Mặc dù Thomas Edison thường được cho là người đã phát minh ra bóng đèn, nhưng nhà phát minh nổi tiếng người Mỹ không phải là người duy nhất đóng góp cho sự phát triển của công nghệ cách mạng này. Nhiều nhân vật đáng chú ý khác cũng được ghi nhớ cho công việc của họ với pin điện, bóng đèn và tạo ra các bóng đèn nóng sáng đầu tiên.
Nghiên cứu và phát triển ban đầu
Câu chuyện về bóng đèn bắt đầu rất lâu trước khi Edison được cấp bằng sáng chế bóng đèn.
Câu chuyện về bóng đèn bắt đầu rất lâu trước khi Edison được cấp bằng sáng chế cho sự phát minh bóng đèn thành công và đưa vào thương mại lần đầu tiên vào năm 1879. Năm 1800, nhà sáng chế người Ý Alessandro Volta đã phát triển phương pháp thực tế đầu tiên để sản xuất điện, đó là dòng điện thế. Được làm từ đĩa xen kẽm và đồng, xen kẽ với các lớp giấy bóng ngâm trong nước muối, cọc dẫn điện khi dây đồng được nối ở hai đầu. Trong khi được xem như là vật tiền nhiệm của pin hiện đại ngày nay, dây đồng sáng của Volta cũng được coi là một trong những biểu hiện sớm nhất của ánh sáng chớp.
Không lâu sau khi Volta phát hiện ra một nguồn điện liên tục cho Royal Society ở London, Humphry Davy - một nhà hóa học và là nhà phát minh của Anh đã sản xuất ra đèn điện đầu tiên trên thế giới bằng cách kết nối các cột điện voltaic với các điện cực than củi. Phát minh 1802 của Davy được biết đến như là một đèn hồ quang điện, được đặt tên cho vòng cung sáng phát ra giữa hai thanh carbon của nó.
Trong khi đèn hồ quang của Davy chắc chắn là một sự cải tiến đối với các những thứ độc lập của Volta, nhưng nó vẫn không phải là một nguồn chiếu sáng thực tế. Đèn thô sơ này bị cháy nhanh và quá sáng để sử dụng trong nhà hoặc không gian làm việc. Nhưng những nguyên tắc đằng sau ánh sáng hồ quang của Davy đã được sử dụng trong suốt những năm 1800 trong việc phát triển nhiều bóng đèn điện và những bóng đèn khác.
Bóng đèn sử dụng dây nano cuộn platin.
Vào năm 1840, nhà khoa học người Anh Warren de la Rue phát triển một bóng đèn được thiết kế hiệu quả trên việc sử dụng dây nano cuộn platin thay vì đồng, nhưng chi phí platin cao khiến cho loại bóng đèn ấy không thể trở thành một thành công thương mại. Và vào năm 1848, William Staite cải thiện tuổi thọ của đèn hồ quang thông thường bằng cách phát triển cơ chế đồng hồ điều chỉnh sự chuyển động của các thanh carbon để chống sự ăn mòn nhanh chóng. Tuy nhiên, chi phí của pin dùng để cấp điện cho đèn của Staite đã làm giảm ngân sách cho các dự án thương mại của nhà phát minh.
Joseph Swan vs Thomas Edison
Năm 1850, nhà hoá học người Anh Joseph Swan đã giải quyết vấn đề hiệu quả về chi phí của các nhà phát minh trước đây và đến năm 1860, ông đã phát triển một bóng đèn sử dụng các sợi dây tóc được carbon hóa thay cho những sợi platin. Theo học viện Smithsonian, Swan nhận được bằng sáng chế tại Anh Quốc vào năm 1878, và tháng 2 năm 1879 ông đã chứng minh được một chiếc đèn làm việc trong một bài giảng ở Newcastle, Anh. Giống như các phiên bản trước của bóng đèn, sợi tóc của Swan được đặt trong một ống chân không để giảm thiểu sự tiếp xúc với oxy, kéo dài tuổi thọ của chúng. Thật không may cho Swan, những chiếc máy bơm chân không trong ngày của anh ta không hiệu quả như bây giờ, và mặc dù nguyên mẫu của anh ta làm việc tốt, nhưng việc sử dụng thực tế là không khả quan.
