• History of the Light Bulb 1705 to 1809[1]

一、前言

  设想一下你碰巧回到了 1705 年 11 月，又碰巧被约请到伦敦皇家学会现场。 那末你能够会看到使人难以置信的演示尝试。 艾萨克·牛顿的助手、45 岁的朗西斯·豪克斯比， 他是抽真空的专家， 在现场展现了一种希奇的装配。 该装配的上面有一个扭转轴， 上面牢固一个大型空的玻璃球， 他用手柄扭转轴。  然后房间照明烛炬全数熄灭， 会场堕入一片黝黑，Hauksbee 一边扭转他的玻璃球， 一边将手放在扭转的玻璃球上。  按照 Hauksbee 的说法，该真空球会发出怪异的紫色光，这类光充足亮，可以阅读大字体的笔墨，而且可以在 10 英尺表面察到紫色光。  

▲ 图1.1.1 电灯的成长过程

  在哪小我们还只能点烛炬的年月， 这个灯泡是怎样工作的？  豪克斯比 是怎样设想出这个依靠静电发光的灯泡的？  快要 100 年后，它是若何发生电池和第一盏明亮持久的电灯的？  让我们听Kathy经过电灯泡接近100年的成长史， 讲讲人类电学成长的头绪。

二、静电荧光灯

  首先让我们领会一下 Hauksbee 发现用于尝试的荧光灯的想法。  他作为牛顿的科学尝试助手，在预备此次演讲尝试时，他阅读了一份报告，一位法国科学家留意到气压计的顶部在动摇时会发光。  由于气压计只是一个颠倒的水银管，是以管子的顶部是真空的， Hauksbee 以为假如他动摇抽暇了空气的管子中的一滴水银就会发光。  这就是他发生设想静电荧光灯的灵感。 令他兴奋的是，经过尝试发现带有水银的真空玻璃瓶晃动后确切发光了。

▲ 图1.2.1 水银气压计顶部会发光

  前面为了使其更轻易动摇，他为真空球设想了一个纺纱机类似的机械结构，  这不但可以方便扭转， 而且玻璃球的转速也可以进步，发生的静电更多更稳定，终极发出的荧光加倍了然。  后来，Hauksbee 留意到，在扭转这个玻璃球时将他的手放在上面，他的手上会感应出大量静电。 他在一个零丁带有导线的扭转玻璃球中演示了这一点，静电会被传递到球体的内部。  Hauksbee 只需要在灯管中增加荧光晶体，这些晶体可以吸收紫色大概紫外线并发出诱人的白光。   到此为止他就制造出第一个操纵静电驱动的荧光灯泡。  顺便说一句，你在扯开保鲜膜时也会发生大量的静电，这些静电点亮荧光灯。

三、绝缘体和导体

  在 Hauksbee 发现静电灯泡 26 年后，Hauksbee 的合作对手史蒂文·格雷 在磨擦玻璃管时意外发现静电可以传导，一根羽毛粘在玻璃管子的软木塞上，而不是管子自己。  后来格雷操纵静电吸引轻薄物体的特征， 可以测试静电传输的条件和间隔，  在此进程中他发现有些物体导电，称为导体，有些不导电，称为绝缘体。  假如你想让工具连结带电，最好用丝绸等绝缘体把它挂起来。  为了证实这一点，格雷带了一个小男孩，用丝线把他吊起来，然后用带电的管子给他通电，然后看着小工具像变把戏一样被吸引到孩子的手上。

▲ 图1.3.1 人体导电尝试

  格雷的尝试随后启发了一位名叫查尔斯·西斯特尼·杜菲的法国科学家， 杜菲无意中发现，假如两个分歧材质的物体相互磨擦，一根羽毛可以在它们之间舞蹈， 依次判定存在两种电。  他称玻璃发生的为玻璃电，树脂发生的电为树脂电。  在肯定他能找到的一切物体属于哪一类时，杜菲意想到他能找到的每一个固体，甚至是导体，假如他磨擦并将它们放在绝缘架上，都可以连结带电。

四、电火花

  杜菲的文章随后被一位戏剧性的德国人 Georg Matthias Bose 阅读，他厌倦了用手磨擦管子， 并想出了用 Hauksbee 机械在支架上给物体充电的想法。 在写了一首关于他有多巨大的烂诗以后， Bose 决议将一小我放在架子上，然后用 Hauksbee 机械给他们通电，这将是停止疯狂的人体电尝试的好方式。 就像用 Hauksbee 机械给标致女人通电，然后让汉子给她们花火放电的震动吻。  这个尝试我最喜好，不能不重新做这个尝试，给自己通电，然后用他自己的手或剑扑灭火花，扑灭酒精。 让我们再看一遍慢行动吧。

