葉影
“星星點燈照亮我的家門,讓迷失的孩子找到來時的路......”《星星點燈》憑勵志的歌詞和朗朗上口的旋律深受大家喜愛,曾一度風(fēng)靡大江南北。而在2018年浙江省趣味親子科學(xué)實驗賽的舞臺上,也有一個“‘芯芯點燈”節(jié)目,這個“芯芯”其實是鉛筆芯。表演者配合默契、創(chuàng)意趣味無限??吹竭@里,你或許會問:一根普通的鉛筆芯究竟怎么點燈?那就讓我們一起隨著這個實驗的設(shè)計表演者鄭皓越、鄭斌斌兩父子來一探究竟吧。
實驗的開場十分有趣:晚飯后,爸爸坐在椅子上愜意地看著報紙,兒子則坐在書桌前認(rèn)真學(xué)習(xí)。突然停電了,家中一片漆黑。
停電怎么辦?許多人第一反應(yīng)就是找蠟燭或者翻出手電來應(yīng)急,這對父子卻不急不慢地做起了實驗,還給實驗起了個好聽的名字:《會發(fā)光的鉛筆芯》。感興趣的朋友們可以跟著實驗步驟一起試試,實驗的取材都十分常見。
一號電池8節(jié),錫紙兩條,鉛筆芯數(shù)根,卷紙筒一個,玻璃廣口瓶一只,回形針數(shù)只,膠帶一卷,礦泉水瓶一個,剪刀一把。
1、將8節(jié)一號電池以串聯(lián)的方式放進(jìn)卷紙筒。
2、將錫紙與回形針連接在一起。
3、用膠布將回形針固定在礦泉水瓶瓶口的兩端。注意兩個回形針的高度要保持一致。
4、將鉛筆芯放在兩個回形針上,把廣口瓶蓋在礦泉水瓶上,做出一個小燈罩。
至此,基本架構(gòu)搭建完畢,可以展示實驗結(jié)果了。若將錫紙按在電池的兩端,就可以觀察到鉛筆芯冒煙發(fā)光的現(xiàn)象。若將鉛筆芯換成銅線,則觀察不到發(fā)光現(xiàn)象。
鉛筆芯發(fā)光與電燈泡發(fā)光的原理是類似的。當(dāng)年,愛迪生在研究電燈的過程中曾試過1600多種材質(zhì),以后才演變成鎢絲。鉛筆芯的主要成分是石墨,具有導(dǎo)電性。當(dāng)我們把電池和錫紙(錫紙充當(dāng)了導(dǎo)線)連接上鉛筆芯時,就構(gòu)成了一個完整的電路。石墨在導(dǎo)電的同時電阻很大,當(dāng)強(qiáng)大的電流通過鉛筆芯時,鉛筆芯溫度急速升高,并且可以發(fā)熱發(fā)光。
而銅線的導(dǎo)電性雖然非常好,但電阻率卻很小,所以只會輕微發(fā)熱,不會發(fā)光,這也是我們把鉛筆芯換成銅線沒有觀察到任何現(xiàn)象的原因。
1、電燈泡小知識。電燈泡(或稱電球、鎢絲燈),其準(zhǔn)確的名稱應(yīng)為白熾燈。它的外圍由玻璃制造,把燈絲置于玻璃內(nèi)的真空中,或低壓的惰性氣體之下,作用是防止燈絲在高溫下氧化。其中,用電流把常以鎢制成的燈絲加熱到白熾狀態(tài)后用來發(fā)光的燈叫白熾燈,而燈泡內(nèi)填充了鹵素和惰性氣體的白熾燈稱為鹵素?zé)簟?/p>
2、電燈的發(fā)明權(quán)之爭。如果問起是誰發(fā)明了電燈,大多數(shù)人都會毫不猶豫地回答愛迪生。但實際上,電燈的發(fā)明并不是愛迪生一個人的功勞,世界上第一個電燈泡也不是愛迪生發(fā)明的。如果從發(fā)明電燈的時間來看,早在愛迪生之前,就已有人發(fā)明出了電燈,而且不止一個人。
電燈的發(fā)明史,最早可以追溯到1801年。當(dāng)時,英國一位名叫漢弗里·戴維的化學(xué)家在他的實驗室中用鉑絲通電發(fā)光,當(dāng)然,這還不是電燈泡。幾年后,漢弗里·戴維發(fā)明了電燈最早的雛形——“電燭”,是利用兩根通電碳棒之間發(fā)生的電弧來照明。1845年,俄國科學(xué)家鮑爾舍夫斯基發(fā)明了帶熒石的發(fā)光電燈。
1854年,美國一位名叫亨利·戈培爾的鐘表匠,將一根碳化的竹絲放在真空玻璃瓶中,通電后發(fā)光長達(dá)400個小時,世界上第一個真正的電燈泡也由此誕生了。不過,亨利·戈培爾卻沒有及時申請專利。1860年,英國化學(xué)家、物理學(xué)家約瑟夫·威爾森·斯旺也發(fā)明了一個碳絲電燈泡。由于當(dāng)時真空技術(shù)不發(fā)達(dá),斯旺的這個電燈泡處于半真空狀態(tài),使用壽命很短。此外,俄國政府聲稱:早在1873年時,亞·尼就用白熾燈做過彼得堡街道照明的試驗。
1874年,溫哥華的兩名電氣技師申請了一項專利,在玻璃泡內(nèi)充入氮氣,以通電的碳桿發(fā)光,但他們沒有足夠的財力繼續(xù)完善這項發(fā)明,于1875年將專利賣給了愛迪生。愛迪生從1875年起,才開始對電燈發(fā)起新的挑戰(zhàn)。愛迪生通過不懈努力,終于在試驗了1600多種材料之后,于1879年制造出了可以照明45個小時的碳絲燈泡。在愛迪生點亮電燈以前,即1878年12月18日,英國著名科學(xué)家斯旺在紐卡斯?fàn)柣瘜W(xué)協(xié)會上曾展示了碳絲燈泡,并在兩年后投產(chǎn)。
值得一提的是,斯旺和愛迪生發(fā)明電燈的時間相差無幾,他們曾為爭奪電燈的發(fā)明權(quán)而打官司,后來兩人庭外和解,并于1883年在英國成立了一家聯(lián)合公司——“愛迪萬”(EdiSwan)。再后來,斯旺把他的權(quán)益及專利全部賣給了愛迪生。
電燈是科學(xué)史上的一座界碑,是一代代科學(xué)家的探究和實驗累加造就的。愛迪生也是站在前輩的肩膀上,對現(xiàn)代電燈的核心要素加以改良,發(fā)明了發(fā)電機(jī)、絕緣電線等設(shè)備,進(jìn)而連接起實驗室和市場端,推動了電燈的量產(chǎn),讓電燈走進(jìn)千家萬戶。因此,愛迪生才被公認(rèn)為是電燈的發(fā)明人。