تاریخچه لامپ الکتریکی

مقدمه

نور الکتریکی، یکی از راحتی‌های روزمره که بیشترین تأثیر را بر زندگی ما می‌گذارد، بر خلاف باور عموم، توسط توماس ادیسون اختراع نشد، اگرچه می‌توان گفت که او اولین لامپ رشته‌ای تجاری را ایجاد کرده است. ادیسون اولین و تنها کسی نبود که سعی داشت یک لامپ رشته‌ای بسازد. در حقیقت، برخی از مورخان ادعا می‌کنند که بیش از ۲۰ مخترع لامپ‌های رشته‌ای قبل از ادیسون وجود داشته‌اند. با این حال، ادیسون اغلب با این اختراع اعتبار می‌یابد زیرا نسخه‌ی ابداع شده وی به دلیل ترکیبی از سه عامل زیر، قادر به پیشی گرفتن از اختراعات سایرین می‌باشد: یک ماده مناسب برای رشته درون لامپ، خلاء بالاتر از سایر نمونه‌ها و مقاومت بالایی که توزیع انرژی از یک منبع متمرکز را از نظر اقتصادی ممکن می‌کرد.

لامپ‌های اولیه

ریشه‌ی لامپ‌های الکتریکی به ابتدای قرن ۱۹ برمی گردد. در سال ۱۸۰۲، هامفری دیوی (Humphry Davy) ، شیمیدان و مخترع، یک باتری برقی اختراع کرد که در آن زمان قدرتمند‌ترین باتری جهان بود. او هنگامی که سیم‌هایی را به باتری خود و یک تکه کربن متصل کرد، کربن درخشان شد و مشاهده کرد که این کار باعث تولید نور می‌شود. اختراع وی به عنوان چراغ قوس الکتریکی معروف بود. در حالی که اختراع او باعث تولید نور شده بود، مدت زمان زیادی نمی‌توانست نور را تولید کند و همچنین این ابداع برای استفاده عملی بیش از حد روشن بود.

پس از او مخترعان مختلفی در مورد جنبه‌های مختلف لامپ برقی آزمایش کردند. آنها رشته‌ها و اتمسفری را که در آن رشته‌ها می‌سوخت تغییر دادند. همگی لامپ ماندگارتری داشتند که نور کافی می‌داد و می توانست درجه حرارت بالایی را تحمل کند.

در طی هفت دهه پس از آن، مخترعین دیگر نیز لامپ‌های الکتریکی ایجاد کردند اما هیچ طرحی برای کاربردهای تجاری ظاهر نشده بود. نکته مهم‌تر اینکه در سال ۱۸۴۰، دانشمند بریتانیایی به نام “وارن دو لا روئه” (Warren de la Rue)، یک رشته پلاتین پیچیده را در لوله‌ی خلاء محصور کرد و جریان الکتریکی را از آن عبور داد. این طرح بر پایه این مفهوم بود که نقطه ذوب بالای پلاتین به آن اجازه می‌دهد تا در دماهای بالا عمل کند و محفظه تخلیه شده حاوی مولکول‌های گازی کمتری برای واکنش با پلاتین است و درنتیجه طول عمر آن را بهبود می‌بخشد. با وجود این طراحی کارآمد، هزینه بالای پلاتین این طرح را برای تولید تجاری غیر عملی کرد.

در سال ۱۸۵۰ یک فیزیکدان انگلیسی به نام “جوزف ویلسون سوان” (Joseph Wilson Swan) با بستن رشته‌های کاغذ کربن‌دار (کاغذ کاربون) در یک لامپ شیشه‌ای تخلیه شده، یک لامپ روشنایی ایجاد کرد. عدم وجود خلاء مناسب و تأمین انرژی کافی، باعث می‌شد که این لامپ طول عمر خیلی کوتاهی داشته باشد و نتواند به عنوان یک عامل موثر نور در نظر گرفته شود. با این حال، در سال ۱۸۷۰ پمپ‌های خلاء بهتری پیدا شد و “سوان” به آزمایش‌های مربوط به لامپ‌های روشنایی ادامه داد. در سال ۱۸۷۸، او با استفاده از رشته‌ی نخی خاص، لامپ ماندگار‌تری تولید کرد که همچنین مشکل سیاه شدن زودرس لامپ را برطرف می‌نمود.

