uitgevonden Wie heeft het draaiende stukje draad in de gloeilamp uitgevonden?
we leerden allemaal in onze geschiedenislessen dat Thomas Edison de gloeilamp in 1879 uitvond en dat het eerste succesvolle filament een gecarboniseerd stuk katoenen draad was dat 13,5 uur brandde. Vandaag de dag, gloeilamp filamenten zijn niet iets waar we aan denken, tenzij ze burn-out, maar hun vroege ontwikkeling is een fascinerend verhaal van de 19de eeuw chemie en materiaalkunde.Edison besloot een verlichtingssysteem te ontwikkelen op een moment dat hij werd erkend als de meest uitvinder van telegrafische apparatuur. Tegen de herfst van 1877 had Edison een aantal kritische inzichten ontwikkeld en aan de pers aangekondigd dat hij binnenkort een commercieel succesvol systeem zou hebben.
hij concludeerde dat een stroomregelaar nodig was om te voorkomen dat de bulbns-gloeidraad oververhit raakt. Ofwel een thermische uitzettingsapparaat ofelegraph stijl relais kan worden gebruikt om het circuit te openen wanneer de stroom te hoog was. Circuit breakersprotecting elk filament betekende dat gloeilampen zou moeten worden bedraad parallel.
gelukkig wist Edison genoeg over de wetten van Joulens en Ohmns om te erkennen dat lampen met een hoge weerstand het meest efficiënt zouden werken in parallelle circuits. Experimenten uitgevoerd in het Menlo Park, New Jersey,laboratoria, bleek dat een filamentns energieverbruik was evenredig aan het stralende oppervlak, niet de weerstand. Met andere woorden, hoge weerstand lampen zou niet meer energie dan lage weerstand degenen vereisen. Het verminderen van het stralende oppervlak produceerde eigenlijk meer licht. Dus de ideale filament zou langs, dunne draad met een hoge weerstand. En toen hij dit punt bereikte in oktober 1878, geloofde Edison dat het gloeilicht zo goed als al was uitgevonden.Tegen de tijd dat Edison in 1877 met zijn verlichtingsproject was begonnen, hadden al twintig uitvinders gloeilampen gebouwd met platina-of iridium-filamenten die in de lucht werden verhit, of koolstoffilamenten die in een vacuüm werden verhit. Platina was het ideale materiaal. Het had een hoog smeltpunt, kon worden gewikkeld in een strakke spoel, en bestand tegen oxidatie. Koolstof daarentegen was te gemakkelijk geoxideerd en moeilijk te beschermen met de huidige vacuümtechnologieën. Eerdere investeerders probeerden tevergeefs om dit probleem te omzeilen door het gebruik van carbonvezels in stikstof en zelfs koolwaterstofatmosferen.
om platinumexpense te overwinnen, probeerde Edison nieuwe bronnen te vinden en platinale legeringen te ontwikkelen. Beide pogingen mislukten, evenals pogingen om minder dure metalen te gebruiken. Tegen deze tijd werd de pers, die wonderen van Edison had verwacht (een opvatting die Edison zelf sterk aanmoedigde) ongeduldig voor resultaten.
het valt veel buiten de werkingssfeer van dit artikel om Edisonns 1878 werk te beschrijven met betrekking tot elektrische generatoren,het genereren van publiciteit, en hoe financiële steun werd geregeld voor het verlichtingssysteem. Het volstaat te zeggen dat deze inspanningen van cruciaal belang waren om het project tot een goed einde te brengen.Het was tijdens het werken metmetallische filamenten dat Edison en zijn staf een van hun belangrijkste bijdragen leverden aan de chemie. Microscopische en chemische onderzoeken van platina / iridium-legeringsfilamentsdie in de lucht waren verhit, toonden aan dat oxidatie een groot probleem was. Het metaal leek tijdens de verhitting gassen te adsorberen en het smeltpunt ervan hing af van de hoeveelheid gas in zijn sporen. Wat duidelijk nodig was, was een betere vacuümpomp. Het personeel van Menlo Park ontdekte dat de twee beste pompen het type Sprengel en Geissler kwik waren. Niet in staat om ze te verwerven, gaf Edison opdracht aan een glasblazen bedrijf om nieuwe pompen te bouwen die de beste eigenschappen van beide combineerden. Een McLeod meter werd toegevoegd en het laboratorium had al snel de meest efficiënte (hoewel soms temperamentvolle)vacuümpomp ter wereld.
