發明創造技法之定量實驗法

發布時間： 2018-10-26 3702

每當早上太陽從東方冉冉升起的時候，我們可能以為它一出來就會被我們看到，其實不然，它要比我們看到時還早。就是說，光速是有限的，而不是無限大。那隊，光速究竟是多少呢？光一秒鐘能夠跑多遠呢？

要回答這一問題，就要用定量實驗來測定。

世界上最早用實驗方法測定光速的是伽利略。他在1607年做了一個實驗。當時，他叫甲乙兩個人在夜間各帶一只燈，分立在兩個山頂上，甲先迅速取去燈罩對乙發出信號，乙在看到信號后，立即取去燈罩，對甲發出信號。兩山的距離和光往返的時間來計算光速。由于當時的技術條件限制，測得的光速很不精確。

后來，法國科學家斐索于1849年用一只旋轉的齒輪測量光走過某一給定距離的時間，齒輪以一定的速度運動并讓光通過齒間。斐索測得的光速為 313000 公里／秒。后來，法國科學家傅科用一只旋轉的鏡子測定光速。他讓鏡子以一定的速度轉動，使它在光線發出并從一面靜止鏡子反射回來這段時間內，恰好旋轉一周。隨著科學科技的不斷發展，人們不斷地改進實驗裝置和技術，直到1932年用旋轉棱鏡測得光速為299774±2公里／秒。20世紀60年代，激光器的出現，使光速的測定越發精確，1972年測定的光速值為299792公里／秒。目前國際計量委員會承認的光速是299792458米±1.2米／秒。

從伽利略開始，中間經過斐索和傅科等人，一直到20世紀80年代，用來測定光速的實驗都是一種定量實驗。

所謂定量實驗，是為了深入了解事物和現象的性質，揭露各因素之間的數量關系，確定某些因素的數值而進行的實驗。

在發明創造中，許多問題需要發明創造者做到胸中有“數”，即對求解的問題或設計的方案一定要注意到它的數量方面，要有基本的數量分析。

例如，在有關化學領域的發明創造中，人們不僅需要確定農藥或醫藥組合物的組分，而且需要確定各組分的含量，這時定量實驗就必不可少了。可以說，離開了定量實驗，有關新農藥、新醫藥的發明創造只是一種空想。

在一些有關方法的發明中，也常常依賴定量實驗。比如，現有技術是在50℃--130℃溫度范圍內，物質A與物質B生成物質C，物質C的產量與溫度成正比。能否選擇一個最佳的溫度范圍，使物質C的產量明顯地超過預期量呢？于是，有人通過定量實驗，發現在63℃－65℃的溫度范圍內能達到這一要求。這種選擇發明所具有的創造性是建立在定量實驗的基礎之上的。

即使是產品類發明創造，也常常離不開定量實驗的參與。例如，人們發現臭氧雖然與氧氣是同種元素組成的物質，但性質卻大不相同。臭氧比氧氣重，有特殊氣味。在雷雨時，閃電使一些氧氣轉變為臭氧，大氣中存在低濃度的臭氧，使雷雨后的空氣格外清新。臭氧有極強的除臭、殺菌、防霉效能。生活中碰到的不愉快氣味，如含硫化合物的臭蛋味，醛類化合物的刺激性氣味，胺類化合物的血腥味等，與臭氧發生反應后的最終產物都沒有異味，沒有毒性，不存在二次污染的可能。基于這種發現，有人提出了開發電冰箱電子滅菌除臭器的創意。通過定性實驗，我們可以解決利用臭氧能否殺菌除臭的問題。但在下列問題上，則必須依靠定量實驗：

你設計的電子線路能產生多大臭氧濃度？針對不同的消毒物品，應提供多大臭氧濃度？平均殺滅菌率大概多大？能在多少時間內殺滅電冰箱中危害人類的細菌和病毒？

如果不解決上述問題，開發設計的電冰箱滅菌除臭器是無法成為顧客樂意接受的商品的。

因此，定量實驗法也是發明創造中獨具慧眼的一種技法。

運用定量實驗法，首先要明確它與定性實驗的聯系。一般說來，定性實驗是定量實驗的基礎，只有先確定了某些因素是否存在，不同因素之間是否有聯系，才能進一步安排定量實驗。同時，也只有通過定性實驗了解和掌握了試樣的定性組成及其大約含量，才能正確地選用定量分析的方法。其次，定量實驗的一個突出特點是測試或測量，因此，掌握或了解有關量的測試或測量的方法，對發明創造者來說是一種不可缺少的能力。

假如有人想發明創造一種用于蔬萊、水果等食品貯存的電子保鮮器，除了設計出電路原理圖外，還應當通過定量實驗解決哪些技術問題呢？