是谁发明了电灯泡?

摘要: 尽管人们通常认为爱迪生发明了电灯泡,但这位著名的美国发明家并不是唯一一个致力于发明这种革命性技术的人。许多其他著名的人物也因为他们的电池、灯和第一个白炽灯泡的发明而被人们记住。

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【博科园-科学科普】尽管人们通常认为爱迪生发明了电灯泡,但这位著名的美国发明家并不是唯一一个致力于发明这种革命性技术的人。许多其他著名的人物也因为他们的电池、灯和第一个白炽灯泡的发明而被人们记住。


早期的研究与发展


这个灯泡的故事早在爱迪生1879年获得第一个商业成功的灯泡之前就开始了。在1800年意大利发明家Alessandro Volta发明了第一种实用的发电方法——伏打电。这是由锌和铜的交替盘制成的,中间夹杂着浸泡在盐水中的纸板层,当两端连接着铜线时,就会产生电流。虽然Volta的发光铜线实际上是现代电池的前身,但它也被认为是白炽灯最早的表现之一。

在沃尔塔向英国皇家学会(Royal Society)提交了一份连续不断的电力供应后不久,英国化学家、发明家汉弗莱·戴维(Humphry Davy)发明了世界上第一盏电灯,把伏伏塔堆成炭电极。戴维的1802年发明被称为电弧灯,其命名为两根碳棒之间发出的明亮弧光。


虽然戴维的弧光灯在Volta的独立桩上是一个进步,但它仍然不是一个非常实用的照明光源。这个简陋的灯很快就熄灭了,在家里或工作空间里太亮了。但是在19世纪,在许多其他的电灯和灯泡的发展中,戴维的弧光背后的原理被广泛使用。


1840年英国科学家沃伦·德·拉·鲁(Warren de la Rue)发明了一种高效设计的灯泡,使用一种可卷曲的铂丝代替铜,但铂的高成本使灯泡无法获得商业上的成功。在1848年,英国人威廉·斯泰特发明了一种时钟机构,它可以调节灯泡快速腐蚀的碳棒的运动,从而提高了传统弧光灯的寿命。但是用来给Staite照明的电池所用电池的成本降低了发明者的商业风险。


约瑟夫·斯旺与托马斯·爱迪生


1850年英国化学家约瑟夫·斯旺(Joseph Swan)解决了以前发明家的成本效益问题,到1860年他发明了一种用碳化纸纤维代替铂制成的灯泡。1878年斯万在英国获得了一项专利,1879年2月他在英国纽卡斯尔的一场演讲中展示了一盏工作灯。就像早些时候对电灯泡的重新设计一样,天鹅的花丝被放置在真空管中,以尽量减少它们对氧气的接触,延长它们的寿命。对斯旺来说不幸的是,他那一天的真空泵并不像现在这样高效,而他的原型在演示中很好用,但实际使用却不切实际。


爱迪生意识到天鹅设计的问题在于灯丝。一个带有高电阻的细长丝会使灯变得实用,因为它只需要一点电流就能使它发光。1879年12月他展示了自己的电灯泡。斯旺在他的灯泡中加入了改进,并在英国成立了一家电力照明公司。爱迪生起诉专利侵权,但斯万的专利是一个强有力的主张,至少在英国这两个发明家最终联合起来成立了Edison - Swan United,这是世界上最大的灯泡制造商之一。


斯万并不是爱迪生面对的唯一竞争者。1874年加拿大发明家亨利·伍德沃德(Henry Woodward)和马修·埃文斯(Matthew Evans)申请了一项专利,发明了一种电灯的专利,这种电灯有不同大小的碳棒,在一个装满氮气的玻璃缸里电极之间。他们试图将他们的灯具商业化,但最终在1879年将他们的专利卖给了爱迪生。


爱迪生电灯的成功,随之而来的是1880年爱迪生电气照明公司的成立。该公司最初是由摩根大通(J.P. Morgan)和当时其他富有的投资者出资的。该公司建造了第一台电力系统和新专利的灯泡。1882年9月第一个发电站在曼哈顿下城的珍珠街(Pearl Street)开馆。


根据美国能源部(DOE)的数据,其他发明家如威廉·索亚(William Sawyer)和阿尔邦·曼(Albon Man),都放弃了自己的公司,将他们的公司与爱迪生合并成通用电气公司(General Electric)。


