ŽARNICA (I. del) Staško Južnič*
Electric Light
ABSTRACT
We descriCe the invention of the incanQasc^ light, mostly aAer £Qi8on S expenmerts in vacuufn In Ihd first pari of n>is article we are dealing wrth the inventions made in USA.
POVZETEK
RazQtava opisuje odkntje <n razvci žamice pteOvseri po odkrniu prednosti žarer>js v vakuumu V prvam delu Opisujemo predvsem 'aziskovania v ZDA
1	UVOD
Z razvojsm uporabne žarnice si je Edisonov laboratorii v Menlo Parku ustvaril sloves tudi v svetu, ki ga je Wijiiam Thomson, poznejši Lord Kelvin, opisal z bese* dami: "... no one else is Edison " (Priedel, 1986» 198)) Seveda pa je Edisonovo delo le kronalo dolgoletna raziskovanja cele vrste znanstvenikov,
Letd 1879 je Edison začel s proizvodnjo žarnic zog Ij eno nitko pri tlakih tisočinko mbar. V Evropi se je podobna proizvodnja uveljavila Šele konec stoletja. Vakuumska tehnika je s tem postala temelj Industrije.
2	PRVE ŽARNICE
HufTiphryDavy(1778'1829) je letaifiOS opazil, da oglje med elektrodama hitro zgori in ga na zraku ni mogoče žareti kot platino. Leta 1806 je z veliko baterijo pred Royal institution of London (Rl) prikazal obfočnfco In žarnico.
Do šestdesetih let preteklega stoletja niso poznali dovolj cenenih virov električnega toka. Kljub temu so v več deželah patentirali žarnice, predvsem pa obločnice. Osnovni težavi sta bili iskanje materiala, ki ne bi prehitro zgorel, in uravnavanje stalne razdalja med elektrodama v obiočnici.
Jobard ie v Bruslju že leta 1838 opisal ogleno žarnico v vakuumu, ki jo je pozneje sestavil njegov učenec, Inženir de Changy. Vendar je moral prekiniti razisko* vanje, ko mu je pariška akademija odrekla podporo. Jobardovo idejo je leta 1841 patentiral Anglež de Moleyns.
Britanec William Robert Grove (181M 896) je leta 1840 poskusil žarenje platina v zraku. Obe vrsti žarnice je patentiral Američan J.W. Starr (I62l-1d4€), k^ je potoval po Angliji in propagiral svoja odkritja Nemški emigrant Heinrich Goebel Je leta 1868 po Rosenbergu (1916, 317) 1.1665) S tokom galvanske baterije žarel ŽICO iz platine v v^uumu živosrebrnega barometra. Z osvetljevanjem okna svoja urarske delavnice v New Yofku je privabljal kupce. Vendar so njegov izum kmalu pozabili (Siemens, 1957, I, 87; Šubic, 1897, 128-129: Friedei. 1986, 7-8, 94.116).
Leta 1872 je Aleksander Nikolajevič Lodigin (Lody-guine, 1847-1923) opisal vakuumsko žarnico z ogleno nitko med elektrodama iz medenine. Z n;o so naslednje leto razsvetlili ulk^e Peterburga. V posodo le postavil še nekaj nitk, s katerimi so nadomestili prvo, ko je po približno pol ure zgorela. Novembra 1874 je dobil Lo-monosovo nagrado akademiie znanosti, vendar je naslednje leto zaradi finančnih tazav nadaljeval raziskovanje v tujini. Januarja m februar/a 1876 so tn Lodiginove svetilke osvetljevale trgovino v Peterburgu, 12 pa so jih naročili pri pariški delavnici Julesa Dußoscqa. Poleti 1873 je Edison nabavil DuBoscqove obločmce za laboratorij v Newarku (Edison, 1991, 45, Spasktj 1964).
Slika 1: AJeksander Nikolsjevič Lodigin
' Stanislav Južnid je profesor iuike in računalništva na sredr^fl $oli v Kočevju. Leta I9d0ja diplomiral \z iehn»čr>e na ^ahuit^ti za ndfavosiov}« in lehnoiogi/o, magistnral pa lela 19d4 iz zgodovine (ijiHe rta Piio:ofski fakulteti v LJubljani
Slika 2: Lodiginovažarnice (Spuskij. 1964. str6instr.7)
2.1 EOlSONOVA ŽARNICA
Edison Je konec januarja In v začetku februarja 1677 začel, med septembrom 1877 in januarjem 1678 pa nadaJjeval raziskovanje obločnic in žarnic. V laborato-rijuje imel Gassiotovo elektronko že od leta 1675 Sredi septembra 1877 je Edison naročil Charlesu Batchelorju
naj vanjo vtakne kos oglja. Ker je brlotežko dobiti dovolj majhne kose, so raje uporabili pooglenen papir, ki so ga uporabljali tudi pri vzporednih raziskovanjih telefona. Ko so elektronko znovd zatesnili, so jo izčrpali z navadno zračno črpalko, nabavljeno marca 187$. Dobljeni vakuum je bil slab, tako da je žarjeni ogljik zgoreJ skoraj prav tako hitro kot na zraku. Zato so raje žareli silk:ij in bor. Žarnice so vezali zaporedno In tudi vzporedno, kar je pozneje peljalo k uspešnemu sistemu razsvetljave (Edison, 1994, XXXVI. 540-547),
Mladi samouk Tnomas Alva Edison (1S47-'I931) si |6 ustvani sloves v ZDA s riitnm posredovanjem telegrafskih m Časopisnih infonnacij med secesijsko vojno. Ukohstil le gospodarski razcvet po vojni tn pozimi 1875-1876, ob podpori (lewyorSkili denamiii mogotcev ki tiska, postavil pn/j indiistniskl raziskovalni laboratorij v Menk? Parluj. New Jersey, 40 km oddaljenem od New Yorl^a. Tu je med drugim nadaljeval 2 raziskovainjem teiegratije, dopolnil Belk)v telefon in utemeljil gramofon. Predvsem pa;e ustvani industrijo ^amtf. s katero se je po petih leth raziskav v UenJo Parku zmagoslavno preselil v New York kot vodi(hi izumitelj m poslovnež.
