连小学都没毕业的爱迪生是如何“发明”电灯的?
爱迪生早就下定决心要发明一种比煤油灯更好的照明灯具。于是他努力寻找可以通电发光的材料,但是这些材料对于灯丝的效果并不理想。爱迪生尝试了6000多种材料,进行了7000多次实验,才发明了灯泡。终于如愿以偿的找到了一种可以持续45小时的灯丝材料,这也标志着一种伟大电灯的发明!
这正好印证了爱迪生的名言:“天才是99%的汗水和1%的灵感。」
但这个故事最大的破绽是:小学没毕业的爱迪生怎么知道电流可以让导体发光?
这也是故事突出爱迪生99%的汗水而忽略之前1%的灵感的原因。事实是,爱迪生甚至没有受到电灯发明的那百分之一的启发。发明电灯的想法是他从英国人约瑟夫那里学来的?斯旺借的。
约瑟夫?斯万爵士是英国著名的化学家、物理学家和发明家。早年在家乡一家药店当学徒,师从一名药剂师,从业以来一直从事化学工作。但是斯万的个人兴趣是电和光之间的神秘联系。早在1848年,20岁的天鹅就开始研发电灯,并在灯丝材料的选择上取得重大突破。
在斯旺之前,已经有发明家尝试用金属做灯丝,铂丝是最常见的一种。但是铂丝的成本很高,1768℃(1773℃)的熔点导致耐用性差,不是很好的选择。斯万试图用碳代替铂丝。碳的熔点高达3500℃,不容易因通电后发热而熔化。但是碳也有一个很大的弱点――在空气中容易燃烧,需要隔绝氧气才能长时间工作。
斯旺的真空碳丝电灯方案就这样敲定了。
他把一种纸板剪成像马蹄铁一样的弧形,然后放在坩埚里烘烤,制成碳化碳电阻丝。
将碳丝两端连接到引线上,密封在一个钟形玻璃罩内,尽可能抽出里面的空气。电线接在电池的两个电极上,碳丝发出明亮的光,就是最原始的白炽灯。
虽然天鹅的灯泡仅仅用了13.5小时就烧坏了,但这并不妨碍它成为一个伟大的突破。那一年,爱迪生才1岁。
当时因为电灯前期基础技术不成熟,供电用的电池电压低,耐用性差,真空技术也没有发展起来。天鹅的电灯不仅没有实用价值,性能也很差。真空技术差总会让碳丝很快烧坏。为此,他一直在改进自己的发明,研究了12年。因为无法突破耐久性瓶颈,他在1860彻底放下了实验工作。这一年,爱迪生是13岁的报童。
停止研究电灯的斯旺也没闲着。涉猎广泛,在当地学术圈小有名气。他在一家摄影母版制造公司从助理晋升为合伙人,还改进了当时的湿火棉胶摄影。斯旺设计了干式照相母版,用硝化纤维素塑料代替了现场配制硝化纤维素溶液的复杂步骤。15年后,这项技术启发了美国的伊士曼,他后来成立了柯达公司。
直到1875,天鹅才再次拿起原来的电灯研究。原因有二。一个是英国物理学家克鲁克斯改进了抽真空技术,研究真空放电现象。另一个是来自比利时的工程师Gram和德国的Siemens制造了优秀的DC发电机。这两项技术的完善让天鹅看到了希望。他只需要在做灯丝的技术上下功夫。
斯旺的电灯没有因为灯泡里残留的氧气而燃烧,却暴露了另一个问题。碳化灯丝电阻太低,原厂电池供电没有明显暴露问题。现在用DC发电机供电,碳丝在大电流的情况下很脆弱。虽然研究结果并未公开,但斯旺平时对白炽灯的谈论引起了业内人士的极大关注。
约瑟夫?斯旺爵士(图片来自
那一年,爱迪生在去怀俄明州观看日食的路上,在一次聊天中从物理学家巴克那里得知了天鹅的白炽灯。他突然觉得以后白炽灯一定会成为每个家庭必备的照明设备,他赶紧加快研发,在技术还不成熟的时候抢占先机。
这些年后,爱迪生不再是一个小报童。他已经是一个伟大的发明家,发明了留声机和同步发射机。虽然他自己的科研水平不高,但他懂得用人。他的实验室里有许多大学生和科学家。他立即指派他的科学家厄普顿帮助开发白炽灯。
另一方面,白炽灯的研发还远未应用。爱迪生已经成立了一个新的电灯公司,他还在报纸上广告说他已经解决了电灯的各种配套问题,吸引了许多投资者。这也迫使斯万早早地把自己还不成熟的白炽灯拉到了桌子上。
1878年,斯万在纽卡斯尔化学会上公开展示了他的白炽灯,然而最让人担心的事情发生了。灯丝还是因为电流过大烧坏了,这个问题在第二年的复展中解决了。但这并不妨碍天鹅在英国申请碳丝真空玻璃罩白炽灯专利。
爱迪生在财力和人力上的投入没有白费。1879年,他的实验室用碳化棉丝制成了耐用的白炽灯,并在年底公开展示了他的白炽灯。
斯万得知此事后非常不高兴。他在《自然》杂志的一篇文章中指出:“15年前,我根据白炽灯的原理,用焦化纸和焦化纸板制作电灯。确切地说,我用的是马蹄形,就像爱迪生现在用的一样。」?
谴责是徒劳的,发明最终还是要靠专利。1880年底,天鹅的白炽灯在英国获得专利,成为英国第一个白炽灯专利。爱迪生的专利并不是那么顺利。虽然申请日比斯旺早了几个月,但被美国专利局在1883中判定为斯旺发明的延续,专利无效。
爱迪生上诉了六年,终于在1889拿到了白炽灯的专利权。爱迪生的商业天赋再高,也动摇不了天鹅白炽灯在英国的地位。
爱迪生的商业帝国触及英国市场,它不得不出高价买下天鹅的专利授权。最后,双方合作在英国成立了“EdiSwan”公司。
故事讲完后,你会认为白炽灯是天鹅发明的,这就有点不对了。如果电灯是英国人斯旺发明的,那么俄国人肯定不愿意。在他们国家,有了1872年洛德金发明的白炽灯,然后有了1875年亚布洛赫科夫发明的“蜡烛”碳棒电灯。
如果电灯是俄罗斯人发明的,那么德国人肯定不愿意。德国人亨利?戈培尔在1854年发明的碳化竹丝白炽灯,当时能连续照明400小时,在他成为美国公民之前。
如果电灯泡是德国人发明的,那么英国又要回到不甘心的行列了。因为在1801年,伟大的化学家、皇家学会主席大卫通过实验,使铂丝通电发光。8年后,大卫和他的学生法拉第研制出碳棒弧光灯,但由于亮度高,损耗快,不适合家庭使用。
谁发明了电灯?把电灯普及到家家户户的第23位发明家爱迪生,还是更早做出实用白炽灯的其他发明家?
不,没有人真正发明了电灯。电灯只是人类科技发展道路上一个不可避免的里程碑。
没有DC发电机技术、成熟的真空技术和电学理论基础,即使你用现成的电灯回到那个时代,也无法仿制出合格的产品。天鹅的经历就是最好的例子。
国与国之间关于电灯发明的争论,不过是为了显示国家科技的突破。就算有一万个理由,也不能把全人类创造的成果都贴上自己的标签。