het verhitten van platina in een beter vacuüm ontgleed de filamenten en maakte het op zijn beurt mogelijk om dunner te zijn en hogere temperaturen te weerstaan. Het zou het systeem ook goedkoper maken omdat individuele circuitbrekers niet langer nodig waren voor elke lamp. Edison presenteerde uiteindelijk zijn werk over gassen in metalen aan de American Association for the Advancement of Science. Het wordt erkend als een belangrijke bijdrage aan de chemie van metalen. Al dit werk heeft echter het probleem van platinumnskosten niet opgelost.
gewapend met een betere Vacuumpomp, veranderde Edison nu in koolstof als potentieel filament. Hij zocht een natuurlijk voorkomende fiberdie verkoold kon worden. Onder de vele geteste vezels waren menselijke haren, dierlijke haren, dun gesneden Hoorn, alleskinds van draden, en Botanische specimens uit de hele wereld. Om hun sterkte te verbeteren,probeerde Edison de gecarboniseerde vezels te impregneren met rock candy, walvisolie,katoenolie en een willekeurig aantal koolwaterstoffen. Uiteindelijk bleek de meest succesvolle vezel dun gesneden stroken bamboe.
ondertussen werden de pers, het publiek en de financiers ongeduldig. Edison had gloeilampen nodig voor zijn demonstratieprojecten.De eerste bollen hadden gecarboniseerde papierfilamenten. Zelfs het fijnste papier had een onregelmatige verdeling van vezels en gevarieerd in dikte. Papier filamenten duurde slechts ongeveer 300 uur.
op dit punt splitste het onderzoek zich in twee zeer verschillende wegen. Geà nspireerd door de negentiende eeuw ideaal van een bounteousnaturale wereld die was gevuld met goede dingen voor de hele mensheid, Edison zocht anaturale vezel ergens in ≥godns Almachtige workshop.≤ Zijn rivalen probeerden een synthetische te maken.
zoals zij het zagen, zou alleen anamorf, dicht en volledig uniform koolstofgloeidraad een langdurige verlichting bieden. Geen natuurlijke vezel zou ooit aan deze eisen kunnen voldoen. Edisonns twee rivalen waren William Sawyer van New York en Edward Weston van Newark, New Jersey. Weston was een inwoner van Engeland die naar de Verenigde Staten kwam als een jonge man van twintig in 1870. Hij vestigde zich in New York, waar hij voor het eerst bij een fabrikant van fotografische chemicaliën werkte. De kans om een bijna failliete onderneming te vernieuwen leidde Weston naar het gebied van elektrochemie. Omdat er op dat moment geen betrouwbare bron van elektrische stroom was, begon Weston zijn eigen dynamo ‘ s te bouwen,wat op zijn beurt zijn primaire bedrijf werd.In 1875 verhuisde hij naar Newark, NewJersey en in 1877 had hij een voormalige synagoge aan de Washington Street gekocht voor gebruik als de eerste elektrische machinefabriek van het land. Gewapend met goede dynamo ‘ s en een zeer grondige kennis van chemie, Weston nam de uitdaging van elektrische verlichting een jaar voor Edison.
veel lezers van de Indicator zullen Weston herkennen als de uitvinder van de NormalCell (de eerste standaardeenheid van een volt) en oprichter van de Weston InstrumentCompany, een van de belangrijkste fabrikanten van elektrische instrumenten ter wereld. Beide resultaten waren in de toekomst.Hoewel zijn eerste commerciële successen met booglampen voor buiten zouden zijn, werkte Weston ook aan de ontwikkeling van een gloeilamp voor binnengebruik. Zijn eerste gloeidraden werden gemaakt door een mengsel van koolstofstof en teer door een smalle opening te persen. Maar toen deze vezels niet-homogeen bleken, dacht Weston terug aan zijn dagen als fotografische chemicus en betrokken om celluloid te proberen.
Celluloid wordt gemaakt door nitraatcellulose te combineren met kamfer onder hoge hitte en druk. Omdat het licht ontvlambaar is, was een stabiele vorm vereist voor gebruik als gloeidraad. Weston redeneerde dat aangezien het uitgangsmateriaal was geoxideerd,behandeling met een reductiemiddel zou de-nitrify en zet de celluloid terug in cellulose. In September 1882 patenteerde hij een proces waarbij celluloid werd ondergedompeld in baden met gehydrateerd ammoniumsulfide, ijzer (II) chloride of ijzer (II) sulfaat. Volgens de uitvinder was het resulterende materiaal onbrandbaar, dicht, flexibel en taai.
