愛迪生(34)_學達書庫

三四

　　第八章　探索電子的奧秘

　　愛迪生由於從事研究活動並把發明用於實際工作，所以時常觀察到一些從屬的、然而在科技上都很重要的現象和作用，被稱作「愛迪生效應」的熱電子發射現象，就是屬這些從屬的發現之列。愛迪生一碰到這些現象後，就不再是作為一個普通的觀察者開始研究它，而是力求查明它產生的條件，和可以用之於實際的某些途徑。愛迪生是第一個觀察到了熱電子發射現象的人，確切地說，他是在科學上連電子這一概念還沒有產生的時候就觀察到了這種現象的人。後來各國的科學家和學者，則需要花費30年時間去弄清楚愛迪生效應的物理性質，開始對愛迪生效應進行運用。以後緊接著的才是深入探索電子現象的奧秘，並尋求在科技方面能加以廣泛利用的可能性。在愛迪生觀察到這種現象之前，任何人都還沒有想像出，電會脫離奴隸般地依附於導體的狀態而獨立存在。愛迪生的試驗表明，在一定的條件下即使沒有導線，電也能以近似光速的速度運動。

　　一

　　電子管是對愛迪生效應進行研究工作的直接結果，它的應用極為廣泛。現在，即在20世紀的後50年，可以更正確和充分地評價愛迪生效應的重要性。現代科學的得力的手段——無線電，是以電子儀器為基礎的。如果沒有電子管的廣泛的應用，大量自動裝置和遙控自動裝置、電視裝置、計算機、各種控制儀器是不可想像的。電子管是對發展人類社會生產力具有革命影響的主要技術因素之一。電子管得到廣泛應用，是因為它有著非常良好的性能。我們要指出的是，電流本身通過電子管會發生很大的變化：電子管的作用不取決於電流的頻率特性，因為電子管能準確地控制電流並不斷地使電流的特性發生變化；雖然絕大多數用來使電流發生變化的其他儀器也在逐步地實現著這一功能。電子運動本身及其速度，能夠通過改變電子管內各電極上的電勢加以調整。電子管可以是電流放大器和電流檢波器，而在一定的條件下可以成為高頻振盪器。但所有這一切，在上一世紀80年代頭5年甚至沒有人設想過，氣體放電的物理學知識很少。但愛迪生當時已製造出了世界上第一個儀器（他叫作「電氣指示器」），該儀器的作用是以電子發射效應為基礎的。

　　是什麼東西使愛迪生有這一發現的呢？

　　愛迪生在1879年末，基本上結束了製造強阻抗炭絲真空白熾燈的研究工作。這種白熾燈在實驗室的條件下進行了全面試驗，並已準備生產一批白熾燈進行試用，這是為了查出它在使用時出現的缺點並加以克服，以保障在大範圍內推廣電照明。組織大規模生產白熾燈的問題提到日程上來了。需要最後完成對整個電照明系統的深入研究，創造出最簡單而又最適用的條件，保證電照明裝置能正常地工作。對門羅園工廠最初生產的幾批供試驗用的白熾燈，通過試驗表明，白熾燈的缺點並沒有都被發現而加以克服。在對白熾燈整個使用期限內進行觀察的結果有一個缺點引起了愛迪生的特別注意即燈泡玻璃表面變黑的現象。

　　變黑現象在所有的白熾燈中，都毫無例外地出現，而且白熾燈使用時間愈長，變黑的程度就愈明顯。當時生產的是光度小的10～16支燭光的白熾燈。燈泡變黑就損失了將近百分之五十的光通量，這些白熾燈的光線變得很暗淡。把消耗的能量變換成光能的經濟效益降低了，因此電照明的價格提高了。白熾燈的有效壽命縮短了。無論是愛迪生，還是其他炭絲白熾燈設計家，都沒有消除玻璃燈泡變黑的問題。對白熾燈生產工藝進行改進和提高炭絲質量，也都只能減緩而不能消除這種現象。直到改用鎢絲和充氣（1908年—1913年），才幾乎完全消除了這一缺點。

　　二

　　愛迪生多次覺察到，在抽去燈泡裡的氣體時，如果電流通過燈絲，真空燈泡裡就產生出淡藍色的輝光。這種效應以前彼得羅夫、法拉第就曾經觀察過。這是一種在極稀薄的空氣中放電的現象。這種輝光在以前研究靜電時就曾注意到。愛迪生正確地解決了真空燈泡中產生放電的現象。但當時還不清楚的是，是否可以把燈泡變黑和放電作用聯繫起來。其實，在當時某些有關電的書籍中，已經提到過一些想法，一看就能幫助確定燈泡發黑原因。例如，法國電學研究家杜費，幾乎在愛迪生進行觀察的兩個世紀前就已弄清了下列事實：與燒紅的金屬相接觸的空氣，就具有散發電荷的特殊性能。18世紀的其他科學家也曾指出過類似的事實。

　　所有這一切，都使愛迪生作了如下推測：燈泡內壁的沉積物，是脫離了熾熱燈絲的炭塵的帶電粒子散發的結果。必須更深入地研究這種現象。在比較細心的考察中發現，粒子並不是均勻地沉積在燈泡壁上的；經常可以看到有一個窄狹的小帶狀區，它比燈泡的其他變黑的部分輕得多。這一仿佛是一種「白影子」的東西，通常都和彎曲成U形的燈絲的兩根支路在燈泡的同一個平面上。結果仿佛一根燈絲支路屏蔽了另一根支路。在所有的情況下，總是造成光帶區的那一根燈絲支路與直流電源的正極連在一起。

　　由這種觀察可以作出下列結論：炭粒子不是散發，而是直線式地從燈絲的負極支路那裡脫開。這樣一種假設是完全合乎情理的，即從帶電體表面脫離開來的最小微粒，其本身就帶有電荷。認為只要往燈泡裡引入一個附加電極，即一個帶正電荷的或與直流電路的正極連接在一起的電極，這些帶電的炭粒子就要離開直線路徑而被附加電極所吸引，這也是合乎邏輯的。愛迪生也開始了這樣的試驗。已公佈的愛迪生在實驗室的記錄中可以看出，早在1880年初就已開始準備進行這些試驗，並設計出了有附加電極的燈泡。

　　1961年出版的柳易斯的著作中，就引用了從實驗室記事簿中複印下來的一頁，這一頁上有注著1880年2月13日的「第一次試驗」的草圖；根據這一任務，應當由實驗室的一名叫奇·巴切勒的助手製造出必需的燈泡。因為愛迪生實驗室和工廠總是不打折扣地並且在最短期限內制出那些試驗用的燈泡的，所以懷疑這樣的燈泡是否已經製造了出來是沒有根據的。根據愛迪生親手寫的這個定做單，必須製造出有小馬蹄形炭質燈絲的燈，在這種燈絲上空應當接入一根穿過燈泡玻璃的金屬線（顯然是鉑絲）；這一金屬線的外端能被連接到直流電源的正極上。實際上這個燈泡是二極電子管的雛形。所以就有理由認為，早在1880年愛迪生就已很接近於製造電子管了。當時愛迪生是否已開始自己的試驗，我們還不能確切知道。

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