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上一次我们讲到，爱迪生可算能抽出空来去度假。他去了西部，因为太平洋铁路已经修通了。从大西洋沿岸去太平洋沿岸已经不是难事了。爱迪生一路上饱览了西部的风光。他还和一群大学教授们一起观测了日全食。后来，大家去了约塞米蒂山谷，爱迪生在那里学会了打猎和露营。 他和派克教授闲聊的时候，聊起了电灯的话题。要知道，用电来照明在当时并不是没人干过。爱迪生心目中的偶像是法拉第，法拉第的老师是汉弗莱·戴维。戴维很喜欢摆弄电池。戴维很早就发现，电压高了，容易打火花。于是戴维用电解用的碳棒接上了两千个电池，搞出了一个明亮的电弧。其实就是让两个碳棒接触一下，电流产生的高温会导致周围的空气电离。把碳棒稍微分开一点，就可以拉出一道电弧。 电弧之所以叫电弧，就是因为通常不会是直线 戴维拉出了10cm长的电弧，因为气流不稳定导致电弧成了拱形，所以才叫电弧。这是戴维起的名字。电弧本身使得周围空气继续保持电离状态。电离后的空气是导电的。只要掌握好分开的空隙大小，电弧就能够稳定维持下去。 早期电弧灯，需要一大串的电池组 现代的电气设备，在开关拉开的一瞬间也会产生电弧，这种电弧对电器是有伤害的，因此现代可以采用多种手段来消除电弧。毕竟在现代，我们是不需要用电弧来照明的。但是最早用来照明的电气设备就是电弧灯。 用电弧来照明，带来的问题是光太刺眼了。因为电弧非常亮，而且含有大量紫外线成分。我们想想看，要是用眼睛去看电焊的弧光，眼睛会非常的难受。而且电极都是用碳棒来做，弧光灯会冒出一些黑烟。要是去分析一下弧光灯冒出的烟雾的成分，恐怕还会找到不少氮氧化物的成分。电弧会使得空气中的氧气和氮气发生化学反应。生成一氧化氮，一氧化氮和氧气反应会生成二氧化氮，这是一种棕红色的刺激性气体。一氧化氮和二氧化氮都是对人体有害的气体。 电焊的火花很刺眼，对眼睛有伤害 所以电弧虽然可以照明，但是长时间内没有实用化。戴维最早给大家演示电弧的年份现在没办法确定，1802、1805、1807和1809都被文献提到过，但是都无法最终确定。俄国人彼得罗夫也在这段时间发现了电弧是可以用来照明的，但是沙皇并不重视，最后也就不了了之了。从19世纪初一直拖到了70年代，电弧照明也没有什么人去用。 随着发电机系统的改善，点亮弧光灯不再需要像戴维那样凑足2000个电池了。有人开始把弧光灯用在了室外照明上。海上的航标灯可以用电弧灯，要的就是亮嘛。港口照明，体育场馆照明都可以用电弧灯。 派克教授跟爱迪生提到一个人，他叫华莱士，他在鼓捣电弧灯，派克教授建议爱迪生不妨去拜访一下华莱士。派克教授提醒爱迪生，你还记得1876年世博会上，有人展出过电弧灯。爱迪生回忆起来，的确有个叫法默的人演示过3种电弧灯。他跟华莱士有什么关系吗？派克教授说，华莱士是法默的合伙人，华莱士也是康涅狄格州著名的铜器厂老板，专门生产黄铜和紫铜的。你有印象吗？爱迪生还真的有点印象。 9月8号，派克教授陪着爱迪生去了华莱士的工厂，《纽约太阳报》的记者也跟在后面。爱迪生到了厂子，看到了一台8马力蒸汽发电机，他立刻俩眼发直，跑过去左看右看。这台发电机可以带动8只弧光灯。爱迪生兴奋坏了。像个进了玩具店的孩子，看什么都喜欢。他甚至躺在人家桌子上，这种看见新鲜玩意儿就兴奋的脾气，爱迪生保持了一辈子，七老八十了，也还是这个脾气。他一边看，一边在估算这些装置的耗电量和成本。机器多大功率啊，耗多少煤。需要拉多长的电线，等等诸如此类的问题。 最后，他直起腰来，跟华莱士打招呼。不过爱迪生很自信，他认为他一定能击败华莱士。因为爱迪生估算下来觉得，弧光灯这条路是死路一条，是无法进入千家万户的。华莱士在弧光灯领域浸淫多年了，他也很有自信。不过华莱士老成持重，他欣然接受了爱迪生的挑战。法默这个人倒是很有意思，他觉得自己的聪明才智都是上帝白送的，因此不能拿来赚钱。所以他在商业上没多大兴趣。 亚布洛奇科夫的电弧灯，外号“蜡烛” 弧光灯也在不断地改进之中。过去总是要细心调节两根碳棒之间的距离，这很麻烦。而且高温之下，碳棒也会氧化，也会消耗，消耗多了，碳棒之间的距离就会发生变化。电弧就很难维持。俄国人亚布洛奇科夫发明了一种电弧灯芯，是两根平行的碳棒，中间隔着熟石膏或者是高岭土之类的绝缘材料。