Slik& 3: Thomas AJva Edison (1847-1931)
Sredi teta 1678 je bil £dison močno izčrpan ch3 m* tenzivnega raziskovanja telegrafa Zato je rad sprejel vabilo vodilnih ameriških znanstvenikov» fizika BarKerja in astronoma Drap^r^, ki sta^a prosila, da jima pnskrbt svoj tasimet^r za opazovanje popoln^a sončnega mrl^ na zahodu ZDA. Skupno potovanje je traja'o od 13.7.187B do 26.8.1078. Spotoma so s> ogledali tudi laboratorij Britanca WilliamaWallaca (1625-1904) v An somi. Conncetut. Skupaj z Mosesom G. Farmerjem sta sestavila dinamo, ki so ga proizvajali od leta 1875. V času Edisonovega obiska se je Wallace ukvarjal s konstrukcijo močnega električnega generatorja "Tele-machon" m sistema oblo6ne razsvetljave z oglemmi ploščami (Frieddl, 1986, 6-7). Prve mono9rafij9 o vakuumu so izšle med leti 1906-1926
Z njimi teorija m eksperiment v vakuumu postaneta univerzalen del temeljev fizike (Kansky ,1993, 7).
Henry Draper (1837-1882) je zaslovel po prv» fotogrsfiji sončnega spektra Bil je sih Johna Wiiliama Draperja (161M632), KI je študiral na Ichdohsk» untvet^i, nato emignral v ZDA m v Nev^ YorXu zasiovel z raziskovanjem luminiscence.
Že nekaj dni po vrntvi v Menlo Park je Edison vodel. da je na sledi velikih izboljšav električne razsvetljavo Svoje izkušnje v razdeljevanju telegrafskih impulzov je nameraval uporatDiti tudi za razdeljevanje moči elok trične razsvetljave za posamične upof^nike. Dotedanje električne svetilke so bile uporabne le za močne javne luči, pri posameznih uporabnikih pa je prevladovala plinska razsvetljava, katere ohišja je Edison nameraval kar prirediti za žarnice {Priedel, 1986. 13). Njegov sloves je privabil gmotne mogotce z Wail Streeta k ustanovitvi Edison Electric Light Company (EELC).
Samouku Edisonu je bilo veliko do ugleda v znanstvenih krogih, čeprav v svojem laboratoriju dolgo m zaposloval znanstvenikov. Šele pod pritiskom J. Pier pont Morgana in drugih direktorjev EELC je moral novembra i878zaposlitr ameriškega fizika Francisa R Üptona, kl je končal Bowdoin College v državi Main in študiral na Princetonu ter pri Helmholtzu v Berlinu Üpton je kot matematično-tehnični svetovalec Edisona leto dni zbiral tiskano literaturo o žarnicr, dokler se ni posvetil vodenju proizvodnje žarnic.
Slika 4: Edisonova žarnica septembra 1877, narisana po spominu leto dni pozneje (Edison. 1994, 546)
i
Slika 5. Upton okoli leta 1682 (Fned&l, 1966, str 28)
Draper je fMxtpirdl Edisona tudi v American Association for the Advancement of Science (AAAS> tervbolj elitni Nacionaini akademiji znanosti (NAS) skupaj z Rowlan-dom. Slednji je pozneje, ob prevzemu predsedništva AAAS leta 18&3, v slovitem pozivu k čisti znanosti v nasprotju z večino ameriških {Barker) irt britanskih (W. Thomson, Crookes) raziskovalcev objavil, da Edisonovo raziskovanje električne žarnice m znanost, tako kot niso novi kuharski recepti kemija.
Barker je spoznal Edisona leta 1874 ob razstavi pn Franklinovem instrtutu In ga 3.11.1874 pisno povabil, naj predstavi svoje izume pri NAS. Kot pomočnik urednika Am. J. Phys in predsednik AAAS leta 1879 Je nagovoril Edisona in üptona. da sta za srečanje AAAS v St, Loulsu leta iS78 in v Saratoga Springsu leta 1879 pripravila tudi lastne referate (Edison, 1991,329; Houn* Shell, 1980, 612). Pozneje je postal nanj ljubosumen, saj je b)l baje prepričan, da je sam največji ameriški fizik.
Do leta tdd4, ko se je posvetil predvsem trženju, je Edison najprej ustanovil Telegraph Journal> nato pa je 3.6 1860 ustanovil revijo Science in poldrugo leto gmotno podpiral njeno tiskanje Science je poltretjo stran posvečala raziskavam elektrike, posebej pa je
poročala o delu EdiGonovcga laboratorija. Zo Ediso*
nom je podporo Science prevzel izumitelj telefona Alexander Graham Bell (Edison, 1991, 778; Pretzen 1989,129,132).
Edison je v dO*tlh letih z več tisoč dolarji podpiral tudi elektrotehnične programe v iolah (Rosenberg, 1983, 50).
2.2 ŽARNICE VVAKUUMU
Pn/i meseci raziskovanja žarnice v Menlo Parku so bili posvečeni iskanju primernega žanlnega materiala. Namesto volframa, oglja in iridija, ki ga je 7 10.1876 hvalil Farmer iz New Yort<d, so Izbrali platino. 6ila je draga in je bilo treba tok skozi njo posebej uravnavati z razmerorr^a zapletenimi povratnimi zankami, da se ne bi stalila nad 1769X. Zato pa se težko oksdirala in se je z njo Edison spr/a izognil uporabi vakuuma.