در ۲۴ ژوئیه ۱۸۷۴، یک متخصص برق کانادایی به نام “هنری وودوارد” (Henry Woodward)  و همکارش “متیو ایوانز” (Mathew Evans)،لامپ‌های جدیدی را تولید کردند. آن‌ها لامپ‌های خود را با اندازه و شکل‌های مختلف میله‌های کربن که بین الکترودها در استوانه‌های شیشه ای پر از نیتروژن نگه داشته شده بود، ساختند. “وودوارد” و “ایوانز” تلاش کردند تا لامپ خود را تجاری کنند، اما ناموفق بودند. آنها سرانجام در سال ۱۸۷۹ حق ثبت اختراع خود را به ادیسون فروختند.

توماس ادیسون و اولین لامپ

در سال ۱۸۷۸، توماس ادیسون تحقیقات جدی را در مورد ایجاد لامپ رشته‌ای آغاز کرد و در ۱۴ اکتبر همان سال، ادیسون اولین درخواست ثبت اختراع خود را با عنوان “بهبود در چراغ‌های برقی” ارائه داد. با این حال، او همچنان به آزمایش چندین نوع مواد برای رشته‌های فلزی به منظور بهبود طرح اصلی خود پرداخت و تا ۴ نوامبر ۱۸۷۸، وی اختراع دیگری را برای لامپ برقی با استفاده از “یک رشته کربن” به ثبت رساند.

اگرچه این اختراع چندین روش برای ایجاد رشته کربن را توصیف کرد (از جمله استفاده از نخ پنبه و کتان، تکه‌های چوبی، کاغذهایی که به روش‌های مختلفی به هم چسبیده‌اند)، اما چند ماه نگذشته بود که حق ثبت اختراع دیگری صادر شد که ادیسون و تیمش کشف کرده بودند که یک بامبوی کربنیزه شده وجود دارد که می تواند به عنوان رشته‌ی لامپ استفاده شود. سوختن این رشته می‌توانست بیش از ۱۲۰۰ ساعت طول بکشد.

در سال ۱۸۸۰ ، شرکت توماس ادیسون با نام “شرکت ادیسون الکتریک لایت” (Edison Electric Light Company) شروع به بازاریابی محصول جدید خود کرد.

پس از آن و در بهبود‌های بعدی، رشته‌ها از تنگستن ساخته شده و در اتمسفر لامپ از گاز نجیب استفاده می‌شد که باعث کاهش تبخیر رشته‌ها شده و ماندگاری و روشنایی آن را افزایش می‌دادند. لامپ‌های برقی در ابتدا تنها توسط تعداد معدودی از مردم مورد استفاده قرار گرفتند؛ اما با گذشت زمان استفاده از آن گسترده‌تر شد و تا سال ۱۸۸۵ تخمین زده شد که حدود سیصد هزار لامپ فقط در آمریکا فروخته شد.

سایر تاریخ‌های قابل توجه

۱۹۰۶ – شرکت جنرال الکتریک اولین شرکتی بود که روشی را برای ساخت رشته‌های تنگستن برای استفاده در لامپ‌های رشته‌ای ثبت کرد. ادیسون خود می‌دانسته است که تنگستن بالاخره بهترین انتخاب برای رشته‌های موجود در لامپ‌های رشته‌ای است، اما در روزگار وی، ماشین‌آلات مورد نیاز برای تولید سیم در چنین مقیاس ریزی موجود نبود.

۱۹۱۰ – “ویلیام دیوید کولیج” (William David Coolidge) از جنرال الکتریک روند ساخت را برای ساخت طولانی‌ترین رشته‌های تنگستن بهبود بخشید.