这样两根电极哪怕消耗了，变短了，距离仍然是固定的。这种电弧灯有个外号叫“蜡烛”。烧两个小时就烧光了。因此这种灯是不经济的。用在体育场的照明倒是不错，踢一场足球，一根蜡烛照明肯定够用了。 伍德沃德和马修斯的专利 除了电弧灯之外，用电来照明还有另外一条路，那就是走白炽灯路线。伍德沃德和马修斯曾经搞出过一个白炽灯，中间加了一个碳棒。碳棒通电烧红了，就可以发光了。他们申请了专利。后来还跟爱迪生闹起了专利纠纷。1874年，他们在加拿大申请了专利。那时候你只能一国一国的去申请，你在美国申请了专利，人家欧洲不认账，反之亦然。以后我们讲到飞机的时候再讲这个制度上的Bug。这个问题导致欧洲的飞机水平后来居上，反超了飞机发明国美国。 后来伍德沃德和马修斯还是把专利卖给了爱迪生。他们无意之中发现，灯泡充进惰性气体，寿命就会有所延长。抽成真空也可以延长灯丝的寿命。其实在这二位之前很久的斯塔尔已经知道真空可以延长灯丝的寿命。但是斯塔尔搞不出真空泵。于是他就像中学做实验一样，弄了个一米长的玻璃管，装满了水银，然后倒过来放在水银槽里。顶部出现了20厘米长的真空，足够他放一根灯丝了。因此他的发明是没有实用性的。 爱迪生与他们不同，爱迪生每搞一个发明都会问自己，这东西有人买吗？能不能在商业上获得效益？1878年秋天，爱迪生开始向电灯发起冲击。首先要解决的问题是钱。没钱是万万不能的。进过一番咨询，西部联合公司的法律顾问洛雷告诉他，你最好成立一家公司。这样可以接纳大家的投资，而且资金使用也清晰明了。西部联合公司还有另外几家公司合伙投了爱迪生，其中包括华尔街的大亨J·P·摩根。摩根当然是冲着洛克菲勒去的，现在乡下靠煤油灯，城里靠煤气灯。都是洛克菲勒的地盘。不要紧，这些领域将来都会被电灯代替的。 爱迪生在实验室 最后，大家参股组成一家爱迪生电灯公司。投资30万美元，先拨付5万美元给爱迪生去作为启动资金。爱迪生马上回到门罗帕克招兵买马，房子不够了，只有新盖一栋二层楼当办公室兼图书馆。后院添置了一台80马力的蒸汽机。用来实验发电机组。《纽约每日画报》的记者来到门罗帕克探班的时候，这里已经有200多员工了。 在实验室里，媒体的记者们看到了一只电灯泡，接通电源以后，发出了柔和的黄色灯光，是那么美丽，就像天边的晚霞。一点也不刺眼。爱迪生对媒体宣称他像普罗米修斯一样盗取了天火。当然，他还对着记者畅想了未来，未来电灯将会照亮整个美国。他讲重新定义美国的照明行业。反正，爱迪生牛是吹出去了。记者们不知道的是，他们走了以后，那盏灯的灯丝就化作青烟了，寿命勉强达到一个小时。 当然，爱迪生的话对市场的震动是很大的，伦敦的煤气灯相关股票应声而跌，下跌了12%，当然也有科学家跳出来说这是不可能的，电灯是没办法大规模推广的，因为发电站的电力没办法分送到千家万户，每家每户都要拉电线到发电站，这是不现实的。爱迪生不信邪，他买了大量煤气灯工程师的专业杂志。开始闷头钻研煤气管线的走线方案，他在借鉴煤气管线拉近千家万户的方式方法。 门罗帕克实验室内部陈列，左下角有一盏灯泡 最后，他提出了一整套走线方案，完全可以低成本的把电送进千家万户。他常年跟电打交道，他知道电是可以分流的。也就是一根总线拉进街区，然后在用分线拉近各家各户。这样成本就大大降低了。很多科学家对此是有误判的，他们以为电不能分流。爱迪生知道，要想提高效率就必须提高电压，降低电流。电线就可以用不太粗的线，成本又进一步降低了。爱迪生把电压定在了110V，那么灯泡的电阻也不能小，起码要到200欧姆。爱迪生还亲自指导设计了发电机组。新的发电机组效率更高。 现在剩下的问题就是该死的灯丝寿命问题了。现在看来，爱迪生的白炽灯泡简直毫无秘密可言。谁都明白是什么道理，不就是通电以后灯丝发热，烧到白热化，进而发光嘛，因此才叫白炽灯。关键问题就在灯丝的寿命上，搞出长寿命灯泡才是关键。 该用什么东西去当做灯丝的材料呢？这是一个材料学的问题，但是当时根本就没有材料学。因此，爱迪生不得不自己上阵来测试材料。当然他也不是乱测试，他的眼光主要及集中在两类材料上。一类是贵金属材料，代表是铂金。铂金化学性质稳定，不容易和一般的物质发生化学反应。还有一类材料就是碳。碳是个非金属材料，但碳是非金属里面的异类，它的导电性不错。很多金属材料受不了的环境，碳这个非金属反倒没事。 