第一个实用的白炽灯泡


根据能源部的资料,爱迪生成功地超越了他的竞争对手,正在开发一个实用又便宜的灯泡。爱迪生和他的研究小组在位于新泽西州门洛帕克的爱迪生实验室进行研究在1878年到1880年间,测试了超过3000种灯泡的设计。1879年11月爱迪生为一盏带有碳丝的电灯申请专利。该专利列出了几种可能用于灯丝的材料,包括棉花、亚麻和木材。爱迪生在接下来的一年里为他的新灯泡找到了完美的灯丝,测试了超过6000个植物,以确定哪种材料燃烧的时间最长。


1879年发明专利后的几个月,爱迪生和他的团队发现碳化的竹丝可以燃烧超过1200个小时。在爱迪生的灯泡中,竹子被用来做灯丝,直到19世纪80年代和20世纪初,它开始被更持久的材料所取代。[相关:最长的燃烧灯泡是什么?]


1882年爱迪生的研究人员路易斯·霍华德·拉蒂默发明了一种更有效的制造碳丝状物的专利。1903年威利斯·r·惠特尼(Willis r . Whitney)发明了一种治疗这些细丝的方法,使它们可以在不让玻璃灯泡的内部变暗的情况下燃烧。


钨纤维


威廉·大卫·柯立芝一位通用电气的美国物理学家,在1910年改进了公司制造钨丝的方法。钨是化学元素中熔点最高的,被爱迪生认为是一种极好的灯泡灯丝材料,但在19世纪后期生产超细钨丝的机器不可用。钨仍然是当今白炽灯泡的主要材料。


LED灯


发光二极管(led)现在被认为是未来照明的未来,因为能源需求较低,每月的价格较低,寿命比传统的白炽灯泡寿命更长。


美国通用电气公司(General Electric)的美国科学家Nick Holonyak,在20世纪60年代早期发明了一种激光,当时他无意中发明了红色LED灯。与其他发明家一样,自20世纪初以来人们就已经知道了一些半导体发光的原理,但Holonyak是第一个将其作为灯具申请专利的人。


根据能源部的数据,在几年内黄色和绿色的led被添加到混合中,并在包括指示灯、计算器显示器和红绿灯在内的几个应用中使用。蓝色LED是在20世纪90年代早期由Isamu Akasaki、Hiroshi Amano和Shuji Nakamura(一群日本和美国科学家)创造的,他们获得了2014年的诺贝尔物理学奖。蓝色LED让科学家们通过涂上荧光粉来制造白色发光二极管灯泡。


技术革新


如今照明选择已经扩大,人们可以选择不同类型的灯泡,包括紧凑型荧光灯(CFL)灯泡通过加热一种产生紫外线和LED灯泡的气体来工作。


几家照明公司正在推高灯泡的范围,包括Phillips和Stack。飞利浦公司(Phillips)利用LED技术,可以在智能手机屏幕上快速打开或关闭或调暗,也可以进行编程。高端色调的灯泡甚至可以被设置成一个大范围的颜色(只有约1600万),并与音乐、电影和视频游戏同步。


由特斯拉(Tesla)和美国国家航空航天局(NASA)的工程师们开始的一项研究,利用LED技术开发出了一种智能灯泡,具有广泛的功能。它可以根据需要自动感知环境照明和调整,它关闭和通过运动传感器当有人进入房间,可以用作警戒醒来,甚至一天中调整颜色符合人的自然生理周期和自然光的模式。灯泡也有一个内置的学习程序,可以适应居民的输入。所有这些功能都可以从任何智能手机或平板电脑上编程或监控。据估计,堆栈智能灯泡可以使用百分之六十的能源比典型的LED灯泡和持续20到三万小时根据模型(比25到五万小时为典型的LED灯泡在适当的遮盖物)。


这些灯泡是兼容的(或很快就会),有许多选择,把整个家变成一个智能家居,包括亚马逊Alexa、谷歌home和Apple HomeKit都在使用。


参考:美国能源部,美国历史, 《WIRED》杂志

作者:Elizabeth Palermo

来自:Live Science

编译:完美的球

审校:博科园

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