Ai là người phát minh ra bóng đèn dây tóc
Thomas Edison thường được tôn vinh với phát minh bóng đèn điện, nhưng nhà phát minh người Mĩ nổi tiếng này không phải là người duy nhất có công đóng góp cho sự phát triển của công nghệ mang tính cách mạng này. Nhiều nhân vật danh tiếng khác cũng đáng được ghi nhớ cùng với nghiên cứu của họ về pin điện, đèn điện và sự ra đời của những chiếc bóng đèn nóng sáng đầu tiên. Các nghiên cứu và phát triển buổi đầu Câu chuyện bóng đèn điện bắt đầu từ lâu trước khi Edison đăng kí sáng chế bóng đèn thương mại thành công đầu tiên vào năm 1879. Vào năm 1800, nhà phát minh người Italia Alessandro Volta đã phát triển phương pháp thực tiễn đầu tiên làm phát ra điện, đó là cột volta. Gồm các đĩa kẽm và đồng xếp xen kẽ - chèn ở giữa là những lớp giấy bìa cứng tẩm nước muối – cột volta dẫn điện khi nối một sợi dây đồng với mỗi đầu (mỗi điện cực). Trong khi thật sự là tiền thân của pin và acquy hiện đại, nhưng dây đồng phát sáng của Volta cũng được xem là một trong những minh chứng sớm nhất của bóng đèn nóng sáng. Không bao lâu sau khi Volta giới thiệu khám phá một loại nguồn cấp điện liên tục của ông trước Hội Hoàng gia ở London, một nhà phát minh người Anh tên là Humphrey Davy đã chế tạo bóng đèn điện đầu tiên trên thế giới bằng cách nối các cột volta với các điện cực bằng than. Phát minh năm 1802 của Davy được gọi là đèn hồ quang điện, đặt tên theo cung sáng rực rỡ phát ra giữa hai que carbon của nó. Trong khi đèn hồ quang của Davy chắc chắn là một cải tiến trên các cột đứng riêng lẻ của Volta, thì nó vẫn chưa phải là một nguồn sáng thực tiễn cho lắm. Loại đèn thô sơ này cháy hết rất nhanh và quá sáng để sử dụng trong nhà hoặc nơi làm việc. Nhưng các nguyên tắc cơ sở của đèn hồ quang Davy đã được khai thác xuyên suốt thế kỉ 19 trong việc phát triển nhiều loại đèn điện và bóng đèn khác. Vào năm 1840, nhà khoa học người Anh Warren de la Rue đã phát triển một bóng đèn được thiết kế hiệu quả sử dụng một dây tóc platinum cuộn lại thay cho dây đồng, nhưng chi phí cao của platinum khiến loại bóng đèn này không thành công trên thị trường thương mại. Và vào năm 1848, người Anh William Staite đã cải tiến tuổi thọ của các đèn hồ quang thông thường bằng cách phát triển một cơ chế đều đặn điều chỉnh chuyển động của các que carbon ăn mòn nhanh của loại đèn này. Nhưng chi phí cao của pin dùng để cấp điện cho đèn của Staite đã làm cụt hứng các nhà đầu tư của ông. Joseph Swan Vào năm 1850, nhà hóa học người Anh Joseph Swan đã giải được bài toán chi phí-hiệu quả của các nhà phát minh trước đó bằng cách phát triển một loại bóng đèn sử dụng dây tóc giấy thấm carbon thay cho dây tóc platinum. Giống như các tiền thân trước đó của bóng đèn điện, các dây tóc của Swan được đặt trong một ống chân không để giảm tối thiểu sự tiếp xúc oxygen của chúng, nhằm kéo dài tuổi thọ của chúng. Thật không may cho Swan, các máy bơm chân không vào thời của ông không hiệu quả như các máy bơm ngày nay, và nguyên mẫu đầu tiên của ông cho một loại bóng đèn hiệu quả chi phí chưa từng được ra mắt thị trường. Trong khi Swan phải chờ sự phát triển của các máy bơm chân không chất lượng, thì