人类照明的发展历史

人类照明的发展历史
人类用同位素测定:地球的年龄是45.6亿年。当然,太阳与地球是同时形成的,因此,阳光是一直围绕地球的。不过,月球作为太阳行星的年龄,月球对日的年龄为60亿年;月球成为地球卫星的年龄,月球对地的年龄为1.738亿年。因此,月光是很晚才照耀地球的。当然,即使是1.738亿年的月光,也足够了,因为人类的历史不足1000万年。
人类仅仅靠自然光照明是不够的,黑夜和冬季是漫长的。现代人推测:在某场雷电劈中森林后,浑身长毛的祖先们偶然学会了用火,火不仅带来了烤熟的食物,更可以照亮夜晚,进而驱逐野兽,带来温暖。从自然光到“热辐射光源”的跨越,就这样完成了。据考古资料,早在距今约70万至20万年前,旧石器时代的北京猿人已经开始将火用于生活之中。
以篝火、火堆形式存在的“热辐射光源”不便于移动,于是人们拿起一根燃烧的树枝,在树枝另一段绑上更多的可燃物,蘸上油脂――火把就这样诞生了。早期的油脂,主要是动物脂肪,又肥又不好吃,就用来照明;其次就是松树油脂。火把的历史,可能有上百万年。
从1954年至1998年陆续发掘的位于福建闽侯县甘蔗镇昙石村西北侧的“昙石山文化遗址”,距今4500-5500年,属新石器时代晚期。遗址中出土了保存完好的陶瓷做的油灯,有多个防风孔,比外国的同类灯早了1000多年,这是我国最早的油灯,也是世界上最早的油灯,被誉为“中华神灯”。
人类使用油灯照明的历史特别长。在这期间,油灯经过了多次改进。油灯用油从动物油改为植物油,最后(20世纪)又被煤油取代。灯芯也经历了草、棉线、多股棉线的变化过程。为了防止风把火吹灭,人们给油灯加上了罩。早期的罩是用纸糊的,很不安全,后来改用玻璃罩。这样的油灯不怕风吹,在户外也照样使用,而且燃烧充分,不冒黑烟。
中国最早的太阳能利用,其历史可追溯到2700年前。远在 3000多年前的西周时代(公元前 11世纪),就已有了“阳燧取火”技术的记载,所谓“阳隧”,就是形似凹面镜的金属圆盘,对着太阳聚光,在聚光点点燃艾绒等易燃物,取得火种。这是一种最古老的太阳能聚光器。沈括《梦溪笔谈》中对阳燧的原理作了科学的论述。
国外认为阿基米德是利用太阳能最早的人之一。约在公元前 215-210年间,古罗马帝国的舰队侵占了西西里岛,派了一支舰队攻打希库扎港,著名的学者阿基米德,为了保卫家乡,
他让每个士兵用擦亮的铜盾,排列在城堡上,把太阳光聚集反射到入侵的罗马舰船上,结果使舰船起火,敌人仓惶逃跑。
根据大英百科全书记载,在公元3000年前(据今5000年),埃及和希腊就有蜡烛的相关纪录,古代的蜡烛皆以动物脂肪制造。1358年,在英国伦敦,人们用蜂蜡来制造蜡烛照明。1830年,K. V. Reichenbach在实验室中从煤炭沥青中分离出石蜡。1934年,Fischer·Tropsch(费歇尔·托晋希)蜡的商业化生产,开始合成蜡的制造历史。
在中国,商代(公元前1766年-前1111年)的甲骨文中也未见灯、烛之类的字样。西周(公元前1097年-公元前771年)时,在人们日常生活中出现的“烛”应是最早的照明用器的记载。西周时“烛”应是一种由易燃材料制成的火把,用于执持的已被点燃的火把,称之为烛;放在地上的用来点燃的成堆细草和树枝叫做燎;燎置于门外的称大烛,门内的则称庭燎。
汉字“灯”,则是从“豆”演变而来。战国时期(公元前403年-前221年)的《楚辞·招魂》有记载。一个小小的、表面坑坑洼洼的陶碗,碗的底部有一个把手支撑,简单的造型,粗糙的工艺,放在一般人眼里,就是一件不值钱的陶器。这“豆”是碗形的照明工具,就是“灯”。
在中国的灯具史上,成就最高的灯是出现在西汉(公元前202年-公元9年)。这种灯是供宫廷贵族使用的青铜灯,灯的火苗上方带有连着烟管的烟罩,灯烟可以经由罩和管排入蓄水的灯身里达到“取光藏烟”的环保效果。其中最著名的灯就是1968年河北省满城县出土的“长信宫灯”。
公元1-2世纪,就已有关于生物发光的记载。但直至1887年,才由法国R.杜布凡开创对生物发光物质的科学研究。20世纪60年代以前,为荧光素-荧光酶系统的概念占优势的时期,主要是观测研究生物发光的器官、组织和生理,其代表性著作有美国E.N.哈维1952年出版的《生物发光》。60年代以后,随着观测仪器和萃取技术的改善,在发光物质的合成及其结构、量子产量测定以及发光反应机制等方面,都获得了许多新进展,特别是“发光蛋白”型系统的发现,标志着对生物发光的研究进入了新阶段。该时期的代表性著作有1978年英国P.J.赫林主编的《生物发光作用》。生物性冷光有多种用途,如发光菌灯可作为火药库的安全照明。
