Kto wynalazł kręty kawałek drutu wewnątrz żarówki?
wszyscy dowiedzieliśmy się w naszej historiyklasy, że Thomas Edison wynalazł żarówkę w 1879 roku i że pierwszym udanym żarnikiem był zwęglony kawałek bawełnianej nici, który palił się przez 13,5 godziny. Dziś żarówki nie są czymś,o czym myślimy, chyba że się wypalają, ale ich wczesny rozwój jest fascynującą historią XIX-wiecznej chemii i Materiałoznawstwa.
Edison postanowił opracować system oświetlenia awaryjnego w czasie, gdy został uznany za największego wynalazcę sprzętu telegraficznego. Jesienią 1877 Edison rozwinął kilka uwag krytycznych i ogłosił prasie, że wkrótce będzie miał komercyjnie udany system.
doszedł do wniosku, że potrzebny jest zasilacz prądowy zapobiegający przegrzaniu żarnika bulbns. Albo urządzenie rozszerzalności cieplnej ortelegraph style Przekaźnik może być używany do otwarcia obwodu, gdy prąd był zbyt wysoki. Wyłącznikiochrona każdego żarnika oznaczała, że żarówki muszą być podłączone równolegle.
na szczęście Edison wiedział o prawie Joulensa i Ohmns, że lampy o wysokiej rezystancji powinny pracować najskuteczniej w obwodach równoległych. Eksperymenty przeprowadzone w laboratoriach Menlo Park w stanie New Jersey wykazały, że zużycie energii przez włókno jest proporcjonalne do jego promieniującej powierzchni, a nie jej oporu. Innymi słowy, lampy o wysokiej rezystancji nie wymagałyby większej energii niż lampy o niskiej rezystancji. Zmniejszenie powierzchni promieniującej faktycznie wytwarzało więcej światła. Tak więc idealnym filamentem byłby cienki drut o wysokiej odporności. A gdy osiągnął ten punkt w październiku 1878 r., Edison uważał, żeświatło żarowe było tak dobre, jak już wynalezione.
do czasu, gdy Edison rozpoczął swój projekt oświetlenia w 1877 roku, około dwudziestu wynalazców zbudowało już żarówki świetlne z żarnikami platynowymi lub irydowymi ogrzewanymi w powietrzu lub węglowymi ogrzewanymi w próżni. Platyna była idealnym materiałem. Miał wysoką temperaturę topnienia, mógł być nawinięty w ciasną cewkę i odporny na utlenianie. Węgiel z drugiej strony był zbyt łatwo utleniony i trudny do ochrony dzięki obecnym technologiom próżniowym. Earlierinventors bezskutecznie próbował obejść ten problem, stosując włókna węglowe w atmosferze azotu, a nawet węglowodorów.
aby pokonać platinumnsexpense Edison próbował znaleźć nowe źródła i opracować stopy platyny. Oba wysiłki nie powiodły się, podobnie jak próby sprowadzenia tańszych metali. Tym samym prasa, która spodziewała się cudów od Edisona, (pogląd, do którego sam Edison gorąco zachęcał) stawała się niecierpliwa na wyniki.
opisanie prac Edisonns 1878 nad generatorami elektrycznymi,generowaniem rozgłosu i sposobem zorganizowania wsparcia finansowego dla systemu oświetlenia stałego jest znacznie wykraczające poza zakres tego artykułu. Wystarczy powiedzieć, że wysiłki te miały kluczowe znaczenie dla zakończenia projektu.
To właśnie podczas pracy z włóknami metalowymi Edison i jego pracownicy dokonali jednego z najważniejszych wkładów do chemii. Badania mikroskopowe i chemiczne włókien stopu platyny/irydu, które zostały podgrzane w powietrzu, wykazały, że utlenianie było poważnym problemem. Metal zdawał się adsorbować gazy podczas ogrzewania, a jego temperatura topnienia zależała od ilości gazu w jego porcjach. Oczywiście potrzebna była lepsza pompa próżniowa.
przeczesując literaturę naukową pracownicy Menlo Park dowiedzieli się, że dwoma najlepszymi pompami były tesprengel i Geissler mercury. Nie mogąc ich zdobyć, Edison zlecił firmie zajmującej się dmuchaniem szkła zbudowanie nowych pomp, które łączyły najlepsze cechy obu. Dodano manometr McLeoda i wkrótce powstała najbardziej wydajna (choć czasami temperamentna)pompa próżniowa na świecie.
ogrzewanie platyny w lepszy sposób odgazowało włókna, co z kolei pozwoliło im być cieńsze i wytrzymać wyższe temperatury. System byłby również tańszy, ponieważ poszczególne wyłączniki nie były już potrzebne dla każdej lampy.
