Glólampinn 100 ára

Home/Greinar/Glólampinn 100 ára

Glólampinn 100 ára

23.08.2013|Categories: Greinar|

gisli_200eftir Gísla Jónsson, prófessor.
Erindi flutt á 25 ár afmælisfagnaði LFÍ, 22. október 1979.

Upphaf glólampans má rekja aftur til ársins 1802, þegar enski efnafræðingurinn og hugvitsmaðurinn Sir Humpry Davy sýndi fram á, að með því að hita upp ræmu af platínum eða öðrum málmi með rafstraum mætti fá fram útgeislun ljóss. Þeir ljósgjafar, sem byggja á því að fá fram útgeislun ljósgeisla með því að gera eitthvert efni glóandi með nægilegri upphitun, er einu nafni nefndir hitageislarar. Árangur Davys er því upphaf hitageislara.

Fyrsta skráða tilraunin til að búa til glólampa er, þegar D la Rue setti patínugorm í glerpípu, sem var eins vel lofttæmd og þeirra tíma tækni leyfði. Englendingurinn Sir Williams Robert Grove lýsti upp fyrirlestrarsal 1840 með ljósgjafa, sem var platínugormur, hitaður í glóandi ástand innan í ölkrús, sem var hvolft ofaní vatn í skál. Ljósið var afar dauft og raforkukostnaður lýsingarkerfisins var áætlaður nokkur hundruð ensk pund. Fyrsta einkaleyfið á glólampa var veitt Englendingnum Federick de Moleyns árið 1841. Lampi hans var all mikið frábrugðinn núverandi glólömpum. Á milli tveggja patínuþráða í nokkurn veginn lofttæmdri glerkúlu var komið fyrir viðarkolsdufti. Með því að senda rafstraum í gegnum platínuþræðina var viðarkolsduftið hitað, þar til það sendi frá sér ljós. Glerkúlan varð mjög fljótt svört að innan og entist lampinn því mjög stutt.

Seinni hluta 19. aldar voru gerðar margar tilraunir til að framleiða ljósbúnað til almennra nota. Árið 1856 fékk franski verkfræðingurinn C. de Chagny einkaleyfi á nýstárlegum glólampa fyrir námuvinnu. Hugmynd hans byggðist á notkun platínu í glóþráðinn.

Árið 1872 smíðaði rússneski eðlisfræðingurinn Alexandre de Lodyguine glólampa með V-laga glóþræði úr kolefni, sem settur var í glerkúlu, sem fyllt var með köfnunarefni. Er þetta fyrsta, skráða tilfellið um notkun lofttegundar í glólampa. Tvö hundruð slíkir lampar voru settir upp við Admiralty skipakvína í St. Pétursborg en lítil ending og mikill kostnaður olli því, að lampi þessi reyndist ekki raunhæf lausn.

Áður en einkaleyfi var veitt fyrir Edison glólampann árið 1880 beindu fjölmargir vísindamenn kröftum sínum að því að reyna að koma upp nothæfu lýsingarkerfi með glólömpum. Sá sem bestum árangri náði var Englendingurinn Sir Joseph Wilson Swan. Þegar árið 1850 tókst Swan að búa til kolefnisglóþráð úr pappír. Seinna notaði hann baðmullarþráð, sem meðhöndlaður var í brennisteinssýru og komið fyrir í lofttómi í glerhylki, en sæmilega góðu lofttómi tókst fyrst að ná í kringum 1875. Með notkun slíkra lampa, sem kallaðir voru rafglólampar, setti Swan upp all mikla almenna rafljósasýningu í Newcastle í Englandi 18. desember 1878.

Lokaþróun glólampans varð árangur af rannsóknarstörfum, sem Sir Swan og Thomas Alva Edison unnu í sitt hvoru lagi en samtímis að. Árangurinn byggist að verulegu leyti á tilkomu fullkominna lofttæmidælna, sem hugvitsmennirnir Hermann Sprengel og Sir Williams Crookes þróuðu.

Enda þótt uppfinning fullkomlega nothæfs glólampa sé almennt tileinkuð Edison, er sanngjarnt að telja þá báða, Edison og Swan feður glólampans. Edison hóf tilraunir sínar með glólampann árið 1877 og innan eins og hálfs árs hafði hann gert 1200 tilraunir. Hinn 21. október 1879 kveikti hann á glólampa, sem logaði stöðugt í 45 klukkustundir. Glóþræðinum, sem gerður var úr koluðum þræði, var komið fyrir í lofttæmdri glerkúlu. Síðar komst Edison að því, að glóþráður úr koluðum pappír af sérstakri gerð, mundi gefa möguleika á framleiðslu glólampa, sem lifað gæti á í nokkur hundruð klukkustundir. Kolaður bambusþráður reyndist síðar heppilegur í glóþræði.

Við tilraunir sínar með glólampann komst Edison að því, að þau rafkerfi, sem notuð höfðu verið við notkun ljósbogalampa og byggðu á raðtengingu þeirra, mundu ekki henta glólampanum. Samtímis tilraunum sínaum með glólampann þróaði Edison því nýjan raforkugjafa, jafnstraumsrafalann og ýmsan anna rafbúnað, sem gaf möguleika ásamsíðatengingu glólampanna.