Edison nhận ra rằng, vấn đề với thiết kế của Swan là dây tóc. Một dây tóc mỏng với điện trở cao sẽ làm cho bóng đèn trở nên có hiệu quả hơn vì nó sẽ chỉ cần một chút điện năng để làm cho nó sáng. Ông đã chứng minh bóng đèn của mình vào tháng 12 năm 1879. Swan kết hợp cải tiến vào bóng đèn của mình và thành lập một công ty chiếu sáng điện ở Anh. Edison đã kiện vì vi phạm bằng sáng chế, nhưng bằng sáng chế của Swan là một tuyên bố mạnh mẽ, ít nhất là ở Vương quốc Anh, và hai nhà phát minh cuối cùng đã kết hợp với nhau, thành lập Edison-Swan United, trở thành một trong những nhà sản xuất bóng đèn lớn nhất thế giới.
Thomas Edison và phát minh bóng đèn của mình.
Swan không phải là đối thủ duy nhất Edison. Năm 1874, các nhà phát minh người Canada, Henry Woodward và Matthew Evans, đã công bố bằng sáng chế của mình cho một chiếc đèn điện với các thanh carbon khác nhau được giữ giữa các điện cực trong một chai thủy tinh đầy nitơ. Cả hai đã cố gắng nhưng không thành công trong việc thương mại hóa đèn của họ, cuối cùng đã bán bằng sáng chế cho Edison vào năm 1879.
Sự thành công của bóng đèn Edison được nối tiếp bởi sự ra đời của công ty Edison Electric Illuminating ở New York vào năm 1880. Công ty được thành lập bằng những đóng góp tài chính từ JP Morgan và các nhà đầu tư giàu có khác vào thời đó. Công ty đã xây dựng các trạm phát điện đầu tiên có thể cấp nguồn cho hệ thống điện và các bóng đèn mới đã được cấp bằng sáng chế. Trạm phát điện đầu tiên được khai trương vào tháng 9 năm 1882 trên phố Pearl ở khu Manhattan.
Theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, các nhà phát minh khác, như William Sawyer và Albon Man, đã sáp nhập công ty của họ với Edison và thành Tổng công ty Điện.
Ánh sáng thực sự đầu tiên của bóng đèn
Theo Edison, ông đã thành công và vượt qua các đối thủ cạnh tranh trong việc phát triển một loại bóng đèn rẻ tiền và thực tế. Edison và nhóm nghiên cứu của ông trong phòng thí nghiệm của Edison ở Menlo Park, New Jersey, đã thử nghiệm hơn 3.000 mẫu thiết kế cho bóng đèn giữa 1878 và 1880. Vào tháng 11 năm 1879, Edison đã nộp bằng sáng chế cho một chiếc đèn điện với sợi carbon. Bằng sáng chế đã liệt kê một số vật liệu có thể được sử dụng cho sợi dây tóc, bao gồm bông, vải lanh và gỗ. Edison đã dành cả năm kế tiếp để tìm ra sợi dây hoàn hảo cho bóng đèn mới của mình, kiểm tra hơn 6.000 cây để xác định vật liệu nào sẽ cháy lâu nhất.
Vài tháng sau khi được ban hành bằng sáng chế năm 1879, Edison và nhóm nghiên cứu của ông phát hiện ra rằng một sợi dây tóc làm từ carbon có thể đốt cháy hơn 1.200 giờ. Tre được sử dụng làm sợi dây tóc trong bóng đèn của Edison cho đến khi nó bắt đầu được thay thế bằng vật liệu bền lâu hơn trong những năm 1880 và đầu những năm 1900.
Năm 1882, Lewis Howard Latimer, một trong những nhà nghiên cứu của Edison, đã được cấp bằng sáng chế với một cách hiệu quả hơn để sản xuất sợi dây tóc. Và vào năm 1903, Willis R. Whitney đã phát minh ra phương pháp xsử lý cho những sợi dây tóc này cho phép chúng cháy sáng mà không làm đen phần bên trong bóng đèn thủy tinh.
Sợi Vonfram
Vonfram có điểm nóng chảy cao nhất so với bất kỳ nguyên tố hóa học nào.
