韓吉辰

1879年，美國(guó)人奔走相告，在即將赴北極探險(xiǎn)的“佳內(nèi)特號(hào)”考察船上，裝有由愛(ài)迪生發(fā)明的電燈(白熾燈)。許多人涌向碼頭，希望親眼看看電燈的模樣。雖然在今天看來(lái)，這種內(nèi)部裝有炭做成的燈絲的燈泡，只不過(guò)比手電筒亮一點(diǎn)，但是在當(dāng)時(shí)的確是一個(gè)杰出的發(fā)明?？墒窃?30年之后的今天，我們卻要向白熾燈說(shuō)“再見(jiàn)”了。

“白熾燈”——把人類(lèi)帶進(jìn)電光時(shí)代

“發(fā)明大王”愛(ài)迪生的一生，發(fā)明了許多東西，然而對(duì)人類(lèi)生活影響最大的首推白熾燈，它把人類(lèi)帶進(jìn)電光時(shí)代。

白熾燈的原理很簡(jiǎn)單：將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài)，利用熱輻射發(fā)出可見(jiàn)光。發(fā)光體是用金屬鎢拉制的燈絲，這種材料最可貴的特點(diǎn)是其熔點(diǎn)很高，即在高溫下仍能保持固態(tài)。一只點(diǎn)亮的白熾燈的燈絲溫度高達(dá)3000℃，熾熱的燈絲產(chǎn)生了光輻射，發(fā)出了明亮的光芒。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，130年來(lái)電光源不斷發(fā)展：1931年發(fā)明低壓鈉燈，1936年發(fā)明熒光燈和高壓汞燈，1959年發(fā)明鹵鎢燈，1964年發(fā)明金屬鹵化物燈，1965年發(fā)明高壓鈉燈，1973年發(fā)明三基色熒光燈，1980年發(fā)明緊湊型熒光燈，1991年發(fā)明高頻無(wú)極燈……目前其品種已超過(guò)3000種，規(guī)格已達(dá)到5萬(wàn)多種，但其照明的核心部分——燈泡主要只有兩種：白熾燈和熒光燈。而白熾燈仍是產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣泛的電光源。為什么白熾燈這么受歡迎呢?主要是它的光色柔和自然而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需一個(gè)燈口擰上燈泡即可!對(duì)于電壓穩(wěn)定的要求不是很?chē)?yán)格，根據(jù)環(huán)境需求選用不同功率的燈泡，非常方便，這樣照明的成本相當(dāng)?shù)土?/p>

可是白熾燈卻有致命的弱點(diǎn)：在它消耗的能量中，90％用于發(fā)熱而不是發(fā)光。俗話(huà)說(shuō)“有一分熱發(fā)一分光”，可惜的是白熾燈“有十分熱才發(fā)一分光”!在美國(guó)，建筑物里22％的電力是由電燈消耗，而其中的40％又是由于那些低效的白熾燈泡所消耗的。另一個(gè)弱點(diǎn)是使用壽命短，通常不會(huì)超過(guò)1000小時(shí)(熒光燈大約是2000G小時(shí))。

在能源危機(jī)和環(huán)境污染嚴(yán)重的今天，為了減少溫室氣體排放，遏制全球變暖，綠色和平組織在世界各國(guó)發(fā)起運(yùn)動(dòng)，計(jì)劃在“禁止白熾燈泡”的請(qǐng)?jiān)笗?shū)上征集100萬(wàn)簽名。近期澳大利亞政府推出了一項(xiàng)逐步采用節(jié)能熒光照明設(shè)備，以減少溫室氣體排放的計(jì)劃，從2010年開(kāi)始將禁止使用白熾燈泡。這是世界上第一個(gè)打算淘汰白熾燈泡的計(jì)劃。為節(jié)能減排，日本、印度、歐盟等國(guó)2009年起也將用節(jié)能燈逐步取代白熾燈。

照明領(lǐng)域的一顆新星——發(fā)光二極管“燈泡”正在走向?qū)嵱没A段。發(fā)光二極管發(fā)明于20世紀(jì)60年代，除經(jīng)久耐用外，這種燈泡在節(jié)能方面也有很大潛力。如果美國(guó)的燈泡中有一半使用發(fā)光二極管燈泡，則可關(guān)閉24座發(fā)電站，節(jié)省數(shù)十億美元，二氧化碳的排放量也將明顯下降。

愛(ài)迪生發(fā)明的白熾燈泡為人類(lèi)的文明做出了巨大的貢獻(xiàn)，但為了節(jié)能，為了環(huán)保，它終將退出歷史的舞臺(tái)!

