第五章 让黑夜变得光明
第五章 让黑夜变得光明 (第2/3页)
中含有某些虚荣心。声明中多少还流露出对他的前人所进行的那些研究评价不高的情绪。
爱迪生所担负的任务的确是复杂的，而且与各种科学领域，首先与电工技术，同样也与化学，有着密切的联系。爱迪生对当时所面临的一些化学性质的问题，他开始并不太放在心上。他说：“化学是一门伟大的科学。在所有科学中我最喜欢化学！”但在研究电灯中有关化学问题和化学工艺问题，要比他最初所预料的多得多。在良好结构的电灯制造过程中，有许多东西要取决于这些试验的顺利进行。此外，提高灯泡内的真空度，性能良好的真空抽气机等条件也起了巨大作用，因为保证应有的真空度是电灯正常发光的必要条件。改进电能的生产和分配也起了重要作用。质量好的发电机，应保证以最简单的、最恒久的方式，把廉价的电能供给电灯使用。这两个装置，即真空抽气机和发电机，早在爱迪生开始研究白炽灯之前就已制造出来了。但爱迪生在这些重要的辅助机器中又增添了许多新东西，而如果没有这些重要的辅助机器，白炽灯的制作就不能获得圆满成功。从1809年到1878年曾颁发了许多白炽灯专利特许证，虽然所提出的各种型号的电灯中没有一个被实际采用，但从技术思想的发展观点来看，这些电灯显然很令人感兴趣（最主要的电灯型号都列在下面的一览表中）。电灯的结构极为不同，灯丝有金属的、也有炭质的，灯丝的形状有棒式的、薄片式的、条式的、金属丝或金属线式的，而有时则是用金属丝制成的环形或螺旋形的。在有些结构中，灯泡里的空气被抽掉了，而在另一些结构中，灯丝装在充满空气或惰性气体的空间。著名的英国科学家和发明家德·弗·斯旺，直到1878年才提出了带有如铅笔芯状的细炭棒灯丝的真空型电灯。斯旺只是在爱迪生制出炭丝电灯之后才转而制造这种真空灯的。
我们列举了在爱迪生的白炽灯出现之前就已提出来的那些最主要的白炽灯图形，其中有些白炽灯是发明家们获得专利特许证的，但没有一种曾投入生产，所有这些白炽灯都停留在演示和实验室研究的阶段。
1809年到1878年期间所提出的白炽灯的主要类型年份发明者国籍灯丝类型灯泡腔灯泡类型1809年德拉留英国螺旋形铂丝真空度不高有两个黄铜管脚的玻璃管1838年若巴尔比利时炭精棒真空玻璃灯泡1840年格罗夫英国螺旋形铂丝空气扣到有水的盘子里的杯子1841年德·莫林斯英国螺旋形铂丝间的粉状炭真空封闭玻璃球1845年斯塔尔美国1.铂带2.石墨棒1.空气2.真空1.封闭玻璃球2.汞柱上的封闭玻璃管1848年斯泰特英国弯曲的铂铱棒空气封闭玻璃球1849年佩得里美国铂铱棒空气没有灯泡1850年舍佩尔德美国紧贴着炭锥体的炭筒真空封闭玻璃球1852年罗伯茨英国石墨棒真空封闭玻璃球1854年戈贝尔德国炭丝真空封闭玻璃管1856年德·尚日法国1.螺旋形铂丝2.炭棒1.空气2.真空1.玻璃管2.封闭玻璃管1859年法默美国铂带空气没有灯泡1860年斯旺英国炭化带或纸制电阻丝真空放在黄铜板上的玻璃罐年份发明者国籍灯丝类型灯泡腔灯泡类型1865年亚当斯美国炭片真空封闭玻璃灯泡1872年罗德金俄国1.炭棒2.V形石墨棒1.真空2.氮1.封闭玻璃灯泡2.封闭玻璃灯泡1875年利兹洛夫俄国石墨棒氮封闭管1875年贡恩俄国石墨棒真空封闭管1876年布雷金俄国石墨棒真空封闭管1877年马克沁美国铂带空气没有灯泡，有一个过热调节器1878年方丹法国炭棒真空封闭玻璃灯泡1878年斯旺英国炭棒真空封闭玻璃灯泡1878年爱迪生美国螺旋形铂丝空气带有过热调节器的玻璃筒。
爱迪生在1878年基本上转到了制造白炽灯的试验上。金融界采取了观望的态度；不是所有的人都相信爱迪生的努力会获得圆满成功。在与瓦斯工业有牵连的部门，出现了严重危机的阴影和新的暂时还不明显的惊慌不安的心情。但技术界却认为爱迪生的研究工作具有极其重要的意义。1879年末，当光源本身——真空炭丝白炽灯顺利完成第一阶段的制造工作的有关消息发表后，人们想知道爱迪生的成就的愿望就特别迫切了。文明世界也在焦急地等待着爱迪生在电照明方面取得成就的真实性及其详细的消息。