دهه ۱۹۲۰ – اولین لامپ یخی تولید می‌شود و لامپ‌هایی با پرتوی نور قابل تنظیم برای چراغ‌های جلو اتومبیل و نورپردازی نئونی تولید می‌شود (لامپ یخی روشنایی تیز را کاهش داده و نور را پخش می‌کند). در شکل زیر مخترع لامپ یخی، ماروین پیپکین را مشاهده می‌کنید که در حال نمایش اختراع خود است.

دهه ۱۹۳۰ – دهه سی اختراع فلاش‌های کوچک یکبار مصرف برای عکاسی و لامپ برنزه کننده فلورسنت

دهه ۱۹۴۰ – اولین لامپ رشته‌ای نور نرم (زردی نور کم)

دهه ۱۹۵۰ – شیشه کوارتز و لامپ هالوژن تولید می‌شود

دهه ۱۹۹۰ – لامپهای طولانی مدت و لامپ‌های فلورسنت (لامپ مهتابی) فشرده اولین کار خود را کردند.

نتیجه‌گیری

لامپ‌های برقی در سراسر جهان پخش شده و تا به امروز در انواع مصارف مختلف، از مصرف خانگی تا صنعتی و روشنایی خیابان‌ها استفاده می‌شوند. در کنار لامپ‌های برقی که از جریان الکتریکی از شبکه الکتریکی استفاده می‌کنند، برخی از لامپ‌های برقی نیز از باتری استفاده می‌کنند و بنابراین قابل حمل هستند که کاربرد آن‌ها حتی بیشتر هم می‌شود.

در طول تاریخ، انواع مختلفی از لامپ‌های برقی وجود دارد، اما همان‌طور که قبلاً گفتیم، سه نوع اساسی وجود دارد:

– لامپ رشته‌ای: آن‌ها رشته‌ای دارند که از طریق آن جریان الکتریکی منتقل می‌شود که رشته را گرم می‌کند و سپس نور را منتشر می‌کند. رشته در یک لامپ شیشه‌ای محصور می‌شود که دارای جو گاز بی اثر است و مانع از از بین رفتن رشته می‌شود.

– لامپ قوس کربنی که بر اساس اصل شکست دی‌الکتریک کار می‌کند. لامپ‌های قوس دارای دو الکترود کربن هستند که در فاصله کمی از یکدیگر قرار می‌گیرند و به ولتاژ بالا وصل می‌شوند. هوای بین آن‌ها در ولتاژ بالا به یک هادی تبدیل شده و پس از ایجاد دی‌الکتریک و تخلیه الکتریکی ایجاد می‌شود که با نور قوی می‌سوزد.

– لامپ‌های تخلیه گاز مانند لوله‌هایی ساخته شده‌اند که در هر دو انتها الکترود دارند و از بخار پر شده‌اند که می‌توانند یونیزه شوند و با آن می توان جریان الکتریکی را عبور داد و نور را منتشر کرد. لامپ‌های فلورسنت و نئون لامپ‌های تخلیه گاز در وسیع‌ترین کاربرد هستند.

سخن آخر

۱۲۰ سال پس از اولین آزمایش‌ها، ما هنوز از لامپ های برقی استفاده می‌کنیم و آن‌ها را در زندگی روزمره غیرقابل جبران می‌دانیم. اما آنها هنوز در حال تغییر هستند و جایگزین یکدیگر می‌شوند. در سال‌های گذشته بسیاری از کشورها قوانینی را تصویب کردند که لامپ‌های رشته‌ای را ممنوع اعلام می‌نمود، زیرا لامپ‌های کارآمدتری وجود دارند که به همان میزان نور می دهند اما برق بسیار کمتری مصرف می‌کنند. این نوع لامپ امروزه با عنوان لامپ LED شناخته می‌شود که نسبت به سایر لامپ‌ها، مزایای زیست محیطی فراوانی دارد.