تاریخچه ساخت لامپ

به دوروبرتان نگاه کنید؛ زیر سقف هستید یا در زیر آسمان؟ در هر صورت زیر نور هستید و اگر نه، قابل رویت نبودید یا نمی‎توانستید ببینید اطرافتان چیست و کجایید؟ ما انسان‌ها سپاسگزار خداوند متعال بوده و هستیم که معنی رنگ و ماده را با نور خورشید برای ما قابل درک ساخت. روشنایی طبیعی که تکلیفش مشخص است، اما روشنایی شب برای دیدن و دیده شدن است که بشر از روزهای اول ورودش به زمین با آن درگیر بوده است. در این مقاله درباره‎ی سیر تکامل ساخت لامپ صحبت می‎کنیم. همراه ما باشید.

سیر تکامل ساخت لامپ

برخی از ما به اشتباه فکر می‌کنیم پروسه تولید لامپ فقط به دست توماس ادیسون تحقیق، توسعه و سپس به محصول نهایی رسیده است. در صورتی که ایده‎های اولیه توسط اشخاص دیگری به وجود آمده و حتی سال‌های سال روی آن تحقیق کرده‎اند. بگذارید کمی به ماجرا نزدیکتر شویم. لطفا به موارد تاریخی زیر توجه کنید. در ادامه، شرح تلاش‌های دانشمندان دیگر در جهت اختراع لامپ به صورت تقویم میلادی آورده شده است.

در سال 1801، فردی به نام لوئی ژاک دوتونور در کشور فرانسه کشف کرد که اتصال یک مفتول فلزی با سیـم حاوی جریان می‎تواند بدرخشد.

در سال 1803، پیشگام صنعت چراغ برق هامفری دیوی، با آزمایش‌هایی که در تولید نور انجام داد به این نتیجه رسید، با گذراندن جریان از دو قطعه ذغال چوب که در فاصله‎ی 4 اینچی از یکدیگر قرار دارند، می‎توان نور تولید کرد. ایراد کشفیات او این بود که قطعه‌های باریک ذغال چوب می‌سوخت و ناچار نور، مدت زیادی دوام نداشت. بنابراین، به منظور حفظ یک تخلیه الکتریکی یکسان، باید فاصله بین تکه‌های ذغال چوب ثابت نگه داشته می‌شد. این عمل به‎وسیله‎ِی لغزاندن مداوم تکه‎های ذغال چوب به‌‎سوی یکدیگر انجام گرفت.

اگر تمایل دارید با تاریخچه روشنایی قبل از تولید برق آشنا شوید، مقاله‎ی تاریخچه روشنایی قبل از تولید الکتریسیته را مطالعه کنید.

اولین لامپ رشته‎ای چگونه ساخته شد؟

در سال 1838، جو بارت که اهل بلژیک بود، متوجه شد که اگر برای ایجاد نور از یک فیلامان کربنی در خلاء استفاده شود، این فیلامان نخواهد سوخت.

در سال 1840، یک فیزیکدان انگلیسی به نام ویلیام رابرت گرو در حالی‌که یک فیلامان پلاتینی به باتری ابتکاری خودش که ساخته بود وصل کرد، به همین ترتیب اولین لامپ رشته‌ای را روشن ساخت.

در سال 1840، آلفرد کوبل یک آمریکایی آلمانی الاصل، اولین نوع قابل استفاده لامپ‌های رشته‌ای را با استفاده از فیلامان‎های ساخته شده از الیاف بامبوی کربنیزه ساخت. بنابراین در آن زمان کوبل به عنوان مخترع لامپ رشته‎ای شناخته شد.

لامپ‎های قوسی و ویژگی‌های آن

اولین کارخانه برق جهان متناسب با لامپ‎های قوسی در سال 1858 تأسیس شد. لامپ‌های قوسی در زمان خود بدون شک پیشرفته‎ترین منبع روشنایی بودند، ولی برای نورهای کلی خیابان مناسب نبود. در نتیجه، چراغ‎های خیابانی معمولی کماکان به صورت گازی به کار خود ادامه دادند. البته استفاده از لامپ قوس الکتریکی نسبتاً محدود بود، زیرا قیمت آن بالا و بازده نور آن بسیار بیشتر از لامپ‎های گازی بود. از طرف دیگر چون پست‎های لامپ‌های گازی نسبتاً کوچک بودند، تبدیل آن‎ها به پست‌های لامپ‌های قوسی امکان‌پذیر نبود.

