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
