전기 램프. 발명과 생산의 역사

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전기 램프. 발명과 생산의 역사

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백열등은 전류에 의해 고온으로 가열된 백열등 본체에서 빛을 방출하는 인공 광원입니다. 발열체로는 내화성 금속(대부분 텅스텐) 또는 탄소 필라멘트로 만든 나선형이 가장 많이 사용됩니다. 공기와 접촉 시 가열체의 산화를 방지하기 위해 진공 플라스크 또는 불활성 가스 또는 할로겐 증기로 채워진 플라스크에 넣습니다.

현대 백열 램프: 1 - 전구; 2 - 플라스크의 공동(진공 또는 가스로 채워짐); 3 - 글로우 바디; 4, 5 - 전극(전류 입력); 6 - 열 몸체의 후크 홀더; 7 - 램프 다리; 8 - 전류 리드의 외부 링크, 퓨즈; 9 - 기본 사례; 10 - 기본 절연체(유리); 11 - 밑면의 접촉

XNUMX세기의 마지막 수십 년 동안 전기 조명은 많은 유럽 도시의 삶에 들어왔습니다. 거리와 광장에 처음 등장한 그것은 곧 모든 집과 모든 아파트에 침투하여 모든 문명인의 삶의 필수적인 부분이 되었습니다. 그것은 기술의 역사에서 가장 중요한 사건 중 하나였으며 막대하고 다양한 결과를 가져왔습니다.

전기 조명의 급속한 발전은 대량 전기화, 에너지 혁명 및 산업의 주요 변화로 이어졌습니다. 그러나 많은 발명가들의 노력으로 전구처럼 우리에게 흔하고 친숙한 장치를 만들지 않았다면 이 모든 일이 일어나지 않았을 것입니다. 인류 역사상 가장 위대한 발견 중 그녀는 의심할 여지 없이 가장 영예로운 장소 중 하나에 속합니다.

XNUMX세기에는 백열등과 아크등의 두 가지 유형의 전등이 널리 보급되었습니다. 아크 전구는 조금 더 일찍 나타났습니다. 그들의 빛은 볼타 아크와 같은 흥미로운 현상을 기반으로 합니다. 두 개의 전선을 가져 와서 충분히 강한 전류원에 연결하고 연결 한 다음 몇 밀리미터 거리에서 밀어 내면 도체 끝 사이에 밝은 빛을 가진 불꽃과 같은 것이 형성됩니다. 금속 와이어 대신 두 개의 뾰족한 탄소 막대를 사용하면 현상이 더 아름답고 밝아집니다. 그들 사이에 충분히 큰 전압이 있으면 눈부신 힘의 빛이 형성됩니다.

볼타 아크

1803년 러시아 과학자 바실리 페트로프(Vasily Petrov)가 처음으로 볼타 아크 현상을 관찰했습니다. 1810년에 영국의 물리학자 Devi도 같은 발견을 했습니다. 두 사람 모두 목탄 막대의 끝 사이에 큰 셀 배터리를 사용하여 볼타 아크를 얻었습니다. 둘 다 볼타 아크가 조명 목적으로 사용될 수 있다고 썼습니다. 그러나 먼저 숯 막대가 몇 분 안에 타서 실용에 거의 사용되지 않았기 때문에 전극에 더 적합한 재료를 찾는 것이 필요했습니다. 아크 램프는 또 다른 불편을 겪었습니다. 전극이 타면서 지속적으로 서로를 향해 움직여야했습니다. 그들 사이의 거리가 허용 가능한 최소값을 초과하자마자 램프의 빛이 고르지 않게 깜박이기 시작하고 꺼졌습니다.

프랑스의 물리학자 푸코는 1844년에 수동으로 조정할 수 있는 최초의 아크 램프를 설계했습니다. 그는 숯을 하드 콜라 스틱으로 교체했습니다. 1848년에 그는 처음으로 파리의 광장 중 하나를 밝히기 위해 아크 램프를 사용했습니다. 강력한 배터리가 전기 공급원 역할을 했기 때문에 짧고 매우 비싼 경험이었습니다. 그런 다음 태엽에 따라 자동으로 전극을 이동시키는 시계 장치로 제어되는 다양한 장치가 발명되었습니다.