một nhà phát minh người Mĩ, Charles Francis Brush, đang bận rộn phát triển một hệ thống đèn hồ quang điện cuối cùng được công nhận trên toàn nước Mĩ và châu Âu trong thập niên 1880. Trong khi không hẳn là bóng đèn, nhưng các hệ thống thắp sáng của Brush có thể dùng cho những nơi cần chiếu sáng mạnh – ví dụ như đường phố và bên trong các trung tâm thương mại. Để cấp điện cho hệ thống của ông, Brush đã phát triển dynamo – hay máy phát điện – tương tự như loại sau này được sử dụng để cấp điện cho bóng đèn của Edison. Vào năm 1874, các nhà phát minh người Canada, Henry Woodward và Matthew Evans, đã đăng kí bằng sáng chế cho một loại bóng đèn điện với các que carbon kích cỡ khác nhau giữ giữa các điện cực bên trong một ống trụ thủy tinh chứa đầy khí nitrogen. Hai tác giả đã cố gắng thương mại hóa bóng đèn của họ nhưng không thành công, cuối cùng họ đành bán bằng sáng chế đó cho Edison vào năm 1879. Bóng đèn nóng sáng thực tế đầu tiên Edison và đội nghiên cứu của ông trong phòng thí nghiệm Edison ở Menlo Park, New Jersey, đã thử nghiệm hơn 3.000 thiết kế cho bóng đèn điện từ năm 1878 đến 1880. Vào tháng 11 năm 1879, Edison đăng kí bằng sáng chế cho một bóng đèn điện dùng dây tóc carbon. Bằng sáng chế đó có liệt kê một vài vật liệu có thể dùng làm dây tóc, bao gồm cotton, vải lanh và gỗ. Edison dành trọn năm tiếp theo tìm cách hoàn thiện dây tóc cho bóng đèn mới của ông, thử nghiệm hơn 6.000 mẫu để xác định vật liệu nào sẽ cháy được lâu nhất. Vài tháng sau khi bằng sáng chế năm 1879 được cấp, Edison và đội của ông khám phá thấy dây tóc làm bằng sợi tre thấm carbon có thể cháy lâu hơn 1.200 giờ. Sợi tre đã được dùng làm dây tóc trong các bóng đèn Edison cho đến khi nó bắt đầu được thay thế bởi những vật liệu cháy thọ hơn vào thập niên 1880 và đầu những năm 1900. Vào năm 1882, Lewis Howard Latimer, một trong các nhà nghiên cứu thuộc nhóm Edison, đã phát minh ra một phương pháp hữu hiệu hơn sản xuất dây tóc carbon. Và vào năm 1903, Willis R. Whitney phát minh ra một cách xử lí những dây tóc này cho phép chúng cháy sáng mà không làm nhuốm đen thành bên trong của bóng đèn. Dây tóc tungsten William David Coolidge, một nhà vật lí người Mĩ làm việc cho công ti điện General Electric, đã cải tiến phương pháp sản xuất dây tóc tungsten của công ti này vào năm 1910. Tungsten (volfam), chất có điểm nóng chảy cao nhất trong các nguyên tố hóa học đã biết, đã được Edison biết là một vật liệu tuyệt vời cho dây tóc bóng đèn điện, nhưng công nghệ cần thiết để sản xuất dây tungsten siêu mịn vào cuối thế kỉ 19 là chưa có. Tungsten vẫn là vật liệu ưu trội cho dây tóc bóng đèn nóng sáng ngày nay. Sự thành công của bóng đèn điện Edison được tiếp nối bởi sự ra đời của Công ti Chiếu sáng Điện Edison ở New York vào năm 1880. Công ti Edison ra đời với những đóng góp tài chính từ J.P. Morgan và các nhà nghiên cứu giàu có khác thời ấy. Công ti Edison đã xây dựng các nhà máy điện đầu tiên cấp nguồn cho hệ thống điện và bóng đèn mới xuất hiện. Nhà máy điện đầu tiên khánh thành vào tháng 9 năm 1882 ở Phố Pearl, vùng hạ Manhattan. Công nghệ đang biến đổi từng ngày Ngày nay, các lựa chọn công nghệ thắp sáng là rộng mở và người ta có thể lựa chọn các loại bóng đèn khác nhau, trong đó có đèn huỳnh quang compact hoạt động bằng cách nung nóng một chất khí phát ra ánh sáng tử ngoại và bóng đèn LED sử dụng các diode bán dẫn phát quang. Nguồn: LiveScience Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi. Tags:
