电力技术的应用与发展,促使一大批新的工业部门相继产生,掀起了又一次工业技术革命。“楼上楼下,电灯电话”就曾是中国人奋斗的目标,电气化通常被认为是人类最理想的生活形态,现代社会里,电力极大地改善了人类的生活品质。在19世纪后期这个技术发明的黄金年代里,各种电气新发明层出不穷,限于篇幅,在此仅介绍电灯、电影等几种。
4.?1? 电灯的发明
照明是电的第一个重要应用领域。伏打电池问世后,英国化学家戴维(1778—1829)用2000个伏打电池串联成电池组,制成了第一个炭极放电弧光灯;1876年,俄国的亚布洛契柯夫发明了两根炭棒并列放置的新式弧光灯,人们称它是电蜡烛。有了发电机供电后,弧光灯一度得到推广,多用于导航灯塔。但炭极弧光灯费用昂贵,且不能长时间稳定工作,且其耀眼的光线也不适于家庭照明。
1820年,法国物理学家德拉留发现了细铂丝在强电流下的白炽发光现象,由此,许多人开始探索发明白炽照明灯。1854年,美国人戈贝尔(1818—1893)把竹纤维炭化后制成灯丝,置于抽除空气的玻璃管内,制成发光白炽灯,其寿命已达400小时,但他并没有申请设计专利。1878年,英国工程师斯旺也发明了与戈贝尔灯泡类似的炭丝白炽灯泡,获得英国专利,但没能大规模普及使用。看来,谁能找到最好的炭丝,谁就找到了通往光明的大门。于是,在几个发明家之间,为了争夺白炽灯的发明专利权,展开了一场你追我赶、激动人心的竞赛。
美国传奇发明家爱迪生(1847—1931)把白炽灯推向真正的实用化,使人类跨入了全新的电气照明时代。爱迪生总结前人和同行们的经验教训,认识到白炽灯保持寿命的关键是灯丝。他通过大量实验探索灯丝的合适材料,先后试验了包括多种金属丝在内的1600种材料,后来受到斯旺炭化灯丝的启发,终于在1879年10月21日成功制作了白炽灯泡,持续发光45小时。经过持续改进,到1880年5月,他的灯泡连续寿命已达1200个小时,随后这种灯泡开始投入大量生产,从此,电灯进入了实用阶段。爱迪生还设计了完整的发电和供电系统,推广他的照明白炽灯。
1910年美国通用电气公司的库利奇(1873—1975)采用韧性更好的金属钨丝代替炭丝,即防振灯丝,其寿命更长。1913年又是通用电气公司的郎谬尔(1881—1957)发现,在灯泡内充入惰性氮气以避免灯丝在真空中蒸发烧断,再次延长了白炽灯的寿命。1920年又进一步采用氩气和氪气,保持灯丝寿命不变而亮度更强。
电灯的发明以及为此发明所作的重要推广,可能是爱迪生一生中最杰出的成就。一百多年来,电灯驱除了黑夜,深刻改变了人们的作息时间和生活方式。他建立的公共照明电力系统后来为各国的电力建设提供了示范,推动了电力事业的发展。爱迪生于1876年创办了世界上第一个工业实验室,以社会需求为目标,组织大批科学人才进行协同研究和实验,打破了过去科学家单枪匹马的研究习惯,这种科学研究的组织方式成为现代工业文明的重要特征。爱迪生一生的发明达2000多件,在83岁时还取得了他一生中最后的第1093项专利,当然有些发明也是其实验室集体智慧的结晶。
电影也是爱迪生在电气领域众多发明中的杰作。1889年,爱迪生开始着手研制电影机。他仔细研究了视觉暂留现象,并考察了法国人此前根据暂留原理制作的动画片,搞清楚了电影放映机的基本原理。1894年,他用电灯光和电动机制成了世界上第一台电影放映机,它可以将动画用电灯光投射到屏幕上。同年,他的公司拍摄了世界上第一部电影《列车抢劫》。但爱迪生的电影只能供一人观看,不是真正现代意义上的电影。
4.?2? 电影
电影究竟发明于何时,有许多说法。有的把形象化的表现也算作是电影的起源,从中国的灯影戏、皮影戏到幻灯。有的甚至追溯到公元前5世纪,把我国哲学家墨子在他的著作《墨经》中提出的“光至景亡”等光学论断以及光影的生成、关系、物像的反映原理等都看作是电影发明的先导。这些都是有一定道理的。