Þýski eðlisfræðingurinn Max Karl Ernst Ludwig Planck og austuríski eðlisfræðingurinn Ludvig Bozman sýndu m.a. fram á, að útgeislun fá glóandi hlut vex með hækkandi hitastigi og að ljósið sé þeim mun hvítara, sem hitastigið er hærra. Bolzmann sýndi m.a. fram á, að útgeislunin er í réttu hlutfalli við algjört hitastig hins glóandi hlutar í fjórða veldi (Stefan Bolzman lögmál), þ.e. hitastigi hans í gráðum Kelvin ( °C+ 237,15 ). Hlutfallslega lítil aukning í hitastigi glóþráðar gefur því hlutfallslega mikla aukningu í ljósstreymi, en jafnframt því, sem glóþráðurinn er hitaður meira, vex uppgufun hans og ending minnkar þar með. Til þess að auka nýtni glólampans var því nauðsynlegt að finna efni í glóþráðinn, sem þoldi hærra hitastig og hafði minni uppgufun og meiri styrk en kolefnið, sem Edison notaði í sínar fyrstu perur. Athyglin beindist einkum að málmunum osmíum, tantalum og wolframi, bræðslumark þessara málma er um 2700, 2850 og 3380°C.

Auer von Welsbach tókst fyrstum manna að búa til glólampa með málmglóþræði. Hann notaði osmiom þráð. Fyrsta notkun þessa lampa var í Berlín og í Vínarborg árið 1899. Ókosturinn við þennan glólampa var sá, að osmíum er afar sjaldgæfur málmur og þar af leiðandi dýr. Framleiðslu osmíum lampans var hætt árið 1907, þegar wolfram lampinn kom fram á sjónarsviðið.Árið 1902 tókst rússneska efnafræðingunum Werner von Bolton að framleiða glólampa með glóþræði úr tantalum. Árið 1906 komu þessir lampar á markað í Bandríkjunum og voru í notkun til 1913. Bæði osmíum og tantalumglóþráðurinn, sem búnir voru til með “síntreringu” höfðu lítinn styrk en gáfu talsvert betri nýtni en kolglóþráðurinn eða um 6 lm/w.

Árið 1907 kom fyrsti glólampinn með wolframglóþræði fram á sjónarsviðið, en það var í Bandaríkjunum. Glóþráðurinn var búinn til úr pressuðu wolframi. Árið 1910 tókst Bandaríkjamanninum William D. Coolidge að framleiða dreginn wolframþráð, sem hafði mjög góða eiginleika sem glóþráður. Mið tilkomu wolframglóþráðarins urðu mestu framfarir, sem orðið hafa í smíði glóperunnar og komst nýtnin upp í 8-10 lm/w. Wolfram er enn í dag notað í alla glóþræði glólampa.

Árið 1913 notaði Bandaríkjamaðurinn Irving Langmuir óvirka lofttegund innan í glólampa til að draga úr uppgufun glóþráðarins, en það gaf möguleika á hærra hitastigi glóþráðarins en í lofttæmdum lömpum. Fyrst var einungis notað köfnunarefni en síðar blanda af því og argoni. Við notkun loftfylltra glólampa kom í ljós, að varmaleiðnin frá glóþræðinum reyndist svo til einvörðungu háð lengd þráðarins en ekkert háð þvermáli hans, svo lengi sem það var minna en þvermál svokallaðs Langmuirslags, sem myndast utan um glóþráðinn og er ca. 2 mm í þvermál. Því var ráð að minnka varmaleiðnina sem mest og bæta þar með nýtnina, að stytta glóþráðinn með því að vinda hann í gorm, sem farið var að gera samhliða því, sem byrjað var að loftfylla lampana. Með notkun óvirkra lofttegunda og undins glóþráðar náðist nýtnin upp í 12-15 lm/w.

Stærðir loftfylltra glólampa voru þegar frá upphafi táknaðar með aflnotkun lampans, þ.e. 15, 25, 40, 60, 75 og 100 w. Stærðir lofttómu lampanna með óundnum wolframglóþræði og kolþráðslampanna voru áfram táknaðar við ljósstyrk þeirra, þ.e. 10, 16, 25, 32 og 50 kerti (candela eða normalljós). Síðar meir voru glólampastærðir einungis táknaðar með aflnotkun en í almennu tali hélst þó kertaheitið. Þannig var til skamms tíma ekki óalgengt að heyra eldra fólk tala t.d. um 40 watta peru sem 40 kerta peru.

Árið 1925 var byrjað að matta innra yfirborð glerkúpuls glólampans með sýru. Möttun ytra yfirborðsins minnkaði nýtnina hins vegar um 3-5% og varð því ekki fyrir valinu. Síðar meir var innra yfirborð glerkúpulsins húða með silicíum- eða títandíoxíði, sem gefur enn betri ljósdreifingu en matt yfirborðið en lækkar jafnframt nýtnina meira eða um 4%.

Árið 1933 var farið að tvívinda glóþráðinn, sem gaf um 20% aukningu í nýtni. Síðasta umtalsverða endurbótin, sem gerð var á glólampanum, var sú að blanda lofttegundirnar með halogenefni, einkum joði eða brómi. Slíkir glólampar voru fyrst kallaðir joðgufulampar meðan einungir var notað joð, en síðar fengu þeir almenna heitið halogenlampar. Tilver halogenefnanna dregur úr uppgufun glóþráðarin, sem gefur möguleika á að hita hann meira upp og ná með því móti bæði betri nýtni og hvítara ljósi. Nýtni halogenlampa til almennra nota er 20-25 lm/w.