四、崭新的起点

大胆的设想

不论是点着篝火还是松明，也不管是燃烧动植物油、煤油、煤气或者乙炔气，这类照明方式都有一个共同的特点——用火。

在当时的人们看来，用火照明似乎已经成了天经地义的事。尽管许多发明家付出了艰辛的劳动，尽管灯的形式有了多么大的改进，但它总是甩不掉两个致命的弱点:污染空气和容易失火。

大像知道，人活着是不能停止呼吸的——吸进氧气,呼出二氧化碳。没有氧气，人就无法生存。

这使我们联想起灯。灯不也在“呼吸”吗？一切用火照明的工具都在“呼吸”：消耗氧气，产生二氧化碳，没有氧气，就谈不上燃烧发光。

你也许很想知道灯的“呼吸量”究竟有多大。就这么说吧，能发出二十五支烛光的煤油灯，一个晚上大约要消耗二十五公斤新鲜空气;而在相同的时间里，一个人却只要呼吸三公斤新鲜空气就够了。你看，一盏灯要顶八个人的氧气消耗量哩！如果许多人围着煤油灯聚会，屋子里通风不良，时间长了，人会感到气闷，再呆下去，甚至有可能头痛窒息。这就是由于屋子里的氧气消耗太快，而二氧化碳的含量越来越多的缘故。

至于用火照明容易失火，那是非常清楚的。我们只要看看在地震危险区消防大队发出的通告就行了，那上面写着：“在防震棚中严禁用明火(各种油灯、电石灯、蜡烛等等)照明”。为什么？就是为了防火！地震一来，震倒油灯或烛台，很容易酿成火灾。

据说有这么一件事:有一次，牛顿的一头爱犬，无意中扑翻了桌子上的蜡烛，竟把这位英国大科学家二十年中积累起来的文稿统统烧掉了！

既然用火照明有这样两个难以避免的缺点，那我们能不能干脆把火甩开呢？要知道，火就是物体燃烧时发出的光和热，火和光从来都是相伴而行的,不用火也能取光吗？这可真是一个大胆的设想。这个设想早在一百多年以前就有人提出来了。

电光诞生在实验室

提出这种大胆设想的人，一是要不墨守陈规，敢于创新;二得肯艰苦探索，勇于攀登。

一八〇二年，俄国彼得堡外科医学院物理学教授彼得罗夫想出了一个办法:用电。

当时，历史的脚步刚刚迈入十九世纪。人们对电的了解很差，发电机还没有发明，建设电站的念头更没有人想过。那时的电流是在实验室里通过一大串电池组取得的。

但是，彼得罗夫教授却从这里看到了希望，看到了光明。在那不久以前，美国政治家和物理学家富兰克林，用放风筝的办法引发出电火花一事，使他得到了启示。当他把电池组的两端，用导线彼此连接起来的时候，也看到了好像是雷雨天雪亮的“闪电之灯”。于是他想：一次次闪亮的电火花，是不是可以变成持久的灯光，以供普遍的照明使用呢？

这个念头牢牢地占据着彼德罗夫的头脑，激励着他向年轻的电学领域进军。

有一次，彼德罗夫做了一个实验，研究木炭的导电性。

他用两根导线把一根炭棒的两端分别连到电池组的阴极、阳极上。在这个过程里，彼德罗夫不小心把炭棒折断了，一根炭棒变成了两根。他把折断处仔细对好，使两个端头靠得很近，然后再与电源相接。就在这接上电源的一刹那，两根折断的炭棒之间突然出现了一道白亮耀眼的弧状闪光！

物理学教授被这种突如其来的现象震惊了。他把这个实验又做了几遍。这时候，他已经不是不小心把炭棒折断，而是有意识地把两根炭棒分别连上导线，然后接到电源上。他让两根炭棒的端头碰到一起，通电后，再慢慢地拉开到一定距离。这时候，那道奇丽的令人震惊的弧光，就像小桥似的又出现在两根炭棒的缝隙之间。

现在我们当然已经懂得这里的奥妙了。

炭棒是能够导电的。电流从阳极出来，通过第一根炭棒，接着跃过两根炭棒之间的缝隙，沿着第二根炭棒回到阴极，构成一个闭合的电路。

但是,缝隙毕竟不同于完整的炭棒，那里的电阻要比炭棒本身的电阻大得多，电流通过时会产生很大的热量。这局部的高温，把炭棒的两端加热，使炭由固体直接变成气体，通过炭棒端头之间的缺口，放电而发出强烈的亮光,也就是教授所看到的那道耀眼夺目的弧光。

