Tip:
Highlight text to annotate it
X
灯泡的灯丝。如何让钨变得柔韧?engineerguy系列视频第三集。由卡米拉、亨利·德雷福斯化学科学基金会专项助学给予支持。
现今,我们大都相信是托马斯·爱迪生于19世纪70年代发明了灯泡(英国人认为是约瑟夫·斯旺),它从此成了一个相当有用的日用品,并彻底改变了现代照明。
然而,爱迪生的最初的模型用的却是碳化竹丝---一种脆弱易碎的材料,而且根本没这么亮。
这才是我们真正所熟知的白炽灯。
如今的灯泡钨丝本身就是精妙的技术工程。
钨的完美源于其熔点高,它可在工作在极高的温度下。
温度越高,发出的光亮就越多。
灯丝看起来平平无奇,但我来告诉你这玩意有多不可思议。
放大一点你可以看到它是一个螺旋线而不是一根直导线,但如果再放大。我们可以看到它是一个螺旋中的螺旋。
一个灯丝最开始时是20英寸长、大约1/2000英寸粗。
然后灯丝会卷1130匝,长度逐渐卷缩成3英寸多一点点,再盘绕到3/4英寸,就跟你从灯泡中看到的一样。
就成了我刚给你看过的“螺旋中的螺旋”。
显而易见,螺旋的钨线圈可以放出更多光,线圈内部的反射也可以使得发光强度增倍。
不过,作为一名工程师更让我惊奇的是制作这类线圈需要材料的高延展特性。
我给你演示一下我讲的延展性:铜块具有优良的延展性:你可将它们随意弯曲,然后再恢复到原来的形状。
但是对于天然的钨来说,根本没办法这么干:一折即断!
提高钨的柔韧性就成了GE工程师一份巧妙、富有创造力和精细的工作了。
威廉·柯立芝研发出了一套将钨粉做成细丝的方法。
这里就给你简略展示一下这些步骤,有多难你自己感受一下。
一,对钨粉施加高强压力使之变成一根脆钨棒。
二,将其加热到1300℃,然后用水冷却。
三,将钨棒带电加热至3200℃后再次冷却。
四,再加热至1500℃,但这次过氢气。
五,通过一系列的模具进行冷轧。
第六个也是最后一个步骤:烘烤,然后边降温边抽拉成为一个一根1毫米粗的钨丝。
我明白这很繁杂,但柯立芝是基于经验观察,直觉和已知的知识的,而并不单单依赖钨的书面特性。
最后。
想要灯丝维持在高温下工作就必须隔离氧气。
我们来看看,要是没有这玻璃罩壳,会发生什么?
爱死了...
如果你仔细看看,就会发现钨丝已经变黑了。
那是氧化钨。
早期的灯泡为了隔离氧气都把里面抽成了真空,现如今我们在里面填充了一些氩气。
氩气隔绝了阻止了工作在高温下的钨蒸发。
随着层出不穷的高效紧凑型荧光灯和LED灯 ,白炽灯泡的日子已经屈指可数。但我觉得许多如白炽灯这种老技术,都阐述了奇妙的创意设计和解决问题的能力。