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打掃家裡的科技史:吸塵器與灰塵奮戰的故事

Rock Sun
・2021/02/01 ・4275字 ・閱讀時間約 8 分鐘

編按:灰塵是家中不可避免的髒亂源頭,過去,人類使用了掃帚與其奮鬥,到了近代,則有了吸塵器,而這場人塵大戰,至今仍然是進行式。

 

《用科學拯救怦然崩潰的髒亂,這樣的掃除你洗翻嗎?》專題帶你一覽人類與灰塵奮鬥的歷史,以及那些曾經出現過的神奇發明。

農曆年將至,每年大掃除的時候又要到了,看著你手上的掃把、吸塵器,有沒有很好奇這些打掃利器是怎麼發展來到你手上的呢?

今天就讓我們一起來認識一下灰塵、掃帚和吸塵器之間的故事吧!

圖/Pexels

記錄了你的生活,但也暗藏危機的灰塵

在認識打掃工具之前,我們先來認識一下它們的共同敵人:灰塵。

灰塵這個名詞跟岩石很像,都不是單一物質的稱謂,而是描述一整團集合體的名詞,因為一般家中看到的灰塵包含一大堆東西,例如死掉的(人類)細胞、毛髮、纖維、塵蟎、小蟲碎屑、泥土、塑膠微粒、細菌……基本上你生活想的到的東西,灰塵裡面應該都找的到。

也就是因為灰塵跟我們全身上下和生活都有無數的關係,它就像你的生活紀錄者,每次你的活動捲起灰塵,它又會在室內循環一次,重新載入你的生活足跡,例如新買家具的纖維、今天吃的食物碎屑……而且只要房子足夠密閉,灰塵並不會走遠,一粒灰塵有辦法紀錄某個區域好幾年的歷史。

圖/Shutterstock

科學家最早開始研究灰塵對健康的影響是在 1940 年左右,始於醫療人員想要了解手術室的環境是否帶有可能的病原,所以灰塵就被盯上了。從 1970 年開始,灰塵的研究從醫療設施轉往居家,一開始研究的包含鉛、油漆、汽油等非常明顯對人體有害的物質,直到最近十幾年灰塵中的其他潛在有害物質才開始受到重視,科學家也發現各式各樣可能出現在灰塵中的物質,而且很多都無法辨認,因為任何微小的生活物質如塑膠、塗料、溶劑都會彼此混和,甚至接觸到高熱的爐火、運作的電子零件、電燈……等都還會再變質,成為來源不明、難以實驗的物質。

在吸塵器之前,人類永遠的好朋友:掃把

雖然我們靠著現代科學才有辦法揭露灰塵的部分秘密,但是老祖宗們並不知道,他們只是覺得有灰塵在家裡很煩又不舒服而已。

所以在吸塵器之前,幾千年前的人類就發明了對付灰塵的法寶:掃帚。

不管是兩河流域、印度、埃及,每個古文明在沒有什麼交流的情況下,都不約而同的發明了掃帚,最早的掃帚是由高粱類的禾本科植物、綁成一束製作的,還有像羅馬帝國還會用桃木加上菜瓜布類的植物纖維製作屬於他們的特殊掃帚。

時間來到中世紀,這時候的建築物多是石頭地板再鋪上可更換的蘆葦或是乾草,所以堅硬、形狀渾圓、像竹掃把的硬枝條掃把就成了這時居家打掃最棒的工具(順便成為了女巫的代表交通工具);而當磁磚、木頭、地毯鋪面開始流行後,掃帚更適合使用柔軟的材質製作,例如動物的毛髮。

但人也一直尋找能夠超越掃帚的工具,例如 19 世紀時有人發明了具有轉軸、宛如好神拖的掃把,但是這在掃地上並沒有比較好用,甚至可以說是麻煩;還有人發明了最古早的手推式掃地機(或稱地毯清掃機),但在當時機械技術不成熟的情況下,也沒有比掃帚好更有效率。

但是如果沒有掃地機,我們也不會有今天的主角:吸塵器。

吸塵器前身:各種神奇的機械

在南北戰爭前夕的美國,一位叫赫斯(Daniel Hess)的發明家勉強地成為第一位將「類似吸塵器的東西」申請專利的人,他在當時的手動掃地機底盤中間加入一條管子,希望藉此能夠收集掃上來的灰塵——就這樣,沒有其他動力或特別的設計。

赫斯的發明。圖/vacuumcleaner.umwblogs.org

時間來到 1869 年,另一位美國的發明家麥加飛(Ives McGaffey)發明出了另一個遠古吸塵器,這台機械一樣有個管子,但這次連接到一個需要靠手旋轉、類似風箱的設備。所以當你在掃地時,要純手動旋轉這個機械,來產生吸力——想當然爾,這也不是一個很有效的發明,沒有人想在打掃家務時把手用得更酸。

麥加飛的發明。圖/vacuumcleaner.umwblogs.org

其實前面兩位先人都有很好的想法,無奈在當時要產生足夠穩定的負壓製造吸力,在沒有電力的情況下根本不太可能。

在吸塵器之前,有另一件重要物品在 19 世紀末被發明了:能夠吹出強風的送風機。送風機在打掃上的運用跟吹葉機很像,是把灰塵吹到一個角落再蒐集起來,但當時為了驅動一台送風機,需要一個跟馬車一樣大的設備才辦的到。但是在吸塵器的發明故事中,送風機有絕對重要的地位~

