發明創造技法之蘭米爾發明充氣燈泡的故事

發布時間： 2018-10-22 3050

1879年，美國著名的發明家愛迪生發明了炭絲電燈。這種電燈與以往的電弧燈相比，無疑顯得實用多了。它的出現，標志著人類使用電燈的歷史正式開始。然而，這種炭絲電燈亮度不理想，燈絲的制作方法比較復雜，使用的壽命也不是很長。因此，世界各國的科學家都在致力于白熾燈的改進。

在炭絲電燈誕生30年后的1909年，美國通用電器公司的庫里基發明了以鎢絲做燈絲的電燈泡。這種電燈與炭絲電燈相比，又前進了一步，但由于通電后鎢絲極易變脆，因此它的使用壽命也受到影響。

1909年夏天，一位叫蘭米爾的化學家來到美國通用電器公司工作。這位化學家造詣頗深，興趣廣泛。蘭米爾剛進入公司時，公司研究實驗室主任惠特尼博士并沒有立即分配蘭米爾做什么工作，而是建議他花幾天時間到各個實驗室走一走，看一看是否有他感興趣的課題。

蘭米爾來到研究鎢絲電燈的實驗室。他知道這個實驗室正在攻克延長鎢絲壽命的難關。

“你們采取什么辦法來解決這個問題呢?”蘭米爾問大家。

研究人員告訴他，目前最佳的方案是把玻璃內的氣體全部抽出。這種“真空燈泡”的研究引起了蘭米爾的濃厚興趣。他高興地加入了這種課題的研究。

“要延長鎢絲的壽命，必須要先了解鎢絲‘短命’的原因。”蘭米爾一頭就扎進了鎢絲變脆原因的研究。他認為鎢絲變脆是鎢絲內的氣體雜質引起的。因此，他向惠特尼建議：“我們必須在高真空的條件下加熱各種燈絲樣品，以測定各種情況下所產生的氣體量。”

惠特尼很注重蘭爾米的新見解，他同意蘭爾米專門從事這項研究，并給他配了幾名助手。

經過一段時間的研究，結果表明蘭爾米的想法是對的。沒有在真空條件下經長時間加熱的燈泡玻璃，它的表面會慢慢釋放水蒸氣，而這水蒸氣與燈泡內的鎢絲發生了化學反應，產生了氫氣。此外，燈泡接頭的地方，一些材料也會釋放出一些氣體。正是這類氣體的化學作用，使鎢絲變脆、燈泡玻璃壁變黑，降低了鎢絲燈的使用壽命。

找到了問題的癥結，這只是邁出了勝利的第一步。問題該如何解決呢?

蘭米爾的同事們，包括惠特尼博士都認為，解決這一問題的辦法是進一步提高燈泡的真空度。確實，愛迪生以及以后的許多科學家，為了提高燈絲的壽命，都是在燈泡真空度上做文章，而且也取得了一定的成績。因此，順著這條路走下去，便成了大家很自然的想法。

可是，蘭米爾是一位獨創性很強的科學家。他不同意大家的意見。他建議采用與抽真空相反的方法，即充氣的方法，把各種不同的氣體分別充入燈泡，看看各種不同的氣體跟鎢絲“相處”得怎么樣。蘭米爾打比方說：“這好比把手伸到燈泡里，讓我們親自‘觸模’一下鎢絲。”

“這種方法沒有人做過，肯定行不通。”

“這種方法絕對解決不了問題。”

面對大家的不同看法，蘭米爾微笑著說服大家。惠特尼博士雖然也有不同的觀點，但他還是支持蘭米爾試一試。

于是，蘭米爾分別把氫氣、氮氣、氧氣、水蒸氣、二氧化碳等氣體充入燈泡，并采用不同的溫度、壓力等外界條件進行試驗。

試驗結果表明：在高溫下，氫原子從鎢絲上擴散，擴散的氫原子重新結合在一起，劇烈地增強氣體的導熱作用。這對于燈泡來說，將會使它熱得受不了。

試驗結果還證實，燈泡的變黑確實是鎢絲蒸發所致。因為燈泡充入水蒸汽后，水蒸汽分子與熱鎢絲接觸，產生鎢的氧化合物，附在燈泡壁上，使燈泡變黑。

最后，蘭米爾發現，在高溫下氮氣并不離解，許多蒸發出的鎢原子撞擊到氮分子后又乖乖地回到了鎢絲上。顯然，氮氣對鎢絲有保護作用。也就是說，氮氣能使鎢絲壽命延長。

“終于找到了新方法了!”蘭米爾高興得跳起來。經過4年進一步的研究，蘭米爾終于在1913年發明了功率大、壽命長、效率高的充氣燈泡。

后來，蘭米爾又把小直徑燈絲圈成螺旋形，減少了熱傳導損失，并且發明了以氖氣代替氮氣而制成的小功率充氣燈泡。

1928年，蘭米爾由于發明充氣燈泡和對高溫低壓下化學反應的研究作出的突出貢獻，獲得了美國化工學會頒發的帕金獎章。

1932年，蘭米爾由于在化學上取得重大成就，獲得諾貝爾化學獎。

直到今天，我們仍在使用蘭米爾發明的充氣電燈。

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