Wer Erfand die Twisty Wenig von Draht Innen theLight Birne?
Wir alle haben in unseren Geschichteklassen gelernt, dass Thomas Edison die Glühbirne 1879 erfand und dass das erste erfolgreiche Filament ein verkohltes Stück Baumwollfaden war, das 13,5 Stunden lang brannte. Heute sind Glühlampenfilamente nichts, worüber wir nachdenken, es sei denn, sie brennen aus, aber ihre frühe Entwicklung ist eine faszinierende Geschichte der Chemie und Materialwissenschaft des 19.
Edison entschloss sich zu einer Zeit, als er als nationalster Erfinder telegraphischer Geräte anerkannt wurde, ein leuchtendes Beleuchtungssystem zu entwickeln. Im Herbst 1877 hatte Edison einige kritische Erkenntnisse entwickelt und der Presse angekündigt, dass er bald ein kommerziell erfolgreiches System haben würde.
Er kam zu dem Schluss, dass ein Stromregler erforderlich war, um eine Überhitzung des Glühfadens zu verhindern. Entweder eine thermische expansion gerät oder telegraph stil relais könnte verwendet werden, um den stromkreis zu öffnen, wenn der strom wastoo hohe. Circuit breakersprotecting jedes Filament bedeutete, dass Glühbirnen müssten parallel verdrahtet werden.
Glücklicherweise wusste Edison genug über Joulens und Ohmns Gesetze, um zu erkennen, dass hochohmige Lampen am effizientesten in Parallelschaltungen arbeiten würden. Experimente, die in den Laboratorien von Menlo Park, New Jersey, durchgeführt wurden, zeigten, dass der Energieverbrauch eines Filaments proportional zu seiner strahlenden Oberfläche und nicht zu seinem Widerstand war. Mit anderen Worten, Lampen mit hohem Widerstand würden nicht mehr benötigenenergie als niederohmige. Eine Verringerung der Abstrahlfläche erzeugte tatsächlich mehr Licht. Somit wäre das ideale Filament ein langer, dünner Draht mit hohem Widerstand. Und als er diesen Punkt im Oktober 1878 erreichte, glaubte Edison dasDas Glühlampenlicht war so gut wie schon erfunden.
Als Edison 1877 mit seinem Beleuchtungsprojekt begann, hatten etwa zwanzig Erfinder bereits Glühbirnen mit entweder an Luft erhitzten Platin- oder Iridiumfilamenten oder im Vakuum erhitzten Kohlenstofffilamenten gebaut. Platin war das ideale Material. Es hatte einen hohen Schmelzpunkt, konnte in einer engen Spule gewickelt werden, undwiderstandete Oxidation. Kohlenstoff hingegen war zu leicht oxidiert und mit den aktuellen Vakuumtechnologien schwer zu schützen. Frühere Erfinder versuchten erfolglos, dieses Problem zu umgehen, indem sie Kohlenstofffilamente in Stickstoff- und sogar Kohlenwasserstoffatmosphären verwendeten.
Um Platin zu überwindenausgaben Edison versuchte, neue Quellen zu finden und Platinlegierungen zu entwickeln. Beide Bemühungen scheiterten, ebenso wie Versuche, weniger teure Metalle zu verwenden. Zu dieser Zeit wurde die Presse, die von Edison Wunder erwartet hatte (eine Ansicht, die Edison selbst stark ermutigte), ungeduldig auf Ergebnisse.
Es geht weit über den Rahmen dieses Artikels hinaus, Edisons Arbeit von 1878 über elektrische Generatoren, die Erzeugung von Werbung und die finanzielle Unterstützung für das Leuchtstofflampen-Beleuchtungssystem zu beschreiben. Es genügt zu sagen, dass diese Bemühungen entscheidend waren, um das Projekt zum Abschluss zu bringen.
Während der Arbeit mit metallischen Filamenten leisteten Edison und seine Mitarbeiter einen ihrer wichtigsten Beiträge zur Chemie. Mikroskopische und chemische Untersuchungen von Platin / Iridium-Legierungsfäden, die an Luft erhitzt worden waren, ergaben, dass die Oxidation ein großes Problem darstellte. Das Metall schien Gase zu adsorbierenwährend des Erhitzens und dass sein Schmelzpunkt von der Gasmenge in seinen Poren abhing. Was war offensichtlich neededwas eine bessere Vakuumpumpe.
Durch das Durchkämmen der wissenschaftlichen Literatur erfuhren die Mitarbeiter von Menlo Park, dass die beiden besten Pumpen die Quecksilbertypen Springel und Geissler waren. Da Edison sie nicht erwerben konnte, beauftragte er eine Glasbläserei mit dem Bau neuer Pumpen, die die besten Eigenschaften beider kombinierten. Ein McLeod-Messgerät wurde hinzugefügt und das Labor verfügte bald über die effizienteste (wenn auch manchmal temperamentvollste) Vakuumpumpe der Welt.
