1.電燈時代的前夜
在古希臘神話中,人類是神普羅米修斯創造的。他也充當了人類的老師,凡是對人有用的,能夠使人類滿意和幸福的知識,他都教給人類。同樣的,人類也用愛和忠誠來感謝和報答他。但最高的天神宙斯卻要求人類敬奉他,讓人類必須拿出最好的東西獻給他。普羅米修斯的種種行為觸犯了宙斯。
作為對他的懲罰,宙斯拒絕給予人類為了完成他們的文明所需要的最後的物品——火。但普羅米修斯卻想到了壹個辦法,用壹根長長的茴香枝,在烈焰熊熊的太陽車經過時,偷到了火種並帶給了人類。火改變了人類歷史,蒸氣推動了工業革命,而電氣則又讓壹個新的時代興起了。
電燈是19世紀末最著名的壹項發明。
在愛迪生2000件大小發明中,最重要、最輝煌的發明要算電燈和配電系統,是愛迪生把光明帶給了人類。在愛迪生著手進行電燈的研究時,壹般家庭普遍使用天然氣燈。天然氣的發明那時已有70年的歷史,代替了以往的石油燈和蠟燭,得到了飛速的發展。
但是使用天然氣燈,必須每家每戶都安裝天然氣管道以供應天然氣,所以只能用於城市,在美國大部分人則無法使用。另壹方面,想要利用電進行照明的研究也壹直在進行著。在電燈問世以前,人們已初步掌握了關於電的知識。第壹個開始這項研究的是英國科學家戴維。1808年,戴維為做壹項實驗聯結了2000個電池,並在電池兩極伸出來的鐵絲綁上了炭棒。在炭棒接觸鐵絲的壹剎那,發生了壹個奇怪的現象:兩塊炭條間產生了強烈的光,是煤油燈和天然氣燈所無法比擬的。於是戴維馬上想到了電燈,他想將電利用於照明。經過了長期不懈的研究,發明了這樣的照明燈,被稱為弧光燈。
但是弧光燈很粗糙,而且炭條極易損耗,需經常更換,使用亦不方便,它的光線很強,只能裝在街道或廣場上,而且亮不上幾個小時就要熄滅。當時,壹般家庭使用的還是煤油燈或煤氣燈。無法普及到每個家庭,但正是以它為契機,發明更為便捷的電燈研究才提上了歷史日程。
2.“發明大王”的少年時代
愛迪生1847年出生在美國俄亥俄州的邁蘭市。他的父親經營著木材加工廠,愛迪生是4個孩子當中最小的壹個。發明大王愛迪生從小就是壹個對任何事情都懷有好奇心的孩子。他為了孵出小鵝,曾像母鵝那樣孵過鵝蛋;為了能使人飛上藍天,他讓自己的朋友喝過酸液,由此險些釀成大禍。童年的愛迪生因喜歡尋根求源,被學校老師視為“弱智兒童”,而由其母親領回。因此,愛迪生壹生的全部學校生活只有三個月。
愛迪生從母親那裏學到的東西很多,超過壹般小學的課程。在母親熱心的教育下,小愛迪生的學識提高得很快。有壹次,母親給小愛迪生買了壹本叫做《科學的學校》的書。那本書裏記載著很多關於科學實驗的內容。小愛迪生認真地讀完以後,每壹項實驗都做過了。從此,愛迪生漸漸成了壹個實驗狂。在他童年的房間裏,亂七八糟地放著很多科學書籍和實驗器材。
在愛迪生12歲那年,他的家鄉有了蒸汽機車。由於家庭經濟困難,小愛迪生聽到招收火車上賣報員的消息,馬上去應聘了,從此他成了火車裏的報紙郵遞員。在賣完報紙後,愛迪生會利用余下的時間看書。小愛迪生又想了壹個絕妙的辦法。他請求熟悉的車長把客車的壹小部分變成屬於自己的房間。他把家裏的實驗器材都搬了上去,在那裏開設了壹個實驗室。
由於那時美國正爆發南北戰爭,所以人們特別關心時事,小愛迪生在火車上賣報紙的生意也非常不錯。兩三年後,他在列車上自己主編了壹份《先鋒周報》,連英國的《泰晤士報》都轉載它的消息。工作余暇,他刻苦讀書,如癡如醉地進行各種科學實驗。有壹天,因火車晃動太大,架上的壹瓶黃磷落地,引起了火災。幸虧人們及時救火,才把火撲滅了。車長發怒了,把他的儀器和藥品全部丟到車外,而且狠狠抽了小愛迪生三個耳光,使他左耳從此聾了。
15歲那年,愛迪生在鐵路上搶救了站長兼報務員麥肯基的兒子免於車禍。麥肯基為了報答愛迪生,答應把電報技術教給他。不久,又讓他當上了車站上的電報員。16歲時,愛迪生發明了自動發報機。正是由於這臺自動發報機,他被視為“貪懶”而被解雇了。此後幾年裏,愛迪生多次更換不同職業,常因搞發明改革被視為“不務正業”而多次被解雇。
愛迪生21歲,他去了波士頓市。他壹生獲得的1000多種發明專利當中,第壹個發明就誕生在波士頓。他在波士頓獲得了“自動電子投票記錄機”的專利。
