關(guān)于電弧光燈

問(wèn)題：什么是電弧光燈? 發(fā)光的原理是什么？電燈為什么不用鉑絲用鎢絲？是價(jià)格便宜么？ 

答案（轉(zhuǎn)）： 

他和派克教授閑聊的時(shí)候，聊起了電燈的話題。要知道，用電來(lái)照明在當(dāng)時(shí)并不是沒(méi)人干過(guò)。愛(ài)迪生心目中的偶像是法拉第，法拉第的老師是漢弗萊·戴維。戴維很喜歡擺弄電池。戴維很早就發(fā)現(xiàn)，電壓高了，容易打火花。于是戴維用電解用的碳棒接上了兩千個(gè)電池，搞出了一個(gè)明亮的電弧。其實(shí)就是讓兩個(gè)碳棒接觸一下，電流產(chǎn)生的高溫會(huì)導(dǎo)致周圍的空氣電離。把碳棒稍微分開(kāi)一點(diǎn)，就可以拉出一道電弧。 

戴維拉出了10cm長(zhǎng)的電弧，因?yàn)闅饬鞑环€(wěn)定導(dǎo)致電弧成了拱形，所以才叫電弧。這是戴維起的名字。電弧本身使得周圍空氣繼續(xù)保持電離狀態(tài)。電離后的空氣是導(dǎo)電的。只要掌握好分開(kāi)的空隙大小，電弧就能夠穩(wěn)定維持下去。 

現(xiàn)代的電氣設(shè)備，在開(kāi)關(guān)拉開(kāi)的一瞬間也會(huì)產(chǎn)生電弧，這種電弧對(duì)電器是有傷害的，因此現(xiàn)代可以采用多種手段來(lái)消除電弧。畢竟在現(xiàn)代，我們是不需要用電弧來(lái)照明的。但是最早用來(lái)照明的電氣用電弧來(lái)照明，帶來(lái)的問(wèn)題是光太刺眼了。因?yàn)殡娀》浅Ａ?，而且含有大量紫外線成分。我們想想看，要是用眼睛去看電焊的弧光，眼睛會(huì)非常的難受。而且電極都是用碳棒來(lái)做，弧光燈會(huì)冒出一些黑煙。要是去分析一下弧光燈冒出的煙霧的成分，恐怕還會(huì)找到不少氮氧化物的成分。電弧會(huì)使得空氣中的氧氣和氮?dú)獍l(fā)生化學(xué)反應(yīng)。生成一氧化氮，一氧化氮和氧氣反應(yīng)會(huì)生成二氧化氮，這是一種棕紅色的刺激性氣體。一氧化氮和二氧化氮都是對(duì)人體有害的氣體。 

所以電弧雖然可以照明，但是長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有實(shí)用化。戴維最早給大家演示電弧的年份現(xiàn)在沒(méi)辦法確定，1802、1805、1807和1809都被文獻(xiàn)提到過(guò)，但是都無(wú)法最終確定。俄國(guó)人彼得羅夫也在這段時(shí)間發(fā)現(xiàn)了電弧是可以用來(lái)照明的，但是沙皇并不重視，最后也就不了了之了。從19世紀(jì)初一直拖到了70年代，電弧照明也沒(méi)有什么人去用。 

隨著發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的改善，點(diǎn)亮弧光燈不再需要像戴維那樣湊足2000個(gè)電池了。有人開(kāi)始把弧光燈用在了室外照明上。海上的航標(biāo)燈可以用電弧燈，要的就是亮嘛。港口照明，體育場(chǎng)館照明都可以用電弧燈。 

派克教授跟愛(ài)迪生提到一個(gè)人，他叫華萊士，他在鼓搗電弧燈，派克教授建議愛(ài)迪生不妨去拜訪一下華萊士。派克教授提醒愛(ài)迪生，你還記得1876年世博會(huì)上，有人展出過(guò)電弧燈。愛(ài)迪生回憶起來(lái)，的確有個(gè)叫法默的人演示過(guò)3種電弧燈。他跟華萊士有什么關(guān)系嗎？派克教授說(shuō)，華萊士是法默的合伙人，華萊士也是康涅狄格州著名的銅器廠老板，專門生產(chǎn)黃銅和紫銅的。你有印象嗎？愛(ài)迪生還真的有點(diǎn)印象。 

