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第10章 发明,走进奇异世界(4)

抽水马桶——卫生水准的量尺

抽水马桶的发展史

英国女王伊丽莎白一世抱怨她的里士满宫殿里未倒空的便器恶臭难闻。1595年,她的侍臣约翰·哈灵顿爵士在意大利旅行期间听说了一项令人神往的发明,即一种用水冲掉污物的厕所。于是,哈灵顿前来解难,在里士满宫中试修了一个抽水马桶,结果证明很成功。

哈灵顿的设计只是一个超越时代的特例。这在当时对大多数人而言是不切实际的。大多数人的生活依然照旧。

英国发明家约瑟夫·布拉梅在18世纪后期改进了抽水马桶的设计。并且在1778年取得了专利权。

直到19世纪后期,欧洲的城镇都已安装了自来水管道的排污系统后,大多数人才用上了抽水马桶。

这时,许多欧洲人才第一次享受到抽水马桶的好处,而这已是距哈灵顿的发明300多年之后的事了。

抽水马桶在远古

抽水马桶发明至今已有400多年,其萌芽却可以追溯到更久远的年代。考古学家们发现,远在古埃及、古罗马和古希腊时代,已经有类似冲水马桶的装置存在。

古代中国在这方面并不落后。中国考古学家在河南省商丘的西汉王墓中,发现了一座陪葬的冲水马桶装置。这个时期用石头做的马桶有马桶座和扶手,可以通过管子用水冲洗。

钟表——记下时间的足迹

钟表发展史

公元1300年以前,人类主要是利用天文现象和流动物质的连续运动来计时。例如,日晷是利用日影的方位计时,漏壶和沙漏是利用水流和沙流的流量计时。

东汉张衡制造漏水转浑天仪,用齿轮系统把浑象和计时漏壶联结起来,漏壶滴水推动浑象均匀地旋转,一天刚好转一周,这是最早出现的机械钟。

北宋元祜三年(1088)苏颂和韩公廉等创制水运仪象台,已运用了擒纵机构。

1657年,荷兰的惠更斯把重力摆引入机械钟,创立了摆钟。

1715年,英国的格雷厄姆又发明了静止式擒纵机构,弥补了后退式擒纵机构的不足,为发展精密机械钟表打下了基础。

18~19世纪,钟表制造业已逐步实现工业化生产,并达到相当高的水平。20世纪,随着电子工业的迅速发展,电池驱动钟、交流电钟、电机械表、指针式石英电子钟表、数字式石英电子钟表相继问世,钟表的日差已小于0.5秒,钟表进入了微电子技术与精密机械相结合的石英化新时期。

钟表在中国

我国近代机械制钟工业始于1915年。民族实业家李东山出资在烟台开办了中国时钟制造业的第一家钟厂——烟台宝时造钟厂。并在1918年自制成功第一批座挂钟投放市场。

1955年由天津、上海试制出第一批国产手表。经过50多年来不断地进行技术改造和技术改进,我国手表行业已形成具有相当生产能力和配套完整的工业体系。手表产量居世界第四位。

保温瓶——装满热水的“宝瓶”

保温瓶的发明

虽然发明了汞气压表的意大利发明家托里拆利于1643年已建立了真空理论,但是,直到1892年才出现了满足实验室研究需要的热水瓶,它的发明者是英国苏格兰地区的一位名叫詹姆斯·杜瓦的物理学家,他用热水瓶来贮存做实验用的液体。人们为了纪念这位保温技术的发明者,便将这种保温容器称为“杜瓦瓶”。杜瓦瓶至今还用来贮存用于低温研究的液态气体等实验用品。

杜瓦瓶发明后不久,德国玻璃技师伯格认识到了这种容器所具有的商业价值,而且还制订了把它投入市场的计划。伯格甚至举办了一次给他的保温瓶起个好名字的比赛,结果他挑选的获胜名字就是希腊词“thermos”,“thermos”意为热,因此,保温瓶也被称作热水瓶。

保温瓶

有关保温瓶的概念很简单:瓶有内壁和外壁,两壁之间呈真空状,空无一物。热不能穿过真空进行传递,所以凡是倒入瓶里的液体都能在相当长的一段时间内保持它原有的温度。这就是为什么保温瓶能够冬天保持饮料暖热,夏天保持饮料冷凉的原因。许多参加过多次旅游的人觉得很难想象,没有保温瓶会是一种什么样的情形。

