戴維燈

英國的煤炭工業蓬勃發展，全國各地都在開發煤礦，煤礦工人的人數相當多。煤礦經常發生爆炸事件，礦工生命沒有保障。如1812年的秋天，位於英國蓋次黑德郡的費嶺煤礦發生了煤炸，死了92個礦工。可許多礦工迫於生計，只好冒著生命危險，從事這項工作。對廣大礦工來說，每一次的下井，都可能是下地獄。礦井為什麼會爆炸呢？原來，在煤礦的礦井中，瀰漫著一種叫做“甲烷” (又叫“瓦斯”)的氣體。這種氣體有一種“怪脾氣”，即一遇到火，它就發生爆炸。可在伸手不見五指的礦井裡工作，不點燈照明，怎麼挖煤呢？

戴維，1778年10月27日出生於英國西南部的一座小城。在上小學的時候，戴維很淘氣，不願意學學校里的功課，而醉心於釣魚、打獵。他的老師斷定他以後絕對不會有什麼出息。後來，戴維乾脆不上學了，整天到處遊逛。戴維16歲那年，父親去世了，家裡的生活沒著落。戴維在他母親的敦促下，開始學醫和賣藥品。從配製各種藥品的過程中，戴維越來越覺得這裡面有許多學問。到這時候，他才意識到當年自己不好好學習帶來的後果。

1799年，他發現了笑氣——氧化亞氮的麻醉作用；

1807年，他用電解法從鹼中獲得鉀、鈉等鹼元素；

1808年，他又先後獲得鋇、鎂、鉛、鋁等鹼土金屬，並用強還原性的鉀配備了硼；

1815年的一天，戴維聽說了礦井經常發生瓦斯爆炸的事，他想應該發明一種不會引發瓦斯爆炸的燈。

戴維先到礦井進行實地考察。他察看了礦井的形狀、大小、通氣情況等，向礦工們了解瓦斯爆炸的原因。十幾天的調查，使戴維確認了爆炸的原因。同時，礦工們介紹的瓦斯爆炸時的悲慘情景，以及他們的強烈願望，堅定了戴維發明一種安全燈的決心。怎樣才能使燈不會點燃瓦斯呢？戴維首先想：把燈與周圍完全隔離開。這樣自然不會發生爆炸事故了，可燈也就點不著了，因為火焰燃燒需要氧氣。那麼，必須設計一種空氣能進去的燈罩。戴維又想到：銅、鐵等金屬的導熱性很好，它們能夠將熱很快地從一處傳到另一處。如果在燈火的外面罩一個金屬網，這樣火焰燃燒的熱量不斷地被傳導、散發掉，罩子與外界接觸面的溫度就不會很高，低於瓦斯的著火點，瓦斯也就燒不著了。戴維想到這裡，連忙找來一張鐵絲網，並用它製成一個圓筒形的燈罩。將燈罩罩在燈的外面，將少量瓦斯噴到燈罩面上，結果瓦斯沒有燃燒起來。接著，戴維又逐漸加大噴出的瓦斯的量，以至燈罩邊緣的瓦斯濃度超過礦井中瓦斯的最大濃度，瓦斯依然沒有被點著。

一種新型的礦井用燈誕生了！在它走出實驗室前，戴維決定親自帶著這種燈下礦井試驗。他的想法遭到好友華德生的反對。華德生說：“您是大科學家，是‘國寶’，不能這麼干，太危險了。再說，我是醫生，處理應急能力比您強，還是讓我來吧!”華德生舉著安全燈，健步走進礦井。礦井上圍觀的人們懷著忐忑不安的心情，等待著華德生。20來分鐘后，華德生微笑著從礦井走出來。圍觀的礦工們熱烈歡呼：“戴維發明的燈真不簡單!”安全燈的發明不僅拯救了無數礦工的生命，而且促進了英國煤礦工業的大發展。

