Quién Inventó el Pequeño Alambre Retorcido Dentro de la Bombilla de Luz?
Todos aprendimos en nuestras clases históricas que Thomas Edison inventó la bombilla en 1879 y que el primer filamento exitoso fue una pieza carbonizada de hilo de algodón que se quemó durante 13,5 horas. Hoy en día, los filamentos de bombillas no son algo en lo que pensemos,a menos que se quemen, pero su desarrollo temprano es una historia fascinante de la química y la ciencia de los materiales del siglo XIX.
Edison decidió desarrollar un sistema de iluminación incandescente en un momento en que fue reconocido como el inventor más nativo de equipos telegráficos. Para el otoño de 1877, Edison había desarrollado algunas ideas críticas y anunció a la prensa que pronto tendría un sistema comercial exitoso.
Concluyó que se necesitaba un regulador de corriente para evitar que el filamento bulbns se sobrecalentara. Se podía utilizar un dispositivo de expansión térmica o un relé de estilo telegráfico para abrir el circuito cuando la corriente era demasiado alta. Los disyuntores que protegían cada filamento significaban que las bombillas tendrían que estar cableadas en paralelo.
Afortunadamente, Edison sabía lo suficiente sobre las leyes Joulens y Ohmns para reconocer que las lámparas de alta resistencia funcionarían de la manera más eficiente en circuitos paralelos. Experimentos llevados a cabo en los laboratorios de Menlo Park, Nueva Jersey,revelaron que el consumo de energía de un filamento era proporcional a su superficie radiante, no a su resistencia. En otras palabras, las lámparas de alta resistencia no requerirían más energía que las de baja resistencia. La disminución de la superficie radiante en realidad produjo más luz. Por lo tanto, el filamento ideal sería un alambre delgado y largo con alta resistencia. Y una vez que llegó a este punto en octubre de 1878, Edison creyó que la luz incandescente era tan buena como ya se había inventado.
Para cuando Edison comenzó su proyecto de iluminación en 1877, una veintena de inventores ya habían construido bombillas de luz con filamentos de platino o iridio calentados al aire, o con filamentos de carbón calentados al vacío. El platino era el material ideal. Tenía un alto punto de fusión, podía enrollarse en una bobina apretada, y oxidación resistente. Por otra parte, el carbono se oxidaba con demasiada facilidad y era difícil de proteger con las tecnologías actuales de vacío. Los primeros investigadores intentaron sin éxito solucionar este problema mediante el uso de carbonfilamentos en atmósferas nitrogenadas e incluso hidrocarbonadas.
Para superar platinumnsexpense Edison trató de encontrar nuevas fuentes y desarrollar aleaciones de platino. Ambos esfuerzos fracasaron, al igual que los intentos de utilizar metales menos costosos. Para entonces, la prensa, que había llegado a esperar milagros de Edison, (una opinión que el propio Edison alentaba fuertemente) se estaba impacientando por obtener resultados.
Está mucho más allá del alcance de este artículo describir el trabajo de Edisonns 1878 sobre generadores eléctricos,generación de publicidad y cómo se organizó el respaldo financiero para el sistema de iluminación incandescente. Baste con decir que estos esfuerzos fueron fundamentales para llevar a término el proyecto.
Fue mientras trabajaba con filamentos metálicos que Edison y su equipo hicieron una de sus contribuciones más importantes a la química. Los exámenes microscópicos y químicos de los filamentos de aleación de platino/iridio que se habían calentado en el aire revelaron que la oxidación era un problema importante. El metal parecía absorber los gases durante el calentamiento y que su punto de fusión dependía de la cantidad de gas en sus poros. Lo que obviamente se necesitaba era una bomba de vacío mejor.
Al peinar la literatura científica, el personal de Menlo Park se enteró de que las dos mejores bombas eran de los tipos Sprengel y Geissler mercury. Al no poder adquirirlos, Edison encargó a una empresa de soplado de vidrio la construcción de nuevas bombas que combinaran las mejores características de ambas. Se añadió un medidor McLeod y el laboratorio pronto tuvo la bomba de vacío más eficiente (aunque a veces temperamental)del mundo.
