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灯丝瓶颈,千次试错
格物院“电学研究坊”
内,昔日因首次点亮电灯而产生的振奋之情,己被一种凝重而坚韧的氛围所取代。
那盏昙花一现的铂丝电灯,如同海市蜃楼,指明了方向,却远非终点。
横亘在理想与现实之间的,是看似简单、实则关乎成败的灯丝材料难题。
实验室的一角,专门开辟出了一个“材料测试区”
。
架上密密麻麻地排列着无数小瓷盘或木匣,里面盛放着千奇百怪的样品:各种粗细、来源的金属丝——从常见的铜、铁、锡,到较为稀有的镍、钨,乃至尝试合金;各类经过不同温度、时间碳化的植物纤维——竹丝、棉线、麻纤维、甚至尝试过芭蕉茎髓、纸张;还有一些特殊的矿物晶体、处理过的动物毛发等等。
每一份样品旁都附有详细的标签,记录其来源、处理工艺和初步的电气特性测试结果。
牛顿爵士的工作台堆满了演算纸和图表。
他试图从纯理论的角度攻克难题,运用其深厚的物理学和数学知识,不断计算着不同材料的电阻率、熔点、热辐射效率与预期寿命的关系。
他设计了一套精密的测量装置,可以相对准确地量化灯丝在通电瞬间的电流、电压变化以及温升速度。
“我们需要一种电阻率适中、熔点极高、并且在白炽状态下蒸发速率极慢的材料!”
牛顿常常陷入沉思,用手指在空中划着看不见的曲线,“或许,我们应该更系统地研究元素周期……不,是物质的基本性质规律。”
他主导的“金属派”
研究方向,虽然逻辑清晰,但进展缓慢,高熔点且性质稳定的金属如铂、钨,要么成本高昂难以使用,要么难以拉制成足够细长均匀的丝线。
而宋应星则带领着一批能工巧匠,开辟了另一条“碳化材料”
的实践探索之路。
他的理念更贴近自然和经验:“万物皆有其性,火炼之下,方见真章。”
他们搭建了各种规格的碳化炉,精确控制温度、气氛和碳化时间,对竹、棉、麻等数十种天然纤维进行系统处理。
碳化后的纤维变得脆弱易断,如何将其巧妙地固定到电极上,并承受通电瞬间的热冲击,又是一个巨大的工艺挑战。
工匠们尝试了用粘土小帽、金属卡箍等各种方法,失败率极高。
记录本上,诸如“竹丝碳化过度,通电即断”
、“棉线碳化不足,光亮微弱且迅速氧化”
、“麻纤维杂质过多,发光不稳定”
之类的记录比比皆是。
有时,一种材料在某个特定条件下似乎表现尚可,但一旦试图重复或放大实验,便又问题百出。
研究陷入了令人焦虑的焦灼状态。
数月过去,消耗的银钱物料己十分可观,但可堪实用的灯丝依然遥不可及。
格物院内原本高昂的士气,开始被一丝迷茫和疲惫所取代。
更糟糕的是,朝堂之上,一些原本就对“奇技淫巧”
持保留态度的官员,终于找到了攻讦的借口。
户部的官员在私下场合抱怨“电学坊耗费巨万,未见其利”
;都察院的御史则上疏,措辞委婉但意图明显,提醒皇帝“宜重经史根本,节用爱民,勿使虚耗国帑于未必然之功”
。
流言蜚语难免传到研究人员的耳中,使得实验室的气氛更加压抑。
就在这个关键时刻,朱由检再次轻车简从,来到了格物院。
他没有选择在明亮的大堂听汇报,而是首接走进了略显凌乱、弥漫着焦糊气味的核心实验室。
皇帝静静地走过一个个实验台,看着那些烧毁的灯丝残骸、堆积如山的实验记录、以及研究人员们憔悴而专注的面容。
他没有立刻说话,而是拿起一份记录着数百次失败实验的册子,仔细翻看了几页。
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