电灯、电影:爱迪生

时间:2023-12-14 03:49:01

电对人类最早的馈赠是光明。1809年,英国化学家戴维曾以2000多组伏打电池为电源,发明了在两根碳棒之间进行强电流放电的弧光灯。这是人类最早利用电照明的成功尝试。但戴维的弧光灯成本太高,光线太强,只能用于灯塔或公共场合的照明,不可能大规模推向民用。电灯发明的关键是找到合用的灯丝。它首先得在通电状态下发光,其次要经久耐用。

电灯、电影:爱迪生

第一个进展是由移居美国的光学用具制造商海因里希·戈贝尔做出的。1854年,他用碳化了的竹子纤维做灯丝,将玻璃管抽成真空,制成了一个很亮的白炽灯,但寿命不长。

白炽灯的真正发明者是美国的大发明家爱迪生。他是一位传奇般的人物,美利坚民族崇尚的那种传奇般的人物——没有受过良好的学校教育,但凭个人奋斗和非凡才智获得巨大成功。像许多天才人物一样,少年时代的爱迪生喜欢苦思冥想,爱提古怪的问题,在学校经常得不到老师的赞赏。据说在5岁那年,父亲看到他一声不吭地蹲在鸡窝里,问明缘由后才知道,原来他是在模仿母鸡孵小鸡。上小学时,老师因为总被他古怪的问题问得张口结舌,居然当着他母亲的面说他是个傻瓜,说他将来不会有什么出息。母亲一气之下让他退学,决定亲自教育。在家里的这段时间,爱迪生的天资得到了充分的展露。在母亲的指导下,他阅读了大量的书籍,并在家中自己建了一个小实验室。

爱迪生家境并不富裕,为了能支撑一个实验室的必要开支,他只好自己出去挣钱。一开始,他去火车上当报童。在这里,他也不忘干点什么有益的事情。先是自己办了一份报纸,自己印刷、自己发行,后来他又用积攒的钱在火车的行李车厢建立了一个小的实验室,继续从事其化学实验研究。不幸的是,有一次化学药品着了火,差一点把这节车厢都烧了。暴怒的行李员把爱迪生的实验设备都扔下了车,还打了他几个耳光。据说就是这几个耳光使爱迪生失聪了。

1862年,15岁的爱迪生做了一件见义勇为的大事。他在火车即将来临之时,从铁轨上救下了一个小孩。后来他才知道,这个小孩是车站站长的儿子。站长为此感激不尽,决定教他收发电报技术,以报答他对儿子的救命之恩。爱迪生学得很快,不久就成了最熟练的报务员。

19世纪60年代,电气开发热正席卷美国。就在爱迪生终于有钱买到一部法拉第的电学著作之后,他也很快被卷入了这股开发的热潮之中。1869年,爱迪生去纽约一家经纪人处找工作,正逢那里的电报机坏了,谁都束手无策。爱迪生自告奋勇,很快将它修好了,于是他得到了一份满意的工作。几个月后,他为华尔街的老板们设计了一台股票行情自动收报机。他本来想向感兴趣者索要5000美元,结果一家大公司的经理给了他4万美元。这项发明的成功促使爱迪生决意当一名职业发明家。次年,他辞去了原来的工作,自己开了一家咨询公司,专门从事发明和技术开发工作。他改进了电报机,发明了蜡纸和油印机,将公司办得有声有色。

1877年,他做出了一个使他声名鹊起的伟大发明:留声机。他将一张锡纸包在圆筒上,再让一根小针浮在滚筒的表面,将话筒后面的声波振动装置与小针固定相连。当人说话时转动圆筒,声波的振动通过小针在锡纸滚筒上划出一条刻痕,这条刻痕就将人声记录了下来。下一次当小针再沿着它移动时,就将原先的人声再现出来。留声机被称为“会说话的机器”,在当时非常轰动。人们均惊叹人类居然能够创造出这样奇妙的东西来。当时爱迪生才29岁。

1878年,爱迪生将兴趣转到电灯的研制上来。这时候的爱迪生已经是家喻户晓的大发明家。他只是在报上预告将发明一种家用电灯,煤气公司的股票就猛然下跌,因为如果真的出现了日用电灯,就意味着当时普遍使用的煤气灯要被淘汰。股票下跌反映出当时的民众对爱迪生非常信任。