Bài liên quanBài đọc nhiềuĐăng nhậpĐăng nhập để trải nghiệm thêm những tính năng hữu ích Zalo
Khoa học & Công nghệCông nghệ chiếu sáng
Chiếc bóng đèn sợi đốt (còn gọi là bóngđèn dây tóc, bóng đèn tròn)là một phát minh vĩ đại đã giúp cho nhân loại bước sang kỷ nguyên Ánh sáng điện. Mọi người đều nghĩ rằng Edison là người đầu tiên và duy nhất phát minh ra bóng đèn sợi đốt, tuy nhiên lịch sử phát minh ra nó diễn ra khá phức tạp. Tương lai của đèn sợi đốt sẽ về đâu? Bài viết sau đây sẽ trình bày chi tiết vấn đề này. Từ xa xưa, người tiền sử đã biết sử dụng dụng ngọn lửa để sưởi ấm, đun nấu thức ăn, xua đuổi thú dữ và thắp sáng. Họ sáng chế ra những nguồn sáng thô sơ đầu tiên để chiếu sáng hang động của mình. Những nguồn sáng đó đó làm từ những vật liệu sẵn có trong tự nhiên như bó đuốc, ngọn nến, sừng thú chứa mỡ động vật thực vật và ngọn bấc (hình 2). Trong nền văn minh Babylon, Ai Cập và Trung Hoa cổ đại ánh sáng vẫn là thứ là xa xỉ. Cung điện của hoàng gia và giới quý tộc được chiếu sáng bằng những ngọn đèn dầu bập bùng hoặc nhũng đèn lồng sặc sỡ. Hình 3 là hình ảnh một vài nguồn sáng thời cổ đại. Chúng thường có dạng giống cái bát có miệng hoặc vòi chứa bấc đèn. Mỡ động vật, dầu cá hoặc dầu dầu cọ, dầu ô liu được dùng làm nhiên liệu. 2. Bình minh của Ánh sáng điện Câu chuyện của chúng ta bắt đầu vào năm 1761 ở Hoa Kỳ với Ebenezer Kinnersley. Trong bức thư gửi Benjamin Franklin, ông mô tả các thí nghiệm đã làm với nguồn điện là các tụ tích điện tạo radòng điệnlàm cho sợi dây đồng sáng đỏ. Ngày nay chúng ta đều biết khi sợi dây điện trở có dòng điện chạy qua bị phát nóng tạo ra bức xạ điện từ dưới dạng ánh sáng nhìn thấy. Ông cũng sắp xếp các thí nghiệm để dây được treo với trọng lượng ở đáy của nó và thấy rằng sợi dây sẽ dãn dài ra khi bị phát nóng. Ông đã thử nghiệm với các đường kính dây dẫn khác nhau trên cùng một vật liệu và nhận thấy rằng những chiếc dây đường kính lớn hơn không có hiệu ứng phát nhiệt đáng kể và kết luận rằng điều này là do điện trở của chúng nhỏ hơn (hình 4). Vào năm 1800, nhà phát minh người Italia Alessandro Volta đã phát triển phương pháp thực tiễn tạo nên nguồn điện hóa đầu tiên, đó là cột Volta. Thiết bị gồm các đĩa kẽm và đồng xếp xen kẽ, ở giữa chèn những lớp giấy bìa cứng tẩm nước muối. Cột Volta dẫn điện khi nối một sợi dây đồng với mỗi điện cực. Đây thật sự là tiền thân của pin và ăcquy hiện đại, nhưng sợi dây đồng phát sáng của Volta cũng được xem là một trong những minh chứng sớm nhất của bóng đèn nóng sáng (hình 5). Không lâu sau khi Volta giới thiệu phát minh ra một loại nguồn điện một chiều trước Hội khoa học Hoàng gia London, một nhà phát minh người Anh tên là Humphrey Davy đã chế tạo bóng đèn điện đầu tiên trên thế giới bằng cách nối các cột Volta với các điện cực bằng than. Phát minh năm 1802 của Davy được gọi là đèn