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上帝说要有光 ——人类的电气照明时代
  • 2014-8-8 17:14:24
  • 类型:原创
  • 来源:电脑报
  • 报纸编辑:熊乐
  • 作者:
【电脑报在线】 “黑夜给了我黑色的眼睛,我却要用它来寻找光明。”人类探索光明的历史,也包含了灯的历史。漫长黑夜里的孤枕难眠,人们的最大心愿是什么呢?至少应该有如何把黑夜变在白昼吧。于是,听了上帝的意旨,人们走上了对灯的探索之路。


 “黑夜给了我黑色的眼睛,我却要用它来寻找光明。”人类探索光明的历史,也包含了灯的历史。漫长黑夜里的孤枕难眠,人们的最大心愿是什么呢?至少应该有如何把黑夜变在白昼吧。于是,听了上帝的意旨,人们走上了对灯的探索之路。

 

白炽灯的前生今世

1821年,电弧灯诞生

 

戴维和法拉第,电弧灯之父

1821年,英国科学家戴维和法拉第发明了电弧灯。这种电灯用炭棒作灯丝,虽能发光,但光线刺眼,寿命短,典型的昙花一现。自此以后,这种电弧灯经历了几十年也再没有被别人改进、继续研究过……

1878年,碳化白炽灯面世

碳化白炽灯专利拥有者约瑟夫·斯旺

谁是白炽灯的发明人?相信多数人都会脱口而出,爱迪生。事实却非如此,但爱迪生参与了发明人之争,也是事实。原因在于当爱迪生准备为自己的成功发明的碳化白炽灯申请专利时,他发现已有人先行一步,将专利据为己有了。这个人就是英国人约瑟夫·斯旺,申请时间1878年。为找到碳化灯丝,他奋斗了25年。这让爱迪生有点发狂,他一怒之下把约瑟夫·斯旺告上了法庭。不过法庭只相信证据,斯旺的白炽灯产品在1879年2月已有成品,当时爱迪生还正为如何抽干灯泡内的气体而发愁呢?再说其在1879年末才最终搞出了成品,败诉也就在所难免。不能不佩服爱迪生是个全才,不仅能发明,而注重产品的市场转化,商人本性显露无疑。为防止斯旺从中作梗,他主动和解并达成协议,在1883年联合成建立公司。富于戏剧性的是,两人都侵权了。因为苏格兰发明家詹姆斯·鲍曼·林赛在1835年就发明了碳纤维,而两人制成的白炽灯都使用了碳纤维。

1879年,爱迪生电灯问世

世界公认托马斯·爱迪生发明了电灯

爱迪生发现电弧灯缺陷主要是电弧灯的灯丝造成的。于是他想找出一个更为合适的材质来代替电弧灯的碳棒灯丝。

他用时13个月、试验了7000多次、6000多种材料,找到可用作灯丝并发光45小时的棉线。这是人类史上第一盏有实用价值的电灯。接下来他又找到竹丝材料,可点亮1200小时的。就是这种碳化的竹纤维丝让爱迪生发家致富,不过几十年之后,就有其他发明家发现了更好的灯丝材质,并且发明了我们现在使用的灯泡。

1909年,钨丝电灯的鼻祖

  