現在家用吸塵器的前身。圖/vacuumcleaner.umwblogs.org

吸塵器的故事

時間來到 20 世紀初的倫敦街道,你很可能會看到一個超乎想像的景象……一輛巨大的機械馬車在路上發出噪音,吸引眾人圍觀,並架著消防水管般的管子進入高級住宅。

發明吸塵器的偉人叫休伯特·塞西爾·布斯(Hubert Cecil Booth),他可能也是 20 世紀初英國最著名的工程師,他的本業是專門設計大型構造,像吊橋和摩天輪,他最著名的作品是奧地利首都的地標:超過百歲的維也納摩天輪。

布斯的傑作:營運百年的維也納摩天輪。圖/Wikipedia

而一場送風機的產品展示,給了他發明吸塵器的契機:「如果不是用吹得,而是用吸的會不會比較好?」

當時大多數的人表示這不可能辦到,但是布斯下定決心發明出一台可以吸氣的機械。藉由反轉內部馬達的機構,總算在 1901 年布斯完成了他的發明並成立了英國吸塵公司,一台需要由馬匹拉動、配備著長管子的巨大吸塵器就這樣出現在倫敦街道上。

可想而知,這並不是大家都可以擁有的打掃工具,所以英國吸塵公司提供的是一種昂貴的吸塵打掃服務。每當你呼叫服務,他們就會操著有消防隊配色的馬車來到你家,並向街訪鄰居宣告你將要進行舉辦一場「吸塵派對」,號召大家來圍觀,而且馬車中的集塵袋還有一面玻璃牆,讓大家都可以看到你家到底有多少灰塵。這一切聽起來莫名奇妙的浩大,而當時這樣一趟服務的花費,相當於一位打掃傭人整年份的薪水。

Horse-drawn vacuum cleaner with men standing by
布斯的遠古吸塵器。圖/Wikipedia

布斯的吸塵大車隊吸引了大量的上流人士使用,包括白金漢宮、皇家鑄幣廠、英國議會、俄皇尼古拉二世和德意志皇帝威廉二世都有雇用他的服務,甚至還收到英國水晶宮的打掃要求,並從建築中清理出 26 公噸的灰塵。

儘管跟一台車一樣大,但布斯吸塵器的原理跟現在家家戶戶都有的小型吸塵器其實都一樣,而且吸力和現在其實沒差多少~

而且還有跟消防隊一樣的配色,很搶眼。圖/Wikipedia

吸塵器要打入家用市場,時間要再往後推幾年來到 1905 年,另一位英國發明家葛里菲斯(Walter Griffiths)改良了吸塵器,讓它真的可以被放在家中並可以被攜帶,並由腳踩為動力,還有不同形狀的吸嘴——沒錯,有點像反過來的打氣機。

而要真正的量產則是到 1908 年,美國發明家斯潘勒(James Spangler)將他的發明的可攜式電動吸塵器設計賣給了企業家胡佛(William Hoover),他的吸塵器帶有一根長桿子、上面安裝了集塵袋、帶有輪子、底部有個扁平的吸嘴——這也就是現代家用吸塵器的前身,機械內部還有風扇將灰塵匯集。胡佛也迅速將他的設計發揚光大,產品的外型也稱霸了吸塵器形象長達好幾十年。

1919 年的胡佛牌吸塵器。圖/ UK Science Museum Collection

即使如此,一直到二次大戰前吸塵器仍不是熱門的居家打掃工具,因為儘管機械本身設計上沒有什麼問題,但 20 世紀初期的電力供給有限,再加上售價問題,所以 1940 年絕大部分的家庭都還是選擇用老方式打掃家裡,但隨著電力的普及和價格的下降,吸塵器在二戰過後開始在居家打掃佔有了一席之地。

除此之外吸塵器的演化過程中還附贈了好幾項有趣的發明,例如無集塵袋的設計和濾網,但是要說大家什麼印象最深刻,應該是有線吸塵器最好玩的自動回收插頭,這老實說是個很小,但非常天才的發明出現於 1990 年左右,讓有線式的吸塵器能盡量不受到空間的限制。

1956 年胡佛太空風格吸塵的與配件組。圖/ UK Science Museum Collection

就這樣 100 年過去了,吸塵器的原理並沒有變太多,但多了各種樣子,例如掃地機械人或超迷你手持吸塵器。這過程中還有功率有很顯著的提升,1910 年左右的吸塵器馬達每分鐘只有 1000-3000 轉,而現在的吸塵器,都 10 萬轉起跳,但這不完全表示吸力變強,而是運作得更有效率,因為把灰塵從地板吸起來老實說並不需要很高的吸力。

這樣瞭解了吸塵器的故事,有沒有覺得大掃除多了一些知性呢?筆者祝大家春節打掃愉快,使用吸塵器時可以回想一下這個故事,然後記得每次使用完吸塵器後再用濕抹布或拖把清理地板,才是最正確的順序喔!

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Rock Sun
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前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者
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