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新奇灯光增辉添色

2015-10-12李忠东

科学大众(中学) 2015年10期
关键词:热管阿姆斯特丹塑料瓶

李忠东

寿命长达37年

英国戴森家电公司勇于革新,富有创意。它设计制作了无袋吸尘器、无叶电扇和带杀菌功能的湿化器等多种家电产品,为我们的生活增添了无穷的情趣。这家知名的公司近日宣布,成功研发出全球首个能有效冷却的LED灯泡系列。它名叫CSYS LED TASK LIGHT,按照每天12小时为标准计算,它能持续使用37年。而目前市面上销售的大部分LED灯仅有5~17年的寿命,无法与之相比。

CSYS系列由该公司创始人詹姆斯·戴森的儿子捷克·戴森研发,设计灵感来自于起重机。传统的台灯保持位置靠张力,而CSYS系列LED台灯使用重力。特殊的滑轮系统使高度、长度和角度的调整变得异常顺滑。锌合金底座可以旋转360°,并增加了稳定性。再配上 Dyson一贯简约的造型后,整个设计令人叹为观止。

CSYS系列一共分CSYS TASK、CSYS TALL、CSYS CLAMP三种,最大特性是灵巧地活用了两个滑轮,通过滑动滑轮将十字架形状的横轴和纵轴分成四个部分。滑动原点则可控制光源的远近高低,360°转动也十分轻松。三轴滑移系统操作非常简便,能够调节台灯的垂直方向、水平方向和旋转角度,下降时光线变暗,上升时光线变强。同时还有触摸感应来手动调节亮度,灯光随手掌握。即使关掉后重新开启,台灯对上次的亮度仍有“记忆”。

CSYS 系列采用了热管散热技术,由NASA开发的这项最先进的温度管理技术最早运用于人造卫星上,现在也用于电脑芯片的冷却。热管是一种具有极高导热性能的传热元件,它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量,利用毛细作用等流体原理,起到类似冰箱压缩机制冷的效果。热管具有很高的导热性、优良的等温性、可远距离传热、恒温特性(可控热管)等一系列优点,并且由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。由于其特殊的传热特性,因而可控制管壁温度,避免露点腐蚀。

因为一般的LED灯照明时会上升到130℃,所以产品只有5万小时的寿命。但是采用热管散热技术的CSYS系列却与众不同,由于两侧的铝合金散热器可以有效传递热量,因此能够独自冷却,有效散热,让LED灯泡连接处的温度降低到53.4℃,有效保存LED灯上的磷镀层,超长寿命可达到连续使用16万小时以上,而且LED的亮度和颜色均可长期保持一致。

“由于对冷却LED灯不感兴趣,许多设计师开发的灯泡最终以失败告终。现在将冷却的思路整合到产品中,因此发明了全球首款能够有效冷却的CSYS系列,最终测试结果令人欢欣鼓舞。”捷克表示,“新款有效冷却LED灯泡价格不菲,起售价格约合人民币3 000元。”

“一升光明”亮万家

在巴西,一种简易的照明灯很引人注目。只要把水和漂白剂的混合溶液装进十分常见的透明塑料瓶,然后再将其固定在屋顶上就行了。白天太阳光照射露在屋外的部分瓶身上,便能使得住在黑暗房屋里的人感到,塑料瓶如同照明灯一样明亮。这种办法解决了白天不需用电就能为房屋照明的问题,深受住在幽暗棚户板房和贫民窟里的穷人欢迎。

这种简易照明灯的发明者名叫阿尔弗雷多·莫瑟,生活在巴西南部的乌贝拉巴市,是一家机械厂的普通技工。他早在2002年就想出了这个点子,为的是白天能给自己黑乎乎的住房提供亮光。乌贝拉巴市能源短缺,白天只供工厂用电,普通居民区全部断电。他家位于棚户区,由于板房低矮,再加上房屋密密麻麻,即使天气晴朗,阳光也无法照射到屋子里面。他也想过给这种简陋的房子开玻璃窗,但不安全,而且造价不低。

莫瑟善于观察,爱动脑筋。妻子卡梅琳达赞不绝口地说:“我丈夫心灵手巧,家里的桌子椅子都是他自己造的。”一次,莫瑟和同事们跟着老板体验野外生存,好奇地看到老板将塑料瓶装水,然后用它聚光引燃干草。他当时发现,装满水的透明塑料瓶在阳光底下特别亮,从中受到启发,联想到能不能在自家的板房屋顶上安装一排这样的塑料水瓶照明。莫瑟说干就干,取下屋顶上的一排活动瓦片,钻孔打洞,把塑料瓶固定在孔洞里。他用工业上常用的密封胶封住了瓶身和瓦片的连接处,一来固定瓶子以免滑动,二来保证雨水不会通过缝隙漏进屋内。为了防止塑料瓶的水被阳光晒的时间久了会长青苔,莫瑟想出了在瓶里添加漂白剂的办法。