•r«&r ["««t«''
Slika 6: Vakuumska žarnica z nitko iz piauna^ ki oktobra 187Q še ni delovala (Friede!. 1986, str.87)
Razpoke in mehurčke v materialih so v Edisonovem laboratoriju preučevali z mikroskopom, kar je bda novost v industrijskem raziskovanju {Priedel, 1986, 46, 49). S tehtanjem so dognali, da postane Pt po segrevanju iaija, Edison je domneval, da plini v porah Pt po segrevanju zapustijo kovino in povzročijo poikodbe. Poskuse je vodil Upton, ki je (4.2.1879) domneval, da se v Pt adsorb I ra predvsem vodik. Nezaželene pline so izparili s predhodnim segrevanjem Pt v vakuumu in s ponovnim črpanjem pred zatalrtv^jo žarnice (Fnedel 1986, 51, 53). Zato so januarja 1879 začeli raziskovati v visokem vakuumu, ki se mu zdaj niso mogli več izogniti. Za razliko od predhodnikov je imel Edison na razpolago boljšo tehnologijo, zlasti Sprenglovo živo-srebrno črpalko, opisano leta 1865. Bila je sicer počasnejša od Geisslerjeve, vendar je omogočala večkratno črpanje in zato boljši končni vakuum do 0,1 Pa (Madey, 1984,14; Priedel, 1986,51.53),
Hermann Johann Philipp Sprengel (1834-1906) je bil roien v Schilierslage pri Mannovru MOdiral je v Gottingenu od leta 1655 in doktoriral v Heideibergu leta 1858 Naslednje leto |e postal asistent Benjamina Biodd na uniiteizi v Oxtordu. Od leta id&3 \6 raziskoval v Londonu kot kemik v Royal College of Chemistry in v Dolnicdh Guys in St dartholomewzs. V sledriji mu le predavateli kemii« William Qlding omogočil raziskovanje, ki ga le Drzkone kronal s svOjO pnrti črpalko, v kateri je z večkratnim zaporednim padanjem živega srebra izčrpaval zrak iz cevi. Črpalka je takoj prtšla v uporabo, saj jo je leta 1666 Thomas Granam (1605-1669) 2 University College v Londonu uporaDliai pn raziskovanju dutuziie plinov, kmaluza njim pa tudi Robert Wilhelm Bunsen (1611-1899) na univerzi v Keidelbergu.
Leta 1665 je Sprenger raziskoval v londonski kemični tovarni. Od leta 1870 je živel kot zasebnik in postal 8 let pozneje Fellow of the Royal Society of London (FRS) Leta 1881 je v Londonu in New Yofku na 16 straneh velikega formata objavil razpravo o vakuumski črpalki. Umrl je v Londonu.
Sprengelovo črpalko je izboljšal Crookesov asistent Charles Gimingham, ki je namesto ene uporabil več cevi z živim srebrom. Pri poskusih z radiometrom je Crookes uporabljal vakuum 0.04 Pa (Andrade. 1984, 82: DeKosky, 1984, 85>.
22.1.1879 je Edison zaman leiegrafiral prijatelju Bark-erju na univerzo v Philadelphiji m Mortonu v Hoboken. da na) mu pošJjejo Sprengelovo črpalko. Zato je sprva črpal z mehansko črpalko, v kateri je bil ttste čase tJak pare uporabljenih olj za tesnila višji od tlaka živega srebra (Edison, 1991. 375: Hablanian, 1984. 19) Edisonov sicer Izredno sposobni mehanik Kruesi namreč nI znal narediti Sprenglerjeve črpalke 26.3.1879 je Edison dobil Gelsslerjevo črpalko od ste-htopihaškega podjetja Alberta Reinmanna & Wliliama Baetza Iz New Vorka, istočasno pa drugo, podobno, vendar pokvarjeno, od nekdanjega Uptonovega profesorja Cyrusa F. Bracketa s Princetona.
Jonann Hemrlcn Krusi 0843-1899) je bil rojen v Meidenu, Appenzeil v Švici Kot menamkie delal v Zunchu In Parizu. Leta 1870 je flelal na Singerj^vih SivaJnih strojih v New J^rseyu ter prešel K Edisonu leta 1371 aii 1872. ime sije poamenkanil v John KnjsI (Kruesi). Leta 1882 je PiloOgo* voren za proizvodnjo v Edisonov) prvi osre(^|i postati v New Yorku {Eflison, 1991,633-034)
William ae la Rue in Hugo W. Muller sta leta 1878 v pariških Annalen de Chemie et de Phy$ique oDljavila razpravo o kombinaciji Geisslerjeve črpalke S Spren* glerjdvo in o McLeodovem vakuumskem merilnem Instrumentu. Edison je leta 1878 zaposlil steklopihača Ludwiga ßoehma (r.i6&9), ki je pred tem delal pn Gelsslerju v Bonnu. Sredi avgusta 1879 so Boehmove črpalke dosegale že desetinko Pa. V dobrem letu je ßoenm pri Edisonu izdelal tudi več kot 100 od skupno več kot 500 črpalk za tovarno žarnic v Menio Parku. Sprengel-Geisslerjeva črpalka, kot so jo projektirali v Edisonovem laboratortju. se je uporabljala do leta 1896. Dr. Otto Moses je 12.4.1880 izdelal za Edisona vakuumsko črpalko z zaprtim dnom m odprtinami pri strani, da b\ zmanjšal tlak živega srebra na dno Brez segrevanja je lahko dobil dober vakuum v petih urah. kar je bilo pn črpanju žarnic precej zamudno (Priedel» 1936. 61, 62, 159, 163. 251; Hablanman, 1984. 19, Singleton. 1984. 25).
Edison je poskuse v vakuumu objavil pod svojim imenom, kar je bil eden od vzrokov za poznejšo Up» tonovo zamero. Spiralna nit iz Pt premera 0.005 Inčev m mase 266 mg je po poldrugi uri žarenja v ognju vodika izgubila 8 mg. druga s 343 g pa ja po 9 urah žarenja izgubila 42 mg. Med žarenjem je po 20 minutah opazil tudi tanko plast zrcala na s^klenlh stenah. Po 5 urah žarenja Pt spirale ni bilo več mogoče videti skozi nastalo tanko plast na stenah.
