چگونه لامپ برق نور می دهد؟

دانشمند انگلیسی همفری دیوی در سال 1800 میلادی دست به یکسری آزمایش هایی در زمینه الکتریسیته زد. دیوی برای انجام دادن آزمایش های مورد نظرش چیزی را در اختیار داشت که ما آن را امروزه «باتری برقی» می نامیم.

دیوی با باتری خویش (که بسیار هم ضعیف بود) آزمایشی انجام داد. اول چند رشته سیم را به انتهای باتری وصل کرد و سپس روی سر دیگر هر یک از سیم ها یک تکه زغال چسباند. آنگاه مشاهده کرد که از برخورد و جدا شدن تکه های زغال، جرقه تولید می شود. دیوی نام این جرقه‌ها را «قوس الکتریکی» گذاشت و این جرقه‌ها اولین وسیله‌ای بود که ثابت کرد بشر می‌تواند از نور برق استفاده کند.

این دانشمند انگلیسی در مرحله دیگری از آزمایش های خود، یک سیم نازک از جنس پلاتین را بر داشت و آن را به جای دو عدد از همان قطعه زغال های آزمایش شده، طوری قرار داد که سر هر دو سیم، به همدیگر متصل گردید. دیوی این بار مشاهده کرد که جریان برق از درون باتری وارد سیم پلاتین شد و آن را طوری داغ و برافروخته کرد که شروع به نور افشانی نمود.

این اولین لامپ برقی ساده‌ای بود که بدست همفری دیوی اختراع گردید ولی مشکل بزرگی که داشت این بود که منبع روشنایی‌اش بسیار ضعیف بود. یکی از شاگردان همفری دیوی (که مایکل فارادی نام داشت) به آزمایش دیگری دست زد. این آزمایش، تجربه ای بود که او را در تکمیل مولدهای برقی موفق ساخت. (از آن به بعد، با استفاده از موتورهای بخار، مولدهای برقی را به کار انداختند و منابع نیرومندتری برای تولید برق در اختیار گرفتند.)

در همان روزها نیز در آمریکا مردی به نام توماس ادیسون سرگرم آزمایش با «فیلامنت های زغالی» بود. فیلامنت های زغالی رشته های نازکی از جنس زغال بود که به صورت الیاف باریک مورد استفاده این دانشمند قرار می گرفت. ادیسون زمانی که در درون این فیلامنت‌ها جریان الکتریسیته را برقرار می‌کرد، می‌دید که فیلامنت‌ها اول داغ می‌شوند و سپس شروع به نور افشانی می‌کنند.

ولی این آزمایش نقص بزرگی داشت و آن این بود که فیلامنت‌ها در هوای آزاد آزمایشگاه ادیسون سریع می‌سوختند و از بین می‌رفتند. ادیسون برای برطرف کردن این نقص، فیلامنت های زغالی را در درون یک محفظه ی شیشه ای (همان لامپ) قرار داد. سپس هوای داخل لامپ را نیز با کمک یک تلمبه مخصوص ایجاد خلاء، بیرون کشید.

بعد از اینکه آزمایش خود را تکرار کرد، متوجه شد که این بار فیلامنت‌ها به خوبی برافروخته شده‌اند و روشنایی به اطراف پخش می‌کنند. در ضمن، چون در فضای درون لامپ هیچ اکسیژنی وجود نداشت، فیلامنت های زغالی دائماً نور افشانی می کردند و از بین نمی رفتند.

بدین شکل اولین لامپ برقی توسط توماس ادیسون ساخته شد.

دانشمندان دیگری بعد از ادیسون برای تکمیل اختراع وی، گام های دیگری برداشتند و به آزمایش های دیگری دست زدند. به عنوان مثال، بعضی از دانشمندان متوجه شدند که اگر فیلامنت های زغالی را بیشتر حرارت دهند و داغ ترشان کنند، فیلامنت ها روشنایی بیشتری ایجاد می کنند. آنگاه به این فکر فرو رفتند که موادی را جستجو کنند که تحمل حرارت های شدیدتری را داشته باشند، یعنی حرارت بسیار ببینند بدون اینکه خودشان ذوب شوند. یکی از موادی که چنین امتیازی را داشت، فلزی به نام «تانتال» بود که تا زمانی که حرارتی برابر با 2837 درجه سانتیگراد نبیند، ذوب نخواهد شد. در سال 1905 میلادی این فلز در صنعت لامپ سازی مورد استفاده قرار گرفت.

بهتر از تانتال، فلز دیگری بود که «تنگستن» نام داشت که برای ذوب شدن به حرارت 3370 درجه سانتیگراد احتیاج دارد. اما هیچکس نمی توانست فلز تنگستن را به شکل تارها و رشته های باریک برای مصرف در لامپ ها در بیاورد. اما با گذشت زمان، این اشکال نیز بر طرف گردید بطوریکه هم اکنون لامپ های برقی که مجهز به فیلامنت های تنگستنی هستند، از متداول ترین لامپ های جهان به شمار می روند.

منابع

1. کتاب به من بگو چرا و چگونه. نوشته آرکادی لئوکوم. ترجمه سعید درودی. انتشارات بهزاد. سال 1391.