phóng điện hồ quang. Công dụng chủ yếu của đèn hồ quang dùng cho các đèn chiếu bóng, đèn hải đăng… Đèn gồm 2 điện cực cacbon và giữa chúng duy trì một dòng điện có cường độ rất cao. Dòng phóng điện hồ quang giữa hai điện cực tạo ra ánh sáng chói lóa. Đèn kết hợp một hệ cơ dịch chuyển tự động các điện cực (hình 6). Loại đèn thô sơ này cháy hết rất nhanh và quá sáng để sử dụng trong nhà hoặc nơi làm việc. Nhưng các nguyên lý cơ sở của đèn hồ quang Davy đã được khai thác xuyên suốt thế kỉ 19 trong việc phát triển nhiều loại đèn điện và bóng đèn khác. Năm 1835, James Bowman Lindsay (hình 7)đã chứng minh tạo ra một ánh sáng điện liên tục tại một cuộc mit tinh ở Dundee, Scotland. Ông tuyên bố rằng vào ban đêm ông có thểđọc sách với đèn này ở khoảng cách nửa mét. Tuy nhiên, sau khi hoàn thiện thiết bị, ông đã chuyển sang nghiên cứu điện tín không dây và không phát triển thêm ánh sáng điện nữa. Những tuyên bố của ông không được ghi chép đầy đủ, mặc dù ông vẫn được ghi nhớ như là một trong những người phát minh ra ‘bóng đèn sợi đốt’. Năm 1838, nhà thạch học người Bỉ Marcellin Jobard đã phát minh ra bóng đèn sợi đốt cacbon trong bầu chân không. Vào năm 1840, nhà khoa học người Anh Warren de la Rue đã phát triển một loại bóng đèn sử dụng dây tóc platin cuộn lại thay cho dây đồng (hình 8), nhưng giá thành platin quá cao khiến loại bóng đèn này không thành công trên thị trường thương mại. Năm 1841 Frederick de Moleyns người Anh (hình 9) đã được cấp bằng sáng chế đầu tiên cho một loại bóng đèn sợi đốt, với thiết kế sử dụng sợi đốt platin trong bóng chân không. Ông cũng sử dụng cacbon làm sợi đốt. Năm 1845 John W.Starr người Mỹ được cấp bằng sáng chế cho bóng đèn sợi đốt liên quan đến việc sử dụng các sợi cacbon (hình 10). Ông qua đời ngay sau khi nhận được bằng sáng chếvà phát minh của ông đã không bao giờ được thương mại hóa và ít người biết đến ông. Vào năm 1848, William Staite nhà phát minh người Anh (hình 11) đã nâng cao tuổi thọ của các đèn hồ quang thông thường bằng cách phát triển một cơ chế đều đặn điều chỉnh chuyển động của các thanh cacbon ăn mòn nhanh của loại đèn này. Nhưng chi phí cao của pin dùng để cấp điện cho đèn của Staite đã làm cụt hứng các nhà đầu tư. Năm 1872, Alexander Lodygin nhà phát minh người Nga đã phát minh ra bóng đèn sợi đốt cacbon và được cấp bằng sáng chế ở Nga vào năm 1874. Ông đã sử dụng 2 thanh cacbon trong đáy một bình thủy tinh kín và chứa đầy nitơ, được nối điện sao cho dòng điện này có thể được chuyển qua thanh cacbon thứ hai khi thanh thứ nhất cháy hết (hình 12). Sau đó, ông sang Mỹ, đổi tên thành Alexander de Lodyguine và phát minh của ông thu được cấp bằng sáng chế cho các loại bóng đèn sợi đốt có chứa Crom, iridium,rhodi,ruteni,osmi,molypden, vonfram. Có rất nhiều các nhà khoa học đến từ các nước Anh, Nga, Bỉ, Pháp… đều có công tham gia nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện bóng đèn sợi đốt. Nhưng đáng kể nhất trong số đó phải kể đến nhà khoa học người Anh Joseph Swan (hình 14) 3.Nguồn sáng thực sự đầu tiên Loại bóng đèn của Edison cùng đội ngũ kỹ sư của ông nghiên cứu và phát triển cũng tương tự như Swan, cho dòng