人类发明电灯的过程
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发布时间：2023-02-08 20:11
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时间：2023-05-19 22:34
1700年前后, 科学家发现电荷原理, 并发明了莱顿瓶; 美国的建国者、独立宣言的签署者之一兼物理学家本杰明·富兰克林(Benjamin Franlin)在此基础上, 于1752年通过实验, 发现地面的电和闪电是同一回事, 从而发明避雷针, 后者的英文叫lightning arrester(闪电逮捕者), 就是这个意思; 富兰克林对美国建国的*、经济和人类的文明进程有巨大的贡献, 今天的百元美钞上面就是他的头像;
18世纪末, 意大利人伏特(Volt)发明了铅锌电池, 今天的电压多少伏, 就是以他名字做单位的;
1801年, 英国化学家戴维将铂丝通电发光, 10年后发明了电烛, 利用两根碳棒之间的电弧照明, 但无论是昂贵的铂还是低效的电弧发光技术, 都使得他们仍远离大众。
1820年左右, 英国人法拉第发明直流发电机, 10年后更发现了电磁感应, 这才有了交流电; 可以说, 人类自此从手工机械里解放出来了, 今天的法拉第法则是我们高中的必修课;
在法拉第研究发电设备的同时, 在大西洋彼岸, 移民美国的德裔钟表匠亨利·戈培尔(Heinrich Göbel)发现了更有效的碳化竹丝材料, 并利用真空瓶导电发光, 这是人类首个有实际效用的电灯, 1854年, 亨利的灯泡持续亮了400个小时, 但他并未及时申请专利;
1860年, 英国人约瑟夫·斯旺也制成了碳丝电灯, 但他未能获得使碳丝保持长时间工作的良好真空环境; 10多年后, 随着真空技术发展到合乎需要的程度, 他才发明真空下用碳丝通电的灯泡, 与美国的亨利·戈培尔不同, 斯旺申请并获得了专利, 而他自己的屋子是英国用电照明的第一所私人住宅;
与斯旺同步的是, 加拿大两名电气技师申请了一项电灯专利, 他们在玻璃泡内充入氮气, 以通电的碳杆发光;
1880年, 美国人爱迪生在前人的基础上, 改良并制造出能持续亮1200个小时的碳化竹丝灯;
灯泡发明了, 有两大难题一直没得到很好解决 1.灯丝的材料 2.光电效率; 前者一直到1906年, 爱迪生发明了钨丝灯泡, 才有了实质的解决 : 钨的熔点高达3000度, 真空条件下其有效使用(不熔断)的时间高达1000小时以上, 并且物理设计可以使灯泡小型化, 引入民宅; 后者是只有10%的电能被转化为光能, 白炽灯的这个短板一直到30年后的荧光灯的发明才得到大幅改良(光电转换率提升到40%); 1998年, LED灯的发明虽然将只是将此转换率略为提升到50%, 但省电(冷光)和使用时间维修成本等指标均大幅改良;
事实上, 20世纪后半叶, 人类更多的是广泛开发各种白炽灯, 供不同的场合使用, 比如 :
- 普通白炽灯(家庭使用为主)
- 卤钨灯 - 填充气体内含有部分卤族元素的充气白炽灯(会议室或展厅使用)
- 低压放电灯(即日光灯)
- 高强度气体放电灯(道路照明、室内外工业照明)
- 高压钠灯(商业照明)
- 低压钠灯(隧道、港口、码头、矿场等照明)
- 高频无极灯(公共建筑、商店、隧道、步行街、高杆路灯、保安照明)
值得一提的是, 在电灯的发明和推广上, 美国人爱迪生是闻名遐迩的, 但其实爱迪生除了自己的研究和发明外, 更多的是个资本家, 除了涉嫌侵占别人专利外, 也购买了不少别人的专利 :
- 1870年, 美国专利局判爱迪生的碳丝白炽灯发明落于人后, 专利无效; 多年的官司后, 亨利·戈培尔赢得专利, 但最后还是爱迪生从戈培尔贫困的遗孀手上买下专利, 并加以改良为竹丝白炽灯;
- 差不多同时, 英国人斯旺也控告爱迪生侵犯专利, 后来达成庭外和解, 俩人成立了合资公司, 但最后的结局也是斯旺把他的股权及专利都卖给了爱迪生;
- 1875年, 发明在真空瓶里注入氮气的两名加拿大电气技师发现, 他们没有足够财力继续完善其发明, 于是把专利也卖给了爱迪生
- 1884年, 塞尔维亚裔人尼古拉·特斯拉移民美国, 急于获得美籍的特斯拉加入了爱迪生的公司, 与其善于商业运作和出名的老板不同, 特斯拉只顾埋头发明, 从不考虑用自己的专利发财, 在他打工期间, 爱迪生承诺在特斯拉帮他改进发电机后会支付他5万美元, 然而爱迪生并没有兑现, 导致了特斯拉离职; 特斯拉是交流电机的主要发明者之一, 也是无线电技术的发明者, 他一生未娶, 二战胜利前穷困潦倒病亡于纽约一家酒店, 只要他执着于收取每马力2.5美元的交流电专利费, 他将是世界上最富有且名誉最高的人, 今天马斯克的电动汽车公司就是以他的名字来命名!
为了人类脱离亘古的黑暗, 多少智士献出心血和智慧, 给我们带来了光明和进步, 感谢他们!