假如爱迪生真的创造出一盏能供日常照明需用的灯，而这种灯又没有以前电照明和瓦斯照明所固有的那些缺点，假如新的灯电费便宜，易于控制，易于调节，便于使用，便于维修，那么那个时代里最重要的一个技术问题就算得到了解决。爱迪生正确地理解了任务的实质，就为完成任务选择一条正确的捷径。他的前辈就没有过这样的理解，所以他们所获得的成就就只是有限的和局部的。令人非常惊异的，不是爱迪生对全部问题或在某些细节上得出正确的概念，而是他的前辈中不曾有一个人持有这些见解：如果电灯中的灯丝是强阻抗，那么只要把电灯并联接入恒定电压网中，任何数量的电灯都能发光。现在来说，这已是一个妇孺皆知的明显的真理。所以，我们简真难以想像到当时人们究竟难在什么地方。但我们只要翻阅一下70年代末的技术书籍就会确认，许多观点在当时是极其模糊和荒谬的。所有的发明家都持这种见解：为使电能在某些电源间分路，就需要有一种能串联到高压供电网的低阻抗灯丝的电灯。爱迪生在研究的第一阶段就研制带有由铂制成的灯丝的电灯，因为铂在当时被认为是最难熔化的金属。铂能拉制成细丝或线；铂在空气中甚至在白热化的高温下也很不容易氧化，因此就不需要真空空间。在研究铂丝电灯过程中，爱迪生曾试验给灯丝加上一层由氧化物或其他物质，特别是稀土族和炭的氧化物所制成的膜。例如，他就提出要给铂灯丝涂上一层钍和铈氧化物膜。他指出说，总发光面为5平方毫米的铂丝，在涂上了稀土族氧化物层后，可以大大增加灯丝的灼热度，这样就能使光通量增加几倍。在爱迪生的一个专利特许证中载明用细粉末状的铂（铂末）或其他铂类金属同氧化锆的混合物来制成灯丝。强阻抗的灯丝就是用这种混合物压制成的。从他的带有由铂制成灯丝的各种类型电灯的一些专利特许证就可以作出结论：当时爱迪生并没有足够正确地想像出，把铂丝上涂上一层膜的工序是什么。例如，爱迪生就在其中的一份专利特许证上写道：“如果把铂箔圆筒装到石灰棒上，那就会放出极好的光来；铱、钌、铑、钛以及其他难熔金属的扁平状物、线状物、棒状物和小球状物正像它们的导电的氧化物，如二氧化钛一样，被用来制造电灯。”有关制造灯丝所用材料的资料的缺乏，使爱迪生在已相当接近于创制出带有难熔金属灯丝的白炽灯时，却又只制造出一种实用的电灯即炭丝电灯。1879年4月12日，爱迪生领到了第一个带有强阻抗螺旋形铂丝的白炽灯的专利特许证（美国的专利特许证号码是第227229号），这种灯丝与引入的电极是用特殊方法接起来的。这种电灯是真空的，它是通过灯泡圆顶上的专门管子把空气抽出来。爱迪生也在其他国家，其中也包括在俄国获得了这种电灯的专利特许证（1881年12月11日的专利特许证，号码是第9657号）。但这种电灯还不能完全令人满意：它的使用寿命很短。生产铂丝电灯的困难是，铂在美国当时还未采掘，所以电灯的生产就得依靠进口的。此外，铂丝电灯由于过热很快就坏了，因为过热使铂丝很容易软化或熔化。因此转为制造炭化灯丝是完全必要的。经过炭化，金属就成了坚实的炭结构。炭化过程就是把材料放到不进空气的高温密封室里煅烧。
四
爱迪生又重新开始进行试验炭丝，把炭丝制成各种形状。爱迪生决定试验天然纤维。挑选最适合于制造灯丝的纤维是不容易的，天然纤维品种繁多。根据爱迪生所提出的任务，植物学家谢加多尼尔跑遍了美国南方，尔后又跑遍古巴来寻找和挑选各种纤维。爱迪生的其他两个助手也为此目的到了中国和日本，还有一个助手（布林南）到了巴西。门罗园终于收集了大量纤维植物的样品。结果发现只有三种植物最合适，其中最佳的是竹子。当时爱迪生组织了寻找纤维的“第二阶段”工作。他派遣精明干练的助手穆尔到中国的一些竹子种植场和竹子加工场。甚至试验了保存数百年的建筑物上的旧竹子。经过试验，决定用一种最常见的日本竹，因为这种竹子可以制成粗细均匀的、笔直的和容易分劈的纤维。他们把铂丝的螺旋形状改为了马蹄形状。在功率为8支烛光的灯泡里安装了一个马蹄形灯丝，而在功率更大的灯泡里安装二个到四个串联在一起的这种马蹄形灯丝。
初期试验阶段中的许多麻烦，都是由于从灯泡里抽出空气的工序所造成的。最初爱迪生使用了斯普伦格尔和盖斯勒的水银抽气机。但使用这种抽气机有水银中毒的危险，因为不得不在气温55度上下的充满水银蒸气的环境中工作。爱迪生使用了经过克鲁克斯改进的抽气机结构，并对该抽气机作了某些改进。1882年在门罗园安装了将近500台自动抽气机。爱迪生是这样描述自己在1879年的研究工作的进展情况的：