điện đi qua sợi dây tóc trong môi trường chân không để phát sáng. Edison mới đầu cũng dùng platin để làm dây tóc bóng đèn, nhưng không khảthi vì platin quá đắt. Ông đã thử nghiệm mọi vật liệu có thể: từ tơ, da, nút bần, thậm chí cả sợi tóc.., và với số lần thử nghiệm lên tới 6000 mẫu. Cuối cùng ông cũng tìm ra vật liệu thích hợp đó là sợi cacbon chế ra từ thân cây tre. Đèn sợi đốt đầu tiên của ông có tuổi thọ 30 giờ, sau một số cải tiến đã đạt tuổi thọ tới 1000 giờ, sau đó được thay thế bằng sợi đốt vonfram có tuổi thọ dài hơnvà thực sự trở thành nguồn sáng cho cuộc sống của mọi gia đình. 4. Đôi nét về nhà phát minh vĩ đại Thomas Alva Edison (11 tháng 2 năm 1847 – 18 tháng 10 năm 1931) là một nhà phát minh và nhà doanh nghiệp đã phát triển rất nhiều thiết bị có ảnh hưởng lớn tới cuộc sống trong thế kỷ 20. Ông là một trong những nhà phát minh đầu tiên ứng dụng các nguyên lýsản xuất hàng loạt vào quy trình sản xuất, đã tạo ra phòng nghiên cứu công nghiệp đầu tiên. Một số phát minh được gán cho ông, tuy ông không là người đầu tiên có ý tưởng đó, nhưng sau khi bằng sáng chế đầu tiên được thay đổi trở thành của ông, nó được hoàn thiện về công nghệ và thương mại hóa,nổi tiếng nhất là bóng đèn sợi đốt, trên thực tế là công việc của rất nhiều người. Edison được coi là một trong những nhà phát minh giàu ý tưởng nhất trong lịch sử, ông có 1.093 bằng sáng chế tại Hoa Kỳ dưới tên ông, cũng như các bằng sáng chế ở Anh, Pháp, và Đức (tổng cộng 1.500 bằng phát minh trên toàn thế giới). Thomas là đứa con thứ bảy trong gia đình. Thuở nhỏ, Edison nổi tiếng là một cậu bé hiếu kì. Edison đi học muộn vì vốn ốm yếu. Trong khi bạn bè đồng lứa còn ham chơi thì Edison đã luôn băn khoăn tìm hiểu mọi vật. Vì những trò nghịch ngợm mà Edison đã bị đuổi học sau khi đi học được ba tháng. Mẹ ông đảm nhận việc dạy con. Bà khuyến khích và dạy ông đọc và làm thực nghiệm. Không học ở trường, Edison tự học ở sách theo cách riêng của mình. Dần dần, với sự suy nghĩ, tìm tòi, không chú trọng lý thuyết suông, từng bước Edison đã chinh phục những gì mà người thời bấy giờ cho là không tưởng. Ông sáng lập viện nghiên cứu đầu tiên với mục đích tạo ra các cải tiến và cách tân liên tục trong công nghệ. Chính tại đây, đa số các phát minh được đưa vào thực tiễn của ông đã ra đời.Ông đóng góp trong việc thực nghiệm điện thoại, máy quay đĩa, tàu điện, máy phân tích quặng, đèn điện, và một số cải tiến phát minh khác. Đa số các bằng sáng chế của Edison là những bằng sáng chế hữu ích, chỉ khoảng hơn mười chiếc là bằng sáng chế thiết kế. Nhiều phát minh của ông không hoàn toàn là ý tưởng ban đầu của ông, nhưng những cải tiến giúp nó có thể được sản xuất hàng loạt là của ông. Ví dụ, trái với điều mọi người vẫn nghĩ, Edison không phát minh ra bóng đèn điện. Nhiều thiết kế đã được phát triển bởi các nhà phát minh từ trước đó gồm cả bằng sáng chế mà ông mua lại từ Henry Woodward và Mathew Evans, Moses G. Farmer, Joseph Swan, James Bowman Lindsay, William Sawyer, Humphry Davy, và Heinrich Göbel. Edison đã lấy các ưu điểm các thiết kế trước đó và cải tiến chúng. Năm 1879, ông đã chế tạo một bóng đèn sợi đốt có độ bền cao trong