做这个实验的时候，需要隔一会儿就把两根炭棒的距离拉近一点儿。因为炭棒的端头经受不住这样的高温，它会逐渐被烧掉缩短。必须使两棒之间的距离保持在四到六毫米之内，弧光才能持久不灭。

在这里，发生弧光所用的方法与过去根本不同，它不是靠用火燃烧，而是靠通电加热的办法来达到放电发光的目的。

彼德罗夫把照明技术推进到了一个新的阶段。他在实验报告中写道：“如果把两根炭棒彼此接近，那么在它们中间就出现了非常明亮的白色光或白色火焰，这就使炭棒很快地或者慢慢地燃烧掉，并且可以完全照亮黑暗的大房间。”

这就是关于电气照明的最早言论。

彼德罗夫的脑海里也许已经初步形成了一个灯具革命的美好蓝图。可惜时不待人，他的造福人类的抱负还没有来得及实现，就在穷困潦倒之中死去了。

差不多就在同一个时期里，一八〇九年，正在埋头进行电化学研究的英国著名化学家戴维，也发现了电弧。他亲手做了一个很大的蓄电器，动用了二千个伏打电池，得到了更强烈明亮的弧光。

明亮的弧光灯

戴维和彼德罗夫的实验装置，实际上是一种新灯——炭极弧光灯的雏形。说是雏形，因为它还很不成熟，算不上是一种真正的灯具。

比方说吧，当时用一般木炭做成的炭棒，烧损得太快，耀眼的弧光简直像晏花一现，亮的时间太短了。

大约过了三十年以后，才有人想起用坚硬致密的焦炭来代替一般的木炭;焦炭比木炭烧损得慢一些，弧光闪亮的时间也就要长得多。

不过这还不行。要使电弧持续发光，还必须造出一种调节装置，让两根炭棒能够匀速地相互靠近，而且靠近的速度应该与炭棒烧损的速度相适应，不快也不慢。当然，用手工操纵调节是不行的，要让它们自动靠拢。

法国人首先做到了这一点。他们给弧光装置装上了一种钟表机关，能够随时自动地调节两根炭棒之间的距离。这样，第一只炭极弧光灯才算正式诞生。

在法国首都巴黎，曾经用第一只炭极弧光灯来照亮街道和广场，但是并没有受到人们的普遍欢迎。原因是它的装置过于复杂，而且也太费钱了。

德国人想出了一个更巧妙更简单的办法，在一根炭棒上连一块铁板，另一根炭棒上装一块磁铁，磁铁吸引铁板，与铁板相连的炭棒就随着烧损而不断地向装有磁铁的炭棒方向靠近，彼此间始终保持着一定的距离，电弧也就持续稳定地闪亮发光。

弧光灯还被英国沿海各灯塔派作指挥夜航的用场.

到了一八七六年，俄国一位电工技师雅布洛奇可夫又对弧光灯进行了一番更大的改革。他取消了复杂的钟表机关和磁铁等调节装置，而让两根炭棒并排竖立着，中间隔着一块用粘土或石膏做的绝缘片，绝缘片的烧损速度应该与炭棒的烧损速度相同。他还采用一种装置，能够不断地改变电流的方向，使两根炭棒交替地充当阳极和阴极。这样一来，两根炭棒的烧损速度就基本相同，而它们端头之间的距离也就可以保持不变了。

你看，这两根并排竖立的炭棒，均匀地不慌不忙地点亮着，像什么呢？不是很像蜡烛吗？于是人们就给它起名叫“电烛”。

电烛发出美丽的淡红色或浅紫色的光，一般每支电烛能够持续发光两小时左右。在十九世纪七十年代的后几年里，电烛曾经风行一时。由法国通用电气协会投资制造，把电烛当作路灯一支支点燃在大街上，单单巴黎一个城市，就用成千支电烛代替了街道上原来的七万盏煤气灯，、使热闹繁华的巴黎成了名副其实的不夜之城。

电烛还照亮了英国伦敦和古老波斯的街道，也在罗马的大剧场里和柬埔寨的王宫上空闪闪发光。

攀登科学技术高峰是要花费很大气力的。从发现电弧到发明电烛，地球绕着太阳公转了七十多圈。英国人、法国人、德国人、俄国人经过四分之三个世纪接力式的探索研究，才走完了这段路程。

而且，电烛的发明也还只是电气照明世纪的开始,电烛的耗电量大，寿命短，还会产生有害气体，结果终于使它成了灯具发展历史长河中一个匆匆的过客。自白炽灯出现以后，弧光灯就在照明领域里销声匿迹了。.