لامپ ساخته دست کوبل زیاد مورد استفاده قرار نگرفت، زیرا الکتریسیته در آن زمان در جایگاهی نبود که بتواند با دیگر اشکال روشنایی رقابت کند. تا زمانی‎که ورنر زیمنس در سال 1867 میلادی، دینام برقی را اختراع کرد و به این وسیله استفاده از چراغ برق به کمک ژنراتور چرخشی امکان‌پذیر شد.

در این شرایط روزهای اوج ادیسون شروع شد. پروژه بزرگ او تولید یک لامپ بود. لامپی که نه بزرگ و نه بسیار درخشان باشد، بلکه لامپ کوچکی که نور آن نیز به ملایمت نور چراغ‎های گازی باشد. برای رسیدن به این هدف، اول می‎بایست یک سری از مشکلات را حل می‌کرد. در این زمان فقط اتصال یک یا تعداد محدودی لامپ به منبع برق امکان پذیر بود. از بین رفتن یک لامپ به طور اتوماتیـک به معنای از بین رفتن تمام مدار بود. این مشکل به‎وسیله تقسیم کردن چـراغ برق به چراغ‌های کم مقاومت و پر مقاومت حل شد. با استفاده از چراغ‌های پرمقاومت، قرار دادن لامپ‎ها در مدارهای موازی امکان پذیر شد. ادیسون آزمایش‎های خود را بر روی گیاهان مختلفی انجام داد و سرانجام تصمیم گرفت از رشته بامبو سوزانده شده برای لامپ الکتریکی خود استفاده کند.

شمع جیلوچکف

در سال 1876 میلادی یک دانشمند روسی به نام جیلوچکف، شمع جیلوچکف را اختراع کرد. او میله‌ها را به‌‎وسیله مخلوطی از کانلین و گچ پوشاند. این پوشش عایق، قوس را فقط به قسمت ابتدایی الکترود محدود کرد و بنابراین عمر میله‎ها به حدود 90 دقیقه افزایش یافت.

لامپ‎های تخلیه الکتریکی

در سال 1901 یک محقق آمریکایی به نام پیترکوپرهویت، اولین لامپ کاربردی را با یک رکتیفایر (مدار یا دستگاهی است که جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می‌کند) ساخت که امکان استفاده از جریان متناوب را نیز فراهم می‌کرد. راندمان فتوولتائیک (تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به انرژی الکتریسیته) این لامپ‌ها بهتر بود، اما معـایب آنها نظیر ایجاد اشعه ماوراء بنفـش به مقدار زیاد و رنگ آبی مایل به سـبز از جمله عواملی بودند که باعث شدند استفاده از اولین لامپ‎های تخلیه الکتریکی بسیار محدود شود و مورد استفاده عمومی قرار نگیرند. کاهون و کریستنسن موفق شدند یک ماده شفاف مقاوم به سدیم از جنس اکسید آلومینیوم بسازند که آر.ال.کوبل آن را در سال 1963 میلادی در ساخت لامپ‎های تخلیه الکتریکی به کار برد.

ساخت لامپ هالوژنی

تئوری چرخش هالوژن تنگستن کمک بسیاری برای ساخت لامپ هالوژنی کرد. راندمان هالوژن از لامپ‌های رشته‌ای بهتر بود. اختراع لامپ رشته‎ای باعث به وجود آمدن روشنایی عمومی در همه جای دنیا شد، اما از دیدگاه مصرف انرژی یک مشکل عمده به وجود آورد، چون فقط بین 10 تا 20 درصد از انرژی مصرف شده در آن منجر به روشنایی و بقیه به صورت گرما تلف می‌شد.

