白炽灯：万次试验托起的发明

白炽灯，通常被称为电灯，顾名思义，是当灯丝被电流加热到白炽状态时发光的灯。电流通过灯丝，大部分转化为热能，一小部分转化为光能。

电灯是人类征服黑暗的强大武器。在漫长的古代社会，人们使用动物油、蜂蜡和其他燃料来制造灯，如蜡烛和煤油灯。这些灯不仅光线不足，而且容易引起火灾。随着历史进入19世纪，来自欧洲和美国的科学家将电学的新知识应用于电灯的研究和开发。

古代油灯的杰作——长新宫灯(图14)

第一个吃螃蟹的人是英国科学家大卫，他也是法拉第的老师。大卫在1809年发明了一种奇怪的灯:用2000节电池连接两根碳棒的正极和负极，并在一个宽阔的广场上点亮几分钟。从那以后，科学家们激发了制造各种电灯的灵感。1854年，德国钟表匠亨利·戈培尔发明了电弧灯泡。1860年，英国科学家斯旺发明了半真空碳丝灯，但这并不实用，也没有大规模生产。

“发明之王”爱迪生也参与了电灯发明的战斗。经过不懈的努力，他不仅发明了具有实用价值的电灯，而且致力于电灯的普及和推广。后人一致认为爱迪生和普罗米修斯一样伟大，普罗米修斯在希腊神话中为人类偷了天火。他发明电灯的故事非常复杂。

"要是每个家庭都能使用电灯就好了！"铭记这一点，“发明之王”爱迪生在1877年开始研究电灯之路。他不急于做任何事情，但首先保留了电学和光学的知识。不久，他汇编了200多份文件，总计超过40，000页。他把自己关在实验室里，夜以继日地学习。一次，一个朋友来看爱迪生，看着满屋子的书说:“难怪你知道这么多。原来，当你睡觉时，你也吸收了书中的营养！”

爱迪生参与电灯的研发后，他很快发现了两个关键点:一是氧化会严重影响灯丝的寿命，二是选择耐用的材料作为灯丝。

夜光丝(网络图)

经过实验，他找到了第一个问题的答案，那就是把灯泡变成真空。这件事对“发明之王”来说是小菜一碟。他开发了一种精密气泵，从玻璃灯泡中抽出空气，使灯泡达到真空状态。

爱迪生设想未来的电灯将是一小片具有小电阻和耐高温的导体材料——一个漂亮的玻璃灯泡中的细灯丝，通电后会发光。灯丝显然是电灯发明中最重要的东西。为了解决细丝问题，他用了铂、碳、石墨、铂铱合金，甚至土壤、矿石等试验。仅在一年多的时间里，他就测试了1600多种材料。然而，这些材料并不耐用。

一天，爱迪生坐在桌边思考，突然发现桌上有一卷棉纱。一个想法闪过他的脑海，他立即喊道，“有人，去买一些棉线。”最初，他打算用棉线做灯丝。

爱迪生把他买的棉线做成各种各样的圆弧，放在一个密封的金属盒子里，然后在烤箱里烘烤。几个小时后，棉线变成了木炭。他试图取出这些木炭丝，但失败了。第四天，他拿出一整块木炭，放进一个玻璃灯泡里。接通电源后，碳丝发出亮光；但是光只持续了几秒钟。爱迪生并没有因为木炭丝很快被烧坏而失去信心，而是坚信“木炭比铂好”。

爱迪生改进了他的碳化方法，将木炭粉涂在棉纱上，将其弯曲成马蹄形，在高温下在坩埚中加热，放入玻璃泡中，用气泵将空气抽出。经过多次试验，1879年10月21日，世界上第一个具有实用价值的电灯终于研制成功。这个煤油灯已经亮了45个小时了。

爱迪生和他的灯泡发明(网络图)

爱迪生清楚地意识到，虽然碳丝灯可以继续发光，但最明显的问题是制造过程复杂，成本很高，所以不可能进入普通人的家庭。因此，他把工作重点放在寻找廉价实用的灯丝材料上。

爱迪生决定根据棉纱的性质在植物纤维领域写文章。任何植物学记录，认为有用的，他都会试一试；此外，甚至橡胶、假象牙、钓鱼线、人的头发和胡须都被包括在灯丝材料测试对象中。到1880年5月初，爱迪生已经测试了6000多种植物纤维，新开发的灯泡可以连续发光300小时。

不知疲倦的爱迪生被打败并战斗了许多次。后来，他发明了竹灯丝电灯，可以点亮1200小时。解决了灯丝材料，自然降低了制造成本。1879年，生产一个灯泡的总成本是1.10美元，但当涉及到竹丝灯泡时，只有0.22美元。

爱迪生看到灯丝测试差不多完成了，所以他开始推广电灯的使用。为此，他改进了发电机、输电和配电系统，并在富有商人的资助下，在纽约建造了第一座热电厂。强大的电流通过蛛网状的线路流向纽约和附近城市的成千上万个家庭。从此，人类进入了电灯时代。这位“发明之王”年轻时终于实现了他的梦想，让每个家庭都使用电灯。

电灯照亮了夜晚(图魏德勇)

科学和技术总是在进步。1909年，美国科学家柯勒律治改进了白炽灯。他把钨丝拉成细丝，然后用惰性气体如氩气填充灯泡。1913年，美国科学家朗缪尔发明了一种螺旋钨灯，并向灯泡中注入氮气以抑制钨丝的挥发。20世纪60年代，随着半导体发光二极管的诞生，发光二极管灯迅速崛起。各种新型灯具都在扮演白炽灯终结者的角色。

如前所述，白炽灯只有一小部分电能(约2%)转化为有用的光能，而寿命不超过1000小时。因此，白炽灯正被新的节能灯、发光二极管灯和其他绿色光源所取代。例如，2010年，澳大利亚*明确提倡使用节能荧光照明设备，并禁止使用白炽灯。白炽灯“英雄”的终结可能是爱迪生始料未及的。

注:本文参考了《美丽的铁艺术——照明装饰设计》(中国建材工业出版社)和《世界著名科学家传》(科学出版社)等书籍。