英國成立一個研究煤礦災禍的協會，號召科學家為礦工的生命安全做出貢獻。他立即投入了這項新的課題研究。

煤礦事故的發生，是因為礦燈引發了煤礦中沼氣（甲烷）。他從研究火焰與爆炸的關係入手，想設計出一種不致引發沼氣燃燒爆炸的礦工照明用燈。法拉第跟老師一起投入到了這項研究。工作進行了將近半年，與1816年終於成功的設計出一種安全礦燈。這種礦燈就是用一種網眼很小的金屬網代替了礦燈的玻璃罩。因為金屬絲網可以把火焰的熱量傳導開來，防止未燃氣體達到著火點，爆炸就不會發生了。這種礦燈使用效果很好。不久便被各煤礦普遍採用。人們把這種安全燈叫戴維燈，這種燈在世界上使用了100多年，直到20世紀30年代才改為電池燈。安全燈使得煤礦工業迅速得到發展。它並沒有減少礦工死亡人數，因為它使人們有可能在更深更大的礦井中工作，因而大大地增加了易罹危險的工人人數。戴維拒絕為自己的發明申請專利，因為他的‘唯一目的是為人道事業服務’。他的發明的主要作用是使老闆們更加富裕，並使得更多的人到礦里工作，而且使他們處於種種危險之中，碳化氫不過是其中一種危險而已。所以戴維燈作為一種經濟學上的手段的重要性要比它作為安全手段的重要性為大。

（1）金屬是熱的良導體。

（2）燃燒的條件之一是必須達到一定的溫度。也就是說，每一種物質都有一定的燃點，當溫度低於燃點時，該種物質是不能燃燒的。

實驗現象與解釋

（1）用一片金屬網（或者一個金屬絲編織的篩子）罩在一隻蠟燭的上方。手持金屬網的邊緣，將其向下移動，觀察燭光的變化。可以看到，燭光變得暗淡了。金屬網離蠟燭頂部越近，燭光就越小；同時火焰被罩在金屬網下而不能穿出。造成上述現象的原因在於：網上的金屬絲傳走了火焰附近的熱量，使周圍的溫度降低，這不但使蠟燭的火焰變小，同時又阻止了它穿透金屬網。

（2）將一隻煤氣燈放在一個三角架下面，架上放置一片金屬網。調節網使它與燈頭間的距離適當。打開煤氣開頭，並用火柴分別在金屬網下面和上面去點燃煤氣。觀察金屬網上下是否都能形成火焰。

只有金屬網上面的煤氣才能夠被點燃，形成火焰。這是由於金屬網的導熱作用，使得網下面的氣體達不到燃燒的溫度。

（3）將一隻蠟燭安放在一塊木頭或者塑料板上，並把蠟燭點燃。然後用一個圓柱型的金屬網罩在燃燒的蠟燭上面。再用橡膠管引來可燃氣體，將氣體噴嘴放在金屬網的頂部並打開，使氣體在圓柱頂部流動。觀察氣體是否燃燒。

結論

蠟燭的火焰並不能點燃金屬網外的氣體。這是由於金屬網的良好導熱作用，使得網外的溫度達不到氣體的燃點。戴維先生利用上述現象發明了戴維安全燈，可以供煤礦工人在礦下使用。這種安全燈用一個金屬網包圍在燈火的周圍，利用金屬網的導熱作用，傳走了燈火燃燒產生的熱量，從而阻止了煤礦中易燃爆氣體的燃燒。隨著粗銅線或者鋁線螺旋圓錐的移近，燭光將逐漸減小並最終熄滅。這是為什麼？很顯然，燭光熄滅的原因並不是由於缺乏氧氣，因為空氣很容易從金屬線的周圍通過。其真正的原因在於：金屬線迅速地將火焰周圍的熱量傳走，使它的環境溫度低於燃點的溫度。這個實驗一方面說明，銅和鋁都是熱的良導體；同時又說明，一定的溫度是物質燃燒的必要條件之一。在實驗時應該注意：如果火焰過大，它產生的熱量足以迅速補充金屬線傳遞走的熱量，使環境溫度保持在燃點以上，則火焰不會熄滅。另外，如果在實驗之前，金屬線已經被加熱到較高的溫度，它傳導熱量的能力將減弱，火焰也可能不會熄滅。