当然，爱迪生明白，碳是很便宜的东西，而铂金非常贵。首先应该把眼光放在碳元素这边。但是他尝试了无数次，总是在通电以后不久，灯丝就化作一缕青烟。爱迪生不得不采取海选的方式，各种又有机物都要碳化，然后来试试看能不能做灯丝使用。就连人的胡子和笤帚秒也不放过。但是还是没什么太大的进展。爱迪生不得不转向铂金灯丝，可是铂金灯丝也撑不住，很快就会烧断。爱迪生设计了一个双金属片，两个膨胀率不同的金属铆在一起，因为受热以后膨胀不均匀，双金属片会发生弯曲。 双金属片的原理 爱迪生利用这个特性，设计了一个断路保护器。当铂金丝的温度太高了，就要融化了，双金属片刚好变弯，断开电路。这样等温度降低了，双金属片恢复原状，电路再次接通。这样就可以防止白金灯丝烧断。爱迪生还为此申请了专利。但是白金灯丝还是扛不住，还是会被烧断。爱迪生实在是没办法了，不得不尝试更多的金属材料。 进入1879年，爱迪生的工作非常繁忙，虽然家就在几百米之外，他也没时间回去，吃饭也马马虎虎，经常是一个苹果馅儿饼就打发了。5万美元很快花光了，但是长寿命灯泡还是没能拿出来。投资人都沉不住气了。爱迪生不得不花时间去安抚投资人，把他们请到门罗帕克来看看。门罗帕克其实没有像样的火车站。这地方只有一个简单的不能再简单的站台，还是木头的。地势倒是比较高，算是纽约和宾夕法尼亚之间的最高点。 各位投资人来看了看，他们重新燃起了对爱迪生的信心，愿意追加5万美元的投资。爱迪生的经济危机才安然度过。一直到了3月份，爱迪生还在折腾各种金属材料。那些稀有金属被他折腾了个遍。他可能不知道，远在德国的小城乌尔姆，一个婴儿呱呱坠地，他的家族也将于灯泡结下不解之缘。但是这个男孩最终将放弃家庭为他设计好的工程师之路，他成了20世纪最伟大的物理学家。他就是阿尔伯特·爱因斯坦。 时光飞逝，在实验室里忙碌的爱迪生怎么也不会想到，历史已经悄悄的迎来了转折点，当人们如梦初醒的时候，有些人已经再也跟不上时代的脚步。那个影响了20世纪历史进程的人，此时还在摇篮里甜甜的睡着。格鲁吉亚的乡村是那么宁静，大家也完全想不到这个孩子未来会震撼世界。他的大名叫约瑟夫·维萨里奥诺维奇·朱加什维利。成年以后以后，他对这个姓氏非常不满意，完全不能反映他的性格和理想，他改姓斯大林，意思是钢铁。 大家可能感觉到1879年是个什么样的年份了。平静，也不平静。
门罗帕克的部分员工 我们不扯远了，我们兜回来说门罗帕克实验室。门罗帕克来了位新员工，他叫厄普顿，在德国上过大学。对于数学非常熟悉，爱迪生恰好对数学不怎么熟悉。这也是取长补短。厄普顿利用电学原理，计算出了灯丝应该具有200欧姆以上的电阻。这到是和爱迪生毛估出来的数值大差不差。有了理论的支持，实践之中可以少走不少的弯路。 但是，厄普顿也出过一回糗。几个人在讨论灯泡的体积有多大。几个搞数学的算了一晚上也没算出来。因为灯泡全是旁边那个玻璃吹管工手工吹出来的，形状不规则。后来爱迪生的秘书回忆，爱迪生抬手拿起一个灯泡吗，灌满了水，然后把水倒进量杯，灯泡的容积也就算出来了，体积也大差不差。这么容易的事儿，两个大学生硬是熬了一宿没搞定。所以说，爱迪生打心眼里有点看不上书呆子。
但是，没有厄普顿还真的就不行。爱迪生意识到灯丝烧毁的问题其实是因为灯泡的真空度不够造成的，那么如何获得更加纯净的真空就成为首要问题了。厄普顿告诉爱迪生，附近的普林斯顿大学有一套真空泵，是德国的斯普林格设计的，第二天，厄普顿就把真空泵扛回了门罗帕克。 有了真空泵的加持，爱迪生又回到了碳灯丝的老路上，他一次次的测试，碳元素的形态实在是太多样化了。各种有机物碳化以后，性质其实是有差异的，没办法，不得不一点一点的测试。最后，爱迪生把灯泡里的气压降低到了百万分之一大气压。他成功了，棉线碳化以后做成的灯丝点亮了足足45个小时。这一天是1879年的10月21日，这一天一般被认为是实用白炽灯泡的诞生之日。
斯旺版本的白炽灯和爱迪生版本的白炽灯， 两家最后握手言和 进入11月份，爱迪生的头等大事就是申请专利，就在这个时间段，一个英国人的生命也走到了尽头。1879年这个年份让那么多原本素不相识的人联系在了一起，叫人不得不感慨历史的神奇。 我们，下次再说。 |
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