ساخت لامپ بخار سدیم

اولین لامپ‌های پرفشار سدیم در سال 4619 میلادی به وسیله دو آمریکایی به نام‎های لودن و اشمیت تولید شدند. جنرال الکتریک شروع به ساخت لامپ‎های 400 واتی کرد. کمی پس از آن تولید یک جرقه زن مناسب در BAG شروع شد و بنابراین راه را برای کاربرد وسیع و موفقیت بزرگ این منبع نور باز کرد. هنگامی که ثابت شد رشته‌های نازک تنگستن دمای ذوب بسیار بالای 7032 درجه سلسیوس را دارند، عیب واقعی فیلامان فلزی برطرف شد. این پیشرفت توسط دانشمندان اتریشی به نام‌های الکساندر جاست و فرانز هانامان انجام گرفت. در حالی که بازده نور 4 لومن در وات از لامپ‌های دارای فیلامان تنگستن به سرعت جایگزین لامپ‎های دارای فیلامان کربن شدند، به این ترتیب اصلاح لامپ دارای فیلامان فلزی به‎وجود آمد. تا آن زمان به منظور جلوگیری از اکسید شدن فیلامان همواره هوا از محفظه شیشه‌ای خارج می‌شد.

ساخت لامپ‎های نئون

رامسی اولین لامپ‌های نئون را که بر پایه همان اصول استوار بود، ساخت. ولی کسی که به‎عنوان مخترع لامپ‎های نئونی پذیرفته شد، یک فرد فرانسوی به نام ژرژ کلود بود. او به‌طور همزمان دریافت که نور قرمز لامپ‌های نئونی برای تبلیغات بسیار مناسب است. وی همچنین کشف کرد رنگ نور با اضافه کردن گازهای دیگر تغییر می‎کند. طرز کار این نوع لامپ‌ها به این صورت است که با تخلیه الکتریکی در ولتاژ بالا در محیط گازی کم فشار درون یک استوانه شیشه‎ای تولید نور می‎کنند و همچنین خاصیت طیفی گازهای بی‌اثر باعث تولید رنگ در نئون می‎شود.

ایروینگ لانگمویر آمریکایی کشف کرد که پـرکردن فضای لامپ با گاز می‎تواند از بخار شدن فیلامان جلوگیری کند. در ابتدا از گاز نیـتروژن خالص استفاده کرد، اما سپس مخلوطی از آرگون و نیتروژن را جایگزین کرد. لانگمویر برای جبران گرمای از دسـت رفته در مقایسه با لامپ‌های تخلیه، فیلامان را به صورت مارپیچ درآورد.

ساخت لامپ فلوئورسنت

سه دانشمندان آلمانی به نام های اف میر، اچ، اسپنروای جرمر توانستند در ولتاژ پائین به‎وسیله از قبل گرم کردن الکترودها، جرقه لازم را ایجاد کنند و به‎طور همزمان اشعه ماوراء بنفش را نیز به‎وسیله پوشاندن لوله‎ها با یک پودر فلوروسنت به نور قابل رویت تبدیل کنند.

به این ترتیب، اولین لامپ فلوئورسنت بر پایه این یافته‎ها به‎وجود آمده به‎وسیله آندره کلود، پسر عموی ژرژ کلود، مخترع لامپ‎های نئونی به ثبت رسید. اولین لامپ‌های فلوئورسنت در اروپا در سال 1936 میلادی به‎وسیله شرکت اسرام تولید و به بازار عرضه کردند.

استفاده از سدیم در مقاصد روشنایی زمانی امکان‌پذیر شد که یک شیشه مقاوم نسبت به سدیم اختراع شد. این شیشه به‎وسیله یک آمریکایی به نام ای.اچ.کمبنون اختراع شد.

لامپ بخار جیوه

ام، پیرانی و ای، لاکس اولین آزمایش‎ها را با لامپ‎های سدیم کم فشار در آلمان انجام دادند. بنابراین در مدت زمان کوتاهی، لامپ‎های کاربردی که با جریان مستقیم و جریان متناوب کار می‎کردند، وارد بازار شدند. در لامپ‎های جیوه‌ای، تلاش شد با افزایش فشار بخار خصوصیات رنگ بهتری به‌دست آورند. گرچه شیشه مناسب برای لامپ‌های سدیم کم فشار در دسترس بود. این شیشه‌ها برای لامپ‌های پرفشار مناسب نبودند، زیرا افزایش فشار گاز قدرت تخریب‎کنندگی سدیم را افزایش می‎داد و باعث می‎شد هر نوع شیشه‎ای که موجود بود، تخریب شود.