실용적인 관점에서 볼 때 추가 메커니즘으로 복잡하지 않은 램프를 갖는 것이 바람직하다는 것이 분명합니다. 그러나 그들 없이는 할 수 있었습니까? 그렇다는 것이 밝혀졌습니다. 두 개의 석탄이 서로에 대해 배치되지 않고 병렬로 배치되어 두 끝 사이에서만 호가 형성될 수 있는 경우 이 장치를 사용하면 석탄 끝 사이의 거리가 항상 변경되지 않습니다. 그러한 램프의 디자인은 매우 단순해 보이지만 그 제작에는 엄청난 독창성이 필요했습니다. 그것은 Academician Breguet의 작업장에서 파리에서 일했던 러시아 전기 엔지니어 Yablochkov에 의해 1876 년에 발명되었습니다.

Yablochkov 양초는 밀도가 높은 회전 석탄으로 만든 두 개의 막대로 구성되며 병렬로 배열되고 석고판으로 분리됩니다. 후자는 석탄을 함께 고정하고 분리하는 역할을 모두 수행하여 석탄의 상단 사이에서만 볼타 아크가 형성되도록 하기 때문에 이중 역할을 했습니다. 석탄이 위에서 타면서 석고판이 녹고 증발하여 석탄의 끝이 항상 판 위로 몇 밀리미터 돌출되었습니다.

촛불 Yablochkov, 1876

Yablochkov의 양초는 모든 사람의 관심을 끌었고 많은 소음을 냈습니다. 1877년 그들의 도움으로 파리의 Avenue de L'Opera에 거리 전기가 처음으로 설치되었습니다. 이듬해에 열린 세계 박람회는 많은 전기 공학자들에게 이 놀라운 발명품에 대해 알 수 있는 기회를 제공했습니다. "Russian Light"라는 이름으로 Yablochkov의 양초는 나중에 전 세계 여러 도시에서 가로등으로 사용되었습니다. 이 램프는 양극과 음극의 연소 속도가 동일하지 않고 직류의 경우 양극을 두껍게 만들어야했기 때문에 독점적으로 교류가 필요하다는 점에서 궁금합니다.

Yablochkov 양초 장치

Gramm이 첫 번째 교류 발전기를 만든 것은 Yablochkov를 위한 것이었습니다. 그러나 Yablochkov 양초의 장점과 함께 단점이 있습니다. 가장 큰 불편은 석탄이 매우 빨리 타 버렸다는 것입니다. 중간 크기의 양초가 XNUMX 시간 이상 빛나지 않았습니다.

그러나 이러한 단점은 다른 많은 아크 램프에 내재되어 있습니다. 한 번 이상, 발명가들은 산소가 없는 대기에서 볼타 아크를 둘러싸는 아이디어를 가졌습니다. 결국 이것 덕분에 램프가 훨씬 더 오래 태울 수 있습니다. 오랫동안 이러한 시도는 전체 램프에서 전체 공기를 펌핑하려고 시도했기 때문에 실패했습니다. American Jandus는 돔 아래에 전체 램프가 아니라 전극 만 배치한다는 아이디어를 처음으로 내놓았습니다. 볼타 아크가 발생하면 용기에 포함된 산소가 뜨거운 탄소와 빠르게 반응하여 용기 내부에 중성 대기가 곧 형성되었습니다. 틈 사이로 산소가 계속 흐르긴 했지만 그 영향력은 크게 약해졌고 그런 램프는 약 200시간 동안 계속해서 타오를 수 있었다.

전자기 제어가 가능한 아크 램프

그러나 이렇게 개량된 형태로도 아크 램프는 널리 쓰일 수 없었다. 볼타 아크는 매우 강한 광원입니다. 불타는 밝기는 특정 한계 이하로 줄일 수 없습니다. 따라서 아크 램프는 대형 홀, 스테이션 또는 광장을 비추는 데 사용되었습니다. 그러나 그들은 작은 생활 공간이나 작업 공간에서 사용하기에는 완전히 부적합했습니다.