Ko je spiralr>o nit prekril 2 oksidom magnezija z žare* njem prahu magnezijevaga acetata, se je namesto Pt na okoliškem steklu nabrsü magnezijev oksid. Tako se je prepričal, da pojav povzroča plin, kt Izhaja iz Pt spirale. Naparevanja m mogel preprečiti niti vakuum 2 mm Hg, temveč šele Črpanje s Sprengeiovo črpalko, ko pol cm dofga iskra 12 indukcijske tuljave nI mogla preskočiti skozi vakuum razdalje 1 mm.
Ko je 0,02 mm debel Pt vodnik žarel v Bunsanovem gorilniku, se je ponekod stalil in dobil "cik-cakasio' obliko. Pn štirikrat debelejšem vodniku sa to m zgodilo, saj večje sevanje površfna nI dopuščalo tolikšne temperature. Po segrevanju je pod mikroskopom opazil številne razpoke na vodniku. Po 20'minutnem žarenju je bilo mogoče razpoke opaziti tudi s prostim očesom, po nekaj urah pa je vodnik razpadel. Pojav sta opazila že J.W. Draper in francoskt kemik Tessle de Motay, kl je žarel Pt v vodiku.
Koje Edison dognal vzrok za razpad vodnika, gaje dal zaščitili s predhodnim žarenjem v vakuumu. Dobil je zelo homogeno in trdno R brez plinskih mehurjev m z visokim tališčem. Izdelal |e več platinastih spiral s sevalno površino 3/16 inča, ki so pri tališču žarele s 4 svečami. Nato je zrak izčrpal do 2 mm Hg. Spiralo so počasi greli s tokom do rdečega žara, da so pfin iz por spravili v vakuum. Vodnik so greh m hladili v intervalih
15 min, da je kovina zapolnila prostor v porah na mestih, kjer so se izločili plini Po 100 mm je spirala svetila s štirimi svečami, kar bi sicer staJilo navadno platino. Pri zelo počasnem segrevanju je dajala celo 30 sveč. Pod mikroskopom m bilo videti razpok na gladki srebrnobeli spirali, ki seje med postopkom stanjšala m JO je bilo zelo težko slaJib na ognju. S površ^ie. enake zrnu ajde, je dobil svetilnost 8 sveč. osemkrat več kol brez predhodnega segrevanja v vakuumu Z manj kot eno konjsko močjo je lahko napajal 16 takšnih svetilk s skupno svetinostjo 8x16 s i2d sveč.
Edison je preizkušal tudi druge kovine Železo je po opisanem postopku postalo trdno kot steklo in je svelNo bolje od navadne platine Aluminij se je stalil šele v belem žaru itd. (Edison. 1879.152-154)
2.3 VZPOREDNA ODKRITJA MED RAZISKOVANJEM ŽARNICE V EDISONOVEM LABORATORIJU
Sredi decembra 1878 je Uplon odkril, da pn visoki upornost! električne razsvetljave 200-300 omov ne potrebujemo dodatne energije, saj je ta odvisna le od od upornosti, temveč od žareče površine. Zato so v žarmci s pridom uporabili zelo tanke žareče nitke, ki so Jih podaljšali z navijanjem v spiralo Odkritje so fe bruarja 1879 patentirali v Veliki Britaniji
Tudi po uspehu z žarnico je Edison nadaljeval poskuse v vakuumu. O njegovem raziskovanju termoelektron-ske emisije iz leta 1883 smo že pisali {Nemanič, 1996, 21). Leta 1884 }e prijavil in 18 9,1894 dotjil patent za prekrivanje z izparevanjem v vakuumu po neposrednem segrevanju z enosmernim tokom, ki ga js imeno val "elektro vakuumska depozicija". Kljub temu pa za
Edison s 1902 patcnl
tCOVM CHAMUII
mo TATI fo MA^rr

ro r^f^mt roitr


Slika 7: Edisonova patentna $kica 13.11.1902 za "Postopek prekrivanja fonogra/skih ptoic' (R.K. Waits, £disory's Vacuum Coating Patents. AVS Newsletter (May/June 1997), str. 18)
odkritje nanašanj tankih plasti v vakuumu z Joulovim segrevanjem Pt-vodnikov pogosto navajajo 3 l^td poznejša deio Roberta Nahn^olda (r,1850), v katerem Edison m bil omenjen. Prav tako ga ni naslednje leto 1868 omenjal Kundt. ko je odkritje uporabil za določanje lomnega količnika tankih plasti kovin (Waits, 1997.18, Južnič, 1995,19).
Edison je uporabil tudi naprševanje z visokonapetostnim izmeničnim tokom, ki ga je bržkone slučajno odkril pn višjih tlakih. Tako je leta 1900 prijavil in 18.11.1902 dobil pdtent za "Postopek prekrivanja fonografskih plošč". Edisonova National Phonograph Company je naprševala tanke plasti zJata na fonograt* ske valje iz voska med letoma 1901 -i 921 {Waits, 1997, 19).
Tesnitev žarnice )e bila posebno težavna ot> vodnikih iz svinca Swan in drugi raziskovalci niso demonstrirali svojih dosežkov na tem področju, tako da je ta problem verjetno zadovoljivo rešil le Edison. Spn/a so v Menlo Parku tesnili z lesom, od leta 1881 pa so začeli uporabljati mavec iz Pariza {Priedel. 1986.116,171)
3 OGUIKOVA ŽARNICA
Uporabo vokuumö v žarnici je znova odprla rnožnost zamenjave platine s cenejšim ogljikom Oktobra 1679 so se v Menlo Parku vzporedno z raziskovanjem žarnice ukvarjali tudi z izdelavo telefonskih oddajnikov za britanski trg. Tako je bilo na voljo veliko ogljika za boben v telefonu in so ga preizkusili tudi v žarnici. 21.10.1879 so prižgali žarnico s poogleneno bom* bazno nitjo, ki naj Di po legendi gorela 40 ur, čeprav laboratorijska zapiski pričajo le o 30,& urah. 4.11 ,i 879 je bila vložena patentna zahteva, na podelftev patent pa je bilo treba čakati le 84 dni. V patentni zahtevi je Edison zapisal "Odkril sem, da tudi bomtiažna nit, primemo pooglenena in postavljena v zatesnjeno ste-kleno posodo» izcrparx} do milijontnke atmosfere, daje od 100 do 500 omov upora toku in je povsem stabilna pn zalo visokih temperaturah."Madey, 1984.14).
j>,<

Slika 9: Vakuumskd žamica z nitko iz poogteneneg^ papirja novembra 1079 (rHcde'. 1906, s(r. 10?)