引發(fā)18世紀(jì)工業(yè)革命的“蒸汽機(jī)車(chē)”

大名鼎鼎的蒸汽機(jī)曾引起了18世紀(jì)的工業(yè)革命。直到20世紀(jì)初它仍然是世界上最重要的原動(dòng)機(jī)，后來(lái)才逐漸讓位于內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)和電動(dòng)機(jī)。

我們一般將瓦特視為蒸汽機(jī)的發(fā)明者，實(shí)際上瓦特是將蒸汽機(jī)進(jìn)一步改進(jìn)，完成了兩項(xiàng)重要發(fā)明，于1769年取得了英國(guó)的專(zhuān)利。瓦特的創(chuàng)造性工作使蒸汽機(jī)迅速地發(fā)展，熱效率成倍提高，煤耗大大下降。自18世紀(jì)晚期起，蒸汽機(jī)不僅在采礦業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，在冶煉、紡織、機(jī)器制造等行業(yè)中也都獲得迅速推廣。

蒸汽機(jī)的發(fā)展在20世紀(jì)初達(dá)到了頂峰，廣泛用于電站、工廠、機(jī)車(chē)和船舶等各個(gè)領(lǐng)域中。經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，1807年美國(guó)的富爾頓制成了第一艘實(shí)用的蒸汽機(jī)船“克萊蒙托”號(hào)。此后，蒸汽機(jī)在船舶上作為推進(jìn)動(dòng)力歷經(jīng)百余年之久；史提芬遜在1829年制造的火車(chē)是最早成功運(yùn)行的蒸汽機(jī)車(chē)，到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，蒸汽機(jī)車(chē)仍是最常見(jiàn)的機(jī)車(chē)。蒸汽機(jī)車(chē)的速度紀(jì)錄是在英國(guó)創(chuàng)下的時(shí)速203千米，一般認(rèn)為這是蒸汽機(jī)車(chē)的速度極限。

現(xiàn)代蒸汽機(jī)的最大的優(yōu)點(diǎn)是它幾乎可以利用所有的燃料將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。蒸汽機(jī)的弱點(diǎn)是：離不開(kāi)鍋爐，整個(gè)裝置既笨重又龐大；蒸汽的壓力和溫度不能過(guò)高，排氣壓力不能過(guò)低，熱效率難以提高；它是一種往復(fù)式機(jī)器，慣性力限制了轉(zhuǎn)速的提高；工作過(guò)程是不連續(xù)的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。

蒸汽機(jī)車(chē)在20世紀(jì)中開(kāi)始被內(nèi)燃機(jī)車(chē)所取代。盡管人們對(duì)蒸汽機(jī)作過(guò)許多改進(jìn)，不斷擴(kuò)大它的使用范圍和改善它的性能，但是隨著汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展，蒸汽機(jī)因存在不可克服的弱點(diǎn)而逐漸衰落。

在中國(guó)，某些地區(qū)煤炭的價(jià)格比石油低很多，使蒸汽機(jī)車(chē)仍然有它們的價(jià)值。中國(guó)曾經(jīng)是全球最后一個(gè)制造大型蒸汽機(jī)車(chē)的國(guó)家，位于山西的大同車(chē)廠一直生產(chǎn)蒸汽機(jī)車(chē)至1988年。2005年12月9日，在內(nèi)蒙古大板附近的鐵道邊上，最后一列蒸汽機(jī)車(chē)執(zhí)行完任務(wù)后，見(jiàn)證了蒸汽機(jī)車(chē)退出歷史舞臺(tái)的最后一刻?，F(xiàn)在，蒸汽機(jī)車(chē)只能以旅游觀光小火車(chē)的形式出現(xiàn)在人們的視野中，滿(mǎn)足人們的懷舊情懷了。

