Vem uppfann den vridna lilla tråden inuti glödlampan?
vi lärde oss alla i vår historiaklasser som Thomas Edison uppfann glödlampan 1879 och att den förstaframgångsrika glödtråden var en karboniserad Bit bomullstråd som brann för13, 5 timmar. I dag, glödlampa filament är inte något vi tänker på, om de brinner ut, men deras tidiga utveckling är en fascinerande berättelse om 19thcentury Kemi och materialvetenskap.
Edison bestämde sig för att utveckla ett lysande belysningssystem vid en tidpunkt då han erkändes som den nationnsforest uppfinnaren av telegrafisk utrustning. Vid hösten 1877 hade Edison utvecklat några kritiskainsevärdheter och meddelade pressen att han snart skulle få ett kommersielltframgångsrikt system.
han drog slutsatsen att en currentregulator behövdes förhindra att glödtråden överhettas. Antingen en termisk expansionsanordning ellertelegraph stil relä kan användas för att öppna kretsen när den aktuella wastoo hög. Strömbrytare som skyddar varje filament innebar att glödlampor skulle behöva kopplas inparallellt.
lyckligtvis visste Edison nog om joulens och Ohmns lagar för att erkänna att högmotståndslampor skulle fungera mest effektivt i parallella kretsar. Experiment utförda i Menlo Park, New Jersey,laboratorier, avslöjade att en filamentns energiförbrukning var proportionell motdess strålande yta, inte dess motstånd. Med andra ord skulle högmotståndslampor inte kräva merenergi än låg resistans. Att minska strålningsytan producerade faktiskt mer ljus. Således skulle det ideala filamentet vara längs, tunn tråd med hög resistans. Och när han nådde denna punkt i oktober 1878 trodde Edison detglödlampan var lika bra som redan uppfunnit.
när Edison började sitt belysningsprojekt 1877 hade ett tjugotal uppfinnare redan byggt glödlampor med antingen platina-eller iridiumfilament uppvärmda i luft eller kolfilament uppvärmda i vakuum. Platina var det perfekta materialet. Den hade en hög smältpunkt, kunde lindas i en tät spole ochmotstod oxidation. Kol å andra sidan var för lätt oxiderat och svårt att skydda med currentvacuum-tekniken. Tidigareuppfinnare försökte misslyckas med att komma runt detta problem genom att använda kolfilament i kväve och till och med kolväteatmosfärer.
för att övervinna platinumnsexpense Edison försökte hitta nya källor och utveckla platinlegeringar. Båda ansträngningarna misslyckades, liksom försök attAnvänd billigare metaller. Vid denna tid pressen, som hade kommit att förvänta sig mirakel från Edison, (en uppfattning som Edison själv starkt uppmuntrade) blev otålig för resultat.
Det ligger långt utanför ramen för denna artikel att beskriva Edisonns 1878 arbete med elektriska generatorer, generera publicitet och hur ekonomiskt stöd ordnades för det lysande belysningssystemet. Det räcker med att säga att dessa ansträngningar var avgörande för att projektet skulle kunna slutföras.
det var under arbetet medmetallfilament som Edison och hans personal gjorde en av deras viktigaste bidrag till kemi. Mikroskopiska och kemiska undersökningar av platina / iridiumlegeringsfilamentsom hade värmts i luft avslöjade att oxidation var ett stort problem. Metallen tycktes adsorbera gaserunder uppvärmning och att dess smältpunkt berodde på mängden gas i dess porer. Vad var uppenbarligen nödvändigtvar en bättre vakuumpump.
genom att kamma den vetenskapligalitteratur Menlo Park personal lärt sig att de två bästa pumparna var theSprengel och Geissler kvicksilver typer. Det gick inte att förvärva dem, Edison beställde ett glasblåsningsföretag för att bygga nya pumpar som kombinerade de bästa egenskaperna hos båda. En McLeod-mätare tillsattes och laboratoriet hade snart världens mest effektiva (men ibland temperamentsfulla)vakuumpump.
uppvärmning av platina i ett bättre vakuum avgasade filamenten och gjorde det i sin tur möjligt för dem att bli tunnare och att stå emot högre temperaturer. Det skulle också göra systemet billigare eftersom enskilda strömbrytare inte längre behövdes för varje lampa.
