走近光学(Ⅱ)
古时候人们常用“照萤映雪”来形容读书人刻苦学习的精神,这也从另一个方面反映了当时人们对照明设施落后的一种无奈。经过物理学家对自然规律的探索,现在已有多种光源为人类造福。
一、电光源
早在1821年,英国科学家戴维和法拉第就发明了一种叫电弧灯的电灯。这种电灯用炭棒作灯丝。它虽然能发出亮光,但是光线刺眼,耗电量大,寿命也不长,因此很不实用。
“电弧灯不实用,我一定要发明一种灯光柔和的电灯,让千家万户都用得上。”对发明如痴如醉的爱迪生暗下决心。
于是,他开始试验作为灯丝的材料:用传统的炭条作灯丝,一通电灯丝就断了;用钌、铬等金属丝作灯丝,通电后,亮了片刻也被烧断;用、白金丝作灯丝,效果也不理想。就这样,爱迪生试验了1600多种材料。一次次试验,一次次失败,很多专家都认为电灯的前途黯淡。英国一些著名专家甚至讥讽爱迪生的研究是毫无意义的。一些记者也报道:“爱迪生的理想已成为泡影。”
面对失败,面对别人的冷嘲热讽,爱迪生没有退缩。他明白,每一次失败都意味着向成功走近了一步。
一次,爱迪生的老朋友麦肯基来看望他。爱迪生望着麦肯基说话时一晃一晃的长胡须。突然眼睛一亮,说:“胡子,先生,我要用您的胡子。”麦肯基剪下一绺交给爱迪生。爱迪生满怀信心地挑选了几根粗胡子。进行炭化处理,然后装在灯泡里。可令人遗憾的是,试验结果也不理想。“那就用我的头发试试看。没准还行。”麦肯基说。
爱迪生被老朋友的精神深深感动了。但他明白,头发与胡须性质一样,于是没有采纳老人的意见。爱迪生起身,准备为这位慈祥的老人送行。他下意识地帮老人拉平身上穿的棉线外套。突然,他又喊道:“棉线,为什么不试试棉线呢?”
麦肯基毫不犹豫地解开外套,撕下一片棉线织成的布,递给爱迪生。爱迪生把棉线放在U形密闭坩埚里,用高温处理,然后用镊子夹住炭化棉线,准备将它装在灯泡内。可由于炭化棉线又细又脆。加上爱迪生过于紧张,拿镊子的手微微颤抖,因此棉线被夹断了。最后,费了九牛二虎之力,爱迪生才把一根炭化棉线装进了灯泡。
此时,夜幕降临了,爱迪生的助手把灯泡里的空气抽走,并将灯泡装在灯座上,一切工作就绪。大家静静地等待着结果。接通电源,灯泡发出金黄色的光辉,把整个实验室照得通亮。13个月的艰苦奋斗。试用了6000多种材料,试验了7000多次,终于有了突破性的进展。
但这个灯泡究竟会亮多久呢?
1h,2h,3h……这盏电灯足足亮了45h后灯丝才被烧断。这是人类第一盏有实用价值的电灯。这一天——1879年10月21日,后来被人们定为电灯发明日。
“45h还是太短了,必须把它的寿命延长到上百小时,甚至上千小时。”爱迪生没有陶醉于成功的喜悦之中,而是给自己提出了更高的要求。
一天,天气闷热,他顺手取来桌面上的竹扇,一边扇着,一边思考着问题:“也许竹丝炭化后效果更好。”爱迪生简直是见到什么东西都想试一试。试验结果表明,用竹丝炭化后作灯丝效果更好,非常耐用,可以连续使用1200h。于是,他开始大批量·生产电灯。他把生产的第一批灯泡安装在“佳内特号”考察船上,以便考察人员有更多的工作时间。此后。电灯开始进入寻常百姓家。
此后,人们便一直使用这种用竹丝炭化后作灯丝的灯泡,几十年后又对它进行了改进,用钨丝作灯丝,并在灯泡内充入稀有气体氮或氩。这样,灯泡的寿命又延长了许多。我们现在使用的就是这种灯泡。
二、X光源
1895年11月8日晚,德国维尔芝堡大学治学严谨的伦琴教授结束了对阴极射线的研究后。把阴极射线管用黑色的厚纸包起来,却意外地观察到1m以外的荧光屏在闪光。对这样一点闪光,伦琴没有掉以轻心。他想:阴极射线很弱,穿不透玻璃,只能在空气中行进几厘米远。通过实验他又发现阴极射线在强磁场的作用下有偏转,而这种光在强磁场下无任何偏转。伦琴断定这是一种新射线,一种从未记载过的东西。伦琴用它拍出了一张肉淡骨浓的手掌照片。伦琴将这具有非凡魅力的射线命名为X射线。人们将X射线用在临床医学上,使千百万人的健康得到了保证。
1971年,美国物理学教师柯马克以及英国的洪斯菲德将电子计算机与X光机相结合,发明了CT机,CT机具有更加犀利的眼睛。能发现5mm小的病灶。伦琴因此获得了首届诺贝尔物理学奖,柯马克和洪斯菲德则获得了诺贝尔生理学或医学奖。
三、激光
1916年,爱因斯坦提出了受激辐射的基本原理。1954年制成第一个微波量子放大器。1960年,第一台红宝石激光器由梅曼制成。1961年,汤斯的研究生加万制成了氦氖激光器,使四十多年前爱因斯坦的受激辐射理论获得了实际应用。激光具有很多优点,它亮度好(巨型脉冲固体激光器亮度比太阳光线强上百亿倍)、单色性好、方向性好、相干性好、频率高,因此激光在现实生活中有广泛的应用。
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