백열 전구는 이런 의미에서 훨씬 더 편리했습니다. 누구나 자신의 장치를 알고 있습니다. 얇은 실을 통과하는 전류가 고온으로 가열되어 밝게 빛나기 시작합니다. 1820 년에 프랑스 과학자 Delarue는 백금 와이어가 백열 몸체 역할을하는 최초의 램프를 만들었습니다. 그 후 반세기 동안 필라멘트에 적합한 재료를 찾을 수 없었기 때문에 백열 램프는 거의 사용되지 않았습니다. 처음에는 석탄이 가장 편리해 보였다.

1873년 러시아의 전기공학자 로디긴은 석탄 필라멘트로 전구를 만들었습니다. 그는 풍선에서 공기를 펌핑하기 시작한 최초의 사람이었습니다. 결국 그는 최초의 백열 전구를 만드는 데 성공했고 어느 정도 실용화되었지만 여전히 매우 불완전했습니다. 1878년 미국의 전기공학자 Sawyer와 Man은 판지를 흑연 가루로 태워 작은 단면의 작은 탄소 아크를 만드는 방법을 발견했습니다. 이 호는 유리 캡으로 둘러싸여 있습니다. 그러나 이러한 전구는 수명이 매우 짧았습니다.

Lodygin의 램프, 1873

1879년 미국의 유명한 발명가 에디슨이 전구의 개량에 착수했습니다. 그는 전구가 오랫동안 밝게 빛나고 깜박이지 않는 빛을 가지려면 먼저 실에 적합한 재료를 찾고 두 번째로 매우 만드는 방법을 배우는 것이 필요하다는 것을 이해했습니다. 풍선의 희박한 공간. 에디슨의 특징적인 범위로 설정된 다양한 재료로 많은 실험이 이루어졌습니다. 그의 조수들은 적어도 6000개의 서로 다른 물질과 화합물을 테스트했으며 실험에 100만 달러 이상이 소요된 것으로 추정됩니다.

처음에 에디슨은 부서지기 쉬운 종이 숯을 석탄으로 만든 더 내구성 있는 숯으로 교체한 다음 다양한 금속을 실험하기 시작했고 마침내 탄 대나무 섬유 실에 정착했습니다. 같은 해 XNUMX명이 참석한 가운데 에디슨은 전구를 공개적으로 시연하여 그의 집, 실험실 및 인접한 여러 거리를 조명했습니다. 대량 생산에 적합한 최초의 장수명 전구였습니다.

에디슨 램프

대나무로 실을 만드는 데 비용이 많이 들었기 때문에 에디슨은 특수 가공된 면 섬유로 실을 드레싱하는 새로운 방법을 개발했습니다. 먼저 목화를 뜨거운 아연-염소 용액에 넣고 서서히 녹였습니다. 생성 된 액체는 펌프로 페이스트와 같은 상태로 걸쭉 해지고 얇은 튜브를 통해 알코올이 담긴 용기로 압착되었습니다. 여기에서 얇은 실로 바뀌고 드럼에 감겨 있습니다. 생성된 실은 여러 중간 작업에 의해 염소-아연 용액에서 제거되고, 건조되고, 절단되고, v자 모양으로 둘러싸이고 공기 접근 없이 오븐에서 까맣게 탄다. 그런 다음 필라멘트에 얇은 석탄층을 뿌렸습니다. 이를 위해 조명 가스로 채워진 캡 아래에 놓고 전류를 흘렸습니다. 전류의 작용으로 가스가 분해되고 필라멘트에 얇은 탄소층이 증착되었습니다. 이러한 모든 복잡한 작업 후에 스레드를 사용할 준비가 되었습니다.

전구를 만드는 과정도 매우 복잡했습니다. 스레드는 유리에 융합된 두 개의 백금 전극 사이의 유리 캡에 배치되었습니다(고가의 백금은 유리와 동일한 열팽창 계수를 가졌기 때문에 기밀성을 생성하는 데 매우 중요했기 때문에 사용해야 했습니다). 마지막으로, 수은 펌프의 도움으로 공기가 전구 밖으로 펌핑되어 정상 압력에서 포함된 공기의 XNUMX억분의 XNUMX 이하만 남게 되었습니다. 펌핑이 끝나면 전구를 납땜하고 카트리지에 나사로 고정하기 위해 접점이있는 받침대에 놓았습니다 (카트리지와 받침대뿐만 아니라 오늘날까지 변함없이 살아남은 전기 조명의 다른 많은 요소-스위치, 퓨즈, 전기 계량기 등도 Edison이 발명했습니다).