在我实验室的老记事簿上有这样的记录：经过许多次失败的试验后，我于1879年10月21日成功地炭化了一团棉纱，并使它成为马蹄形。我把它放进了一个密闭的玻璃灯泡里，灯泡里的空气被抽出到大气的百分之一的稀薄度。我开了这盏电灯，并马上测量了电阻：电阻是275欧姆。我们要力求做到的也就是这一点！后来我们就坐下来观察这盏电灯。我们很想知道，它能亮多长时间。如果能证明电灯使用寿命长，那么问题就算迎刃而解了。我们坐着，观看着，而电灯继续亮着。它亮得时间愈长，我们就愈高兴，我们之中没有一个人愿去睡觉，我们就连续48个小时没合眼。我们大家的心情都越来越振奋，坐在那里注视着电灯。电灯亮了45个小时，因此我就确信，合乎实用要求的电灯终于诞生了。
1879年11月4日，爱迪生向美国申请登记真空炭丝白炽灯。1880年1月27日，他领到了专利特许证，专利特许证的号码是第223898号。爱迪生在制造炭丝灯中获得一些初步成就后，就着手改进炭丝灯以延长其使用寿命。试验花费了4万多美元，试验结果证明这些开支是合算的。在电灯研制成之后，紧接着研制许多属于电照明系统的东西，需要发明或研制出的有发电机、调节器、电度表、开关、保险丝、照明用全部附件、电照明装置的导线和电缆，分线盒和许多其他零件，甚至包括绝缘胶布。所有这些大部分都是第一次发明的。
1879年，门罗园实验室的研究工作正在夜以继日，热火朝天地进行着。无论是爱迪生本人，还是他的助手们，无论夜间和星期天，都没有很好休息过。在1879年圣诞节前夕，研究工作基本告终：爱迪生的实验室、办公室、住所，还有几所住宅，都用上了电灯。在门罗园所在地的四周，安装了大约20盏电灯。这是世界上第一个白炽灯电照明设备，这个设备是从他那装有发电机的自备发电站那里获得能量的。
五
白炽灯到1879年末制成，并能让广大观众观看。白炽灯的生产，当时只是在门罗园实验室和工厂里进行，这就限制了大规模地进行照明演示。但是已经可以展出的那些东西，对于未来电照明的发展来说，是极其有益的和极其重要的。1879年12月21日的《纽约先驱报》用了整整一版篇幅，论述和报导爱迪生的白炽灯和照明系统。这种报导使爱迪生备受鼓舞，他决定要尽快地公开展出他所获得的成就，并要在年底以前完成白炽灯及其照明系统的制作，也就是说要在10天之内结束全部工作，并在除夕进行展出。在12月21日以后这段时间内，制造出了几百个由高级纸板炭化成的条状灯丝的灯泡。
1880年1月1日，有3000多人乘坐宾夕法尼亚铁路的火车来到门罗园，其中有官方人员、著名的社会活动家、科学家、新闻记者和工商界人士。但远非所有的人都怀着善良的愿望，某些参观者并不掩饰他们希望看到有某种缺陷能打消人们对电照明产生兴趣的心情。甚至有人还存心要直接破坏设备的正常工作。后来，每当爱迪生回忆起这次演示时，总是举这样一个事实：我想起有一位毕业于约翰·霍普金斯大学的著名电工学家参观实验室的情况。我们把灯泡摆放在桌子上，以便用实例说明在房屋内和街道上的正常布线问题。实验室的60名工作人员都派去照看器材，而且其中每一个人都要目不转睛地照看给自己所规定的那一地段的陈列品，密切注意不让任何一个参观者‘胡闹’。结果发现，所提到的那个参观者把一段绝缘电线缠在胳膊上，放在背后的衣服下面，而把线头抽出来拿在手里，以便不让任何人发现。他的目的是要把两个线头接到供电线上，在不被人发觉的情况下造成短路，使灯熄灭。这样，他就能够散布流言蜚语，说电照明装置的性能可以轻而易举地被破坏，因而引起人们对电照明持否定的态度。他不知道，可熔保险丝已被制造出来了，并被加以使用，也不知道，每组灯都有自己的保护装置。这位参观者用自己的电线同导线相接触，这只不过使四盏一组的电灯熄灭了。我们的值班者发现他这样干了，就把他叫了出来，赏给他一个极不好听的外号。
展览进行得特别成功，而且也有助于人们对爱迪生的电照明系统建立起充分的信任，产生很大兴趣。几千封请求帮助安
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