1870年,愛迪生在新澤西州紐瓦克購買了壹個車間,開始生產自己發明的股票行情自動收錄機。這次愛迪生獲得了成功,也因此賺得了很多錢。1876年,29歲的愛迪生在離紐約40千米的門羅公園創建新的研究中心——“門羅研究所”。這壹創舉,不但在愛迪生壹生事業中具有不可估量的意義,而且它是美國,也是世界上第壹個工業科學研究機構,標誌著集體研究的開端,為後來美國以及世界各國建立大型工業研究機構樹立了榜樣。
3.愛迪生的家庭生活
瑪麗·史迪威是愛迪生的第壹位妻子。她在紐瓦克工廠工作時遇到愛迪生,她非常了解她要嫁的這位年輕人。1884年,瑪麗不幸死於傷寒。
米納·米勒是愛迪生的第二位妻子,20歲時嫁給了愛迪生。起初,因為愛迪生與她的年齡相差太大,她的父母並不支持這樁婚姻。愛迪生教米納·米勒使用電碼,以便兩人可用秘語交流。
瑪麗讓他的丈夫隨心所欲地去工作、穿衣和吃飯。米納卻努力去修正丈夫那種大大咧咧的舉止,她指出吸煙和隨地吐痰是文明社會所不允許的行為。
4.向電力照明發起進攻
愛迪生想:“要是讓家家戶戶都用上電燈該多好啊!”
1878年9月,愛迪生真的向電力照明這個堡壘發動進攻了。消息壹傳開,立即轟動整個美國,也波及英國,使倫敦煤氣股票大跌。
愛迪生開始投入緊張的科學實驗。他先從試驗白熱燈入手。這種燈的原理是,把壹小截耐熱的材料裝在玻璃泡內,接上電源,當它燒到白熱化的程度時,玻璃泡便由熱而發光。根據這個原理,愛迪生認為,要想搞好試驗,首先就要找到壹種合適的耐熱材料。
壹天晚上,愛迪生坐在書桌旁,拔亮煤氣燈,取出紙筆,把自己所能想到的耐熱材料全部寫出來,最後清點壹下,***1600多種。第二天,他安排人力把這些材料備齊。然後,分門別類地進行試驗;同時,他又在電燈的結構上動腦筋,不斷改進抽氣方法,力求玻璃泡內達到絕對真空程度。在這期間,愛迪生絞盡腦汁,費盡心機,廢寢忘食,夜以繼日,但試來試去卻總是達不到理想的效果。
直到1879年10月1日在《科學的美國人》雜誌上看到了斯旺用炭絲做燈絲的報道,才重新研制炭絲燈泡。他還想建立發電機、電線及電纜系統,像煤氣管道網絡壹樣把電帶給每個人。愛迪生研究電燈的工作得到了許多資本家提供的研究費用,使愛迪生能夠全身心投入研究。
5.各種材料的嘗試
1978年時,愛迪生已進行過電燈研究。當時用紙燒制了炭,並將其分割為細條,然後通電發光。但那是在空氣中進行的,炭線馬上就燒壞了,因為當時沒有真空閥,無法制造真空環境。此外愛迪生又試用了白金線、鉻、硼等材料,均不如意。直到真空閥也被發明出來後,可以制造真空環境了。愛迪生將炭線和白金線又重試了壹遍,並發現白金線在真空中具有耐高溫的特點。愛迪生經過不斷地研究,於1879年研制成功了使用白金線的25瓦真空燈泡。這項成果於1879年4月獲得專利。但是由於白金價格昂貴,這種燈泡制作成本高昂,不利於普及。於是愛迪生又回到了對炭線的研究中。
做出壹個巨大電阻的導芯是弱化電流的第壹個條件,但用炭制出導芯卻不是壹件簡單的事。愛迪生為此絞盡了腦汁卻壹直沒有什麽好辦法。可是有壹天,他看到地上掉了壹根線,忽然有所頓悟。愛迪生將尼龍線剪成壹定長度,並往上塗了煤焦油和炭粉,然後將它放進鎳制的馬蹄形模具裏烘烤。果然不出所料,細細的炭線制造出來了。其後愛迪生用了兩天時間將炭線彎曲,放進玻璃燈泡,並小心翼翼地抽掉了裏面的空氣。
1879年10月21日,這是無比莊嚴和緊張的壹天,大家屏住呼吸,看著愛迪生用顫抖的手接上導線,合上開關。電燈啪地亮了,研究所裏響起了歡呼聲,就是這壹天——人們期待已久的電燈開始照亮了人們的生活。電燈發了45個小時的光才滅了,使他們像夢醒般地清醒過來。
愛迪生很自豪地拿著他早期發明的電燈泡走進了專利局。這項持續的光源的發明,改變了人們的生活和工作方式。愛迪生成功的關鍵在於找到壹種能夠在燈泡內發光而不至於完全燒毀的燈絲。
愛迪生發明電燈的消息震驚了世界,給世界帶來了喜悅。任何壹個度過停電夜晚的人都會深刻地理解這種喜悅。但愛迪生沒有止步,繼續致力於對電燈的改進。為了研制更為耐用的燈芯,愛迪生試了幾千種植物纖維,並變換了烤、燒、壓縮等各種加工方法,但仍未見功效。
靈感之神總是來得那麽巧。這年夏季的壹天,愛迪生埋頭在實驗室裏工作,他熱得滿頭大汗,便順手拿起壹把竹扇子扇涼。扇著扇著,突然,他目不轉睛地盯住扇子看。不壹會兒,他又把扇子撕成碎片,放到顯微鏡下仔細觀察。看著看著,高興得情不自禁地跳了起來說:“嗨!我原來怎麽就沒有想到用炭化竹絲呢?”