实际上,从19世纪初开始,电影的发明就进入了探索和实验阶段。1825年,英国人费东和派里斯博士发明了“幻盘”,1832年,比利时的约瑟夫和奥地利的斯丹普弗尔同时发明了“诡盘”,1834年,英国人霍尔纳发明了“走马盘”。这些东西类似我国传统的“走马灯”,会转动,利用人眼的“视觉暂留”原理,使转动着的单个图像变成了连续的动态图像。接着,1839年法国人达盖尔发明了摄影术,随着摄影技术的突破,到了1877年,法国人雷诺制造了“活动视镜”,进而在1888年创造了他的“光学影戏机”,类似现代的动画片技术。1882年,法国生理学家马莱发明了“摄影枪”后,解决了连续摄影的问题。几乎在同一时间,美国的爱迪生创造了每格凿有四组小孔的35毫米影片,并发明了“白热灯”,同时,他采用了马莱连续摄影的方法制成了“电影视镜”,这是一个可放50英尺影片的大柜子,影片首尾连接成片环,用马达驱动后循环放映,里面装有放大镜,人凑在窥视孔上就能看到放大了的影片画面。中国人称为“西洋镜”。爱迪生的“电影视镜”传入法国后,立刻被路易·卢米埃尔和奥古斯特·卢米埃尔兄弟俩采用,并进行改造,采用了马尔蒂的十字轮结构后,解决了影片间歇运动的问题,终于在1894年底研制成了第一台比较完美的电影放映机,并成功地把图像投射到银幕上,解决了多人观看的问题。所以,目前国际电影界根据法国路易·卢米埃尔兄弟在1895年12月28日这天,在巴黎卡普辛路14号大咖啡馆的“印度沙龙”内用“活动电影机”将自己拍摄的《工厂的大门》、《火车进站》、《水浇园丁》、《墙》等几部短片,放映至银幕上这一史实,将这一天作为世界电影的发明日。也就是说,活动影像的摄取和放映在技术上最终成为可能。电影终于正式诞生了。
4.?3? 留声机
1857年,法国发明家斯科特(Scott)就曾经探索如何进行声音的保留和复原。但真正取得实际进展的是爱迪生,这项伟大发明的最初启发却是源于他在电话发明改进过程中的一个偶然现象。
1876年,爱迪生开始涉足电话的发明改进。为解决当时的电话远距离通话的声音衰减,爱迪生考虑发明一种用于电话线路的中继器进行声音中转。在进行相关的研究实验中,爱迪生根据电话传话器里的膜板随着说话声会引起振动的现象,拿短针作了试验,从中得到很大的启发。说话的快慢高低能使短针产生相应的不同颤动,那么,反过来,这种颤动也许能还原出原先的说话声音。于是,他开始研究声音重现问题。
经过持续努力,爱迪生终于绘出了一张设计图,由他的助手科劳迪按照设计图制造出了样机。在机器上有个刻有螺旋槽纹的金属圆筒,圆筒可由手柄驱动旋转。另外,伸在圆筒上的曲臂装有一根针,针尖与圆筒表面接触,而在针的上面安装一个喇叭。在喇叭的端部装有金属薄膜,针就装在薄膜上。爱迪生宣称:“这台机器会说话。”助手们都以为爱迪生在开玩笑,然而,这时的爱迪生却表情严肃,只见他一本正经地把一张锡箔绕在圆筒上,把喇叭上的针接触在锡箔上,然后边摇手柄边对着喇叭说话:“玛丽抱着羊羔,羊羔的毛像雪一样白。。。。。。”原来,爱迪生在对着喇叭朗诵童话。这时,声音的振动传到喇叭端部的金属薄膜上,使薄膜产生相应的振动,于是装在薄膜上的针就在锡箔的表面不断划出深浅不同的沟纹。爱迪生朗诵完童话后,就把机器上的针放回原处,又摇动起手柄,于是,奇迹出现了,机器用爱迪生的声音说起话来:“玛丽抱着羊羔。。。。。。”总共8秒钟的声音成为世界录音史上的第一声。科劳迪和观看的人都非常惊奇,觉得爱迪生好像是在变戏法似的,并称这台机器为留声机。
爱迪生发明留声机的消息很快传开了,人们称赞这是“19世纪的奇迹”,爱迪生成了名噪一时的新闻人物。实际上,此时的留声机还很粗糙,有许多地方需要改进。例如,圆筒上贴的锡箔用过五六次之后,发出的声音就变小了,必须重新更换。在最初的新鲜感过去后,包括爱迪生在内的人们并没有意识到这项发明的深远影响,而不再感兴趣了。再加上那时爱迪生正忙于研究试验电灯,无暇顾及留声机,结果他这项非凡的发明就这样被冷落了9年。直到1887年,爱迪生又回过头来改进留声机,费了一番周折,总算制成了第二台机器。这台经过改进的机器,比第一台在性能上好多了。原来圆筒上贴的锡箔,已由坚硬的焊锡涂层所取代,而针已改用蓝宝石唱针,同时还将针尖磨成圆形,以防止针在锡管沟纹中滑动时不致划伤沟纹。另外,手摇把也被淘汰了,采用电池带动的马达或发条转动。这些改进,使爱迪生发明的留声机已经接近于商业性实用了。但其致命缺点是声音载体锡筒大量复制困难,缺乏普及性,这又由后来的人们进行了改进。