6 12.1879 SO uporabili ogljik v obliki podkve New-comb. vodja urada za morrrarišKi almanah pn pomorskem observatoriju v Washingtonu. je sredi januarja pisal Edisonu, da bi bilo mogoče svetilnost žarnice močno povečati z uporabo bolj homogene in trdnejše oblike ogljika od pooglenenega papirja
Simon Newcomb (1835-1909) je bil rojen v Wallacu na Novem Škotskem. Leta 1884 le postal profesor matematike m astmnomrje na univerTi Jilin Hopkins v Baitimofj Univerza v Leyüenu mu je podelila častni doKtorat Skupaj s poznejšim Nobelovcem Albertom A Micnelsonom (1852-1931) s Domorske akademije |e bil Newcomb tedaj sredi priprav za merrtve svetlobne nitrosti z interleromeirom Edison je imel tedaj že tolikšen ugled med ameriškimi znanstveniki, da je Michelsona povabil, nai svoj interferometer postavi v Menlo Parl^. MtcIiBlson je povabilo vljudno odklonil.
Slika 8: Vakuumska žarnica z nitko iz poog^eneneya papirja po patentu št.223899 konec ieta 1879 (Ffiedei. T986, str.106f
Edison le upošteval Newcombov nasvet in dal raziskati celo vrsto snovi, Z ameriško podjetnostjo je pošiljal odprave v Indijo, K^jsko, Centralno m Južno Ameriko. "Začel je z nebroj poizkusi in iskal pravi matenal za ogleno zarilno nitko in res je našel po tisočih m tisočih neuspehih neki japonski bambus, katerega zoglenela vlakna so se izkazala uporabna" (Poljšak. 1931, 34).
Henry Morton s Stevensovega instituta v Hobokenu je Edisona kritiziral v Sd, Am., C.F. Bracket in C,A. Young pa stav Am. J. Sei. objavila pohvalno oceno Edisonove žarnice po neodvisnem raziskovanju, ki ga je pri njiju naročil Edison. V istem zvezku revije sta tOO strani pred njima Edisonova prijatelja Barker in Rowland aprila
1880 objavila ugodno oceno učknkovitosti Edisonove žarnice (FnedeL 1986,138-139), merjeno kot razmerje med porabljenim delom generatorja in dobljeno svetilnostjo. Rowland in Barker nista imela uporabnega di-namomefra, pa tudi sveiilnost žamic. postavljenih na dolgi razdalji, ni bilo mogoče enostavno meriti. Lahko Di merila tudi upornost in tok skozi posamezno žamico. vendar tudi 2a takšno merrtev nista imela potrebnih naprav. Zato sta postavila žarnico pod vodo in merila v kalorimetru oddajanje toplote na minuto. Kalorimeter iz zelo tankega bakra je imel kapaciteto okoli 1,25 kg vode. Žarnica je bila postavliena v sredo naprave, da se je voda okoli nje lahko mešala. Temperaturo sta merila do desetinke "C natančno z Baudinovim termometrom. Meritev je bila natančna do 3 saj nista upoštevala sevanja. S temperaturo kalorimetra kar se da blizu temperaturi zraka in z majhnimi spremembami le-te pa naj bi zmanjšala napako na i %.
Uporabila stadve žarnici skoraj enakih moči Merila sta le eno, drugo pa hranila v kalorimetru in ju pri naslednji meritvi zamenjala. Svetlost sta merila primerjaje z navadnim Bunsenovim gorilnikom, ki je dajai eno svečo na razdalji 10 inčev
Merjeni žarnici sla vsebovali ravne proge pooglene-nega papirja, ki veliko bolj svetili vprdvokctni sn)cri. Zato sta merila tiidi v^smeri, vzporedni površini, in upoštevala povprečje. Žarnici sta imeii maso okoli 35 g. Na uporabljeno konjsko moč sta dobila lOOO do 1500 sveč. kar je b'.[o obetajoče, če bi bilo mogoče izdelovati dovolj cenene in dolgotrajne žarnice.
Konec leta 1880 je Brushovo podjetje postavilo obločno cestno razsvetljavo na Broadwayu v New Vorku. Hiram Maxim pa je začel prodajati žarnice, zelo podobne Edisonovim. Barker je v tisku hvalil Maximov izum, prikazan na srečanju NAS konec leta 1860 New Yorku, morda zaradi zamere, ker Edison ni upošteval njegove prošnje, naj sloviti Draprejev laboratorij opremi s svojimi žarnicami {Hounshell, 1980, 613).