filamenten werden gesneden uit bladen van dit materiaal, die Weston noemde ≥Tamidine≤. De filamenten werden verhit om de opgeloste gassen te verwijderen, gecarboniseerd, en uiteindelijk had de uiteinden bedekt in koper.
in tegenstelling tot Weston, die een geschoold wetenschapper was, en Edison, die een zeer gedisciplineerde onderzoeker was, was WilliamSawyer een journalist en parttime uitvinder van telegraafapparatuur. Ondanks beperkte financiering, slecht theoretisch begrip en een drankprobleem, slaagde Sawyer erin om een werklamp te produceren met een gloeidraad. Maar hij en zijn financiers haastten hun bollen in productie zonder eerst de tijd te nemen om hun product of hun productietechnieken te verfijnen. Ze werden gedwongen om het project te stoppen tegen juni 1878.
Sawyer creëerde een proces dat van vitaal belang was voor de productie van koolstofvezels, hij maakte ze≥zelfreparatie.≤ Zachtjes verhitten van de filamenten in een koolwaterstofatmosfeer veroorzaakt de zwakke plekken en oppervlaktepockmarks om op te warmen en fel gloeien. Koolstof werd afgezet op deze plekken totdat het hele filament eenuniforme dwarsdoorsnede had. Weston deed dezelfde ontdekking op ongeveer dezelfde tijd maar Sawyer was de eerste om het proces te patenteren.
ondertussen, terug in MenloPark, Edison was niet inactief geweest. Zodra bamboe een effectief filament bleek te zijn, werd er opnieuw gezocht naar de optimale soort. Eerst werden exemplaren van alle tropische grassoorten die in de Verenigde Staten konden worden verkregen, uitgeprobeerd. Vervolgens werden agenten naar Cuba en Zuid-Amerika gestuurd om op tropische grassen te jagen. William H. Moore werd naar Japan en China gestuurd om meer exotische angsten van bamboe te verkrijgen. Na een uitgebreide zoektocht werd een contract getekend met een Japanse kweker nearKyoto. Voor het einde van de Filament zoektocht waren zo ‘ n 6000 soorten bamboe uitgeprobeerd.
getrainde wetenschappers schieten hun hoofd boven edisonns bamboo search en zijn tegenstanders hebben gewezen op de inspanning als een monumentale verspilling van tijd. Ze misten een belangrijk punt, zelfs als de zoektocht er niet in slaagde om een enkel bruikbaar filament te genereren, het genereerde enorme hoeveelheden publiciteit. Edison maakte een punt van het zijn op thepier wanneer een van zijn filament jagers terug naar huis, dan met de perswatching, hij luid ondervraagd de man over zijn resultaten. Edison was ook een fervent lezer van julesvernens romans en de wereldwijde zoektocht door bergen en jungles was waarschijnlijk uit een van Vernens plots.
en de Japanse filamenten werkten goed. In 1880 produceerde Edison bollen die tot 1500 uur konden duren.
zelfs toen de laatste van edisonns filamentjagers terugkeerden naar New Jersey, produceerde de industrieel HiramMaxim (later beroemd om zijn machinegeweren) bollen met Tamidinefilamenten. Patent royalty ‘ s van deze filamenten bleken enorm waardevol voor Weston. Tamidine duurde tot 2000 uur en werd al snel een ernstige uitdaging voor bamboe en andere plantaardige vezels. Tot deintroductie van wolfraam filamenten, veel van de wereldn gloeilampen werden gemaakt met dit materiaal.
in 1906 introduceerde General Electric gloeilampen met wolfraam filamenten.
van de twintig of soinventors die vóór Edison aan gloeilampen hadden gewerkt, werden de meesten alleen in de betere geschiedenisboeken opgenomen. Edward Weston kan de betere filament hebben gehad, maar lackededisons indrukwekkende financiële steun en gunstige pers. Hoewel hij werd bekroond met de contracten voor de verlichting van Newarkns streets en later de Brooklyn Bridge, Weston eventuallydrop Out of the lighting business and turned his attention to electricalmeasuring instruments. De WestonInstrument Company werd opgericht in 1888. Hun fabriek op de hoek van Newarkns Plane en Orange Streets draaide duizenden instrumenten. Westonns patent portfolio opgenomen vooruitgang in galvaniseren, elektrische meters, zekeringen, batterijen en motoren. De groeiende faam van Westonns Newark research laboratory heeft Edison ertoe aangezet Menlo Park te verlaten en de enorme onderzoeksfaciliteiten in West Orange, New Jersey te bouwen.