[物理史] 霓虹灯在巴黎汽车展初次豋场

作者: 分类: Z城生活 发布于:2020-06-10 699次浏览 88条评论



(译自APS News,2015年12月)

巴黎以「灯光之都」闻名,部份因为它最先採用气体灯光做为街道照明。它还主办第一届霓虹灯展,这都要归功于以「巴黎爱迪生」着称的法国化学家及工程师克劳德(Georges Claude)。 

几乎两世纪的实验引导了气体放电管的发展。回溯到1675年,法国天文学家皮卡尔(Jean Picard)注意到他的水银气压计放射出微光,物理学家终于了解这是水银原子中的电子被气压计的玻璃管捕捉到,而当水银的高度下降时,电子会被释放出来;这些电子激发了液体上面蒸气中的水银原子。过了很久之后,于1855年,一位名叫盖斯勒(Heinrich Geissler)的德国物理学家及吹玻璃工发明了「盖斯勒管」,这是充满气体的长玻璃管,对它加高电压时管内会发光。

氖是持续研究空气时发现的。1775年,卡文迪西(Henry Cavendish)经由分馏法去除空气样品中所有的氧和氮时,注意到有一点气体的残留。之后在1890年代,苏格兰化学家拉姆赛(William Ramsay)和崔维斯(M. W. Travers)确认出氖、氪和氙;和瑞立男爵(Lord Rayleigh)确认出氩。

这些气体当加高压时都会放出明亮的光线。拉姆赛在他获诺贝尔奖演讲时提到氖的特殊颜色时说,它是「色彩艳丽的火焰光,由许多红、橘、黄光线所组成」。(崔维斯形容它是「深红光线的亮光」。)在19世纪末,20世纪初时,欧洲和美国已经有好几种不同的电子放电光管了。

说到克劳德,他是电气督察员,也是业余科学发明家。他想出了增加分馏的方法,很快地每天可以製造出1万立方公尺的液态空气。克劳德和友人于1902年合伙创立「液化空气集团」公司(L’Air Liquide),出售他的产品,特别供应钢铁工业,很快地发展成国际企业。

克劳德起先希望追随拉姆赛的脚步,发现他自己的惰性气体,但很快就知道「已经没有什幺可以做的了」。于是,他着手将他液化企业所残留的副产品「氖」善加利用。他不喜欢当时使用过度明亮的电器照明,所以往之前所发明的气体放电管,以及爱迪生极成功的白炽灯泡中寻求灵感。

[物理史] 霓虹灯在巴黎汽车展初次豋场

克劳德(Georges Claude)

他特别喜欢爱迪生以前一位师傅莫耳(Daniel McFarlan Moore)所发明称为「莫耳管」的设计。莫耳管是高的玻璃管,两端都接上电极,管内充有低压氮气或二氧化碳;当加高电压时,管内会亮白光。然而,莫耳管很昂贵,又容易漏气,因此从未受到青睐。克劳德以氖取代二氧化碳,并加入一片碳的滤网,让热电极的杂质不会引起电极劈啪喷溅,光度也才不会暗下来。终于,克劳德建造了20呎的氖灯管,可以亮1,200小时。

克劳德很快地申请专利,并于1910年12月的巴黎汽车展展出他的氖灯管。民众讚叹不已,但氖灯管并不适宜做为一般照明之用。

然而,氖灯管使用于招牌却是再适合不过。1912年,克劳德将他的第一个氖招牌卖给了巴黎蒙马特大道(Boulevard Monmartre)上的一间理髮店。很快地就有了屋顶大型Cinzano(一种义大利苦艾酒)的氖招牌,以及巴黎歌剧院的氖入口照明。克劳德又成立他的第二家公司「克劳德霓虹」(Claude Neon),卖出他的霓虹照明经销权而致富。1915年,他取得美国霓虹照明的专利。

美国帕卡德汽车公司(Packard Motor Car Company)在加州的独家经销商,汽车巨头安东尼(Earle C. Anthony)参访巴黎时见到霓虹招牌,最先将它们带回美国。霓虹招牌放在他洛杉矶城中区的展示中心极为合适,据称行人路过时总会停下脚步,讚许那些闪亮的巨大橘红灯,常因而造成交通阻塞,大家叫它「液态火光」。克劳德独佔市场直到1920年代止,因为他的原专利到期,而商业机密也洩漏到竞争对手中。

最后,克劳德和他自己的政府发生了冲突。他从未喜欢法国的民主制度,而支持恢复君主政体。在第二次世界大战德国佔领法国期间,他成了纳粹合作者。战争结束后,他被判终生监禁,但最后在科学家同僚为他恳求后获假释出狱。1960年,克劳德过世,享寿90岁。

纯的氖光呈橘红色。研究人员很快地知道使用不同的气体就可发出不同颜色的光线 ─ 二氧化碳亮白光、氩加上微量的汞亮蓝光、或加氦亮金光 ─ 之后更可由精细地涂上磷层而调整颜色。1950和1960年代,氖灯管是数位电脑电路和第一代桌上型计算机的关键零件。霓虹照明的黄金年代现已结束,但氖仍被用来作为简单的小型招牌之用,而复古的粉丝们仍会因怀旧去寻找霓虹灯管。


进一步阅读:

Boyd, Jane, and Rucker, Joseph. “A Blaze of Crimson Light: The Story of Neon,” Chemical Heritage Magazine, Summer 2012Claude, Georges. “The Development of Neon Tubes,” The Engineering Magazine, November 1913, pp. 271-274

感谢杨信男教授同意授权刊载。

系列文章100篇已集结成册,由五南出版,书名为《物理奇才奇事》。

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