  柯立芝发明的钨丝白炽灯泡       欧文·朗缪尔发明的充气白炽灯

如今白炽灯泡中使用的钨丝是美科学家柯立芝于1909年找到的。钨丝具有寿命长、耐高温等特点,是很好的发光材料,钨丝灯问世。

1916年,欧文·朗缪尔,通过向灯泡中充入惰性气体,充气白炽灯诞生。

1959年卤族元素充入灯泡,这使得灯内的钨原子和卤素原子不断地上演结合与分离的好戏,让钨丝有了“再生”的能力,灯泡寿命进一步延长。

由于白炽灯需加热到高温才能将热能转变为光,白炽灯的效能转化只有10%。在节能为王的今天,白炽灯退出历史舞台也就成为必然。在中国,截止日是2017年。

荧光灯,家庭照明中的主角

1938年,荧光灯横空出世

早期的荧光灯

白炽灯耗电的弱点早被一些科学家所洞悉,他们决定找到另一条发光途径。美国的黑维特就是这一派的支持者。他找到一种耐热玻璃管做灯管,抽出灯管中的空气,然后再植入各种金属和其他气体,通过反复对比试图找到解决的方案。1902年,黑维特就有了斩获——他发明了水银灯。这种水银灯是在真空灯管中充入水银和少量氩气。只要很小的放大电流即可让水银蒸发,受电子激发而发光,更节能。水银灯比白炽灯亮多了,光线类似太阳光。但缺点也明显:一则水银灯会辐射出大量对人体有害的紫外线,可见光很少,二则光线太刺眼。如何改进水银灯是个问题。英国物理学家斯托克斯早在1852年的一个发现——“荧光物质碰到光可以产生另一种光,且新生的光波长比原光波长长”给了科学家启示。“既然紫外线比可见光波长短,那么紫外线通过荧光物质转化后就有可能产生可见光。”这真是一个绝妙的主意,接下来的任务就是来找到这种荧光物质了。

1895年,莫尔在实验过程中将玻璃灯管内的空气抽干后充入少量二氧化碳,加入高压电后,灯管发出白光。1910年,受莫尔实验的启发,科学家克劳特隆重登场。他在莫尔实验的基础上,分别充入氖、氩、氦等稀有气体,结果发出了不同的光,这令他大喜过望。人类历史上的霓虹灯由此诞生。克劳特放下研究,建立了霓虹灯公司,赚了个盆满钵满。

1938年,美国的通用电气公司的伊曼从霓虹灯的闪烁中找到一个突破口——在这种荧光灯的灯管中充入一定量的水银,在灯壁涂上荧光粉,灯管两端各有一灯丝做电极。它的工作原理是:通电后水银蒸气放电产生紫外线,紫外线激发管壁的荧光物质发出可见光,完全摆脱了水银灯的缺点。这种荧光物质最早是硅酸锌铍、钨酸镁及硼酸镉等混合荧光粉,自1942年以后变身为卤磷酸钙荧光粉。因荧光的成份与日光相似,因此荧光灯又叫“日光灯”。

1957年,荧光灯走向紧凑

紧凑型荧光灯之父埃德·翰墨

1957年埃德·翰墨发明了紧凑型荧光灯,通过缩小荧光灯灯管直径可以提高发光效率。它的出现,改变了照明的走向——节能。1970年代末,荧光灯交流电子镇流器问世,使得荧光灯照明成为可能,飞利浦公司抓住了这一机遇。它的主打产品就是:稀土三基色紧凑型荧光灯,即“节能灯”。因其与白炽灯兼容性好,能耗低,成为白炽灯的替代品。

HID(气体放电灯),室外照明的主载

荧光灯主要用于室内照明,用于室外的照明技术也在悄然发展。1961年通用电器吉伯特·雷令申请的第一个金属卤化物灯的专利,它有赖于蒸汽灯的出现。与蒸汽灯类似,这种灯由密封在玻璃管里的各种元素蒸汽如水银、钠通以电流而发光的。相比荧光灯,亮度强许多,穿透性也强,特别适合于室外、海上照明。不过,当更先进的HID(气体放电灯)出现,这种金属卤化物灯就逃脱不了被取代的命运啦。

1965年问世的高压钠灯是HID照明的先锋。与金属卤化物灯相比,它体积较小、穿透力更强、射程更远,尤其在雾天雨天,高压钠灯可穿透浓雾,这对大面积远距离照明很有意义。但其发明过程并非一帆风顺。因灯内钠的特性温度不到100℃就熔化。更重要的是钠蒸汽在高温高压下腐蚀性超强,各种类型的玻璃都应对付不了这种腐蚀。1957年,美国人科里尔研制出一种用高纯多晶氧化铝,再加氧化镁添加剂烧结而成的半透明陶瓷的诞生。它经得起高温钠蒸汽的腐蚀,且能透过90%以上的可见光。

如今市场上的HID灯内大部分充有氙气与碘化物等惰性气体,然后通过高压电流激发石英管内的氙气产生电子游离,从而在两电极之间产生高达6000K色温度的接近正午日光的光芒。HID灯也有了一个比较通俗的名字:氙灯。不仅室外照明,越来越多的中高档车也开始使用氙灯作为前大灯。

 

本文出自2014-08-11出版的《电脑报》2014年第31期 A.新闻周刊
(网站编辑:shixi01)


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