Edison presenterade så småningom sitt arbete med gaser i metaller till American Association for the Advancement ofScience. Det är erkänt som ettstörre bidrag till metallernas Kemi. Allt detta arbete löste dock inte problemet medplatinumns kostnad.
beväpnad med en bättre vakuumpump, vände Edison nu till kol som ett potentiellt filament. Han sökte en naturligt förekommande fibersom kunde karboniseras. Bland de många fibrer som försökte var mänskliga hår, djurhår, tunt skivat horn, alla typer av trådar och botaniska exemplar från hela världen. För att förbättra deras styrka försökte Edison impregnera de karboniserade fibrerna med stengodis,valolja, bomullsolja och valfritt antal kolväten. I slutändan visade sig den mest framgångsrika fibern vara tunnskivade remsor av bambu.
under tiden växte press -, offentliga och finansiella stödjare otåliga. Edison behövde glödlampor för sina demonstrationsprojekt.Och så hade de första glödlamporna karboniserade pappersfilament. Även det finaste papperet hade en oregelbundenfördelning av fibrer och varierade i tjocklek. Pappersfilament varade bara cirka 300 timmar.
det är vid denna tidpunkt som forskningen delas upp i två mycket olika vägar. Inspirerad av det nittonde århundradet ideal av en bounteousnatural värld som var fylld med bra saker för hela mänskligheten, Edison sökte anatural fiber någonstans i Xiaomi Godns almighty workshop. Hans rivaler försökte skapa en syntetisk.
som de såg det, skulle endast anamorf, tät och helt enhetlig kolfilament ge långvarig belysning. Ingen naturfiber kunde någonsin uppfylla dessa krav.
Edisonns två principiella rivaliservar William Sawyer från New York och Edward Weston Från Newark, New Jersey. Weston var infödd i England som komtill Förenta staterna som en ung man på tjugo år 1870. Han bosatte sig i New York där hans förstaposition var hos en tillverkare av fotografiska kemikalier. Chansen att förnya en nästan konkursplatföretag ledde Weston in i elektrokemi. Sedan den tiden fanns det ingentillförlitlig källa till elektrisk ström började Weston bygga sin egen dynamos, som i sin tur blev hans primära verksamhet.
han flyttade till Newark, NewJersey 1875 och 1877 hade förvärvat en tidigare synagoga på Washington Streetför användning som landets första elektriska maskiner. Beväpnad med bra dynamos och en mycketgrov kunskap om kemi tog Weston upp utmaningen att elbelysning ett år före Edison.
många läsare av indikatorn kommer att känna igen Weston som uppfinnaren av NormalCell (fist standard unit of a volt) och grundare av Weston InstrumentCompany, en av världens främsta elektriska instrumentationmanufacturers. Båda dessaprestationer var i framtiden.
även om hans första kommersiella framgångar skulle vara med utomhusbågsljus, arbetade Weston också med att utveckla en glödlampa för inomhusbruk. Hans första glödlampfilament gjordes genom att klämma påblandning av kolstoft och tjära genom en smal öppning. Men när dessa fibrer bevisadeicke-homogena, tänkte Weston tillbaka till sina dagar som en fotografisk kemist ochlöst för att försöka celluloid.