Barker je bilrojen leta 1835 vChailestQwr^u.Msssacostets Doktorat 12 ineaicine si le orrdobii leu 1863 v AlDanv. nato je študiral se v New Hawenu. Conn, m Leta 18b3 je postal asistefltB Sillimana starejšega. Meo letoma 1859-1861 le poučeval na harvardski medicinski šoli v Bosionu. od leta le predaval naravoslovie 1661 na VV^esTon-CoMege v lUi-noisu. naslednje leto pa kemjo na meactnski akademiji v Albany, New York Leta 1663 je tam doktoriral izmedcme Leta 1664 je odšel v Prttsbourg, Pennsylvania, kjer fe leia 1666 postal demonstrator, nasindnje leto oa profesor kemije in tokS1kolog^)e v New Ha^iu, Conn Cd leta 1973 te bil profesor fizike na unive<7i Prtiiadeipriia ueta 187^ m 1379 je bil predsednik AMS. Bil je tudi pomočnik urednika Am. J. Phys in je Skrbel za promocJio EJisonovih odkrilij med znanstveniki
Charles Francis Brush (1&49-19^} je bil rojen leta 1849 v £uklidii, Ohio Diplooio strojnega miemrja si je pndoP^i leta 1869 na univerzi Michigan, nato pa je ^^a 1680 študiral m doktonrai na univerr Western Reserve, iela 16'59 pa le končal podiplomski študij na univerzi Michigan Lel^ 1878 ,e izumil svojo inačico obkoinice Ustanovil je podjetje "The enjsh ElMtf Co & The Lind« Air Proflucts Co."} Podjclic je prvo v ZDA leta 1678 proizvcdto uporaben dina'^*.. ki jp bii del sistema razsvetljave (Edison. 1994, 525. '^-'.ens. 1957.1. 86, 308)
Zato so se v Merilo Parku odločiti za proižvodrijoramic, ki }o je od januarja 1881 vodil Upton 19 4 1881 ^e družba svetnikov mesta New York zagotovila prfvilegij pri žarnicah Edisonovemu podjetju, kar je bil začetek svetovnega uspeha. Uptonovo n*iesto Edisonovega maten^tično tehničnega asistenta je prevzel Charles Clarke (Priedel, 1986, 194, 195 in 207). Za najpn memejso napetost je Edison iztjral liO V (Siemens. 1957,1, 88), kar je ostdl standard v ZDA.
Slika 10: Portret Henry Rowtanda (Roseriberg, 198$. 50), ki je bil roien leta 1948 v Houestale, Penn-sylveriie. leta 1872 je bil izredniprofesorna Renssecael Politehničnem institutu v Troyi Nevv York, leta 1876 pa profesor ta/^re ne univerzi John Hopkins v Baltimoru, kfer je leta 1681 postal redni profesor. Dve leti pozneje je postal predsednik AAAS.
Silks 11: Proizvodnja vakuumskih žarnic v Menlo Parku 17.1.1860 (Fnedei, 1986. str.131)
TESLOVO RAZISKOVANJE ŽARNIC
V začetku leta 1377 se je Nikola Tesla (1856-1943) podprt s ^Ipendijo vpisal na študij elektrotehnike na tehnični visoki šoli v Gradcu, kjer je teorijsko in ek$peri< mentalno fiziko predaval PoschI. Jeseni 1878 so iz Pariza prejeli novo izumljeni Grammov dinamo. Zaradi prenehanja štiperidije se je konec leta 1878 za leto dni zaposlil v pisarni nekega inženirja v Mdrit>oru. Ko je prihranil dovoi) denarja, je študij nadaljeval v Pragi, kjer je bil promoviran. Prvo zaposJitev je dobil kot risar v CentraJnem telegrafskem uradu v Budimpešti in nato leta 1881 pri telefonski družbi v Budimpešti, kjer je februarja 1862 rešil problem večfaznega izmeničr^ega motorja brez ščetk in kolektorja kot izboljšavo Gram-mejevega dinama Okdi leta 1B82 je delal v tovarni elektrotehničnega materjala Ganz & Co v Budimpešti, ki se je ukvarjala s stroji na izmenični tok že od leta 1878 m je leta 1883 na Dunaju razstavila največji dinamo stroj na svetu s 75 kW
Po službovanju pri CCE, od koder ;e bil v začetku leta 1883 poslan v Strassburg, se je Nikola Tesla (1856-1943) po priporočilu pariških prijateljev in Batchelorja leta 1684 odpravil k Edisonu v New York. Tam je delaJ do pomladi 1805, nato pa je (Pertot 13'14; Bokšan, 307, 312: O Neill. 33, 34. 52) ustanovil Teftiino dnj7hn za cestno razsvetljavo (Dadič), 1982, 305. Naslednje leto Je dokončal lasten sistem razsvetljave z obločni cami (Pertot, 13-14; Bokšan. 307. 312: O'Neill. 33,34. 52; Dadic, 1982. 305: Tesla. 1981, 54).
4 VOLFRAMOVA ŽARNICA
Ogljikova žarnica je svetila le s tremi vati. zato so iskali snovi z višjim tališčem. Nernstov poskus uporabe mag* nezijevega oksida se je Šele pozneje izkazal za pred* hodnika fluorescenčne žarnice (Dadic, 1982, 302; Serres, 1995, 597). Obetaven je bil volfram z najvišjim tališčem med kovinami, vendar v >9. stoletju niso poznali njegove zlitine, ki bi jo lahko kovaJi.
Hrvat Franjo Hanaman (1878-1941) iz Denovca v ko* taru Županja je študiral kemijo na Dunaju in v Berlinu. Leta 1900 je postal asistent na kemijsko analitičnem zavodu dunajske Tehnične visoke šole pri prof. Vort*
mannu. Enak pdožaj je imel tudi dr. Aleksander Jusi. ki je delaJ tudi za podjetje Schneider und Cons pn izboljšavah žarnice z ogleno nitko. Pri delu mu je po* magal Hanaman. ki je leta 1902 ugotavljal, da za žarnico pndejo vpoštevsamo niike kovin z zelo visokim tališčem. Iz zmesj klora m WO3 so dobili WOCI4. ga izparili m reducirali v vodiku v čisti W. Nove zamice. ki sta Jih patentirala v Nemčijr aprila 1903, so bile varčnejše od ogljikovih, vendar so bile krhke m niso zmogle 100 V m 16 sveč. Pozneje sta proizvajala vol* fr^move niti s stiskanjem v hidravlični stiskalnici Dobljene žarnice so svetile nad 400 ur z 1 W moči. Atest za njuno napravo je po foiometričnih meritvah izdal profesor elektrotehnike na dunajski tehnični visoki šoii Hohenegg Pogajanja s Siemens & Halskejem niso bila uspešna, zato sta sklentfa pogodbo m se zaposlila v podjetju Egyesult Villamossägi es izoMampa R.T v Ujpešti (Dadic 1982. 302-303). Hanaman «e postal pomeje prvi profesor anorganske kemijske tehnologije m metalurgije na Tehnični visoki šoli poznejši Tehnični fakulteti v ŽageOu
Leta 1906 (Dadič, 302 1.1902) je Welsbaon v žarnici namesto oglja uporabil os ram. zlitino osmija m vol trama (Rosenberg, 1915.318). Vendar so tudi najtanjše niti, ki so jih tedaj znali izdelati iz osrama imele le majhno upornost, tako da so lahko uporabljale le 16 44 V (Dadic. 1982.302).
