书城教材教辅令孩子惊奇的122个科学发现和科学知识
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第85章 照亮世界的钨

你听说过钨吗?它可是很出名的,而且它就在我们的周围,对我们来说相当的重要。在很久以前,人们还没认识它的时候,晚上就只能点蜡烛。你肯定想到了,它不是电灯,而是里面的灯丝。

钨,是稀有金属,也是重要的战略物资,在古代被称为“重石”。1783年,被西班牙人德普尔亚命名为钨。钨在地壳中的含量为0.001%。已发现的含钨矿物有20种。钨矿床一般伴随着花岗质岩浆的活动而形成。经过冶炼后的钨是银白色而有光泽的金属,熔点极高,硬度很大。因为它很耐热,可以承受3410℃±20℃的温度,所以可以用作灯丝。

那它是被谁发现的呢?那就是著名的发明家爱迪生。爱迪生是美国著名的发明家、企业家。1847年2月11日,他诞生于美国俄亥俄州米兰镇的一个农民家庭)。爱迪生在1877年开始了改革弧光灯的试验,提出了要搞分电流,变弧光灯为白光灯。这项试验要做得成功,就必须找到一种能燃烧到白热的物质做灯丝。这种灯丝要经住1000小时以上温度在2000℃的燃烧,同时用法要简单,能经受日常使用的碰撞,价格又要便宜,还要使一个灯的明和灭不影响另外任何一个灯的明和灭,保持每个灯的相对独立性。为了选择这种材料做灯,这在当时是很大胆的设想,需要下极大的功夫去探索,去试验。爱迪生先是用炭化物质做试验,失败后又以金属铂与铱高熔点合金做灯丝试验,还做过上质矿石和矿苗共1600种不同的试验,结果都失败了。但这时他和他的助手们已取得了很大进展,已知道白热灯丝必须密封在一个高度真空玻璃球内不易溶掉的道理。这样,他的试验又回到炭质灯丝上来了。

到了1880年的上半年,爱迪生的白热灯试验仍无结果,就连他的助手也灰心了。有一天,他把试验室里的一把芭蕉扇边上缚着一条竹丝撕成细丝,经炭化后做成一根灯丝,结果这一次比以前做的种种试验都优异,这便是爱迪生最早发明的白热电灯——竹丝电灯。这种竹丝电灯继续了好多年。直到1908年发明用钨做灯丝后才代替它。

钨丝可以在很高的温度下保持稳定而不会融化,而是直接升华成气体,等关灯后,温度下降,钨气又重新凝华成固体覆在了灯泡内壁上,因为钨是黑色固体,所以白炽灯用久了以后,钨在灯内壁反复累集积,灯泡就会变黑了。

白炽灯是有寿命的,一般发黑后,寿命也就不长了,黑色的灯泡会影响照明质量,而且也不美观。所以,用时间太长发黑的灯泡不如尽快换掉,以免影响正常的照明和生活,造成各种不便。

白炽灯的寿命跟灯丝的温度有关,因为温度越高,灯丝就越容易升华,当钨丝升华到比较细瘦时,通电后就很容易烧断,从而结束了灯的寿命。所以,白炽灯的功率越大,寿命就越短。

白炽灯灯丝的下垂,既与掺杂钨丝中的添加元素含量及加工工艺有关,也与灯丝制作过程中的处理工艺有关。钨丝在拉制成成品丝时保留了大量的内应力,在绕制成灯丝时又在钨丝的截面上产生新的不均匀变形的内应力。这些内应力必须在灯丝装架进入泡壳前加以完善的消除,否则灯泡在燃点开始的时候就会使灯丝扭曲、变形和下垂。灯丝的下垂会严重地降低灯泡的发光效率。

照亮世界的钨对我们很重要,但我们也不能忘记爱迪生的努力。我们在这个充满光明的世界,要像爱迪生一样不怕困难,努力去实现我们的理想,为世界带来光明。