我们今天使用的热水瓶是一种双层玻璃容器,内外壁在顶部完全封闭起来,夹层中的空气被抽了出来,以便减少热的传导;热水瓶的内壁镀有一层硝酸银来加强保温性能;瓶口较小,用软木塞封口;还配了一层美观实用的外壳来保护瓶胆。现在市面上流行和普通家庭日常所用的热水瓶的容积分别为五磅和八磅,而且制作工艺也已经十分成熟,人们已经学会制作多式多样的保温瓶。

高压锅——烹饪的好帮手

高压锅的发明

帕平生于法国,因崇信新教而不得已迁居到德国。在那里,他开始研究液体,获得研究成果:在密闭容器中,气压高低跟水的沸点高低成正比例,气压高,水的沸点就高;气压低,水的沸点也低。于是,帕平就设计出一个密闭的容器。装入水,加热煮沸,结果,食物熟得很快、很烂。这种锅,被称为“帕平锅”,也有人称之为“消化锅”,它又可称作压力锅、高压锅。

高压锅工作原理

高压锅的原理很简单,因为水的沸点受气压影响,气压越高,沸点越高。在气压大于1个大气压时,水就要在高于100摄氏度时才会沸腾。

人们现在常用的高压锅就是利用这个原理设计的。高压锅把水相当紧密地封闭起来,水受热蒸发产生的水蒸气不能扩散到空气中,只能保留在高压锅内,就使高压锅内部的气压高于1个大气压,也使水要在高于100摄氏度时才沸腾,这样高压锅内部就形成高温高压的环境,饭很快就容易做熟了。

高压锅的应用

现在高压锅已广泛地被人们所使用,医院也用它给医疗器具、绷带、纱布等消毒。生活在高原地区的人们用它来作厨具,尤其是驻扎在高原地区的部队,他们的主要厨具就是特殊制造的高压锅。

安全规定

为了保证高压锅的产品质量,国家对高压锅产品实行了许可证制度。此外,国家标准还对高压锅的密封性能、防堵安全性和卫生要求等作了具体的规定。

缝纫机——“飞针走线”

缝纫机的发明史

18世纪中叶工业革命后,纺织工业的生产促进了缝纫机械化的发展。1790年,英国首先发明了世界上第一台先打洞、后穿线、缝制皮鞋用的单线链式手摇缝纫机。

19世纪时,又出现了许多缝纫机械化的设想。1830年,法国一个名叫巴瑟莱米·蒂蒙尼尔的裁缝成功地制成了第一台缝纫机。而在美国,缝纫机得到了进一步的发展。美国人艾尼尔斯·豪和艾萨克·辛格在互不通气的情况下,都独立设计出了实用的缝纫机模型。

缝纫机与其发明者

艾尼尔斯·豪是第一个制造出用针尖带孔的针进行双线连锁缝纫方式的缝纫机的人。并且在1846年为他的缝纫机申请了专利。

一开始,艾尼尔斯·豪发明的缝纫机由于操作比较难而没有引起美国人的注意,也没有被大规模地推广。艾尼尔斯·豪有些失望,他在没有挖掘到缝纫机的潜力之前就草草地将缝纫机发明专利权转让给了英国人。但他并没有放弃对缝纫机的研究,后来他到英国去工作,并继续完善他的发明。一番努力的结果是,他的缝纫机不仅能加工布制品,同时也能缝纫皮革和其他类似的材料。

另一位美国人,艾萨克·辛格比艾尼尔斯·豪晚几年研制出第一台实用的缝纫机。辛格的成功在很大程度上要归功于他已认识到“卖得越多,利润就越大”。因此,他所在的公司开发了廉价制造缝纫机的方法,采用成批的生产工艺和分期付款销售方式,深受人们的欢迎,其业务量也不断增加。到1860年,他的公司已成为世界上最大的缝纫机制造厂家。

微波炉——神奇的炉子

微波炉带来的震撼

1980年,在巴黎日用品展览会上,一项与人们生活极为密切的表演吸引了成千上万的观众。只见表演者将装有食品的器皿放进一个电视机大小的箱子内,关上箱门按动开关后仅几分钟的时间,香味诱人的饭菜就做好了。

这仅用通常做饭几分之一的时间就可以做熟一顿饭的箱子,就是现在作为烹饪的理想厨具进入许多家庭的“微波炉”。

微波炉的发明

珀西·斯宾塞原本是美国雷西恩公司的一位工程师。

1945年的一天,斯宾塞正在做雷达起振实验的时候,上衣口袋处突然渗出暗黑色的“血迹”。同事们慌忙地对他说:“您是不是受伤了,胸部怎么流血了?”斯宾塞用手一摸,胸部果然湿乎乎的。他一下子紧张起来,但稍一思索后,他立刻明白了,这只不过是一场虚惊:原来是放在口袋里的巧克力融化了。他换了件干净衬衣继续工作。

