電燈泡(1)

    美國年銷售額：44300億美元

    世界三大燈具生產商：GE照明，歐司朗•西凡尼亞公司，飛利浦照明

    從人類歷史發展的最早期到19世紀初，火是人類基本的照明方式。人們在日常生活和工作中使用火炬、蠟燭、煤油和煤氣燈提供照明。但是這樣的照明提供的光線十分有限。除了明火會造成的失火危險外，其在戶內使用時，光線十分昏暗並且會產生很多有毒的煙霧。

    第一次使用電光的嘗試是由英國化學家漢弗萊•戴維爵士進行的。1802年，戴維發現電荷可以加熱薄鐵片到白炽狀態，從而得到較好的照明效果。這就是白炽燈的起源。

    接下來最重要的發明是弧光燈。這種燈的工作原理是將兩個用碳（非金屬元素）制成的電極相互分開一點，然後給其中一個電極通電，電流會擊穿電極間的空氣流到另一個電極，此時兩者之間會產生弧形的光線。弧光燈主要在戶外應用。那個時候，發明家們正在進行有效的室內照明用具的發明競賽。

    商業用白炽燈發展的最大問題是尋找合適的發光材料。戴維發現铂金是唯一可以提供長時間白炽光線的金屬材料。碳元素也同樣可以使用，但它很快會在空氣中氧化，接著就會被燒壞。解決這個問題的辦法是把空氣抽離形成真空狀態，保護產生光線的材料。

    託馬斯•愛迪生，在新澤西州的門羅帕克工作的年輕發明家在19世紀70年代開始了電燈的發明。1877年，愛迪生加入了發明實用電燈材料的競爭行列中。他開始對其他發明家的試驗進行分析，找出其他發明家失敗的原因。在這個過程中，他發現铂金是比碳更好的發光材料。對铂金進行研究，愛迪生在1879年4月得到了他的有關電燈的第一項專利，盡管這項專利沒有多大實用價值。隨後他繼續研究，希望能找到有效加熱且不那麼昂貴的照明材料。

    愛迪生同樣改進了照明系統的其他部件。他發明了自己的能源，並且設計出一個突破性的配線系統可以同時點亮多個燈泡。但是他最重要的發明是找到了合適的燈絲。這是一種細絲狀的線，能夠承載電流而且不會熔化或發生理化變化。大部分早期的燈絲燒壞的速度很快，所以很難投入實際應用。為解決這個問題，愛迪生又一次嘗試以碳作為燈絲的材料。

    愛迪生最後選擇碳化棉線作為燈絲材料。燈絲被固定到铂金線上，铂金可以與燈絲互相傳送電流。這個裝置隨後被放入玻璃球中並在球頸部融合。用抽氣機把球中的空氣抽幹——這個步驟雖然耗時但是非常重要。引入玻璃球內的導線從玻璃球底端伸出用來連接電源。

    1879年10月19日，愛迪生對他的新燈泡進行了試驗，這次燈泡持續工作了2天又40分鐘。10月21日——燈絲最終燒壞的日子——通常被認為是第一個商業用燈泡發明的日子。當然，這個最初的燈泡還需要進行一系列的改進和更新。大批量制造燈泡的生產工廠開始建立起來，並且逐漸在導線和電流系統方面取得了巨大進步，不過，今天的白炽燈泡與愛迪生最初發明的燈泡還是極為相似。主要的不同在於鎢（熔點很高的韌性金屬）燈絲和各種更有效保護氣體的應用，使燈絲在點亮時可以達到更高的溫度。

    白炽燈是第一個，也是最便宜的一種燈泡，現在人們根據不同用途開發了很多新光源。

    鎢鹵素燈，一個鎢燈絲充入鹵化氣體以延長燈絲的壽命。

    熒光燈管是一支包含汞氣和氩氣的管。當電流過燈管時，會使汞激發出紫外線，紫外線的能量可以激發燈管內塗佈的磷層，使它發光。

    水銀燈有兩個燈泡——在保護性的玻璃球內有一個弧形管（以石英為原料）。這個弧形管內汞蒸汽的壓力比熒光燈的更大，從而無需磷層水銀燈就能發光。

    氖燈是裝滿氖氣的玻璃管，氖氣在通電時會發光。光的顔色由氣體混合物來決定，纯氖氣會發出紅光。

    金屬鹵化物燈，基本在戶外如露天大型運動場和路面照明中使用，包含金屬和鹵素的混合物。這種類型的燈與水銀燈工作原理十分類似，不過，金屬鹵素在不使用磷層的時候可以產生更自然的燈光。

    高壓鈉燈與汞燈也很類似，但是，弧形管由氧化鋁而非石英制成，並且包含鈉和水銀的固體混合物。

    這部分以及下部分的生產過程將主要圍繞白炽燈進行描述。跟前面提到的一樣，許多不同的材料被用來制作燈絲，直到金屬鎢在20世紀的早期成為最終的燈絲材料。盡管鎢絲非常脆，鎢絲卻能夠承受超過4500華氏度（2480攝氏度）的高溫。鎢絲的發現被認為是燈泡科技的最大進步，因為，這種材料制作成本很低而且比其他任何早期使用的材料持續的時間更長。

    與電源連接的極導線一般都是由鎳鐵金屬絲（銅包鎳鐵絲）制成的。把電線浸入化學溶?中處理使其可以粘在玻璃上。燈泡的外罩是用玻璃制作的，內部充有氣體混合物，通常是氮氣和氩氣，這兩種氣體可以增加燈泡的使用壽命。制作的時候把空氣從燈泡里抽出，用這兩種氣體進行替換。

    一個標準尺寸的燈頭可以把內部所有配件都固定住。這種燈頭也叫愛迪生螺絲燈頭，起初是由黃銅制成的並用絕緣的熟石膏隔離，後來使用瓷作為材料。現在的燈頭常在外面使用鋁，而在裡面使用玻璃絕緣，這樣做也是為了增加燈頭的堅固度。

本文摘自《從口紅到汽車》

---

　　平時你看到的東西，比如口紅、巧克力、奶酪、牛仔褲、割草機、汽車、吉他、拉鏈……多數人對這些東西的構造完全不了解，本書就是寫給那些有懷疑精神的人、有科學探索精神的人，向人們一一剖析物質世界的構成。揭示的是隐藏於受歡迎的食品、舒適的衣物、複雜的機械和創造性的方便用具背後的秘密。本書所選擇的各個物品代表了影響工業、運輸、音樂、食物、休閑和生活方式的科技的發展和前進趨勢，包含了具體的、對各個生產步驟地詳細描寫，科學術語和定義的簡單描述，並且每個章節都使用圖片和標註進行輔助說明。