9月8號(hào)，派克教授陪著愛(ài)迪生去了華萊士的工廠，《紐約太陽(yáng)報(bào)》的記者也跟在后面。愛(ài)迪生到了廠子，看到了一臺(tái)8馬力蒸汽發(fā)電機(jī)，他立刻倆眼發(fā)直，跑過(guò)去左看右看。這臺(tái)發(fā)電機(jī)可以帶動(dòng)8只弧光燈。愛(ài)迪生興奮壞了。像個(gè)進(jìn)了玩具店的孩子，看什么都喜歡。他甚至躺在人家桌子上，這種看見(jiàn)新鮮玩意兒就興奮的脾氣，愛(ài)迪生保持了一輩子，七老八十了，也還是這個(gè)脾氣。他一邊看，一邊在估算這些裝置的耗電量和成本。機(jī)器多大功率啊，耗多少煤。需要拉多長(zhǎng)的電線，等等諸如此類的問(wèn)題。 

最后，他直起腰來(lái)，跟華萊士打招呼。不過(guò)愛(ài)迪生很自信，他認(rèn)為他一定能擊敗華萊士。因?yàn)閻?ài)迪生估算下來(lái)覺(jué)得，弧光燈這條路是死路一條，是無(wú)法進(jìn)入千家萬(wàn)戶的。華萊士在弧光燈領(lǐng)域浸淫多年了，他也很有自信。不過(guò)華萊士老成持重，他欣然接受了愛(ài)迪生的挑戰(zhàn)。法默這個(gè)人倒是很有意思，他覺(jué)得自己的聰明才智都是上帝白送的，因此不能拿來(lái)賺錢。所以他在商業(yè)上沒(méi)多大興趣。 

弧光燈也在不斷地改進(jìn)之中。過(guò)去總是要細(xì)心調(diào)節(jié)兩根碳棒之間的距離，這很麻煩。而且高溫之下，碳棒也會(huì)氧化，也會(huì)消耗，消耗多了，碳棒之間的距離就會(huì)發(fā)生變化。電弧就很難維持。俄國(guó)人亞布洛奇科夫發(fā)明了一種電弧燈芯，是兩根平行的碳棒，中間隔著熟石膏或者是高嶺土之類的絕緣材料。這樣兩根電極哪怕消耗了，變短了，距離仍然是固定的。這種電弧燈有個(gè)外號(hào)叫“蠟燭”。燒兩個(gè)小時(shí)就燒光了。因此這種燈是不經(jīng)濟(jì)的。用在體育場(chǎng)的照明倒是不錯(cuò)，踢一場(chǎng)足球，一根蠟燭照明肯定夠用了。 

除了電弧燈之外，用電來(lái)照明還有另外一條路，那就是走白熾燈路線。伍德沃德和馬修斯曾經(jīng)搞出過(guò)一個(gè)白熾燈，中間加了一個(gè)碳棒。碳棒通電燒紅了，就可以發(fā)光了。他們申請(qǐng)了專利。后來(lái)還跟愛(ài)迪生鬧起了專利糾紛。1874年，他們?cè)诩幽么笊暾?qǐng)了專利。那時(shí)候你只能一國(guó)一國(guó)的去申請(qǐng)，你在美國(guó)申請(qǐng)了專利，人家歐洲不認(rèn)賬，反之亦然。以后我們講到飛機(jī)的時(shí)候再講這個(gè)制度上的Bug。這個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致歐洲的飛機(jī)水平后來(lái)居上，反超了飛機(jī)發(fā)明國(guó)美國(guó)。 

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現(xiàn)在剩下的問(wèn)題就是該死的燈絲壽命問(wèn)題了。現(xiàn)在看來(lái)，愛(ài)迪生的白熾燈泡簡(jiǎn)直毫無(wú)秘密可言。誰(shuí)都明白是什么道理，不就是通電以后燈絲發(fā)熱，燒到白熱化，進(jìn)而發(fā)光嘛，因此才叫白熾燈。關(guān)鍵問(wèn)題就在燈絲的壽命上，搞出長(zhǎng)壽命燈泡才是關(guān)鍵。 