自从在屋顶上安装了一排装满水的透明塑料瓶,莫瑟家里白天相当于点亮了十几盏40~60瓦的灯泡照明。他发现,在相等的室内面积里塑料饮料瓶要比玻璃窗明亮得多,而且在不牢固的板房上开玻璃窗会留下隐患,特别是遇上大风降雨天气时更加危险。一些邻居纷纷找上门来,请莫瑟帮忙安装这种简易的照明灯。这项发明虽然没能使他成为富翁,但是每装一户也能从中赚个几美元。一位名叫皮兰德的邻居说:“它效果确实很好,我们也能用剩下的电费来改善生活了。”

近几年来,莫瑟的发明迅速地在亚洲、美洲和非洲的贫困地区广泛推广开来。据不完全统计,这个“一升光明”计划已经引进到了巴西、菲律宾、印度、孟加拉、阿根廷和斐济等16个国家和地区,解决了那些居住房屋密集的贫困者白天不舍得开灯的难题。“这种不需要用电的照明灯给大约百万户家庭带来了光明,极大地改善了贫困人口的生活。”菲律宾非政府组织“我的庇护所基金会”执行理事亚克·安格洛·迪亚兹称赞道,“凭借这项发明,莫瑟完全可以申请诺贝尔奖。”

莫瑟却表示不会对专利使用权收取任何费用,他谦虚地说“这是个很简单的想法,只是没有人去认真思考过”。

彩虹拱窗放异彩

阿姆斯特丹中央火车站用红色砖石修建,荷兰新歌特式的建筑风格令人赏心悦目。它是全球独一无二建于水上的火车站,有10多个站台,顶棚跨度约40米。其他车站修建时要深挖地基,而阿姆斯特丹中央火车站的基础却落在3个人工岛屿上,靠8 687根大木桩支撑。每根的直径超过半米,长度二三十米。在全世界火车站的设计中,这恐怕也是绝无仅有的。在这样的地基上建火车站,建造难度可想而知,先后花了整整8年的时间。它1881年开始兴建,1889年10月15日正式启用。

阿姆斯特丹中央火车站外貌带有鲜明荷兰文艺复兴时期的特征,虽然历经130多年的沧桑岁月,但如今依然充满活力。它一直是荷兰全国铁路中心,同时成为欧洲铁路枢纽之一,包括一些欧盟国家在内的列车,比如说开往德国、法国、比利时和瑞士等国家的国际列车和高速列车都是从这儿出发的。每隔三五分钟,就有一列前往德国、法国、比利时等国家的列车在这里发车或经停。人们可以乘大力士高速列车花5个小时抵达巴黎,也可以乘EC城际快车前往科隆。每天有1 400多趟火车抵达或离开这里,日进出车站的旅客约25万人次。

从今年起,太阳下山一小时后,阿姆斯特丹中央车站每天的傍晚时分会出现巨大的彩虹拱窗,限时半小时。这道彩虹位于车站东口2B平台,宽45米,高25米,是车站125周年庆典的一部分。跨越的半圆形圆弧天幕连接着历史遗迹与今日的创新技术,标志着联合国教科文组织2015国际“光之年”的开始。

阿姆斯特丹中央车站的彩虹拱窗出自著名艺术家达安·罗斯加蒂之手,他曾受梵高绘画作品的启发,进行过黑夜“发光自行车道”“北京雾霾颗粒戒指”和“智能公路”的设计。罗斯加蒂富有独创精神,似乎很喜欢这种科学和艺术跨界的风格,这次又尝试有效地把光分解成组成光谱的颜色。

罗斯加蒂团队遇到多项技术挑战,其中之一是不但要求彩虹色彩强烈,而且色块与色块间又要有一定距离,以便人们可以清楚地看到红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色。另外需确保彩虹不会让列车司机或乘客们感到炫目,还要节能。

团队中的艺术家与光学研究者精诚合作,开发了生成该彩虹的滤光器,它之前是用于研究太阳系外行星的。对这两个科学家来说,这次的艺术项目算是一个实验,可以探索这种听起来“高大上”的光学技术怎样“回到地球”,更好地“平民化”。这个滤光器由液晶薄膜制成,能够把从4 000瓦功率聚光灯(耗电只大致相当于一台2匹空调机)发出的白色光分解还原成各种颜色,分布到车站外墙的拱形区域,将屋顶的确切形状勾勒出来,组成一道绚丽的彩虹。

罗斯加蒂表示,巨大的彩虹每年将使五千万游客置身于五光十色的神奇夜晚之中。有了彩虹拱窗的阿姆斯特丹中央火车站就像是被赋予了魔力一样,对旅客来说会是一种很独特的体验。

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