺用木炭絲做燈絲的報道後,才重新研制出木炭絲燈泡。他還想建立壹個由發電機、電線和電纜組成的系統,像煤氣管網壹樣把電帶給每個人。愛迪生的電燈研究工作得到了許多資本家提供的研究費用的支持,使愛迪生能夠全身心地投入研究。

5.嘗試各種材料

1978 年,愛迪生已經開始了電燈的研究。當時,人們用紙把木炭燒成細條,然後通電發光。但這是在空氣中進行的,由於沒有真空閥來創造真空環境,木炭絲馬上就燒壞了。此外,愛迪生還嘗試了鉑絲、鉻、硼和其他材料,但效果都不盡如人意。直到真空閥也被發明出來,才有可能創造出真空環境。愛迪生又重新嘗試了木炭和鉑絲,發現鉑絲在真空中耐高溫。經過不斷研究,愛迪生於 1879 年利用鉑絲成功研制出 25 瓦真空燈泡。這項成果於 1879 年 4 月獲得專利。但由於鉑金價格昂貴,這種燈泡生產成本高,不利於普及。於是,愛迪生又回到了炭絲的研究中。

制作電阻很大的導體芯是減弱電流的首要條件,但用木炭制作導體芯並不是壹件簡單的事。愛迪生為此絞盡腦汁,但始終沒有好主意。然而有壹天,他看到掉在地上的壹根線,突然恍然大悟。愛迪生把尼龍線剪成壹定的長度,並塗上煤焦油和木炭粉,然後放入壹個鎳制馬蹄形模具中烘烤。不出所料,細炭絲產生了。隨後,愛迪生花了兩天時間將炭絲彎曲,放入玻璃球中,小心翼翼地抽出裏面的空氣。

1879年10月21日,壹個無比莊嚴和緊張的日子,所有人都屏住了呼吸,看著愛迪生用顫抖的手接上電線,合上開關。電燈 "啪 "的壹聲亮了,研究所裏響起了歡呼聲,就是這壹天--人們期待已久的電燈開始照亮人們的生活。電燈閃耀了45個小時才熄滅,如夢初醒。

愛迪生帶著他的早期發明--電燈泡,自豪地走進了專利局。這種恒定光源的發明改變了人們的生活和工作方式。愛迪生成功的關鍵在於找到了壹種能在燈泡內發光而又不會完全燒毀的燈絲。

愛迪生發明的電燈震驚了世界,也讓世界為之欣喜。任何壹個在沒有電的夜晚度過的人都會深深體會到這種喜悅。但愛迪生並沒有就此止步,而是繼續致力於電燈的改進。為了研制出更耐用的燈芯,愛迪生嘗試了成千上萬種植物纖維,並改變了烘烤、燃燒、壓縮等加工方法,但仍然沒有看到效果。

靈感總是在偶然中產生。這年夏日,愛迪生埋頭在實驗室裏工作,他熱得滿頭大汗,便拿起壹把竹扇扇風。扇著扇著,突然,他瞪大了眼睛。不壹會兒,他把扇子撕成了碎片,放在顯微鏡下仔細端詳。看著看著,高興得忍不住跳起來說:"哎!我怎麽沒想到把竹絲燒焦呢?"

於是,他馬上跳起來,從竹條上把纖維壹烤,就成了壹根結實的燈芯。愛迪生把竹絲做成的燈芯封進燈泡裏,抽出空氣,通上電流。這個燈泡的亮度比第壹個燈泡更亮,而且持續時間更長。

愛迪生從這壹成功中獲得了力量,他嘗試了幾乎所有種類的竹子,以找到更耐用的燈芯。到 1880 年,使用燒焦的竹絲燈芯的白熾燈泡的壽命首次超過了 600 小時。

"這下妳們該滿意了吧?助手們也高興地說。

此後,愛迪生繼續研究,使電燈的質量不斷提高。後來,他把竹絲燈泡改成了鎢絲燈泡,也就是我們現在用的電燈泡。為了這個小小的燈泡,愛迪生花費了12年的時間,進行了成千上萬次試驗,傾註了大量心血。

愛迪生發明電燈經歷了壹個曲折的過程。壹開始制造的燈泡使用壽命極短,主要原因是燈絲容易燒斷,而電燈燈絲的溫度高達2300℃至3000℃,壹般的金屬在這個溫度下都會熔化。經過多次試驗,最終選擇了熔點最高的金屬鎢來制造燈絲,鎢的熔點是 3410℃。雖然鎢的熔點很高,但仍然不能使燈泡經久耐用,原因是金屬鎢在高溫下容易與氧氣發生反應。鎢會氧化,變成三氧化鎢。

後來,把燈泡裏的空氣抽出來,使燈泡處於真空狀態,鎢絲就不會被氧化,燈泡的壽命也就延長了。

愛迪生發明的消息傳遍世界後,各國紛紛要求使用。但當時沒有發電廠,只能用伏特加電池供電。每個伏特加電池有枕頭那麽大,點亮壹盞燈需要100個伏特加電池,所以燈的電力不可能來自如此巨大的電源,也不可能在普通家庭中使用。

愛迪生看到了發明發電機的必要性,也看到了開發壹種電力傳輸方式的必要性。開發燈泡的研究所變成了電力研究所。愛迪生訂購了高性能的蒸汽設備,改進了發電機,並於 1882 年在紐約建立了世界上第壹個集中發電廠。這座發電廠擁有經過愛迪生進壹步改進的發電和輸電設備。這臺發電機產生的電能可以通過電線為附近的 800 盞燈供電。壹年後,電燈的數量可以增加到 1700 盞。從那時起,人類的生活發生了翻天覆地的變化。

在電力史上,愛迪生的貢獻絕不僅限於電燈。1880年壹年之內,愛迪生獲得電燈專利32項,配電專利7項,燈口和電燈其他部件專利5項,發電機專利3項,足見他的貢獻有多大。

6.愛迪生時代

發明電燈後,愛迪生繼續他的發明生涯。他為 1300 項發明申請了專利,其中包括電車、照相機、蓄電池和電信機器。在如此眾多的發明中,卻沒有壹件是武器或火藥。這就是愛迪生熱愛人類幸福與和平的最好證明。"為人類的幸福而發明 "是愛迪生壹生的信念。從愛迪生的筆記中可以看出,雖然他沒有受過專業訓練,但他懂得很多科學原理。他的研究方法非常科學,值得我們學習。愛迪生既是壹個 "老式 "的發明家,喜歡把大量時間花在實驗室裏,又是壹個現代商人,能夠組建專門的工作小組,並將利潤投資於研究。他出生時,世界還處於 "黑暗時代";他去世時,世界已進入機械技術和電子技術時代。在愛迪生80歲那年,1929年5月30日,美國總統胡佛主持召開了愛迪生發明電燈50周年慶祝大會。兩年後的 1931 年 10 月 21 日,這位偉大的發明家走完了他光輝的壹生。這壹天全美向這位 "門洛帕克魔術師 "致敬,人們關閉了所有的電燈和電器設備,持續了壹分鐘,整個美國壹片漆黑。歷史將永遠銘記偉大的愛迪生時代。

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