Edison ostatecznie przedstawił swoją pracę nad gazami w metalach amerykańskiemu Stowarzyszeniu na Rzecz Rozwoju Nauki. Jest uznawany za główny wkład w chemię metali. Wszystkie te prace nie rozwiązały jednak problemu kosztu platynumns.
uzbrojony w lepszą pompę próżniową, Edison zamienił się teraz w węgiel jako potencjalny filament. Szukał naturalnie występującego włókna, które mogłoby być zwęglone. Wśród wielu wypróbowanych włókien były ludzkie włosy, sierść zwierząt, cienko pokrojony róg, wszystkie rodzaje nici i okazy botaniczne z całego świata. Aby poprawić ich wytrzymałość,Edison próbował impregnować karbonizowane włókna za pomocą rock candy, oleju wielorybiego, oleju bawełnianego i dowolnej liczby węglowodorów. Ostatecznie najbardziej udanym włóknem okazały się cienkiesliced paski bambusa.
tymczasem prasa,społeczeństwo i finansowi sponsorzy stawali się niecierpliwi. Edison potrzebował żarówek do swoich projektów demonstracyjnych.Tak więc pierwsze żarówki miały karbonizowane włókna papierowe. Nawet najdrobniejszy papier miał nieregularny Rozkład włókien i różną grubość. Włókna papierowe trwały tylko około 300 godzin.
to w tym momencie istnieje podział na dwie bardzo różne ścieżki. Zainspirowany dziewiętnastowiecznym ideałem obfitego, naturalnego świata, który był wypełniony dobrem dla całej ludzkości, Edison szukał naturalnego włókna gdzieś w Warsztacie Boga Wszechmogącego. Jego rywale próbowali stworzyć syntetyczną.
jak to widzieli, tylko anamorficzne, gęste i całkowicie jednolite włókno węglowe zapewniłoby długotrwałe oświetlenie. Żaden naturalny włókno nigdy nie może spełnić tych wymagań.
Edisonns dwóch głównych rywali byli William Sawyer z Nowego Jorku i Edward Weston Z Newark, New Jersey. Weston był rodem z Anglii, który przybył do Stanów Zjednoczonych jako młody dwudziestolatek w 1870 roku. Osiadł w Nowym Jorku, gdzie po raz pierwszy pracował u producenta chemii fotograficznej. Szansa na reorganizację niemal bankruckiej firmy doprowadziła Westona do rozwoju elektrochemii. Ponieważ w tym czasie nie było żadnego źródła prądu elektrycznego, Weston zaczął budować własne dynamy, które z kolei stały się jego podstawową działalnością.
w 1875 r.przeniósł się do Newark, NewJersey, a w 1877 r. nabył dawną synagogę przy Washington Street do użytku jako pierwszy w kraju Zakład Maszyn Elektrycznych. Uzbrojony w dobre Dynama i bardzo dużą wiedzę z chemii, Weston podjął wyzwanie oświetlenia elektrycznego rok przed Edisonem.
wielu czytelników wskaźnika rozpozna Westona jako wynalazcę NormalCell (pierwszej standardowej jednostki Wolta) i założyciela Weston InstrumentCompany, jednego z czołowych producentów instrumentów elektrycznych na świecie. Oba te osiągnięcia były w przyszłości.
chociaż jego pierwszymi sukcesami komercyjnymi byłyby Zewnętrzne światła łukowe, Weston pracował również nad opracowaniem światła żarowego do użytku w pomieszczeniach. Jego pierwsze żarówki zostały wykonane przez wyciskanie mieszanki pyłu węglowego i smoły przez wąski otwór. Ale kiedy te włókna okazały się nie jednorodne, Weston pomyślał o swoich czasach jako chemik fotograficzny i postanowił spróbować celuloidu.
celuloid jest wytwarzany przezpołączanie nitrowanej celulozy z kamforą pod wysokim ciepłem i ciśnieniem. Ponieważ jest wysoce łatwopalny, do stosowania jako filament wymagana była forma astabilna. Weston uzasadnił, że ponieważ materiał wyjściowy został utleniony,leczenie środkiem redukującym de-nitryfikuje i przekształca celuloid z powrotem na celulozę. We wrześniu 1882 opatentował proces, w którym celuloid zanurzano w kąpielach zawierających siarczek amonu, chlorek żelaza lub siarczan żelaza. Według wynalazcy materiał ten był niepalny, gęsty, elastyczny i wytrzymały.