William David Coolidge, một nhà vật lý người Mỹ với General Electric, đã cải tiến phương pháp sản xuất sợi vonfram của công ty vào năm 1910. Vonfram có điểm nóng chảy cao nhất so với bất kỳ nguyên tố hóa học nào, được Edison biết đến là một vật liệu tuyệt vời cho sợi dây tóc bóng đèn, nhưng máy móc cần thiết để sản xuất ra dây vonfram phải có chất lượng rất tốt, và không có sẵn vào cuối thế kỷ 19. Vonfram vẫn là vật liệu chính được sử dụng trong dây tóc sợi đốt nóng hiện nay.
Đèn LED
Đèn LED phát sáng được coi là tương lai của ánh sáng do yêu cầu năng lượng thấp hơn để hoạt động, với một mức giá thấp hơn để phải chi trả hàng tháng, và tuổi đời lâu hơn so với bóng đèn sợi đốt truyền thống.
Nick Holonyak, một nhà khoa học Mỹ tại General Electric, vô tình phát minh ra ánh sáng LED đỏ trong khi cố gắng tạo ra một chiếc laser vào đầu những năm 1960. Giống như các nhà phát minh khác, nguyên lý một số chất bán dẫn phát quang rực rỡ khi sử dụng điện đã được biết đến từ đầu những năm 1900, nhưng Holonyak là người đầu tiên được cấp bằng sáng chế cho việc sử dụng như một vật cố định.
Đèn LED phát sáng được coi là tương lai của ánh sáng do yêu cầu năng lượng thấp hơn để hoạt động.
Theo chỉ dẫn của DOE, trong vòng vài năm, đèn LED màu vàng và xanh lá cây được thêm vào và được sử dụng trong nhiều ứng dụng bao gồm đèn báo, màn hình máy tính và đèn giao thông. LED xanh được tạo ra vào đầu những năm 1990 bởi Isamu Akasaki, Hiroshi Amano và Shuji Nakamura, một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản và Mỹ, và họ đã giành Giải Nobel Vật lý năm 2014. LED xanh cho phép các nhà khoa học tạo ra bóng đèn LED trắng bằng cách phủ các điốt với photpho.
Thay đổi công nghệ
Ngày nay, sự lựa chọn ánh sáng đã mở rộng và người ta có thể lựa chọn các loại bóng đèn khác nhau, bao gồm các bóng đèn huỳnh quang compact (CFL) hoạt động bằng cách đốt nóng khí và phát ra ánh sáng và bóng đèn LED.
Một số công ty chiếu sáng đang đẩy xa giới hạn của những bóng đèn có thể làm, bao gồm cả Phillips và Stack. Phillips là một trong số nhiều công ty đã tạo ra bóng đèn không dây có thể được kiểm soát thông qua ứng dụng điện thoại thông minh. Phillips Hue sử dụng công nghệ LED có thể nhanh chóng bật hoặc tắt hoặc mờ đi bởi một app trên một màn hình điện thoại thông minh và cũng có thể được lập trình khác nhau tùy mục đích sử dụng. Các bóng đèn huỳnh quang cao cấp thậm chí có thể được thiết lập với nhiều màu sắc khác nhau (khoảng mười sáu triệu màu) và đồng bộ với âm nhạc, phim ảnh và trò chơi điện tử.
Stack, bắt đầu bởi các kỹ sư từ Tesla và NASA, phát triển một bóng đèn thông minh sử dụng công nghệ LED với nhiều chức năng khác nhau. Nó có thể tự động dò ra ánh sáng xung quanh và điều chỉnh khi cần thiết, nó tắt và bật cảm biến chuyển động khi có người vào phòng, có thể được sử dụng như một cảnh báo thức dậy và thậm chí điều chỉnh màu sắc trong suốt cả ngày để phù hợp với chu kỳ sinh học tự nhiên của con người và các mô hình của ánh sáng tự nhiên. Các bóng đèn cũng có một chương trình học tập được tích hợp để thích ứng với các đầu vào được cung cấp bởi người dùng theo thời gian. Và tất cả các chức năng này có thể được lập trình hoặc theo dõi từ bất kỳ điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng nào.
Những bóng đèn này tương thích với nhiều tùy chọn để biến cả ngôi nhà thành một ngôi nhà thông minh bao gồm việc sử dụng với Amazon Alexa, GoogleHome và HomeKit của Apple.