top of page

Pirelóforo与红宝石

6小时前
讀畢需時 6 分鐘


每一只表里都有红宝石。我们都知道,如今这些并不是天然红宝石。幸好,大家现在也都知道,一只表的品质并不以红宝石的数量来衡量。尽管如此,关于这个话题,仍有许多值得探究之处。


您知道腕表的“蓝宝石水晶”表镜与人造红宝石是用同一种材料制成的吗?您知道红宝石其实就是氧化铝吗?

我们如今在表中见到的这些人造红宝石,之所以能够生产,全靠二十世纪初出现了温度可达2400ºC的强大熔炉。那时,世界上也已广为人知:最强大的熔炉(3800ºC)出自一位葡萄牙神父之手,名为Pirelóforo。


您知道吗?超过1200款机芯所用的红宝石,都是在葡萄牙的CIMD制造的?

一套钟表机构


第一台机器安装在里斯本的Tapada da Ajuda,温度达到2000ºC,能够熔化玄武岩。最终版本温度达到3800ºC,可以熔化任何岩石或金属。不过,我们在这里真正关心的是:这台装置建立在一套复杂的钟表机构之上,这套机构使整个结构能够在一天中追随太阳的运行,并调整箱体相对于反射镜的位置。




PIRELÓFORO


小时候,我们都发现过,阳光下的放大镜在蚂蚁看来可能是最可怕的致命武器。1904年,在美国圣路易斯世界博览会上,一项把这个想法发挥到极致的葡萄牙发明获了奖:它仅凭太阳能,就能熔化世上所有的岩石和金属。发明者是Padre Himalaya(Manuel António Gomes),他来自Cendufe,这项发明就是Pirelóforo。Pirelóforo由一组呈抛物面排列的镜子组成,将光线反射到一个点上,即放置待熔材料的箱体/熔炉中。但与放大镜的方法不同,Pirelóforo高达13米,并借助一套钟表机构追随太阳的运行。这届世界博览会于1904年在美国举行,Pirelóforo拥有面积80m²的抛物面、6177面镜子,高13m;想象一下运输和组装这台装置所需的全部后勤工作,实在令人惊叹。在上方的一张照片中,可以看到这套高13m的镜面系统被安装在一艘船上。据Padre Himalaya本人所说,整个运输和组装过程在当时花费了40康托(以硬通货计)。机器于1904年5月装船启运,并于同年8月组装就绪。



爱国情怀与PIRELÓFORO失窃

圣路易斯博览会结束后,装置被拆卸并存放在一个仓库里,Padre Himalaya则用随后的两年时间与科学家们建立联系,并在美国各地举办讲座。回来时他发现,尽管体积庞大,Pirelóforo还是被盗了。这在当时是一项相当有价值的发明。博览会期间,出于爱国情怀,他拒绝了加入美国国籍的提议,也拒绝了日本人为购买这台装置而开出的350康托的报价。


专利

尽管Pirelóforo失窃,其专利已在美国注册,编号707891;但这并未阻止圣路易斯失窃事件之后,美国各地出现一些相同而尺寸较小的装置。在葡萄牙,它以第3746号专利注册。以下是美国专利文本及附图的试译:


美国专利 707891


“致所有相关人士:


兹声明,本人MANUEL ANTÓNIO GOMES HIMALAYA,工程师,葡萄牙国王臣民,居住于法兰西共和国塞纳省塞纳河畔布洛涅市布藏瓦尔街13号,发明了一种用于产生高温的新颖而实用的太阳能装置,以下是对其完整、清晰而准确的描述。


本发明涉及一种用于产生高温的太阳能装置,尤其适用于需要高于普通熔炉(包括电炉)温度的冶金和化学研究。


该装置包括一个反射面,其布置方式使太阳光线会聚于一个位于熔炉、坩埚或其他接收器中心的受限焦点;如有需要,该熔炉或其他容器可以完全置于反射系统之外。


此外,它还包括调整或设定装置的手段,使光线无论太阳在地平线以上的高度如何,都能保持会聚于选定的焦点上。


它还包括一种专为本发明目的而特别建造的熔炉或热接收器。



现参照所附图纸描述本人的装置布置,其中图1为旋转抛物面ABG沿轴线的剖面图,其靠近顶点的部分沿X Y垂直于轴线被截去,并从中切出一个截头扇形部分ab 0 (Z,构成装置的基本部分。图1、图1和图1为显示构成反射器的各元件形状变化的视图。

图2以缩小比例的平面图显示与图1相同的截头抛物面ABXY,它被分为八个扇形部分S至S,安装在水平轴DD上,在焦点Z的高度上垂直于旋转抛物面的轴线布置,并由两根可在环形轨道2上移动的立柱1 1支撑。

