书城科普读物图说科学史上的重大发明
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第2章 创新生活篇(2)

1847年2月11日,爱迪生诞生于美国俄亥俄州的米兰镇。他是铁路工人的孩子,小学未读完就辍学,在火车上以卖报度日。其发明创造了电灯、留声机、电影摄影机等1000多种成果,为人类做出了重大的贡献。 爱迪生12岁时,便沉迷于科学实验之中,经过自己孜孜不倦地自学和实验,16岁那年,便发明了每小时拍发一个信号的自动电报机。后来,又接连发明了自动数票机,第一架实用打字机、二重与四重电报机,自动电话机和留声机等。有了这些发明成果的爱迪生并不满足。他对电器特别感兴趣,自从法拉第发明电机后,爱迪生就决心制造电灯,为人类带来光明。1878年9月,爱迪生决定向电力照明这个堡垒发起进攻。他翻阅了大量的有关电力照明的书籍,决心制造出价钱便宜,经久耐用,而且安全方便的电灯。

爱迪生购下专利后,尝试改良使用的灯丝。他认真总结了前人制造电灯的失败经验后,制定了详细的试验计划,分别在两方面进行试验:一是分类试验1600多种不同耐热的材料;二是改进抽空设备,使灯泡有高真空度。他还对新型发电机和电路分路系统等进行了研究。 1879年他改以碳丝造灯泡,成功维持13个小时。到了1880年,他造出的炭化竹丝灯泡曾成功在实验室维持 1200小时。

爱迪生的最大发现是使用钨代替碳作为灯丝。之后在1906年,通用电器发明一种制造电灯钨丝的方法。最终廉价制造钨丝的方法得到解决,钨丝电灯泡被使用至今。

钨丝灯芯

知识卡片:

发电机

发电机是将其它形式的能源转换成电能的机械设备,最早产生于第二次工业革命时期,由德国工程师西门子于1866年制成,它由水轮机、汽轮机、柴油机或其它动力机械驱动,将水流,气流,燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机,再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产,国防,科技及日常生活中有广泛的用途。

钨丝灯

以钨丝作为灯丝制成的白炽灯。 产生连续光谱,用于400~780纳米可见光谱区。在分光光度计中作为可见光源。其光谱有效区域可延伸至3微米,故也用作近红外区的光源。

5. 钟表——衡量时间的标尺

如今,几乎家家户户都有钟和手表,钟表是我们日常生活中不可或缺的时间工具。可是同学们知不知道,在钟表出现之前,人们都是怎么计算时间的呢?

各式现代手表

中国古代有日晷、水钟、火钟、铜壶滴漏等,这只能算是古人的计时器。没有嘀嗒嘀嗒的钟表声,都不能称作钟表。到了北宋的时候,宰相苏颂主持建造了一台水运仪象台,它的结构已近似于现代钟表的结构,能报时打钟,每天仅有一秒的误差,可称为钟表的鼻祖。而且,它有擒纵器,正是擒纵器工作时能发出嘀嗒嘀嗒的声音。这就是钟表与计时器的区别。国际钟表界都把擒纵器视为钟表的心脏。在瑞士,有一本世界钟表界的权威书刊上写到:“现代机械钟表中使用的擒纵器源自中国古代苏颂的发明。”宋代,科学家苏颂又发明了“天球仪”,英国著名科技史家李约瑟的书中,记载:“苏颂把钟表机械和天文观察仪器结合以来,在原理上已经完全成功,他比罗伯特·胡克先行了六个世纪,比方和斐与胡克同被西方认为是天文钟表的发明人先行七个半世纪。”12世纪以后,中国钟表技术传入欧洲,欧洲人才造出钟表,可以说是中国人开创了人类钟表史,并影响了后来西方钟表的进展。