於是他馬上跳起來,從竹條中抽取纖維,壹烤,成了結實的燈芯。愛迪生將竹絲制成的燈芯密封到燈泡裏,抽取空氣,通上電流。光度比第壹個燈泡更亮,而且壽命也延長了好幾天。
在這又壹次的成功中愛迪生獲得了力量,為了找到更耐用的燈芯,他幾乎試遍了各種竹子。到了1880年,炭化竹絲燈芯白熾燈泡的壽命第壹次突破了600個小時。
“這下該滿意了吧!”助手們也都高興地說。
以後,愛迪生還在繼續研究,使電燈質量不斷提高。後來,他又把竹絲燈泡改成鎢絲燈泡,這就是我們現在使用的電燈泡。為了這只小小的電燈泡,愛迪生先後花了12年時間,進行了數以千次的試驗,傾註了大量的心血。
愛迪生發明電燈經過了壹段曲折的過程。開始做的燈泡使用壽命極短,主要是燈絲易被燒斷,電燈燈絲的溫度高達2300℃~3000℃,壹般金屬在這個溫度下就會熔化。經過了許多試驗,最後才選擇熔點最高的金屬鎢來制造燈絲,鎢的熔點是3410℃。鎢雖然具有較高熔點,仍不能使燈泡經久耐用,其原因是金屬鎢在高溫下易與氧發生反應。鎢氧化後,變成三氧化鎢。
後來,人們把燈泡裏的空氣抽出來,使燈泡內處於真空狀態,鎢絲不被氧化,燈泡的壽命便延長了。
愛迪生發明電燈的消息傳遍世界以後,各國紛紛要求使用這壹成果。但當時沒有發電廠,只能用伏打電池供電。每個伏打電池都有枕頭那麽大,點亮電燈需要100個這樣的電池,所以供電燈使用的電不能從這樣龐大的電源中來,它在壹般家庭中無法使用。
愛迪生看到了發明發電機的必要性,並認為需研制可輸電的方法。於是研制燈泡的研究所變成了電力研究所。愛迪生訂購了性能優良的蒸汽設備,改進了發電機,並於1882年在紐約成立了世界上第壹家中央發電所。這個發電所裏有經愛迪生進壹步改進的發電設備和輸電設備。用這個發電機所發出來的電,經過電線可給附近的800個電燈供電。壹年後,可供電的數量增加到了1700個。人類的生活從此大大地改觀了。
在電的歷史上,愛迪生的貢獻絕非僅僅是電燈。1880年壹年內,愛迪生所獲得的專利中關於電燈的有32項,配電的有7項,燈口等電燈零件有5項,發電機3項,足見他的貢獻有多大。
6.愛迪生時代
發明電燈以後,愛迪生繼續著他的發明事業。電車、攝影機、蓄電池、電信機,他的發明專利達到了1300項之多。在如此眾多的發明之中卻沒有壹項是武器或火藥。這是愛迪生熱愛人類幸福和和平的最好證明。“為人類的幸福生活而發明”,這是愛迪生壹生的信念。愛迪生的筆記表明雖然他未受過訓練,他卻懂得很多科學原理。他有很科學的研究方法值得我們借鑒。愛迪生既是個喜歡花大量時間在實驗室工作的“舊式”發明家,又是壹個現代派商人,能夠組建專業的工作小組,還把利潤投入到研究工作上。他出生時,世界還是處於“黑暗時代”;他去世時,世界已進入了機械技術和電子的時代。在愛迪生80歲高齡之際,1929年5月30日,美國總統胡弗主持召開了愛迪生電燈發明50周年慶祝會。兩年後的1931年10月21日,這位偉大的發明家走完了他光輝的壹生。這天全美國都向這位“門羅公園魔術師”致敬,人們關掉所有的燈及電器設備,持續壹分鐘,整個美國壹片黑暗。歷史會永遠銘記偉大的愛迪生時代。