در سال 6193 جورج اینمن و گروهی از دانشمندان راه متفاوتی برای راه اندازی لامپ بخار جیوه استفاده کردند. این لامپ فلوئورسنتی شامل استوانه شیشه‎ای که در آن بخار جیوه قرار داشت و دیواره آن با فسفر پوشانده شده و در هر طرف تیوب شیشه‌ای یک الکترود قرار داشت، بود. نور آن به مراتب بهتر از لامپ رشته‎ای بود. تبدیل انرژی در آن از راندمان بهتری برخوردار بود. محدوده روشنایی آن بیشتر و قابلیت ایجاد رنگ نورهای متفاوت را دارا بود و برای استفاده در خانه مناسب به نظر می‎رسید، چون نور آنها شباهت زیادی به نور روز داشت. مردم به آن اصطلاحا لامپ نور روز می‎گفتند. جیوه در تیوب فلوئورسنت آلودگی زیست محیطی ایجاد می‎کرد که باعث شد دانشمندان باز هم تحقیقات بیشتری برای ساخت لامپ مناسب‎تر را ادامه دهند. بعد از سال 1960 میلادی، لامپ هایی که از تخلیه‎ی الکتریکی در گازها بهره می‌بردند، مانند لامپ‎های بخار سدیم و متال هالایدی ظهور کردند.

در سال 1955 کاهون و کریستنسن موفق شدند یک ماده شفاف مقاوم به سدیم از جنس اکسید آلومینیوم بسازند که آر.ال.کوبل آن را در سال 1963 میلادی در ساخت لامپ‎های تخلیه الکتریکی به‌کار برد.

ویژگی لامپ هالوژنی

تئوری چرخش هالوژن تنگستن، کمک بسیاری برای ساخت لامپ هالوژنی کرد. راندمان هالوژن از لامپ‎های رشته‎ای بهتر بود. اختراع لامپ رشته‎ای باعث به وجود آمدن روشنایی عمومی در همه جای دنیا شد، اما از دیدگاه مصرف انرژی یک مشکل عمده به‎وجود آورد، به این ‌ترتیب که فقط بین 10 تا 20 درصد از انرژی مصرف شده در آن منجر به روشنایی و بقیه به صورت گرما تلف می‌شد. اولین لامپ‎های پرفشار سدیم در سال6194 میلادی، به‎وسیله دو آمریکایی به نام‏‌های لودن و اشمیت تولید شدند. جنرال الکتریک شروع به ساخت لامپ‌های 400 واتی کرد. کمی پس از آن تولید یک جرقه زن مناسب در BAG شروع شد و بنابراین راه را برای کاربرد وسیع و موفقیت بزرگ این منبع نور باز کرد.

ادیسون و لامپ

توماس ادیسون در مورد فیلامان به‎طور مشابه اولین آزمایش‎های خود را با سیم پلاتین آغاز کرد. از آن‎جایی که علی‎رغم تمامی ابزارها و وسایلی که به‎‌کار برد نتوانست از گرم شدن زیاد فیلامان‎ها و در نتیجه ذوب آنها جلوگیری کند، تصمیم گرفت کربن را به عنوان ماده فیلامان به‌کار ببرد. تا اینکه سرانجام در ژاپن به گونه‌ای از خیزران برخورد که الیافش بسیار مناسب بود. او به این نتیجه رسید که هرچه تخلیه درون محفظه شیشه‎ای بهتر صورت گیرد، طول عمر فیلامان افزایش خواهد یافت. سپس در مرحله بعد، تولید لامپ‌های رشته‎ای الکتریکی آغاز شد. از آن‎جا که مجهز کردن هر مصرف کننده به ژنراتور امکان پذیر نبود، ضرورت ایجاد یک منبع تغذیه بر روی خطوط احساس می‌شد.

