戴维灯（英国发明家发明的安全灯）

发明起源

英国的煤炭工业蓬勃发展，全国各地都在开发煤矿，煤矿工人的人数相当多。煤矿经常发生爆炸事件，矿工生命没有保障。如1812年的秋天，位于英国盖次黑德郡的费岭煤矿发生了煤炸，死了92个矿工。可许多矿工迫于生计，只好冒着生命危险，从事这项工作。对广大矿工来说，每一次的下井，都可能是下地狱。矿井为什么会爆炸呢？原来，在煤矿的矿井中，弥漫着一种叫做“甲烷” (又叫“瓦斯”)的气体。这种气体有一种“怪脾气”，即一遇到火，它就发生爆炸。可在伸手不见五指的矿井里工作，不点灯照明，怎么挖煤呢？

戴维，1778年10月27日出生于英国西南部的一座小城。在上小学的时候，戴维很淘气，不愿意学学校里的功课，而醉心于钓鱼、打猎。他的老师断定他以后绝对不会有什么出息。后来，戴维干脆不上学了，整天到处游逛。戴维16岁那年，父亲去世了，家里的生活没着落。戴维在他母亲的敦促下，开始学医和卖药品。从配制各种药品的过程中，戴维越来越觉得这里面有许多学问。到这时候，他才意识到当年自己不好好学习带来的后果。

1799年，他发现了笑气——氧化亚氮的麻醉作用；

1807年，他用电解法从碱中获得钾、钠等碱元素；

戴维灯

1815年的一天，戴维听说了矿井经常发生瓦斯爆炸的事，他想应该发明一种不会引发瓦斯爆炸的灯。

发明背景

戴维先到矿井进行实地考察。他察看了矿井的形状、大小、通气情况等，向矿工们了解瓦斯爆炸的原因。十几天的调查，使戴维确认了爆炸的原因。同时，矿工们介绍的瓦斯爆炸时的悲惨情景，以及他们的强烈愿望，坚定了戴维发明一种安全灯的决心。怎样才能使灯不会点燃瓦斯呢？戴维首先想：把灯与周围完全隔离开。这样自然不会发生爆炸事故了，可灯也就点不着了，因为火焰燃烧需要氧气。那么，必须设计一种空气能进去的灯罩。戴维又想到：铜、铁等金属的导热性很好，它们能够将热很快地从一处传到另一处。如果在灯火的外面罩一个金属网，这样火焰燃烧的热量不断地被传导、散发掉，罩子与外界接触面的温度就不会很高，低于瓦斯的着火点，瓦斯也就烧不着了。戴维想到这里，连忙找来一张铁丝网，并用它制成一个圆筒形的灯罩。将灯罩罩在灯的外面，将少量瓦斯喷到灯罩面上，结果瓦斯没有燃烧起来。接着，戴维又逐渐加大喷出的瓦斯的量，以至灯罩边缘的瓦斯浓度超过矿井中瓦斯的最大浓度，瓦斯依然没有被点着。

一种新型的矿井用灯诞生了！在它走出实验室前，戴维决定亲自带着这种灯下矿井试验。他的想法遭到好友华德生的反对。华德生说：“您是大科学家，是‘国宝’，不能这么干，太危险了。再说，我是医生，处理应急能力比您强，还是让我来吧!”华德生举着安全灯，健步走进矿井。矿井上围观的人们怀着忐忑不安的心情，等待着华德生。20来分钟后，华德生微笑着从矿井走出来。围观的矿工们热烈欢呼：“戴维发明的灯真不简单!”安全灯的发明不仅拯救了无数矿工的生命，而且促进了英国煤矿工业的大发展。

课题研究

英国成立一个研究煤矿灾祸的协会，号召科学家为矿工的生命安全做出贡献。他立即投入了这项新的课题研究。

煤矿事故的发生，是因为矿灯引发了煤矿中沼气（甲烷）。他从研究火焰与爆炸的关系入手，想设计出一种不致引发沼气燃烧爆炸的矿工照明用灯。法拉第跟老师一起投入到了这项研究。工作进行了将近半年，与1816年终于成功的设计出一种安全矿灯。这种矿灯就是用一种网眼很小的金属网代替了矿灯的玻璃罩。因为金属丝网可以把火焰的热量传导开来，防止未燃气体达到着火点，爆炸就不会发生了。这种矿灯使用效果很好。不久便被各煤矿普遍采用。人们把这种安全灯叫戴维灯，这种灯在世界上使用了100多年，直到20世纪30年代才改为电池灯。安全灯使得煤矿工业迅速得到发展。它并没有减少矿工死亡人数，因为它使人们有可能在更深更大的矿井中工作，因而大大地增加了易罹危险的工人人数。戴维拒绝为自己的发明申请专利，因为他的‘唯一目的是为人道事业服务’。他的发明的主要作用是使老板们更加富裕，并使得更多的人到矿里工作，而且使他们处于种种危险之中，碳化氢不过是其中一种危险而已。所以戴维灯作为一种经济学上的手段的重要性要比它作为安全手段的重要性为大。

灯的原理

（1）金属是热的良导体。

（2）燃烧的条件之一是必须达到一定的温度。也就是说，每一种物质都有一定的燃点，当温度低于燃点时，该种物质是不能燃烧的。

实验现象与解释

（1）用一片金属网（或者一个金属丝编织的筛子）罩在一只蜡烛的上方。手持金属网的边缘，将其向下移动，观察烛光的变化。可以看到，烛光变得暗淡了。金属网离蜡烛顶部越近，烛光就越小；同时火焰被罩在金属网下而不能穿出。造成上述现象的原因在于：网上的金属丝传走了火焰附近的热量，使周围的温度降低，这不但使蜡烛的火焰变小，同时又阻止了它穿透金属网。

（2）将一只煤气灯放在一个三角架下面，架上放置一片金属网。调节网使它与灯头间的距离适当。打开煤气开头，并用火柴分别在金属网下面和上面去点燃煤气。观察金属网上下是否都能形成火焰。

只有金属网上面的煤气才能够被点燃，形成火焰。这是由于金属网的导热作用，使得网下面的气体达不到燃烧的温度。

（3）将一只蜡烛安放在一块木头或者塑料板上，并把蜡烛点燃。然后用一个圆柱型的金属网罩在燃烧的蜡烛上面。再用橡胶管引来可燃气体，将气体喷嘴放在金属网的顶部并打开，使气体在圆柱顶部流动。观察气体是否燃烧。

结论

蜡烛的火焰并不能点燃金属网外的气体。这是由于金属网的良好导热作用，使得网外的温度达不到气体的燃点。戴维先生利用上述现象发明了戴维安全灯，可以供煤矿工人在矿下使用。这种安全灯用一个金属网包围在灯火的周围，利用金属网的导热作用，传走了灯火燃烧产生的热量，从而阻止了煤矿中易燃爆气体的燃烧。随着粗铜线或者铝线螺旋圆锥的移近，烛光将逐渐减小并最终熄灭。这是为什么？很显然，烛光熄灭的原因并不是由于缺乏氧气，因为空气很容易从金属线的周围通过。其真正的原因在于：金属线迅速地将火焰周围的热量传走，使它的环境温度低于燃点的温度。这个实验一方面说明，铜和铝都是热的良导体；同时又说明，一定的温度是物质燃烧的必要条件之一。在实验时应该注意：如果火焰过大，它产生的热量足以迅速补充金属线传递走的热量，使环境温度保持在燃点以上，则火焰不会熄灭。另外，如果在实验之前，金属线已经被加热到较高的温度，它传导热量的能力将减弱，火焰也可能不会熄灭。