利用夜间可以发光的萤火虫作为光源,是中国人的发明。晋朝时期(265年-420年),有个名叫车胤的人,从小好学不倦,连夜晚的时间也不肯白白放过。但是由于家里很穷,买不起
点灯的油,所以每到夏夜,他就抓来许多萤火虫,放在有小洞的囊内,利用萤火虫的光来看书。结果苦学的车胤终于出人头地,最后官至吏部尚书。此外,古书《古今秘苑》也曾经记载:“取羊膀胱吹胀晒干,入萤百余枚,系于罾足底纹,鱼不拘大小,各奔其光,聚而不动,捕之必多。”这是利用萤火虫的亮光捕鱼的故事。
1780年,瑞士物理学家与化学家Aimé Argand (1750年7月5日-1803年10月14日)发明了阿尔冈灯(Argand lamp)。它是自油灯和蜡烛发明以来第一个重大进步。这种油灯的亮度,相当于6-10根蜡烛。
1792年,出现了煤气灯。世界上第一盏煤气灯是苏格兰人威廉·默多克发明的。他于1792年将灯装在了他在英国康沃尔的家中。1828年,瑞典化学家贝采利乌斯发现了钍,二氧化钍在高温下受到激发,会射出白的光。人们利用它的这一特性,制造可以提供更大区域照明的煤气灯。1865年12月18日,作为道路交通的重要配套设施,煤气灯、电灯先后试验成功,并最先在道路两旁使用。
1809年,英国化学家戴维曾以两千多组伏打电池为电源,发明了在两根碳棒之间进行强电流放电的弧光灯。这是人类最早利用电照明的成功尝试。但戴维的弧光灯,成本太高,光线太
强,只能用于灯塔或公共场合的照明,不可能大规模推向民用。
1835年,英国物理学家和化学家法拉第对气体放电进行了研究。在1907年至1910年期间,科学家克洛德和林德发明了液态空气分馏。利用这一发明,在霓虹灯内充入一定的惰性气体,这样就明显减缓了气体在灯管内部的消耗速度,颜也丰富了,可产生红、绿、蓝、黄等颜。第二次世界大战前夕,光致发光的材料被研制出来了。这种材料不仅能发出各种颜的光,而且发光效率也高,我们称之为荧光粉。荧光粉被应用在霓虹灯制作中后,霓虹灯的亮度不仅有了明显提高,而且灯管的颜也更加鲜艳夺目,变化多端,同时也简化了制灯的工艺。故在第二世界大战结束后,霓虹灯得到了迅猛的发展。
1854年亨利·戈培尔使用一根炭化的竹丝,放在真空的玻璃瓶下通电发光。他的发明今天看来是首个有实际效用的白炽灯。他当时试验的灯泡已可维持400小时,但是并没有实时申请设计专利
1850年,英国人约瑟夫·威尔森·斯旺(Joseph Wilson Swan)开始研究电灯。1878年,他以真空下用碳丝通电的灯泡得到英国的专利,并开始在英国建立公司,在各家庭安装电灯。
19世纪中叶,F.塔尔博特首次应用火花隙放电作为高速摄影的曝光光源,这是最早的人造脉冲光源(是利用贮存的电能或化学能,在极短时间内发生高强度闪光的氙气灯雏形)。以后出现了惰性气体脉冲放电光源(即氙气灯),才使脉冲光源真正进入实用阶段。
1874年,加拿大的两名电气技师申请了一项电灯专利。他们在玻璃泡之下充入氮气,以通电的碳杆发光。但是他们无足够财力继续发展这发明,于是在1875年把专利卖给了爱迪生。
爱迪生买下专利后,尝试改良使用的灯丝。1879年他改以碳丝造灯泡,成功维持13个小时。到了1880年,他造出的炭化竹丝灯泡曾成功在实验室维持1200小时。但是在英国,约瑟夫·威尔森·斯旺控告爱迪生侵犯专利,并且获得胜诉。爱迪生在英国的电灯公司被迫让斯旺加入为合伙人。但后来斯旺把他的权益及专利都卖了给爱迪生。在美国,爱迪生的专利亦被挑战。美国专利局曾判决他的发明已有前科,属于无效。最后经过多年的官司,爱迪生才取得碳丝白炽灯的专利权。
1892年,爱迪生通用电气公司和汤姆森-休斯顿电气公司合并,创立通用电气公司(General Electric Company,GE)。
爱迪生的最大发明是使用钨代替碳作为灯丝。之后在1906年,通用电器发明一种制造电灯钨丝的方法。最终廉价制造钨丝的方法得到解决,钨丝电灯泡被使用至今。
1907年,Henry Joseph Round第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。
1930年,照相闪光灯问世,取代了专业摄影师之前使用的闪光粉。

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