“氟利昂”及其它……

與白熾燈、蒸汽機(jī)同樣命運(yùn)的還有氟利昂、塑料等。氟里昂是20世紀(jì)20年代合成的，是幾種氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的總稱(chēng)，常用的主要是二氯二氟甲烷。氟利昂隨著電冰箱和空調(diào)的普及，作為最常使用的制冷劑而進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)。電冰箱的制冷劑儲(chǔ)存在冰箱的專(zhuān)用容器中，當(dāng)冰箱開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)開(kāi)始工作，吸入處于低壓和常溫狀態(tài)下的氟利昂蒸氣，將其壓縮成為高溫高壓的蒸氣，隨后被送往冷凝器(這是一種被多次彎曲的管子，稱(chēng)為“蛇形管”，一般是被安裝在冰箱背后或側(cè)面)。由于進(jìn)入冷凝器的氟利昂蒸氣的溫度比室溫要高，熱量就通過(guò)蛇形管的管壁向外散發(fā)，這樣氟利昂蒸氣的溫度就降低了并從氣態(tài)冷凝為液態(tài)，隨后它離開(kāi)冷凝器流向蒸發(fā)器(由另一個(gè)蛇形管構(gòu)成，比冷凝器的蛇形管要細(xì)一些)。由于在蒸發(fā)器中壓力急劇降低，氟利昂便劇烈蒸發(fā)，從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，伴隨這一過(guò)程的是溫度降低。由于熱量總是從較熱的物體向較冷的物體上轉(zhuǎn)移，所以冰箱中較熱的食物就將熱量轉(zhuǎn)移到流動(dòng)著氟利昂氣體的蛇形管上，從而達(dá)到制冷的目的。

氟利昂化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，略有香味，不具有可燃性和毒性，被當(dāng)作制冷劑、發(fā)泡劑和清洗劑，廣泛用于家用電器、泡沫塑料、日用化學(xué)品、汽車(chē)、消防器材等領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代后期，氟利昂的生產(chǎn)達(dá)到了高峰，產(chǎn)量達(dá)到了144萬(wàn)噸。

氟利昂是破壞臭氧層的元兇，現(xiàn)已成為人所共知的常識(shí)。不過(guò)，在對(duì)氟利昂實(shí)行控制之前，全世界向大氣中排放的氟利昂已達(dá)到了2000萬(wàn)噸。由于它們?cè)诖髿庵械钠骄鶋勖_(dá)數(shù)百年；所以排放的大部分仍留在大氣層中，其中大部分仍然停留在對(duì)流層，一小部分升入平流層。在對(duì)流層相當(dāng)穩(wěn)定的氟利昂，在上升進(jìn)入平流層后，在一定的氣象條件下，會(huì)在強(qiáng)烈紫外線(xiàn)的作用下被分解，分解釋放出的氯原子同臭氧會(huì)發(fā)生連鎖反應(yīng)，不斷破壞臭氧分子。科學(xué)家估計(jì)一個(gè)氯原子可以破壞數(shù)萬(wàn)個(gè)臭氧分子。

20世紀(jì)末，科學(xué)家強(qiáng)烈要求停止氟利昂的生產(chǎn)。但是以前大量生產(chǎn)的冰箱、空調(diào)里面使用的氟利昂依然存在于地球上。2001年即使制定了《關(guān)于特定制品氟類(lèi)的回收以及破壞的實(shí)施確保法律》，但還是回收不利。所以，許多看似杰出的發(fā)明帶給人類(lèi)的麻煩也不少。不過(guò)，我們大可不必對(duì)其一概否定，因?yàn)樵谙喈?dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，它們?yōu)槲覀兊纳钐峁┝耸孢m和便捷。隨著科技的進(jìn)步和環(huán)保理念的深入人心，未來(lái)必將會(huì)有更新的更經(jīng)得住考驗(yàn)的發(fā)明走進(jìn)我們的生活。(文章代碼：0208)

責(zé)任編輯龐云