một môi trường chân không, thắp sáng hàng trăm giờ. Trong khi những nhà phát minh trước đó đã chế tạo đèn điện trong các điều kiện phòng thí nghiệm, Edison đã tập trung vào việc áp dụng thương mại hóa và sản xuất hàng loạt các bóng đèn có tuổi thọ cao và tạo ra một hệ thống phát và cung cấp điện. 5.Nguyên lý cấu tạo, đặc điểm và tương lai của đèn sợi đốt Cấu tạo đèn sợi đốt (hình 18) rất dơn giản gồm bóng thủy tinh chịu nhiệt 1 bên trong chứa khí trơ 2, sợi đốt vonfram 3 được nối điện bằng dây dẫn 4 nối với điện cực 11,đầu 5 được nối với đui và được đỡ bằng trụ thủy tinh 7 và sợi kim loại 6. Đui xoáy 9 bằng kim loại bên trong là chất gắn cách điện 10. Khi đặt vào điện áp có dòng điện chạy qua làm sợi đốt nung nóng, phát sáng. Nếu đèn có công suất P = 100 W thì ở điện áp U = 220V dòng điện qua đèn là: I = P/U = 100/220 = 0,45 A Trong đèn sợi đốt90% điện năng tiêu thụ biến thành nhiệt và chỉ khoảng 10% biến thành quang năng. Đèn sợi đốt có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, hệ số thể hiện màu rất tốt CRI ≈100. Tuy nhiên hiệu suất năng lượng thấp chỉ khoảng 15-20 lm/W, tuổi thọ thấp do trong quá trình làm việc ở nhiệt độ cao sợi đốt bị bay hơi, dễ đứt là khuyết điểm quan trọng của đèn sợi đốt. Có nhiều ý tưởng công nghệ để cải tiến đèn sợi đốt như chế tạo sợi đốt vonfram xoắn. Tuy nhiên vì các nhược điểm kể trên, luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Việt Nam quy định loại bỏ các đèn sợi đốt trên 60 W ra khỏi thị trường. Với sự ra đời và hoàn thiện của điôt phát quang LED có hiệu suất năng lượng cao hơn đèn sợi đốt 10 lần, tuổi thọ cao hơn 20 lần, có độ bền cơ cao, không phát thải tia UV và khí độc hại, chất lượng ánh sáng tuyệt hảo, dễ điều khiển… hệ thống chiếu sáng công nghệ LED đáp ứng mọi yêu cầu của thành phố thông minh, của cách mạng 4.0 nên đèn sợi đốt đang lùi vào dĩ vãng. Chỉ trong một số yêu cầu chiếu sáng thẩm mỹ cao như chiếu sáng viện bảo tàng, phòng tranh… đèn sợi đốt halogen còn có chỗ đứng. 6. Kết luận Thomas Alva Edison không hẳn là người đầu tiên và duy nhất phát minh ra bóng đèn sợi đốt, nhưng những cống hiến của ông trong việc hoàn thiện đèn sợi đốt, đưa nó trở thành nguồn sáng thực sự ứng dụng rộng rãitrong thực tế, đã làm cho tên tuổi của ông được kể đến đầu tiên trong việc phát minh ra đèn sợi đốt. Đèn sợi đốt được coi là nguồn sáng của cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20. Giữa và cuối thế kỷ 20 là thời kỳ của các đèn phóng điện chất khí (đèn huỳnh quang, đèn sodium…). Thế kỷ 21 là kỷ nguyên của điôt phát quang LED. Cuộc đời của Edison là bằng chứng chân thực nhất của một nhà khoa học và công nghệ chân chính, những phát minh của ông sẽ còn rọi sáng nhiều thế kỉ nữa. Trong suốt cuộc đời cống hiến tận tụy của mình ông luôn là người tự học.Ông đã đọc tới hơn 10.000 cuốn sách và mỗi ngày ông có thể đọc hết 3 cuốn sách. Trí nhớ siêu việt, đầu óc sáng tạo và phương châm dựa vào thực tiễn đã làm cho Edison trở thành nhà phát minh vĩ đại của thế kỉ 20. Ông có một câu nói rất nổi tiếng: “Thiên tài chỉ có 1% là linh cảm, 99% là mồ hôi và nước mắt”. Lê Văn Doanh – Nguyễn Triệu Sơn – Đỗ Đức Anh |