Po petih letih poskusov je podjetje Auer-Oeseiischa^ leta 1906 prvo začelo tovarniško izdelovati žarnice s kovinskim žar^lmm elementom. Žica iz osrama. zlitine osmija m volframa debeline 0,09 mm ^n dolžene 28 cm. je dajala eno svečo pn poldrugem W moči. nad dvakrat več kot ogljikova žarnica. Vendar so imele tudi naj tanjše tedanre niti le majhno upornost, tako da so lahko uporabljale le 16 do 44 v tn . Pri 37 V jih je bilo treba zaporedno vezati na 110 V, kar je bilo seveda nerodno
Dunajčan Kari Auer (1856-1929) je bil rojen v dnj^m preprostega uradnika, lu se je povzpel s študijem študiral je l(£mijo v Heideibergu m asist^rai pn Biinsnu V osemde* senri letf] re uspešr)Q raziskoval lantanide Leta 1892 je na zDorovaniu aero- m nidroinžemnev v Kieiu pokazal novo moznostcesine razsvetljave z BunsenoviirgcKilmknm kjer je žare^ plašč iz bombažne tkanine pomočene v mtrai tonja. dopiran s cerom m nato poogler> Leta 1901 le postal baron pl. Welsbach po graščini, ki JO je kupil blizu kemične tovarne Treibach na Koroškem.
srn 12: Ffsnjo Hanaman pe7e'J941J(0^c//č, 1982. str 303f
Januarja 1905 je Siemens & Halske začel prodajatj enako učinkovito žarnico s tantalom Leta 1906 je Auer-Gesellschaft začel prodajati "Osramove svetilke', v katerih so osmij nadomestili z vdframom, ki ima višje taltšče in zato potrebuje le nekaj naO 1 W za svečo Vottramov prah so mešali z ogljikom v maso, iz Katere so vlekli žice in končno odstranili ogljik. Leta 1919 so podjetja AEG. Siemens in Auer združila proizvodnjo žarnic v Osram G.m.b.H. KG v Berlinu (Kovač. 1984. 210: Siemens. 1957.1284,286,290, It. 32; Rosenberg. 19t5,318; Dadič.1982. 302),
Tudi v laboratorijih Generai Electric Corporation Schenectady (GE) (Edisonovo podjetje) so se zavedali pomanjkljivosti ogljikovih žarmc, ko sta razvoj po stu diju v Nemčiji prevzela direktor, elektrokemik Willis
Whitney in svetovalec, matematik Karl Steinmetz. ro|dn
V	Breslau 1865. Ks jd kcrt socialist dmlgrlral v ZDA. Leta 1909 je Amančan Coolid pri G£ patenüraJ proizvodnjo volframa, ki ga le bilo mogoče vieöi v tanke žice, kt se niso povešale. Volfram Je navadno dopiral z natrijevim siljkatom ali alumini^am na 100-150 ppm. Volframov prah je močne segral in stisnil v obliko palice, ki pa je bila po ohladitvi še vedho krhka. Pri 1000°C jc je dal kovati z diamantnimi konicami, dokler ni postala prožna in jo je bilo mogoče najprej vročo in nato mrzlo razte* govati v žica z veJiko žilavostjo.
Razvil je l.i. metalurgijo prahu. Proces je hitro postal temelj industrije volframovih žarnic. Šele s presevnim elektronskim mikroskopom so v sedemdesetih latih ugotovili, da dcpiranje matariala ustvari vrsto praznih prostorov (por) s polmerom 5*100 nm. Porasa med ob« delavo postavijo vzdolž vzorca in omogočajo termično stabilnost ter stabilno obliko. Z maeno spektroskopijo so dokazali, da pora vsebujejo katij, ki m topljiv v voltramj. Po segrevanju se v njih ustvari visok tlak par. zaradi katerih pore naraščajo do ravnovesne velikosti.
V	halogenih in študijskih žarnicah se pri najvišjih temperaturah blizu tališča volframa (3410°CJ pore premikajo in težijo k združevanju v večje, kar je v skladu s pojmovanjem proste energije. Nekatere pridejo na površino, tam počijo in izustijo kalijevo paro, kar lahko razvije vroči madež, ki uniči žarnico (Serres, 1995, 697; Cayless, 1988, 9; Siemens. 1957, U15, 290-1).
Američan William David Coolidge (1873*1975) je bil rojen v Mudsonu, Massacusets. Diplomiral |e na MassacIiDsetts Institute of Technology (MIT) leta 1896, nato pa je leta 1898 odšel na fizikalni institut univerze v Leipzigu, id ga je vodil Gustav Meinnch Wiedemann (1828-1899). Raziskoval je olektnčno valovanje v vodnikih m doktoriral v Leipzigu l€ta 1899 pri Paulu Karlu Ludwigu Drudeu (1663-1902), avtorju osnov klasične elektronske teori|e kovin. Leta 1901 se le zaposlil kot izredna profesor na MlT, leta 1908 je postal pomočnik direktorja, leta 1932 pa direktor raziskovalnega laDoratonja GE v New Vorku. Zaslovel le leta 1913, kosUz asistentom Irvingom Langmuirjem (1881-1957) pn GE uporaDila volfram za anodo v 'Cooiidgovi rentgenski cevi' s segreto katodo (Siemens, 1957, ii, 79).