图3以平面图显示处于工作位置的图1和图2中的截头抛物面扇形部分abcd,在太阳位于正上方时,将太阳光线导入坩埚E内。


图4为沿图3中MN线的垂直剖面图。

图5为下文所示布置的一种变型。


图6(无可用图片)为图5中反射系统的正视图,并为沿图1中PQ线的剖面。

图7以部分垂直剖面显示两个背靠背放置的反射系统,从而在两个对称相对的熔炉中形成两个焦点。

图8为图7所示装置的缩小比例平面图。



本发明的基本特征在于使用一个由旋转抛物面a 6 0 (Z(图1)的一个扇形部分构成的反射面,它能够反射一束圆锥形的太阳光线a 5 Z(图2至图8),其顶角足够尖锐,使焦点Z形成于熔炉或其他接收器E的中心,并产生极高的温度。事实上,旋转抛物面及类似曲面虽然是将太阳光线会聚于物理上完美焦点的理想光学装置形式,却无法形成可供实际使用的焦点,因为从图形各个方向到达焦点的反射光线无法为加热而集中于熔炉或接收器的中心。它们只能加热坩埚或锅炉的周围和外部。这样一来,所产生的温度相对较低,而辐射和反射造成的热损失则非常可观。本人的发明基于这样一个原理:将旋转抛物面分解为必要数量的部分,以获得一部分抛物面,使其能够产生一个实用且易于利用的焦点,用于冶金研究以及所有需要极高温度的工业试验领域。这一结果的取得方法是:沿直线XY(图1)在顶点处截去旋转抛物面,将由此得到的抛物面截头体分为例如八个部分或扇形部分S至S(图2),并如下文所述,适当调整或设定其中一个扇形部分。该抛物面扇形部分ab 0 d的开口或弧度——为简便起见,本人称之为反射器(图1、图2和图3)——最好约为四十五度,但可视情况更大或更小。该扇形部分可在一边、多边或所有边上截切,此时呈抛物面扇形截头体的形状,即图纸中所示的形状,或呈圆形、椭圆形、多边形或其他形状。该反射器可由抛物面的一个或多个部分或元件构成,其形状可以多样;也就是说,构成反射器的每个元件可以呈梯形K(如图1至图8所示),或呈圆形(图1)。”



合成红宝石

在Pirelóforo亮相的三年前,即1902年,Auguste Verneuil取得了一项将改变制表业直至今日的壮举。这位法国化学家、巴黎Conservatoire des Arts et Métiers的教授,首次通过烧结工艺成功制造出合成红宝石。制造最早的合成红宝石——如今仍用于所有机械表——的难点在于,构成它的材料氧化铝必须加热到2400ºC。只有在能够达到这种温度的熔炉问世之后,这种新材料才得以制造。倘若Auguste Verneuil认识Padre Himalaya和他那台能达到3800ºC的Pirelóforo,两人或许都能从对方的发现中受益。


红宝石与表镜


合成红宝石与天然红宝石一样,都是刚玉,也就是氧化铝。在工业生产过程中,基本成分氧化铝要经过一系列工序,即提纯、加热、熔融和结晶,最终形成梨形的人造红宝石块。加入氧化铬是为了获得天然红宝石的红色。蓝宝石水晶表镜的制法相同,只是不加氧化铬。大规模生产使这些合成宝石得以大量制造,其品质比自然界中的宝石更加均匀。珠宝行业买走了其中的大部分。在制表业中,由于原材料成本相对较低,红宝石的成本主要来自钻孔和镶嵌所需的人工。话虽如此,值得注意的是,从原料到成品,约90%的红宝石会被损耗,只有剩下的10%可用于制表。1930年以前,红宝石轴承被镶嵌在黄铜石托中;后来则采用了将其(通过压入)直接嵌入夹板的技术,进一步降低了生产成本。



注:

您是否掌握有关本文主题的更多信息或图片?

欢迎与我们联系。



参考书目与资料来源



纪录片:


可下载的文章:


博客:




参考文献:


ARAUJO, A, Lopes - Centenário do Nascimento do Padre

Manuel António Gomes Himalaia, Arcos de Valdevez, 1972.


COSTA, Avelino de Jesus da,“Himalaia”词条,载Dicionário de História de Portugal(Joel Serrão主编),Lisboa,Iniciativas Editoriais,1965年,第II卷


GOMES, (HIMALAIA) - Manuel António, Mémoire descriptif déposé à l'appui de la demande d'un Brevet d'Invention (...) par Monsieur Himalaya(打字稿),Paris,1899年。


GONÇALVES, José - O sábio inventor português Himalaia, Braga(出版年不详)。


MESQUITA, Alfredo de -“O Padre Himalaya e o seu Invento”,载Serões第1期,Livraria Ferreira e Oliveira, Lda.,Lisboa,1905年7月,第23—27页。

New York Times - 1905年3月12日版。


TINOCO, Alfredo -“O Padre Himalaia - Um precursor português do aproveitamento da Energia Solar. O Pirelióforo”,载Actas e Comunicações do I Encontro Nacional sobre o Património Industrial,第II卷,第95—108页,Coimbra Editora,1990年。


VILLECHENON, Florence Pinot de - Les Expositions Universelles,P.U.F.,Paris,1992年。


Hemeroteca Digital de Lisboa http://hemerotecadigital.cm-lisboa.pt


Occidente – Revista Illustrada de Portugal e do Estrangeiro 第29年;第XXIX卷;第1003期,1906年11月10日


Serões – Revista mensal illustrada 第1期,1905年7月


Portugal na Exposição Universal de 1904 – O padre Himalaia e o Pirelióforo;作者Alfredo Tinoco;Cadernos de Sociomuseologia第42期,2012年。可在 http://recil.grupolusofona.pt/handle/10437/4545 查阅


留言

評等為 0(最高為 5 顆星)。
暫無評等

新增評等
bottom of page