当然，弧光灯也并非一无是处，它还有自己的长处，比如光度强、发光效率高、显色性好等等，这就使它在印刷制版、电影放映等方面，至今还保留着一定的席位。

从炭棒到炭丝

在炭极弧光灯问世以前的漫长岁月里，灯具革新的先驱者们，都是为让灯发出更亮的光而斗争着。哪怕是叫灯多少亮一点儿吧，也得花费很大的气力，也算取得了很大的成绩。

但是，自从弧光灯出现以后，情况就变了。弧光灯实在太亮。如果在书桌上放一只普通的弧光灯，准会亮得刺痛你的眼睛，叫你没法正常看书写字。当然，这亮光不是白给的，它要你付出代价，提高照明成本。

这回,人们得朝着相反的方向努力了：强烈的弧光叫人吃不消，让灯光暗一些吧，还可以节省很多的电！

那么，有没有别的更好的办法能叫物体发光呢？

实践是认识的源泉。通过大量的物质生产活动，人们逐渐地了解自然的现象、自然的性质和自然的规律性，并且从认识自然进而到改造自然。

你看，这种现象大家司空见惯:如果把火钩放在火炉里烧上一些时候，火钩就会被烧得通红通红;刚从炼铁炉里流出来的铁水是白亮刺眼的，随着温度的降低，它的“脸色”会慢慢地发生变化——黄色、猩红色、桃红色、暗红色，最后变成青灰色，干脆不发光了。

金属加热发光容易理解，非金属物质又怎么样呢?你可以到玻璃工厂去看看，熔化了的砂子也是闪光锃亮的。

这样看来，物体发光的关键是要有一定的温度。“白亮刺眼”这几个字，可以用一个简单的词儿来代替它——白炽。

任何物质达到白炽的状态（如果它能达到的话)，都会发出白亮的光。至于为什么火钩只是发红，而从^;炼铁炉里倒出来的铁水却是白亮刺眼的，那就是由于温度高低不同的缘故。

当然，加热物体并不一定要用火,弧光灯的发明已经给了我们启示，用电也能达到同样的目的。

法国人滕纳和高德罗最早发现，当电流流过金属丝的时候，金属丝会发热；金属丝越细，导电能力趙差，电流流过时产生的热量就越多。这叫做电流的热作用。

比方说吧，电流流过铁丝，铁丝会发热变红；电流流过越多，发热也越厉害。可惜还没有等到炽热发光，它就抗不住高温而熔化成液体了。

应该想办法找到一种耐热的东西，并且把一小截这种耐热的东西装到玻璃灯泡里。

有人想到了炭。弧光灯的电极不就是用炭做的吗?炭可是不容易熔化的呀！再说，过去的灯，包括火堆到电石灯，其实都是依靠燃料中的碳粒炽热而发光的。

拿煤油灯来说，煤池里含有大量碳的成份，在点火燃烧的过程中，由于燃烧不完全而产生一部分碳粒儿，这些碳粒儿在火焰里受热变红甚至白炽，就会发出光来。燃烧的温度越高，存在的碳粒儿越多，火焰就越明亮。

比如，当空气供应比较充足时，燃烧温度就会很高，火焰中的碳粒儿达到白炽化，发出的火光是白亮清爽的;如果空气供应不足，燃烧温度不是很高，碳粒儿只能被加热到发黄或发红的程度，火光就显得暗淡;要是空气供应更不充分，燃烧温度更低，那么物质将发不出光来，大量细小的碳粒儿露出本来面目，结果黑烟袅袭，烟炱飘飘，弄得满屋子乌烟瘴气。这就是说，碳是能够加热到白炽化的。过去一切灯的发光原理，其实都是用火加热使碳粒儿达到白炉V化。

既然电流流过铁丝能使铁丝发热变红，那么，能不能用炭做成炭丝，让电流流过细细的炭丝来叫它灼热发光呢？

这当然是件不容易的事。

有了炭丝，要做这个实验倒不困难。只要给炭丝通上电流，它就会逐渐发热。当温度升高到摄氏五百五十度以上的时候，炭丝果然炽热发光了：开始是红色,以后逐渐发白,最后完全变成白色。与强烈的电弧光相比,炽热炭丝发出的光要柔和得多，也挺亮，但不刺眼。