فکر ادیـسون این بود که الکتریسیته از یک منبع مرکزی در طـول میـله‎های مسی عایـق شده (لوله با سیم) که در زیر جـاده قـرار داده می‌شد، پخش شود و با انشعاب‌های مناسب به کارخانه‎ها، مغازه‎ها و خانه‎ها برسد. زمانی‌‎که ثابت شد نیروی برق می‎تواند در مسافت‎های طولانی بدون افت شدید ولتاژ انتقال داده شود، ساختن مراکز تولید کننده الکتریسیته دور از مصرف کننده نیز امکان پذیر شد.

ادیسون برای تمام جزئیات، از منبع تغذیه مرکزی تا منبع واقعی نور و لوازم جانبی آن نقشه کشیده بود. انتهای پیچی لامپ که امروزه هنوز میلیون‎ها چراغ را در سرپیچ خود نگه می‌دارد، فیوز ذوب سیم که به‌‎طور اتوماتیک در مواقع اضافه بار یا ایجاد مدار اتصال کوتاه جریان برق را قطع می‌‎کند، اصلاح مدار مغناطیسی دینام و ژنراتورها با افزایش کارایی آنها از حدود 50 درصد تا 90 درصد و همچنین یک کنتور برای اندازه‎گیری میزان الکتریسیته مصرفی از جمله دیگر اختراعات ادیسون است.

یکی از لامپ‎های پرطرفدار امروزی ال ای دی است که در مقاله‎ی تاریخچه‌ لامپ LED به‎طور کامل درباره‎ی سیر تکاملی این لامپ صحبت کردیم.

اختراع ادیسون

به این ترتیب ادیسون توانست تا انتهای سال 1879 یک سیستم روشنایی قابل استفاده ارائه کند. از طرف دیگر در اوایل سال 1848 میلادی، ژوزف ویلسون سوآن از نیوکاسل، تلاش خود را برای ساختن لامپ‎های رشته‎ای آغاز کرد. تلاش او با موفقیت کمی روبرو شد، زیرا او قادر نبود به اندازه کافی خلأ ایجاد کند.

در سال 1877 میلادی، وی دوباره بر روی این مشکل کار کرد، اما این دفعه کار را به همراه چارلز اج استون که یک متخصص در ایجاد خلاء بود، شروع کرد.

شواهد معتبری وجود دارد که نشان می‌دهد سوآن یک نمونه از لامپ رشته‎ای خود را در فوریه سال 1878 میلادی، یعنی 6 ماه قبل از ادیسون، در انجمن سلطنتی نیوکاسل ارائه کرده بود.

کلام آخر

همانطور که در این مقاله خواندید، دانشمندان بسیاری در سیر تکامل ساخت لامپ حضور داشتند و فرآیند کشف و ساخت لامپ از سال 1801 توسط لوئی ژاک دوتونور آغاز شد و تا انتهای سال 1879 ادامه داشت که در این سال ادیسون توانست یک سیستم روشنایی قابل استفاده ارائه کند. بر اساس شواهد معتبری که ارائه شده، می‎گویند، سوآن یک نمونه از لامپ رشته‌ای خود را در فوریه سال 1878 میلادی یعنی 6 ماه قبل از ادیسون ارائه کرده است.

سوالات متداول:

اولین لامپ رشته‌ای چگونه ساخته شد؟

در سال 1840 یک فیزیکدان انگلیسی به نام ویلیام رابرت گرو در حالی‌که یک فیلامان پلاتینی به باتری ابتکاری خودش که ساخته بود وصل کرد، به همین ترتیب اولین لامپ رشته‌ای را روشن ساخت.

اولین لامپ‌های پرفشار سدیم در چه سالی ساخته شد؟

اولین لامپ‌های پرفشار سدیم در سال 4619 میلادی به وسیله دو آمریکایی به نام‎های لودن و اشمیت تولید شدند.

چرا به لامپ بخار جیوه نور روز می‌گفتند؟

لامپ بخار جیوه برای استفاده در خانه مناسب به نظر می‎رسید و چون نور آنها شباهت زیادی به نور روز داشت، مردم به آن اصطلاحا لامپ نور روز می‎گفتند.