Celluloid är gjord avkombinera nitrerad cellulosa med kamfer under hög värme och tryck. Eftersom det är mycket brandfarligt krävdes enstabil form för användning som filament. Weston resonerade att eftersom utgångsmaterialet hade oxiderats,skulle behandling med ett reduktionsmedel de-nitrifiera och omvandla celluloid backinto cellulosa. I September 1882 patenterade han en process där celluloid nedsänktes i Bad innehållande hydrerad ammoniumsulfid, järnklorid eller järnsulfat. Enligt uppfinnaren, detresultmaterial var icke brandfarligt, tätt, flexibelt och tufft.
filament skars frånark av detta material, vilket Weston heter tamidin tamidine. Filamenten upphettades för att avlägsna deupplösta gaserna, karboniserade och slutligen hade ändarna pläterade i koppar.
till skillnad från Weston som var atrained forskare, och Edison som var en mycket disciplinerad forskare, WilliamSawyer var journalist och deltid uppfinnare av telegrafutrustning. Trots begränsad finansiering, dålig teoretisk förståelse och ett dricksproblem lyckades Sawyer producera en fungerande glödlampa med en kolfilament. Men han och hans stödjare rusade sina glödlampor i produktion utan att först ta sig tid att förfina sin produkt eller deras produktionstekniker. De tvingades lämna projektet avjuni 1878.
Sawyer skapade oneprocess som var avgörande för produktionen av kolfilament, han gjorde dem till självreparation av Brasilien. I en kolväteatmosfär orsakade de svaga fläckarna och ytanpockmarks att värma upp och glöda starkt. Kol avsattes på dessa fläckar tills hela filamentet hade enformt tvärsnitt. Weston gjorde samma upptäckt vid ungefär samma tidmen Sawyer var först med att patentera processen.
under tiden, tillbaka på Menlopark, hade Edison inte varit ledig. När bambu visade sig vara en effektivfilament, en annan sökning gjordes för den optimala arten. Först exemplar av allt tropiskt gräsarter som kunde erhållas i USA försökte. Agenter skickades sedan till Kuba och Sydamerika för att jaga efter tropiska gräs. William H. Moore skickades till Japan och Kina för att få mer exotiskasorter av bambu. Efter en outtömlig sökning tecknades ett kontrakt med en japansk odlare nearKyoto. Före slutet avfilamentsökning hade cirka 6000 arter av bambu provats.
utbildade forskare skakade sina huvuden över Edisonns bamboo search och hans motståndare har pekat på ansträngningen som ett monumentalt slöseri med tid. De missade en viktig punkt, även om sökningen misslyckades med att generera asingle användbar filament, det genererade enorma mängder publicitet. Edison gjorde en punkt att vara påpier när en av hans filamentjägare återvände hem, sedan med presswatching, frågade han högt mannen om hans resultat. Edison var också en ivrig läsare av julesvernens romaner och den globala sökningen genom berg och djungler var likeliving ut en av Vernens tomter.
och de japanska filamentenfungerade bra. Vid 1880 var Edisonproducerar glödlampor som kan vara upp till 1500 timmar.
även när den sista ofEdisonns filamentjägare återvände till New Jersey, industriisten HiramMaxim (senare känd för sina Maskingevär) tillverkade glödlampor med Tamidinefilament. Patent royalties från dessa filament visade oerhört värdefull för Weston. Tamidine varade upp till 2000 timmar och blev snabbt enallvarlig konkurrensutmaning för bambu och andra växtfibrer. Fram till införandet av volframfilament gjordes många av världens glödlampor med detta material.
1906, General Electricintroducerade glödlampor med volframfilament.
av de tjugo eller såuppfinnare som hade arbetat med glödlampor före Edison, de flesta ärkom ihåg bara i de bättre historieböckerna. Edward Weston kan ha haft bättre filament men lackedEdisonns imponerande ekonomiskt stöd och gynnsam press. Även om han tilldelades kontrakt för belysning newarkns gator och senare Brooklyn Bridge, Weston eventuallydropped ut ur belysning verksamhet och vände sin uppmärksamhet till electricalmätningsinstrument. Företaget WestonInstrument grundades 1888. Deras fabrik i hörnet av Newarkns Plane och Orange Streets turnedout tusentals instrument. Westonns patentportfölj inkluderade framsteg inom galvanisering,elektriska mätare, säkringar, batterier och motorer. Den växande berömmelsen för Westonns Newark research laboratory sa att han hade uppmuntrat Edison att överge Menlo Park och bygga de enorma forskningsanläggningarna i West Orange, New Jersey.