Calentar platino en un mejor vacío desgasificó los filamentos y, a su vez, les permitió ser más delgados y soportar temperaturas más altas. También abarataría el sistema, ya que ya no se necesitaban interruptores individuales para cada lámpara.
Edison finalmente presentó su trabajo sobre gases en metales a la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia. Se reconoce como una importante contribución a la química de los metales. Sin embargo, todo este trabajo no resolvió el problema del costo de los plátanos.
Armado con una bomba de vacío mejor, Edison ahora recurrió al carbono como filamento potencial. Buscaba una fibra natural que pudiera carbonizarse. Entre las muchas fibras probadas se encontraban pelos humanos, pelos de animales, cuernos en rodajas finas, todo tipo de hilos y especímenes botánicos de todo el mundo. Para mejorar su resistencia,Edison intentó impregnar las fibras carbonizadas con caramelo de roca, aceite de ballena,aceite de algodón y cualquier cantidad de hidrocarburos. En última instancia, la fibra más exitosa resultó ser tiras finas de bambú.
Mientras tanto, la prensa, el público y los patrocinadores financieros se estaban impacientando. Edison necesitaba bombillas para sus proyectos de demostración.Y así, las primeras bombillas tenían filamentos de papel carbonizado. Incluso el papel más fino tenía una distribución irregular de fibras y variaba en grosor. Los filamentos de papel solo duraron unas 300 horas.
Es en este punto que la búsqueda se divide en dos rutas muy diferentes. Inspirado por el ideal del siglo XIX de un mundo natural generoso que estaba lleno de cosas buenas para toda la humanidad, Edison buscó fibra natural en algún lugar de ≥Godns almighty workshop.≤ Sus rivales intentaron crear uno sintético.
Como lo vieron, solo el filamento de carbono anamorfo, denso y completamente uniforme proporcionaría iluminación de larga duración. Ninguna fibra natural podría cumplir con estos requisitos.
Edisonns dos rivales principales fueron William Sawyer de Nueva York y Edward Weston de Newark, Nueva Jersey. Weston era un nativo de Inglaterra que llegó a los Estados Unidos cuando era un joven de veinte años en 1870. Se estableció en Nueva York, donde trabajó por primera vez con un fabricante de productos químicos fotográficos. La oportunidad de renovar una compañía de placas casi en bancarrota llevó a Weston al campo de la electroquímica. Como en ese momento no había una fuente de corriente eléctrica fiable, Weston comenzó a construir su propia dinamos,que a su vez se convirtió en su principal negocio.
Se mudó a Newark, Newjersey en 1875 y para 1877 había adquirido una antigua sinagoga en la calle Washington para su uso como la primera planta de maquinaria eléctrica del país. Armado con buenas dinamos y un conocimiento muy amplio de química, Weston aceptó el reto de la iluminación eléctrica un año antes que Edison.
Muchos lectores del Indicador reconocerán a Weston como el inventor de la célula normal (la primera unidad estándar de un voltio) y fundador de la compañía de instrumentos Weston, uno de los fabricantes de instrumentos eléctricos más importantes del mundo. Ambos logros estaban en el futuro.
Aunque sus primeros éxitos comerciales serían con luces de arco para exteriores, Weston también trabajó para desarrollar una luz incandescente para uso en interiores. Sus primeros filamentos de bombilla fueron hechos exprimiendo una mezcla de polvo de carbono y alquitrán a través de una abertura estrecha. Pero cuando estas fibras demostraron no ser homogéneas, Weston pensó en sus días como químico fotográfico y decidió probar el celuloide.
El celuloide se fabrica combinando celulosa nitrada con alcanfor a altas temperaturas y presión. Debido a que es altamente inflamable, se requirió una forma astable para su uso como filamento. Weston razonó que, dado que el material de partida se había oxidado,el tratamiento con un agente reductor eliminaría la nitrificación y convertiría el celuloide de nuevo en celulosa. En septiembre de 1882, patentó un proceso en el que el celuloide se sumergía en baños que contenían sulfuro de amonio hidratado, cloruro ferroso o sulfato ferroso. Según el inventor, el material resultante no era inflamable, denso, flexible y resistente.
Los filamentos se cortaron de hojas de este material, que Weston denominó ≥Tamidina≤. Los filamentos se calentaron para eliminar los gases disueltos, se carbonizaron y finalmente los extremos se chaparon en cobre.