▲ 图1.4.1 电火花接吻尝试

  Bose 甚至缔造了他自己的电灯泡，它是皇冠的形式， 当靠近通电板时会发出火花并发光。  与此同时，法国国王很是喜好这类示演示活动，他提拔儿子的家庭教师、曾是杜菲的助手的阿贝·诺莱特担任凡尔赛宫的常驻电学演示实员， 虽然这不美满是一个正式的头衔。城里人可真的会玩。  Nollet 缔造了布满分歧气体的球体， 当被触摸时会发生很是标致的火花，这被称为电蛋。

▲ 图1.4.2 Nollet的放电球

  Nollet 收到他朋友的一封信，报告了一个令他很是震动的尝试。  来自丹麦莱顿的 Pieter van Musschenbroek 在信中描写，他若何利用装满水的罐子来贮存 Hauksbee 机械发生的电荷，并可以快速开释大量的电荷，信中写道：“被电击后，我以为我垮台了。” “我现在是靠天主的膏泽活了下来，”我不会为了全部法兰西王国而重蹈覆辙。”   为了考证他朋友所言不虚，Nollet决议接管应战！他用这些罐子电击了一切人，包括一次 200 名僧侣， 而且 把莱顿瓶卖给其他电学专家，赚了点钱。

五、正电荷与负电荷

  与此同时，在美国，年轻的本杰明·富兰克林在听说德国正在停止的尝试后对电学发生了极大的爱好，并写信给他的朋友说：“我之前从未处置过这样的研讨， 它完全占据了我的精神和时候”。 我的朋友们三五成群地来旁观尝试演示，“ 在曩昔的几个月里，我几近没不足暇时候做其他工作。”  富兰克林随后建造了自己的 Hauksbee 起机电， 但富兰克林的机械没有让人手来磨擦玻璃球，  而是利用了 刷子磨擦玻璃。富兰克林随后发现，  自愿者能够会因触摸玻璃或触摸刷子而带上电荷，但不能同时触摸两者。当刷子沾上灰尘时， 富兰克林以为刷子也会沾上电荷。所以他命名 刷子的电荷是正的，而玻璃，由于他假定它落空了电荷，是负的。 

▲ 图1.5.1 富兰克林的起机电

  富兰克林还建造了很多怪异风趣的电力装备。 包括一个带有金箔的特别框架，当电流流过它时，它会发出火花并发光，这是白炽灯的第一个原型。 

六、闪电与避雷针

  富兰克林随后发现，电常常会从滑腻概况的尖锐点收支，他想晓得，假如他以为闪电云是由电组成的，那末也许一根尖锐的金属棒可以悄无声息地排挤暴云中的电荷，从而拯救人类免受来自天空闪电的冲击， 他将雷击称为上天的恶作剧。  但首先，他必须证实闪电是带电的，他以为这可以用一根与大地绝缘的带有尖端大金属杆来证实，假如一小我能雷暴时代从金属棒杆获得电荷并对地开释电火花，那末电线杆一定是在从云层中罗致电荷，而闪电一定和他们获得的电火花一样，只是范围大很多。

▲ 图1.6.1 富兰克林考证闪电的尝试

  在法国，皇家的电学家Abbe Nollet同时也是一位牧师，Abbe的意义是修羽士，他以为富兰克林的电学说是渣滓，火花就是火花，闪电就是天主的审判。  是以，Nollet 的一些对手决议接管应战并尝试从云端窃取一些电力。 1752 年 5 月 10 日，在法国马尔利，他们就是这么做的。  1852 年 10 月，本杰明·富兰克林写道，他“从欧洲听说了费城尝试的成功”，该尝试“经过尖杆”从云层中引出了电荷，因而他利用“分歧的”方式中完成该尝试，这类方式是更简单的鹞子尝试。 现实上，他们现实上都没有从云层获得电荷。杆和鹞子经过静电感应，尖峰顶部的电子被云中的电荷排挤 , 这个尝试对考证云中电荷照旧有用。 究竟上，假如被闪电击中，他们就会被电死。虽然如此，由于费城尝试的成功，Abbe Nollet 很是沮丧，他和其他宗教魁都城否决避雷针。

▲ 图1.6.2 云层电荷感应尝试

  在意大利的博洛尼亚，具有该镇唯一的 Hauksbee 机械的科学家劳拉·蓓茜 也成为该镇第一个重现从云中获得闪电的 马尔利尝试的人。 但是，当她和她的丈夫试图安装避雷针时，引发了公众的愤慨，他们不能不将避雷针撤除。 为了引发人们对小镇的留意， 巴西是第一个获得了博士学位的女性。 由于那时她不答应在大学任教，只幸亏家里指导她的门生， 在那边她可以自在用她的静电起机电教授富兰克林的理论。 她还建立了一个室外系统来研讨大气中的电，那时她的一个门生路易吉·加尔瓦尼 ， 后来成为生物学家， 也是跟从蓓茜进修了电学。