z arkuszy tego materiału wycięto włókna, które Weston nazwał ≥tamidyna≤. Filamenty były podgrzewane w celu usunięciaprzepuszczone gazy, zwęglone, a na koniec końce pokryte miedzią.
w przeciwieństwie do Westona, który był wykształconym naukowcem, i Edisona, który był wysoce zdyscyplinowanym naukowcem, WilliamSawyer był dziennikarzem i wynalazcą sprzętu telegraficznego w niepełnym wymiarze godzin. Pomimo ograniczonego finansowania, słabego teoretycznego zrozumienia i problemu z piciem, Sawyerowi udało się wyprodukować żarówkę roboczą z żarnikiem węglowym. Ale on i jego sponsorzy rzucili swoje żarówki do produkcji bez uprzedniego czasu na udoskonalenie ich produktu lub techniki produkcji. Do czerwca 1878 roku zostali zmuszeni do rezygnacji z projektu.
Sawyer stworzył jeden proces, który był niezbędny do produkcji włókien węglowych, dokonał ich samodzielnej naprawy.≤ Delikatne ogrzewanie filtrów w atmosferze węglowodorowej spowodowało, że słabe punkty i ślady powierzchniowe nagrzewały się i świeciły jasno. Węgiel osadzał się na tych miejscach, aż cały filament miał jednolity przekrój. Weston dokonał tego samego odkrycia mniej więcej w tym samym czasie, ale Sawyer jako pierwszy opatentował proces.
tymczasem, z powrotem w MenloPark, Edison nie był bezczynny. Gdy stwierdzono, że bambus jest skutecznym włóknem, przeprowadzono kolejne poszukiwania optymalnego gatunku. Najpierw próbowano okazów wszystkich gatunków tropikalnych, które można było uzyskać w Stanach Zjednoczonych. Agenci zostali następnie wysłani na Kubę i południową Amerykę, aby polować na tropikalne trawy. William H. Moore został wysłany do Japonii i Chin, aby uzyskać więcej egzotycznych gatunków bambusa. Po zakończonych poszukiwaniach podpisano kontrakt z japońskim plantatorem nearKyoto. Przed zakończeniem poszukiwań zbadano około 6000 gatunków bambusa.
wyszkoleni naukowcy strzelają głową nad edisonns bamboo search, a jego krytycy wskazują na wysiłek jako monumentalną stratę czasu. Przeoczyli ważny punkt, nawet jeśli wyszukiwanie nie przyniosło pojedynczego użytecznego filamentu, przyniosło ogromne ilości rozgłosu. Edison starał się być na tropie, gdy jeden z łowców żarówek wracał do domu, a następnie z obserwacją prasową głośno wypytywał mężczyznę o jego wyniki. Edison był również zapalonym czytelnikiem powieści JulesVernens, a ogólnoświatowe poszukiwania przez góry i dżungle przypominały jedną z fabuł Vernensa.
a Japońskie włókna działały dobrze. Do 1880 r. Edison produkował żarówki, które mogły trwać do 1500 godzin.
nawet gdy ostatni z łowców żarówek wracali do New Jersey, przemysłowiec HiramMaxim (później znany ze swoich karabinów maszynowych) produkował żarówki z żarówkami Tamidinowymi. Tantiemy patentowe z tych włókien okazały się niezwykle cenne dla Westona. Trwająca do 2000 godzin Tamidyna szybko stała się poważnym wyzwaniem konkurencyjnym dla bambusa i innych włókien roślinnych. Aż do wprowadzenia włókien wolframowych, wiele żarówek worldns zostały wykonane z tego materiału.
w 1906 r. General Electric wprowadziło żarówki z żarnikami wolframowymi.
spośród około dwudziestu wynalazców, którzy pracowali nad lampami żarowymi przed Edisonem, większość z nich została opisana tylko w lepszych książkach historycznych. Edward Weston mógł mieć lepszy filament, ale brakowało mu imponującego wsparcia finansowego i korzystnej Prasy. Chociaż otrzymał kontrakt na oświetlenie ulic Newarkns, a później Mostu Brooklińskiego, Weston ostatecznie wycofał się z branży oświetleniowej i zwrócił uwagę na elektryczne instrumenty pomiarowe. Firma WestonInstrument została założona w 1888 roku. Ich fabryka na rogu ulic Newarkns i Orange wydała tysiące instrumentów. Portfolio patentów Westonns obejmowało postępy w galwanizacji, licznikach elektrycznych, bezpiecznikach, bateriach i silnikach. Rosnąca sława Westonns Newark research laboratory skłoniła Edisona do porzucenia Menlo Park i budowy ogromnych obiektów badawczych w West Orange w stanie New Jersey.