研制电灯的关键是找灯丝材料。已经有不少人在这方面攻关,其中著名的有英国电机工程师斯旺。他从19世纪40年代末就开始研制,花了近30年的努力,终于在1878年发现碳丝很适合做灯丝。爱迪生先是独立工作,但屡屡失败,许多可发光材料或者一亮即灭,或者寿命不长。当时人们已经知道,在真空中灯丝可以保持更长的寿命,但能长到投入日常使用的材料还是没有找到。据说爱迪生试验了1600多种耐热材料和6000种植物纤维,但还是没有成功。1879年10月,爱迪生在一本杂志上看到斯旺用碳丝制成了白炽灯的报道,深受启发,10月21日,他用棉线烧成碳丝,再将碳丝装进灯泡,小心地抽成真空。当电灯通上电流时,灯丝发出明亮的光辉,而且持续了45个小时。这只灯终于成功了。

爱迪生并未满足,因为这只灯的寿命还太短。经过一次又一次的实验,他终于发现,竹子纤维在碳化后可以做灯丝,其寿命长达1200小时。爱迪生马上派人到世界各地选择竹子,最后终于发现,日本的一种竹子最适合做灯丝。爱迪生马上大批量生产这种灯泡,并且为此专门开直流电站,架设电网。到1882年,爱迪生已经在纽约建成了一个当时世界上规模最大的电力系统。他的直流发电机功率达到600多千瓦,为几千用户提供照明用电。

电灯的发明以及为此发明所做的重要推广,可能是爱迪生一生中最杰出的成就。正是他独自建立的电力系统为后来各国的电力建设提供了示范,推动了电力事业的发展。因此,人们常说,爱迪生创建的配套的供电系统甚至比他发明的电灯还要重要、还要伟大。在电灯的带动下,其他电力产业也成长起来。供电系统以及开关、灯座、灯具、电线、配电盘等电力用料陆续进入市场。爱迪生的发明极大地推进了电力工业的发展。

爱迪生在电气领域的另一项著名的发明是电影。早在1824年,英国医生罗吉特就发现了视觉暂留现象,即人眼睛里的物像能在物体消失后继续存留短暂的时间。根据这个原理,不连续的画面快速变动时可以在人眼中形成连续的景象。1889年,爱迪生开始着手研制电影机。他仔细研究了视觉暂留现象,并考察了法国人此前根据暂留原理制作的动画片,搞清楚了电影放映机的基本原理。1894年,他用电灯光和电动机制成了世界上第一台电影放映机,它可以将动画用电灯光投射到屏幕上。同年,他的公司拍摄了世界上第一部电影《列车抢劫》。

爱迪生在研制电灯泡的过程中,曾发现一个重要的物理现象:通电时的灯丝与灯泡内的金属板之间有电流流过。他当时并未意识到该发现有什么实用价值,但还是记录在案,并取得了发现专利。后人称之为爱迪生效应。实际上,十多年后这个现象就得到了解释。原来,灯丝发热时有电子发射出来,它与金属板之间正好形成回路。利用爱迪生效应,英国物理学家弗莱明于20世纪初发明了电子二极管,而电子管的出现引致了另一次技术革命。

爱迪生被称为“发明大王”是当之无愧的。他一生取得了1300多项发明专利。特别在电气应用领域,他更是硕果累累、功勋卓著。人们说,他是把电的福音传播至人间的天使。这是毫不过分的赞词。爱迪生成功的背后经历了许多失败。为寻找灯丝,他试验了数千种材料;为了试制一种新的蓄电池,他失败了8000次,因此爱迪生常常说:“天才不过是百分之一的灵感,再加上百分之九十九的汗水。”

1910年,美国通用电气公司的库利奇用耐热金属钨丝替代碳丝,制成了我们今天普遍使用的钨丝灯泡。1913年,朗缪尔建议在灯泡内充入惰性气体氦,以防止灯丝在真空中蒸发烧断,从而极大地延长了灯泡的寿命。此后的改进包括:1920年在灯泡内充入氩气,既使灯丝温度更高,发光更强,又不影响灯丝的寿命;1930年发明了荧光灯。自电灯发明以来,大自然的昼夜节律不再是人类社会生活的节律,“日出而作,日落而息”成了一个遥远的怀旧故事。