該用什么東西去當(dāng)做燈絲的材料呢？這是一個(gè)材料學(xué)的問(wèn)題，但是當(dāng)時(shí)根本就沒(méi)有材料學(xué)。因此，愛(ài)迪生不得不自己上陣來(lái)測(cè)試材料。當(dāng)然他也不是亂測(cè)試，他的眼光主要及集中在兩類材料上。一類是貴金屬材料，代表是鉑金。鉑金化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不容易和一般的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。還有一類材料就是碳。碳是個(gè)非金屬材料，但碳是非金屬里面的異類，它的導(dǎo)電性不錯(cuò)。很多金屬材料受不了的環(huán)境，碳這個(gè)非金屬反倒沒(méi)事。 

當(dāng)然，愛(ài)迪生明白，碳是很便宜的東西，而鉑金非常貴。首先應(yīng)該把眼光放在碳元素這邊。但是他嘗試了無(wú)數(shù)次，總是在通電以后不久，燈絲就化作一縷青煙。愛(ài)迪生不得不采取海選的方式，各種又有機(jī)物都要碳化，然后來(lái)試試看能不能做燈絲使用。就連人的胡子和笤帚秒也不放過(guò)。但是還是沒(méi)什么太大的進(jìn)展。愛(ài)迪生不得不轉(zhuǎn)向鉑金燈絲，可是鉑金燈絲也撐不住，很快就會(huì)燒斷。愛(ài)迪生設(shè)計(jì)了一個(gè)雙金屬片，兩個(gè)膨脹率不同的金屬鉚在一起，因?yàn)槭軣嵋院笈蛎洸痪鶆颍p金屬片會(huì)發(fā)生彎曲。 

愛(ài)迪生利用這個(gè)特性，設(shè)計(jì)了一個(gè)斷路保護(hù)器。當(dāng)鉑金絲的溫度太高了，就要融化了，雙金屬片剛好變彎，斷開(kāi)電路。這樣等溫度降低了，雙金屬片恢復(fù)原狀，電路再次接通。這樣就可以防止白金燈絲燒斷。愛(ài)迪生還為此申請(qǐng)了專利。但是白金燈絲還是扛不住，還是會(huì)被燒斷。愛(ài)迪生實(shí)在是沒(méi)辦法了，不得不嘗試更多的金屬材料。 

進(jìn)入1879年，愛(ài)迪生的工作非常繁忙，雖然家就在幾百米之外，他也沒(méi)時(shí)間回去，吃飯也馬馬虎虎，經(jīng)常是一個(gè)蘋(píng)果餡兒餅就打發(fā)了。5萬(wàn)美元很快花光了，但是長(zhǎng)壽命燈泡還是沒(méi)能拿出來(lái)。投資人都沉不住氣了。愛(ài)迪生不得不花時(shí)間去安撫投資人，把他們請(qǐng)到門羅帕克來(lái)看看。門羅帕克其實(shí)沒(méi)有像樣的火車站。這地方只有一個(gè)簡(jiǎn)單的不能再簡(jiǎn)單的站臺(tái)，還是木頭的。地勢(shì)倒是比較高，算是紐約和賓夕法尼亞之間的最高點(diǎn)。 

各位投資人來(lái)看了看，他們重新燃起了對(duì)愛(ài)迪生的信心，愿意追加5萬(wàn)美元的投資。愛(ài)迪生的經(jīng)濟(jì)危機(jī)才安然度過(guò)。一直到了3月份，愛(ài)迪生還在折騰各種金屬材料。那些稀有金屬被他折騰了個(gè)遍。他可能不知道，遠(yuǎn)在德國(guó)的小城烏爾姆，一個(gè)嬰兒呱呱墜地，他的家族也將于燈泡結(jié)下不解之緣。但是這個(gè)男孩最終將放棄家庭為他設(shè)計(jì)好的工程師之路，他成了20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家。他就是阿爾伯特·愛(ài)因斯坦。 