Das Erhitzen von Platin in einem besseren Vakuum entgaste die Filamente und ermöglichte ihnen wiederum, dünner zu sein und höheren Temperaturen standzuhalten. Es würde das System auch billiger machen, da nicht mehr für jede Lampe einzelne Leistungsschalter benötigt würden.
Edison präsentierte schließlich seine Arbeit über Gase in Metallen der American Association for the Advancement ofScience. Es wird als ein anerkanntgroßer Beitrag zur Chemie der Metalle. All diese Arbeiten lösten jedoch nicht das Problemplatinum Kosten.
Bewaffnet mit einer besseren Vakuumpumpe wandte sich Edison nun Kohlenstoff als potenzielles Filament zu. Er suchte eine natürlich vorkommende Faser, die karbonisiert werden konnte. Unter den vielen Fasern, die versucht wurden, waren menschliche Haare, Tierhaare, dünn geschnittenes Horn, alle Arten von Fäden und botanische Exemplare aus der ganzen Welt. Um ihre Festigkeit zu verbessern,versuchte Edison, die karbonisierten Fasern mit Bonbons, Walöl, Baumwollöl und einer beliebigen Anzahl von Kohlenwasserstoffen zu imprägnieren. Letztendlich erwies sich die erfolgreichste Faser als dünngeschnittene Bambusstreifen.
Währenddessen wurden Presse, Öffentlichkeit und Geldgeber ungeduldig. Edison benötigte Glühbirnen für seine Demonstrationsprojekte.Und so hatten die ersten Glühbirnen karbonisierte Papierfilamente. Selbst das feinste Papier hatte eine unregelmäßigeverteilung der Fasern und variierte in der Dicke. Papierfilamente hielten nur etwa 300 Stunden.
An diesem Punkt gibt essuche aufgeteilt in zwei sehr unterschiedliche Pfade. Inspiriert vom neunzehnten Jahrhundert Ideal einer bounteousnatural Welt, die mit guten Dingen für die ganze Menschheit gefüllt war, suchte Edison eine natürliche Faser irgendwo in der allmächtigen Werkstatt des allmächtigen Gottes. Alle seine Rivalen versuchten, einen synthetischen zu schaffen.
Wie sie es sahen, würde nur ein anamorphes, dichtes und völlig gleichmäßiges Kohlenstofffilament für eine dauerhafte Beleuchtung sorgen. Keine Naturfaser könnte diese Anforderungen jemals erfüllen.
Edisons zwei Hauptrivalen waren William Sawyer aus New York und Edward Weston aus Newark, New Jersey. Weston stammte aus England und kam1870 als junger Mann von zwanzig Jahren in die Vereinigten Staaten. Er ließ sich in New York nieder, wo er zunächst bei einem Hersteller von Fotochemikalien arbeitete. Die Chance, eine fast bankrotte Galvanikfirma umzugestalten, führte Weston in das Gebiet der Elektrochemie. Da es zu dieser Zeit noch keine gabeine zuverlässige Quelle für elektrischen Strom, Weston begann seine eigenen Dynamos zu bauen,was wiederum sein Hauptgeschäft wurde.
Er zog 1875 nach Newark, New Jersey, und hatte 1877 eine ehemalige Synagoge in der Washington Street erworben, um sie als erste elektrische Maschinenfabrik des Landes zu nutzen. Bewaffnet mit guten Dynamos und einem verythorough Wissen der Chemie, nahm Weston die Herausforderung von electriclighting ein Jahr vor Edison an.
Viele Leser des Indikators werden Weston als Erfinder der Normalzelle (der ersten Standardeinheit eines Volt) und Gründer der Weston InstrumentCompany, einem der weltweit führenden Hersteller von elektrischen Instrumenten, erkennen. Beide Erfolge lagen in der Zukunft.
Obwohl seine ersten kommerziellen Erfolge mit Bogenlichtern für den Außenbereich erzielt wurden, arbeitete Weston auch an der Entwicklung einer Glühlampe für den Innenbereich. Seine ersten Glühlampenfilamente wurden hergestellt, indem eine Mischung aus Kohlenstoffstaub und Teer durch eine enge Öffnung gepresst wurde. Aber wenn diese Fasern provednon-homogen, dachte Weston zurück zu seinen Tagen als photographischer Chemiker andresolved, um Zelluloid zu versuchen.
Celluloid wird hergestellt durchkombination von nitrierter Cellulose mit Kampfer unter hoher Hitze und hohem Druck. Da es leicht entflammbar ist, astabile Form wurde für die Verwendung als Filament benötigt. Weston argumentierte, dass, da das Ausgangsmaterial oxidiert worden war,die Behandlung mit einem Reduktionsmittel das Celluloid entnitrifizieren und wieder in Cellulose umwandeln würde. Im September 1882 patentierte er ein Verfahren, bei dem Zelluloid in Bäder getaucht wurde, die Ammoniumsulfid, Eisenchlorid oder Eisensulfat enthielten. Laut dem Erfinder gab esdas resultierende Material war nicht brennbar, dicht, flexibel und zäh.