可是口袋里的巧克力无缘无故的为什么会融化呢?斯宾塞的脑子马上闪过了这个问题,并且抓住这一现象进行了认真分析和研究。“难道是微波起的作用?”斯宾塞突然想到这个可能性。

于是斯宾塞用微波对各种食品进行实验。实验发现某些波长的电磁波的确能引起食物发热。

在此基础上,他第一个提出利用微波加热食物的设想。两年后,雷西恩公司根据这个微波加热原理,研制出世界上第一台微波炉。

微波炉的工作原理

雷西恩公司通过试验发现:微波碰到金属就会发生反射,而能够畅通无阻地透过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘体不会消耗能量,但微波透不过含有水分的淀粉、蔬菜、肉类,能量却会被其吸收,从而使食物在微波消耗中获得热量。

微波能够加热烧熟食物的原理是:微波迫使含水食品中自由排列、杂乱无章的水分子按照微波电场方向首尾一致地排队、且随电场变化。因为微波的波长很短(12厘米),每秒钟的频率达2450兆赫,频率很高,加剧了含有水分的淀粉、蔬菜、肉类中分子以每秒几十亿次的频率正反高速运动,于是产生热量,把食物“煮”熟。

烹调之神

1947年,美国雷西恩公司制成了世界上第一口微波锅,随后风靡欧美。但人们逐步发现微波锅逸出的微波会伤人,锅的结构有待改进。高技术产品的研制改进常呈你追我赶的局面。

本文开头说的1980年巴黎日用电器展览会上的轰动场面——微波炉就是英国一家公司设计制造出来的。它在密闭性、安全性等方面都好于美国的微波锅,被称为“烹调之神”。

微波炉最早被称为“雷达炉”,原因是微波炉的发明来自雷达装置的启迪,后来正名为微波炉。

1947年,斯宾塞所在的雷西恩公司正式推出第一台商用微波炉,供饭店和团体使用。然而早期的微波炉由于成本太高、寿命短,未能被市场接受。

日本发明家小仓庆志于1964年对微波炉进行了改进,大幅度地降低了微波炉的成本,从而降低了它的价格。1965年,乔治·福斯特对微波炉提出了改进意见,并和斯宾塞一起设计了更耐用,而且价格比较低廉的微波炉。

1967年,一种家用的售价低廉的微波炉开始推向市场,当年销售量就超过了5万台,以后销售量逐年大幅上升,并逐渐走入了世界各地的普通家庭。从此,微波炉逐渐走入了千家万户。由于用微波烹饪食物又方便又快捷,不仅富有特色,而且味道鲜美,因此有人把它称之为“妇女的解放者”。

微波炉的产生不但改变了人们的烹饪习惯,经微波炉烹调的食物也不会破坏食物本身包含的营养元素,使人类在营养成分上的摄入更加优化。

照相机——影像的记录者

小孔成像的原理

2000多年前,韩非子在他的著作中记载了这样一个故事:有一个人请一位画匠为他画一幅画。三年之后,画匠完成了“作品”。他一看,这是什么画呀,只是一块大木块。他正要发脾气,画匠慢条斯理地说道:“请你修一座不透光的房子,在房子一侧的墙上开一扇大窗户,然后把木板嵌在窗上。太阳一出来,你就可以在对面的墙上看到一幅美妙的图画了。”

这个人听画匠说得那么有板有眼,只好半信半疑地照画匠说的去做。果然,房子盖好,并照画匠说的那样安上木板后,在房子的墙上出现各式各样的景致。不过所有图像都是倒着的。

当然,那个时候的人可能不明白,现在的我们应该是非常清楚了,这确实是有科学道理的。房子外的景象可以通过小孔反映在对面的墙上。这在物理学上叫“小孔成像”。

照相机的发明史

16世纪初,意大利画家根据“小孔成像”的原理,发明了一种“摄影暗箱”。著名画家达·芬奇在笔记中也对它做了记载。他写道:光线通过一座暗室壁上的小孔,在对面的墙上形成一个倒立的像。当然,它只会投影,要用笔把投影的像描绘下来。

接着,又有人对“摄影暗箱”进行了改进。比如:增加一块凹透镜,使倒立着的像变成了正立像,看起来舒适多了,增加一块呈45度角的平面镜,使画面更清晰逼真……

但是,这时候的“摄影暗箱”只能成像,却不能将图像记录下来。

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