▲ 图1.6.3 劳拉·蓓茜与路易吉·伽瓦尼

七、田鸡腿与生物电

  20 年后，伽瓦尼和同为生物学家的妻子采办了自己的 Hauksbee 起机电， 用来来给动物通电。  一天，他们将一只剖解过的死田鸡放在桌子上停止剖解学讲座， 这时一位助手无意中或为了恶作剧，用带电的尖头触碰了死田鸡，震动地发现死田鸡跳了起来。  是以，Galvani 暗示电击， 这是该单词的来历。 尔后他们对能找到的每只死去的动物通电， 并认定一切生命都对电可以发生反应。

▲ 图1.7.1 路易吉·伽瓦尼的田鸡腿尝试

  为了进一步摸索，在打雷的天气，他们拿了一些田鸡腿到室外，看看它们能否会在雷暴中跳下。  有一次在一个海不扬波的日子里，田鸡也跳了起来， 他们意想到是两种金属之间的连系发生了电荷，导师田鸡活动。 这两个金属别离是栅栏中的铁和牢固田鸡腿的铜线。  当意大利数一数二的电学家 亚历山德罗·伏达 听说这件事时，他以为是金属发生了电荷刺激了田鸡，在他领会田鸡腿尝试中包括两种金属以后， 他更确认他的判定。

八、伏打电池

  研讨了几年以后，伏达证实只要在湿润的情况下金属才能发生电。 1800 年，伏达证实了他的理论，他建造了一个金属片聚积在一路，中心夹有湿润的硬纸板，这个装配可以发生延续的电流。  伏达给这个装配起了一个希奇的名字，人造电子器官， 大大都人称它为电堆，大概按照富兰克林对莱顿瓶的称号，人们称它为电池。

▲ 图1.8.1 伏达的电池

  伏达在英国、法国、德国和意大利颁发了他的论文，根基上一切欧洲国家各类说话版本都有。 在英国，伦敦皇家学会的秘书让他的朋友读了这本书。  当阿谁叫安东尼·卡莱尔和他的朋友构建了伏打电池的时辰，无意中发现电池的两头会起泡，一端是氢气，另一端是氧气。  电池不但可以起到电击的感化，还可以经过电完成化学物资的分手。

九、电弧灯

  伏达获得他的发现的几周前，一位名叫汉弗莱·戴维的英俊的化学家和墨客获得了新建立的伦敦皇家学会的讲师职位。 戴维随后用他的电流尝试给每小我留下了深入印象，然后证实了伏达电池堆由于化学反应而起感化， 由于盐水作为酸介入反应，是以，假如电池中有更强的酸，电池会更强大，这使戴维成为科学巨星。

▲ 图1.9.1 英国科学家戴维

  戴维听说另一位科学家用电池让金银发光，就像富兰克林多年前所做的那样，戴维还发现“薄薄的铂金”，这是一种铂合金，也可以发出“活泼的光。 这就是为什么戴维经常被毛病地以为发现了白炽现象。 第二年，苏格兰外科医生威廉·克鲁克香克 在利用电池停止生物尝试时，发现他的电池堆一向在往下掉，因而他把电池极板竖着放，称为槽式电池。  这让戴维有了才能和想法，在皇家学院的地下室用 2,000 块铜板、锌板和巨量的酸液制造一个庞大的电池，并用电线毗连到演讲厅和尝试室。 他应当把它放在地下室，由于它闻起来很难闻。 

▲ 图1.9.2 戴维利用电池分化出性的化学元素

  1806年和1807年，戴维用这类电池停止化学电解发现了很多新的元素，将已知元素的数目增加了62%。  经过这个庞大的电池和他的化学尝试，戴维展现了一些惊人的工具。 假如他有两根碳棒，并在它们之间施加一个大电压，当他起头将它们分隔时，就会发出明亮的光。 戴维在 1809 年 11 月 16 日展现了他所谓的弧光灯。一位听众写道，“电弧光很是激烈，就像太阳一样。”这是一种使人头昏眼花的光彩。

10、后记

  忽然之间，具有 100 年历史的电灯变得充足明亮和持久，可以用作公共照明。 但是，戴维的弧光灯还需要 55 年的时候才能盈利，而白炽灯的盈利还需要 20 年的时候。 那是怎样发生的呢？这中心的故事我们下次再聊。 

▲ 图1.10.1 电灯用于室外照明

参考材料

[1] History of the Light Bulb 1705 to 1809: https://www.youtube.com/watch?v=QIFN8_pQObo&t=564s