日晷

14世纪在欧洲的英、法等国的高大建筑物上出现了报时钟,钟的动力来源于用绳索悬挂重锤,利用地心引力产生的重力作用。15世纪末、16世纪初出现了铁制发条,使钟有了新的动力来源,也为钟的小型化创造了条件。1583年,意大利人伽利略建立了著名的等时性理论,也就是钟摆的理论基础。1656 年,荷兰的科学家惠更斯应用伽利略的理论设计了钟摆。 1675年,他又用游丝取代了原始的钟摆,这样就形成了以发条为动力、以游丝为调速机构的小型钟,同时也为制造便于携带的袋表提供了条件。18世纪期间发明了各种各样的擒纵机构,为袋表的进一步产生与发展奠定了基础。这期间一直到19世纪产生了一大批钟表生产厂家,为袋表的发展做出了贡献。19世纪后半叶,在一些女性的手镯上装上了小袋表,作为装饰品。那时人们只是把它看成是一件首饰,还没有完全认识到它的实用价值。直到人类历史进入20世纪,随着钟表制作工艺水平的提高以及科技和文明的巨大变革,才使得腕表地位的确立有了可能。

最古老式三表盘带钢珠机械钟

英国大本钟

20世纪初,护士为了掌握时间就把小袋表挂在胸前,人们已经很注重它的实用性,要求方便、准确、耐用。尤其是第一次世界大战的爆发,袋表已经不能适应作战军人的需要,腕表的生产成为大势所趋。1926年,劳力士表厂制成了完全防水的手表表壳,获得专利并命名为oyster,第二年,一位勇敢的英国女性Mercedes Gleitze佩带着这种表完成了个人游泳横渡英伦海峡的壮举。这一事件也成为钟表历史上的重要转折点。从那以后,许多新的设计和技术也被应用在腕表上,成为真正意义上的带在手腕上的计时工具。紧接着的二战使腕表的生产量大幅度增加,价格也随之下降,使普通大众也可以拥有它。腕表的年代到来了!

怀表

知识卡片:

日晷

日晷(读作guǐ)又称“日规”,是我国古代利用日影测得时刻的又一种计时仪器。通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”, 石制的圆盘叫做“晷面”。使用时,观察日影投在盘上的位置,就能分辨出不同的时间。日晷的计时精度能准确到刻(15分钟)。

铜壶滴漏

铜壶滴漏又名“漏刻”或“漏壶”。即用一个在壶底或靠近底部凿有小孔的盛水工具,利用孔口流水使铜壶的水位变化来计算时间。 我国发明的铜壶滴漏比外国制作的滴水计时器要早的多,应用也普遍,成为历代计时的重要工具。

6. 抽水马桶——营造干净舒适的生活环境

“厕所”这个词,相信同学们一定不陌生吧。每个人每天基本都要去光顾一次到多次。可是现在这么发达所以有了洗手间、有了抽水马桶。而在以前科技没那么发达的时候,他们的厕所是什么呢?有人可能会说到马桶或者夜壶,对。这是古人后来发明的。而如今我们称厕所为“洗手间”,而以前却叫便所、毛司、灰圈、茅厕、茅坑、粪坑、沃头、西间、西阁、舍后、更衣室等,厕所在一个朝代都有很多很多的名称。可是马桶和夜壶毕竟不方便,也不卫生,咱们看电视剧就会知道,每天只有到晚上才会有“倒夜香”的人,到家家户户去清理厕所。

夜壶

在女王伊丽莎白一世时代(1558—1603),英国有一位名叫约翰·哈林顿的教士,平时爱好文学,曾因传播一则所谓有伤风化的故事而被判处流放。1584—1591年间,他在流放地凯尔斯顿盖了住房。在那里,他设计出了世界上第一只抽水马桶。为什么叫抽水马桶呢,这是因为他所发明的马桶是与储水池相连的,装置在这所房子里,这样我们上完厕所就可以直接用储水池的水冲洗厕所了。他对这项发明颇为自豪,特地以荷马史诗中一位英雄埃杰克斯的名字为它命名。此后,哈林顿还写了《夜壶的蜕变》一书,详细描绘他的抽水马桶的设计。不过,当时的英国公众并没有接受这项发明,他们还是喜欢使用便壶。

抽水马桶