7 12.1915 je Edison patentiral izdelavo volframove elektrode s stiskanjem volframove^a prahu v vakuum* &ki posodi brez kisika. Volfram so uparili z "električnim praznjenjem med elektrodama". NastaJe tanke liste volframa ali tantalija so narezali v trakove, zvili v valje okoli mehke kovine aii voska in ukrivili v podkve za žarnice. Podoben izdelek so dobili tudi z neposrednim prekrivanjem topljivega jedra voska z volframom (Waits, 1997,19),
SKLEP
Z üporatX) votframa je Edisonova žarnica v prvih de-sedetjih našega stoletja dosegla obliko, ki jo brez večjih sprememb uporabljamo še danes V drugem delu razprave si bomo ogledali, kako so Edisonova odkritja vplivala na razvojžamic vEvropi In še posebej v slovenskih deželah.
LITERATURA
E N.<3aC.Andrgicld,Th«Historvofthd Vacuum Pump. Adv Vac Sc. Techr^ 1 (1d60) slr.U-20iponaiisvzbofnikuMad9V, 1964 77-83)
Williani David Coolidga {ie73-l97Sj. High vonage cathode 'ay arO X-ray'>ib«sandthairoperalcn.Ptiysicsl.Octote'1931. ?30-244
Sdi^O Dadli^. PcM»dsl egzaktnih znanosii u Hrvatski, Za^eD ^Nl 1962
Roben K. DeKosky, Witlcam O^oo^as and (ha Qua» for Absoluia Vacuum in Iho 1970$, Arn Sci 40 (ie83>l<ldjponatis v zborniku U»d9v 1964.64.101)
Thomas Alva Sdison (i$«7-i93l), The aci:on of haal tn vacuo on melal9,D(atrancpcadAAASnasra6anpuvSar3togi Cham Kews. 40^1879) 152-154
Oo Ihe usa of Iha Ta&matar lor Uaasuring ihe Heat of ine&tars and of tha Sunzs Corona, American Jou^r^l o( Sc^^nce ano Arts (SiHman Amer J.) 17 {1879} 52-54 (mdJ v Amer Assoc Proc )
TTtomas A Ediaon {ur. R A Rosarberg in drugi). Volume 2 From wo'kshcp 10 laboralory. June 1873-March 1676. The John Hop' kii^s Univer$irv Prasa 1991
Volumes MeotoPark tha^a/^years.Apniisre-Oacamc^ie?? (u< RA Rosen&arg in oo^o. Tha Johns Hopkins Lin<ver&iv Press
ROD^ Douglas FrvMai (r I9S0). Paul laraal. Barnard S. Fmr. EdiSOn s CkdCtnc Lighi, Qiogfaphy of an Invanion Ruiqars Uni var^iiy Prasa Naw Brunswick NawJersay 1966
Ml Maciania»^. Commanis rm ma history of vacuum pjmp» 7n<^miHu Martny 19ad
Davio A Hounshetl, Edison and the Pure Scier>ce Ideal in 19th'Cen tufY Amenca. Sconce 207 (1980) 612-617
Stanislav Južnič. 2godov»naiehnologi|etankih plasti. Vai(uuinist 1S.'4 (19M) 16-23
Trta Kovač-Artemis. Kemild skozi stoletja. MK, Ljublfana 1964
Theodor«E Madey in William C Sfovm (u'ednika). Hi^iotyol Vacuum Sc«enceand Technoidgv. American Vacuum Soa^. i964
Maoay. Earty applicatcns of vacuum, from Anstotlato Langmuir (v zborniku Maday. 1964, 9-16)
Vintso Nemarni m Suriisiav Južnič, I2naia&9razvoj Katodne elektronka m drugih vakuumskih ala^aniov za talavizifo Vakugmist 16/1 {1996) 19-24
Tone Edison. El«i<(ro<anniški ve9in<Ki/2 (i93'»)i7->8ini/3 (1931)33-36
Wilhams Pretzer^ndrugi. Wort(ir>gandinventing Thomas A. Edison and the Uenlo Park Experienca, HanryFord Museum & GraanliaU Village. Oeafbom. Michigan. 1969
ßoban RosenMrg, Amancan chys*es and ihe O'igms of eiectncai anginsaring. Phys Today {Ocl 1983) 46-5^
Karl Rosenberg, Lehrtuch der Physik fur Obergymnasien Mrt Anhang, Allred Hölder. Wien. 1915
Henry Augustus Rowland (1848'1901) z unrverze John Hopkins m George F Barker {1835-1910) z univerze v Philadelphiji. On the EffioencydEdiSOn'sEtecIncÜght Am J Sei 19(1880) 337>339
Michel Serres. A History of Scientific Thoughi, Bordas Pans, 1969. prevod: BlackweJI Piiblishars üd 199S
Qeorg Siemens, History of the house of Siemens, vol I. in It, Ka/l Alber. FreiOurg/Munich. 1957
J H Sirvgleton, The development ofvalvas.connactors. and Irapslor vacuum sysrems durir>g the 20th century (v zbomtku Madey 1984, 25-30)
B.( Spaskii, Istoriia fiziki, 2. dal. Izdajateljsrvo Uoskovskogo univei-siieia, 1964
Ivan Šubic (1856-1924), Elektrika, nje proizva^je m uporaba, SU LjubJ^, 1897
Nikola Tesla {1856-1943), My invenlions, 1919, Elecincal Exp^i-mentsr (v nadaljevanjih) Ponatis s hn^ikgrt prevc<3om šolska knpga, Za^eb, i99i
Roben K yvaiis. Edison 's Vacuum Coatirtg Patents, AVS A^JewsJ&tter MayyJune 1977, ia-i9