Filamente wurden aus Geschnittenblätter dieses Materials, die Weston ≥Tamidine≤ nannte. Die Filamente wurden erhitzt, um die gelösten Gase zu entfernen, karbonisiert und schließlich die Enden mit Kupfer überzogen.
Im Gegensatz zu Weston, der ein ausgebildeter Wissenschaftler war, und Edison, der ein hochdisziplinierter Forscher war, war WilliamSawyer Journalist und Teilzeiterfinder von Telegraphengeräten. Trotz begrenzter Finanzierung, schlechtem theoretischem Verständnis und einem Alkoholproblem gelang es Sawyer, eine funktionierende Glühbirne mit einem Kohlenstofffaden herzustellen. Aber er und seine Unterstützer eilten ihre Glühbirnen in die Produktion, ohne sich vorher die Zeit zu nehmen, ihr Produkt oder ihre Produktionstechniken zu verfeinern. Sie waren gezwungen, das Projekt vonJuni 1878.
Sawyer hat einen erstelltprozess, der für die Herstellung von Kohlenstofffilamenten von entscheidender Bedeutung war, machte er sie zur Selbstreparatur.≤ Schonendes Erhitzen der Filamente in einer Kohlenwasserstoffatmosphäre führte dazu, dass sich die Schwachstellen und Oberflächenmarkierungen erhitzten und hell leuchteten. An diesen Stellen lagerte sich Kohlenstoff ab, bis das gesamte Filament einen gleichförmigen Querschnitt hatte. Weston machte die gleiche Entdeckung etwa zur gleichen Zeit, aber Sawyer war der erste, der das Verfahren patentierte.
In der Zwischenzeit war Edison im MenloPark nicht untätig gewesen. Sobald Bambus gefunden wurde, um ein effektives zu seinfilament, wurde eine andere Suche nach der optimalen Art gemacht. Zuerst Proben aller tropischen Grasarten, die in den Vereinigten Staaten erhalten werden konnten, wurden versucht. Agenten wurden dann nach Kuba und Südamerika geschickt, um nach tropischen Gräsern zu suchen. William H. Moore wurde nach Japan und China geschickt, um exotischere zu bekommenbambussorten. Nach einer erschöpfenden Suche wurde ein Vertrag mit einem japanischen Züchter nearKyoto unterzeichnet. Vor dem Ende der Filamentsuche waren etwa 6000 Bambusarten ausprobiert worden.
Ausgebildete Wissenschaftler schooktheir Köpfe über Edisons Bambussuche und seine Kritiker haben theeffort als monumentale Zeitverschwendung hingewiesen. Sie verpassten einen wichtigen Punkt, auch wenn die Suche nicht asingle nutzbare Informationen zu generieren, es hat riesige Mengen an Werbung erzeugen. Edison machte einen Punkt auf thepier zu sein, wenn einer seiner Filamentjäger nach Hause zurückkehrte, dann mit dem presswatching, fragte er laut den Mann über seine Ergebnisse. Edison war auch ein begeisterter Leser von JulesVernens Romanen und die weltweite Suche durch Berge und Dschungel war wie eine von Vernens Handlungen.
Und die japanischen Filamentehat gut funktioniert. Bis 1880 war Edisonproduzieren von Glühbirnen, die bis zu 1500 Stunden halten konnten.
Noch als die letzten OFEDISON-Filamentjäger nach New Jersey zurückkehrten, stellte der Industrielle HiramMaxim (später berühmt für seine Maschinengewehre) Glühbirnen mit Tamidinfilamenten her. Patentgebühren von diesen Filamenten erwiesen sich für Weston als immens wertvoll. Mit einer Lebensdauer von bis zu 2000 Stunden wurde Tamidin schnell zu einer ernsthaften Wettbewerbsherausforderung für Bambus und andere Pflanzenfasern. Bis theintroduction von Wolframfäden, wurden viele der Glühlampen der Welt madewith dieses Material.
Im Jahr 1906 General Electricführte Glühlampen mit Wolframfilamenten ein.
Von den etwa zwanzig Erfindern, die vor Edison an Glühlampen gearbeitet hatten, werden die meisten nur in den besseren Geschichtsbüchern erwähnt. Edward Weston hatte vielleicht die bessere Idee, aber es fehlte ihm an beeindruckender finanzieller Unterstützung und günstiger Presse. Obwohl er die Aufträge für die Beleuchtung der Straßen von Newark und später der Brooklyn Bridge erhielt, stieg Weston schließlich aus dem Beleuchtungsgeschäft aus und wandte sich elektrischen Messinstrumenten zu. Die WestonInstrument Company wurde 1888 gegründet. Ihre Fabrik an der Ecke von Newarks Flugzeug und Orange Straßen turnedout Tausende von Instrumenten. Westonns Patentportfolio umfasste Fortschritte in der Galvanik,elektrische Zähler, Sicherungen, Batterien und Motoren. Der wachsende Ruhm von Westonns Newark Research Laboratory soll Edison dazu bewogen haben, Menlo Park aufzugeben und die riesigen Forschungseinrichtungen in West Orange, New Jersey, zu errichten.