에디슨 전구의 평균 수명은 800-1000시간 연속 연소였습니다.

거의 1890년 동안 전구는 위에서 설명한 방식으로 만들어졌지만 미래는 금속 필라멘트가 있는 전구에 있었습니다. 3385년에 Lodygin은 백열 온도가 XNUMX도인 내화성 텅스텐으로 만든 금속 와이어로 탄소 필라멘트를 교체하는 아이디어를 내놓았습니다. 그러나 그러한 전구의 산업 생산은 XNUMX세기에 들어서야 시작되었습니다.

저자: Ryzhov K.V.

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그래핀은 뇌에 침투하는 데 도움이 됩니다. 17.01.2017

인간의 뇌는 매우 복잡하고 독특한 시스템이며 이를 연구하는 방법은 많습니다. 우리는 신경간 접촉의 변화(시냅스) 또는 혈액 순환의 변화로 뇌의 정보 처리를 판단할 수 있습니다. 작업 영역에는 더 많은 영양소와 산소가 필요합니다. 그리고 본질적으로 인간 두뇌에 대한 연구는 다양한 자극에 대한 반응으로 나타나는 이 두 가지 유형의 활동을 관찰하는 것으로 축소됩니다.

일반적으로 신경생리학적 연구를 위해 특수 어레이의 미세전극(즉, 공통 매트릭스에 설치된 많은 전극)을 뇌에 이식하여 여러 위치에서 한 번에 전기 신호를 감지할 수 있습니다. 실험에 따라 이러한 매트릭스는 뇌 표면이나 뇌 깊숙이 이식됩니다.

미세 전극의 매트릭스는 일반적으로 불투명한 접촉, 재료 전체의 제한된 투명도, 다양한 파장에 대한 불균일한 투과율과 같은 여러 가지 단점이 있습니다. 그들은 종종 뇌가 염증에 반응하는 단단하고 생체 적합성 물질로 만들어집니다. 이상적으로 매트릭스는 파란색(광유전학에 사용)에서 적외선(XNUMX광자 형광 현미경에 사용) 스펙트럼, 유연하고 생체 적합성까지 다양한 주파수의 빛으로 뉴런을 자극할 수 있도록 넓은 범위에 걸쳐 투명해야 합니다. 또한 충분히 얇은 것이 바람직합니다. 적절한 투명도를 통해 정보의 광학 수집을 최적화할 수 있습니다.

매트릭스 신경 전극의 경우 티타늄 스퍼터링된 인듐 티타늄 산화물(ITO) 또는 지르코늄과 같은 재료가 자주 사용됩니다. 그들은 각각 빛의 80%와 60%를 투과하지만 처리량은 파장에 크게 의존하기 때문에 신경 자극이나 반응 신호 감지를 위해 서로 다른 파장의 빛을 사용하는 여러 방법을 결합하기가 어렵습니다.

미국 물리학자들과 신경과학자들은 그래핀을 기반으로 한 새로운 미세전극 매트릭스를 개발했습니다. 그래핀은 하나 이상의 원자 두께인 탄소 원자의 벌집 모양 결정입니다. 사실, 이것은 XNUMX차원 결정입니다. 스택에 그래핀 층을 많이 만들면 모두에게 잘 알려진 흑연이 생깁니다.

그래핀은 매우 유연하면서도 두께에 비해 매우 강합니다. 또한 자외선에서 적외선까지의 스펙트럼에서 약 90%의 투명도를 가지며 우수한 전류 전도체입니다. 많은 연구자들이 그래핀을 활발히 연구하는 이유와 이를 사용하여 얇고 유연한 전극을 만들 수 있는 가능성을 연구하는 이유는 분명합니다.

신경과학자들은 그들의 발명에 대해 큰 희망을 가지고 있습니다. 그들은 이 발명이 뇌 활동 연구와 임플란트 생성에 대한 다양한 연구에 적용될 수 있다고 확신합니다. 또한, 이러한 미세 전극 배열은 세포 성장을 모니터링하는 것이 매우 중요한 세포 배양 실험에서도 유용합니다.

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