A diferencia de Weston, que era un científico entrenado, y Edison, que era un investigador altamente disciplinado, WilliamSawyer era un periodista e inventor a tiempo parcial de equipos telegráficos. A pesar de una financiación limitada, una mala comprensión teórica y un problema de consumo de alcohol, Sawyer logró producir una bombilla de luz de trabajo con filamento de carbono. Pero él y sus patrocinadores se apresuraron a producir sus bombillas sin tomarse el tiempo para refinar su producto o sus técnicas de producción. Se vieron obligados a abandonar el proyecto en junio de 1878.
Sawyer creó un proceso que era vital para la producción de filamentos de carbono, los hizo≥auto reparación.≤ Calentar suavemente los filamentos en una atmósfera de hidrocarburo hizo que los puntos débiles y las marcas de bolsas de la superficie se calentaran y brillaran intensamente. El carbono se depositó en estos puntos hasta que todo el filamento tuvo una sección transversal auniforme. Weston hizo el mismo descubrimiento en el mismo momento, pero Sawyer fue el primero en patentar el proceso.
Mientras tanto, de vuelta en MenloPark, Edison no había estado inactivo. Una vez que se descubrió que el bambú era un filamento eficaz, se realizó otra búsqueda para la especie óptima. En primer lugar, se probaron especímenes de todas las especies tropicales que se podían obtener en los Estados Unidos. Los agentes fueron enviados a Cuba y Sudamérica para cazar pastos tropicales. William H. Moore fue enviado a Japón y China para obtener variedades más exóticas de bambú. Después de una búsqueda exhaustiva, se firmó un contrato con un cultivador japonés nearKyoto. Antes del final de la búsqueda del filamento, se habían probado unas 6000 especies de bambú.
Los científicos entrenados lanzan sus cabezas sobre la búsqueda de bambú de Edisonns y sus detractores han señalado el esfuerzo como una monumental pérdida de tiempo. Se perdieron un punto importante, incluso si la búsqueda no logró generar un filamento utilizable único, generó enormes cantidades de publicidad. Edison hizo un punto de estar en el avión cada vez que uno de sus cazadores de filamentos regresaba a casa, luego con el presswatching, cuestionó en voz alta al hombre sobre sus resultados. Edison también era un ávido lector de novelas de JulesVernens y la búsqueda mundial a través de montañas y selvas era como vivir una de las tramas de Vernens.
Y los filamentos japoneses funcionaron bien. En 1880, Edison producía bombillas que podían durar hasta 1500 horas.
Incluso cuando los últimos cazadores de filamentos de Edisonns regresaban a Nueva Jersey, el industrial HiramMaxim (más tarde famoso por sus ametralladoras) estaba fabricando bombillas con filamentos de Tamidin. Los derechos de patente de estos filamentos demostraron ser inmensamente valiosos para Weston. Con una duración de hasta 2000 horas, la tamidina se convirtió rápidamente en un desafío competitivo para el bambú y otras fibras vegetales. Hasta la introducción de filamentos de tungsteno, muchas de las bombillas de Worldns se fabricaron con este material.
En 1906, General Electrici introdujo bombillas incandescentes con filamentos de tungsteno.
De los veinte o más inventores que habían trabajado en luces incandescentes antes de Edison, la mayoría solo se recuerda en los mejores libros de historia. Edward Weston puede haber tenido el mejor filamento, pero carece de un respaldo financiero impresionante y una prensa favorable. A pesar de que se le adjudicaron los contratos para la iluminación de las calles de Newark y más tarde del Puente de Brooklyn, Weston eventualmente abandonó el negocio de la iluminación y centró su atención en los instrumentos eléctricos de medición. La WestonInstrument Company fue fundada en 1888. Su fábrica en la esquina de las calles Newarkns Plane y Orange recibió miles de instrumentos. La cartera de patentes de Westonns incluía avances en galvanoplastia,medidores eléctricos, fusibles, baterías y motores. La creciente fama del laboratorio de investigación Westonns Newark dijo haber incitado a Edison a abandonar Menlo Park y construir las instalaciones de hugeresearch en West Orange, Nueva Jersey.