時(shí)光飛逝，在實(shí)驗(yàn)室里忙碌的愛(ài)迪生怎么也不會(huì)想到，歷史已經(jīng)悄悄的迎來(lái)了轉(zhuǎn)折點(diǎn)，當(dāng)人們?nèi)鐗?mèng)初醒的時(shí)候，有些人已經(jīng)再也跟不上時(shí)代的腳步。那個(gè)影響了20世紀(jì)歷史進(jìn)程的人，此時(shí)還在搖籃里甜甜的睡著。格魯吉亞的鄉(xiāng)村是那么寧?kù)o，大家也完全想不到這個(gè)孩子未來(lái)會(huì)震撼世界。他的大名叫約瑟夫·維薩里奧諾維奇·朱加什維利。成年以后以后，他對(duì)這個(gè)姓氏非常不滿意，完全不能反映他的性格和理想，他改姓斯大林，意思是鋼鐵。 
大家可能感覺(jué)到1879年是個(gè)什么樣的年份了。平靜，也不平靜。 

我們不扯遠(yuǎn)了，我們兜回來(lái)說(shuō)門羅帕克實(shí)驗(yàn)室。門羅帕克來(lái)了位新員工，他叫厄普頓，在德國(guó)上過(guò)大學(xué)。對(duì)于數(shù)學(xué)非常熟悉，愛(ài)迪生恰好對(duì)數(shù)學(xué)不怎么熟悉。這也是取長(zhǎng)補(bǔ)短。厄普頓利用電學(xué)原理，計(jì)算出了燈絲應(yīng)該具有200歐姆以上的電阻。這到是和愛(ài)迪生毛估出來(lái)的數(shù)值大差不差。有了理論的支持，實(shí)踐之中可以少走不少的彎路。 

但是，厄普頓也出過(guò)一回糗。幾個(gè)人在討論燈泡的體積有多大。幾個(gè)搞數(shù)學(xué)的算了一晚上也沒(méi)算出來(lái)。因?yàn)闊襞萑桥赃吥莻€(gè)玻璃吹管工手工吹出來(lái)的，形狀不規(guī)則。后來(lái)愛(ài)迪生的秘書(shū)回憶，愛(ài)迪生抬手拿起一個(gè)燈泡嗎，灌滿了水，然后把水倒進(jìn)量杯，燈泡的容積也就算出來(lái)了，體積也大差不差。這么容易的事兒，兩個(gè)大學(xué)生硬是熬了一宿沒(méi)搞定。所以說(shuō)，愛(ài)迪生打心眼里有點(diǎn)看不上書(shū)呆子。 

但是，沒(méi)有厄普頓還真的就不行。愛(ài)迪生意識(shí)到燈絲燒毀的問(wèn)題其實(shí)是因?yàn)闊襞莸恼婵斩炔粔蛟斐傻?，那么如何獲得更加純凈的真空就成為首要問(wèn)題了。厄普頓告訴愛(ài)迪生，附近的普林斯頓大學(xué)有一套真空泵，是德國(guó)的斯普林格設(shè)計(jì)的，第二天，厄普頓就把真空泵扛回了門羅帕克。 

有了真空泵的加持，愛(ài)迪生又回到了碳燈絲的老路上，他一次次的測(cè)試，碳元素的形態(tài)實(shí)在是太多樣化了。各種有機(jī)物碳化以后，性質(zhì)其實(shí)是有差異的，沒(méi)辦法，不得不一點(diǎn)一點(diǎn)的測(cè)試。最后，愛(ài)迪生把燈泡里的氣壓降低到了百萬(wàn)分之一大氣壓。他成功了，棉線碳化以后做成的燈絲點(diǎn)亮了足足45個(gè)小時(shí)。這一天是1879年的10月21日，這一天一般被認(rèn)為是實(shí)用白熾燈泡的誕生之日。 

進(jìn)入11月份，愛(ài)迪生的頭等大事就是申請(qǐng)專利，就在這個(gè)時(shí)間段，一個(gè)英國(guó)人的生命也走到了盡頭。1879年這個(gè)年份讓那么多原本素不相識(shí)的人聯(lián)系在了一起，叫人不得不感慨歷史的神奇。