在克服困难中前进

不过，用炭丝发光也有问题:炭丝没有炭棒那样耐久，灼热的炭丝不一会儿就在空气中烧掉，变成二氧化碳——化作一缕青烟，光也随之而消失。

要想得到持久而明亮的光，必须延长炭丝的寿命。

那么，使炭丝灼热以后不久就化成一缕青烟的关键在哪儿呢？

关键在空气。

大家知道，弧光灯以前所有的灯都离不开空气，离开了空气就休想点着。不仅没有空气不行，就是空气少了也不好办。

但是，在这里，事情却又正好相反。炭丝依靠电流的热作用而发光，不需要着火，不需要燃烧，所以也就不需要空气。空气在这里反倒成了累赘。正是因为有了它，灼热的炭丝才会同空气里的氧气结合而烧毁，误了大事。

怎么办？当然不能够再让炭丝暴露在空气中灼热，而应该想办法把它跟空气隔开。比方说，可以把炭丝装在密封的玻璃泡里，它的两头跟铜丝连接，铜丝伸出玻璃泡外，通过导线分别接上电源，而且还要尽可能地把玻璃泡里的空气抽走。

应该感谢德国的吹玻璃工人盖斯勒和英国著名的物理学家克鲁克斯，正是他们，分别在一八五四年和一八七五年发明和改进了性能良好的抽气机，有了它，才能把玻璃泡里的空气抽得十分干净，获得足够的真空。

这样，人们终于制成了一种资格最老的白炽灯一炭丝白炽灯。

想当初，人们为了让灯点燃得更亮，曾经绞尽脑汁，设法保证有足够的空气供应。可是现在，我们却要做相反的工作，尽量不让空气与炭丝接触，把空气从玻璃灯泡里驱逐出去，驱逐得越干净越彻底越好！

白炽灯几经改进，许许多多的无名英雄贡献了自己的聪明才智。

开始灯泡封闭不严,里面还残存着空气，所以炭丝寿命不长，每个灯泡只能点亮几个小时。后来才逐渐增加到几十、几百小时。

灯丝材料也试验过许多种，石墨、木材、棉纱、竹子以及其他富有纤维质的东西，都担当过这个角色。

要知道，炭这种东西是很脆的，别说做成细丝，即:使粗粗的炭棒也会一砸就断。何况炭丝还要做得又细又均匀;如果粗细不均，性质不一，电阻大的地方发热厉害，过热的结果就会使炭丝很快被烧断。

好多人作了艰巨的努力，才制成了极细的通体如一、表面光洁的炭丝。

这还不算，细细的炭丝还要装到玻璃泡里去，与泡口的金属底座接上头。你想,要做到这一点，心得多细，手得多巧啊！

一八七九年，美国大发明家爱迪生在前人研究实践的基础上，改进炭化方法，把一截棉线撒满炭粉，弯成马蹄形，装到陶土坩埚里，高温加热做成灯丝，再把灯丝密封到玻璃泡里，细致地抽去里面的空气。十月二十一日，这个灯泡开始点亮，连续点了四十五个小时。以后又不断改进灯丝，爱迪生做成了世界上第一批可供实用的炭丝白炽灯。这一年的除夕之夜，他把他的电灯公开展出，照亮了他所在的门洛帕克的主要街道。

为了研制适合的灯丝，做出长寿的灯泡,爱迪生常常在实验室里连续工作几十个小时，有时甚至几个昼夜不合眼。他和他的助手们开始试验了一千六百多种耐热材料，后来又试验了六千多种植物纤维材料，最后才找到了竹丝。竹丝通过高温密闭炉烧焦，再经加工，得到纯净的炭化竹丝，装到玻璃泡里，竟连续不断地点亮了一千二百个小时！

当然，爱迪生并不是唯一发明白炽灯的人，至少还有一个人——英国的斯旺也是电灯的发明者。一八七八年十二月十八日，斯旺在纽卡斯尔化学协会的一次会议上展出了一个炭丝灯泡。但是他的灯泡直到一八八一年才投入生产。

照明历史的新纪元

白炽灯的光辉越来越深入人心，这首先威胁到煤气公司老板的利润。当时纽约的《先锋报》刊载了一段来自英国伦敦的电文：“由于爱迪生先生宣布了电灯分路的发明，本市煤气股票价格一落千丈。仅数日之内，就狂跌了百分之十二。”

煤气公司的经理和股东是不会甘心自己的生意亏本的。他们一方面反对阻挠白炽灯的推广应用，另一方面又网罗人才来改进煤气灯，以便与电灯相抗衡。

白炽灯泡里的炭丝发出明亮的光，是因为电把炭丝加热到白炽化了。那么，如果用煤气的火焰来烧炼一种物质，也使它灼热到白炽化，不同样可以获得一种强烈的光源吗？

这个想法有道理。一八八五年，有一位德国化学家阿吴爱尔，果然发明了一种新式的煤气灯，这种新灯的特点是在原来煤气灯的灯头上加了一个纱罩。这一加可不简单，一下子就把煤气灯的亮度增强好几倍！

