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发明故事:充气灯泡

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发明故事:充气灯泡 标签:充气灯泡 发明故事

  1879年,美国著名的发明家爱迪生发明了炭丝电灯。这种电灯与以往的电弧灯相比,无疑显得实用多了。它的出现,标志着人类使用电灯的历史正式开始。然而,这种炭丝电灯亮度不理想,灯丝的制作方法比较复杂,使用的寿命也不是很长。因此,世界各国的科学家都在致力于白炽灯的改进。

  在炭丝电灯诞生30年后的1909年,美国通用电器公司的库里基发明了以钨丝做灯丝的电灯泡。这种电灯与炭丝电灯相比,又前进了一步,但由于通电后钨丝极易变脆,因此它的使用寿命也受到影响。

  1909年夏天,一位叫兰米尔的化学家来到美国通用电器公司工作。这位化学家造诣颇深,兴趣广泛。兰米尔刚进入公司时,公司研究实验室主任惠特尼博士并没有立即分配兰米尔做什么工作,而是建议他花几天时间到各个实验室走一走,看一看是否有他感兴趣的课题。

  兰米尔来到研究钨丝电灯的实验室。他知道这个实验室正在攻克延长钨丝寿命的难关。

  “你们采取什么办法来解决这个问题呢?”兰米尔问大家。

  研究人员告诉他,目前最佳的方案是把玻璃内的气体全部抽出。这种“真空灯泡”的研究引起了兰米尔的浓厚兴趣。他高兴地加入了这种课题的研究。

  “要延长钨丝的寿命,必须要先了解钨丝‘短命’的原因。”兰米尔一头就扎进了钨丝变脆原因的研究。他认为钨丝变脆是钨丝内的气体杂质引起的。因此,他向惠特尼建议:“我们必须在高真空的条件下加热各种灯丝样品,以测定各种情况下所产生的气体量。”

  惠特尼很注重兰尔米的新见解,他同意兰尔米专门从事这项研究,并给他配了几名助手。

  经过一段时间的研究,结果表明兰尔米的想法是对的。没有在真空条件下经长时间加热的灯泡玻璃,它的表面会慢慢释放水蒸气,而这水蒸气与灯泡内的钨丝发生了化学反应,产生了氢气。此外,灯泡接头的地方,一些材料也会释放出一些气体。正是这类气体的化学作用,使钨丝变脆、灯泡玻璃壁变黑,降低了钨丝灯的使用寿命。

  找到了问题的症结,这只是迈出了胜利的第一步。问题该如何解决呢?

  兰米尔的同事们,包括惠特尼博士都认为,解决这一问题的办法是进一步提高灯泡的真空度。确实,爱迪生以及以后的许多科学家,为了提高灯丝的寿命,都是在灯泡真空度上做文章,而且也取得了一定的成绩。因此,顺着这条路走下去,便成了大家很自然的想法。

  可是,兰米尔是一位独创性很强的科学家。他不同意大家的意见。他建议采用与抽真空相反的方法,即充气的方法,把各种不同的气体分别充入灯泡,看看各种不同的气体跟钨丝“相处”得怎么样。兰米尔打比方说:“这好比把手伸到灯泡里,让我们亲自‘触模’一下钨丝。”

  “这种方法没有人做过,肯定行不通。”

  “这种方法绝对解决不了问题。”

  面对大家的不同看法,兰米尔微笑着说服大家。惠特尼博士虽然也有不同的观点,但他还是支持兰米尔试一试。

  于是,兰米尔分别把氢气、氮气、氧气、水蒸气、二氧化碳等气体充入灯泡,并采用不同的温度、压力等外界条件进行试验。

  试验结果表明:在高温下,氢原子从钨丝上扩散,扩散的氢原子重新结合在一起,剧烈地增强气体的导热作用。这对于灯泡来说,将会使它热得受不了。

  试验结果还证实,灯泡的变黑确实是钨丝蒸发所致。因为灯泡充入水蒸汽后,水蒸汽分子与热钨丝接触,产生钨的氧化合物,附在灯泡壁上,使灯泡变黑。

  最后,兰米尔发现,在高温下氮气并不离解,许多蒸发出的钨原子撞击到氮分子后又乖乖地回到了钨丝上。显然,氮气对钨丝有保护作用。也就是说,氮气能使钨丝寿命延长。

  “终于找到了新方法了!”兰米尔高兴得跳起来。经过4年进一步的研究,兰米尔终于在1913年发明了功率大、寿命长、效率高的充气灯泡。

  后来,兰米尔又把小直径灯丝圈成螺旋形,减少了热传导损失,并且发明了以氖气代替氮气而制成的小功率充气灯泡。

  1928年,兰米尔由于发明充气灯泡和对高温低压下化学反应的研究作出的突出贡献,获得了美国化工学会颁发的帕金奖章。

  1932年,兰米尔由于在化学上取得重大成就,获得诺贝尔化学奖。

  直到今天,我们仍在使用兰米尔发明的充气电灯。

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