纱罩的外貌一点也不特殊，是一种木棉或绢丝制的网，先放在由九十九份硝酸钍和一份硝酸铈组成的溶液里浸过。煤气从煤气管道输送到喷嘴上，点着后在纱罩里燃烧，产生的高温把硝酸钍和硝酸铈分解成氧化钍和氧化铈。在高温下，这类难熔的金属氧化物烧到白炽化，结果就发出了明亮程度胜过炽热炭丝的白光。

现在还有没有这种带纱罩的灯呢？有的。在没有电照明的地方，晚上搞大型活动的时候，有时还可以看到这种灯，不过它已经不是当年烧煤气的煤气灯，而是以煤油作燃料的汽油灯了。

有的少年朋友也许见过汽油灯。汽油灯的纱罩是从煤气灯那里移植过来的，现在一般都用石棉网。灯上有打气管子，打进空气,把煤油从一组小孔中压出来，喷成雾状小滴，化为蒸气，跟空气均匀混合以后再燃烧。这样的燃烧当然是非常完全的，温度很高，足以把纱罩烧得炽热发光。

白炽的汽油灯是很亮的，两盏汽油灯能把一个大型舞台照得通明，几十米甚至上百米以外的观众都能把舞台上的场景看得一清二楚。

当带有纱罩的煤气灯处于优势的时候，研究白炽灯的人也没有睡大觉，他们想•.钍、铺等一类难熔金属的氧化物能耐高温，比炭丝结实得多，发出来的光又极其明亮，那我们为什么不用难熔金属的细丝来做灯丝呢？事实上，早在炭丝白炽灯诞生以前，人们就^^过多种难熔金属来作灯丝了。爱迪生也曾用白金丝%过灯丝，点亮了八分钟到两个小时。除了白金和铱之外,他还试过钡、钌、钦、钼、铑、锆等等，都不如白金丝好。由于当时抽气的真空度不高，金属的熔点又偏低，时间—久，灯丝便烧毁，所以没有取得成功。

再说，即使灯丝的寿命够长了，白金的价格太贵，成本太高，用户也买不起呀。

一八九八年，，有人试用锇作灯丝，缺点是不太结实。一九◦五年，有人制成了锆和钽丝灯，结果也不怎么令人满意。

二十世纪进入第九个年头，美国人柯里奇第一个发明了用钨丝作灯丝的白炽灯，这是电照明技术发展史上的一个大事件。

在各种所谓难熔的金属里，钨得数老大，它的熔点高达摄氏三千四百度左右，比任何一种金属元素的熔点都高。跟钨相比，一些常见的金属，比如铅、锌、铝、铜等有色金属和钢铁等一类黑色金属的耐高温本领就差得远了。

钨的比重跟黄金差不多，但是非常坚硬，要把它拉成细丝很不容易。经过多次改进，现在人们是用最硬的金刚石作拉丝模，使直径等于一毫米的钨丝，通过二十多个逐渐小下来的细孔，才拉成直径只有几百分之一毫米的灯丝的。

说来你也许不信，一公斤重的钨锭，拉成只有头发丝的几十分之一粗细的钨丝，长度竟可达三、四百公里！

确实，如果单就抗热本领来说，非金属碳的熔点比钨还高，可达摄氏三千六百度。但是，要知道，作为灯丝材料，光熔点高还不行，还得看看它在高温下的“表现”

比方说，把炭丝烧得太热，它很容易变成蒸气，蒸发量比钨厉害得多。蒸发的结果，不仅使灯丝变细₉寿命缩短，而且蒸发出来的材料沉积到灯泡上，会使灯的发光效率降低。

所以说，虽然钨的熔点比碳要低，但是它的蒸发量小，实际允许的工作温度反而比碳高，而且容易加工成型。灯丝的工作温度越高，它的发光亮度越强。

自从钨丝引进白炽灯以后，白炽灯同煤油灯、煤气灯、汽油灯以及其他各种灯的竞争才取得了决定性的胜利。钨丝的应用有力地促进了电照明工业的发展，甚至可以说，正是这位抗高温的能手，开辟了电照明技术的新纪元。

电灯，要开就开，要关就关，非常方便。点亮电灯不用火柴，不生火苗，不会冒烟，光亮洁白，安全舒适，给用户带来了无比的兴奋和欢乐。

电灯，作为新生的光源，光明的使者，开始展开它那强劲的翅膀，迅速飞向全世界。