[전기과학] 누가 전구를 발명했을까요?

토머스 에디슨이 전구를 발명한 사람으로 알려져 있지만, 몇몇 발명가들이 그를 위한 길을 닦았습니다.

토마스 에디슨은 일반적으로 전구를 발명한 사람으로 알려져 있지만 유명한 미국 발명가만이 이 혁신적인 기술의 개발에 기여한 것은 아닙니다. 

Alessandro Volta, Humphrey Davy 및 Joseph Swan은 이 기술 개발에 중요한 역할을 했습니다. 

 

초기 연구 및 개발

전구의 이야기는 에디슨이 1879년 상업적으로 성공한 최초의 전구에 대한 특허를 취득하기 훨씬 이전부터 시작됩니다. 1800년 이탈리아 발명가 알레산드로 볼타가 전기 를 생성하는 최초의 실용적인 방법을 개발했습니다. 볼타 파일. 아연과 구리 를 번갈아 가며 만든 디스크— 소금물에 적신 판지 층이 산재해 있습니다 — 구리선이 양쪽 끝에 연결되었을 때 더미는 전기를 전도했습니다. Volta의 빛나는 구리선은 공식적으로 배터리의 전구체로 간주되지만 백열등의 초기 징후 중 하나이기도 합니다.

Harold H Schobert(" 에너지와 사회: 서론 ")에 따르면," CRC Press, 2014) Voltaic Pile은 "과학자들이 제어된 조건에서 전류를 실험할 수 있게 했으며" 전기 실험을 더욱 발전시켰습니다. 볼타가 지속적인 전기 공급원에 대한 발견을 런던의 왕립 학회에 발표한 지 얼마 되지 않아 데이비는 볼타 전극을 목탄 전극에 연결하여 세계 최초의 전기 램프를 생산했습니다. 

Davy의 1802년 발명품은 " The Life of Sir Humphrey Davy "에 따르면 두 개의 탄소 막대 사이에서 방출되는 밝은 아크 빛의 이름을 따서 명명된 전기 아크 램프로 알려져 있습니다." (하드프레스 퍼블리싱, 2016)

알칼리 실험을 하고 있는 Humphry의 판화

 

Davy의 아크 램프는 확실히 Volta의 독립형 말뚝에서 개선되었지만 여전히 매우 실용적인 광원은 아니었습니다. 이 초보적인 램프는 빨리 소진되었고 가정이나 작업 공간에서 사용하기에는 너무 밝았습니다. 그러나 2012년 미국철학회 회보를 위한 강의에서, John Meurig Thomas는 조명에 대한 Davy의 다른 실험이 광부의 안전 램프와 파리 "및 다른 많은 유럽 도시"의 가로등으로 이어 졌다고 썼습니다. Davy의 아크 조명 뒤에 있는 원리는 1800년대에 다른 많은 전기 램프와 전구 개발에 사용되었습니다.

Interesting Engineering 에 따르면 1840년 영국 과학자 Warren de la Rue는 구리 대신 코일형 백금 필라멘트를 사용하여 효율적으로 설계된 전구를 개발했지만 백금의 높은 비용으로 인해 전구가 상업적으로 성공하지 못했다고 합니다. Institution of Engineering and Technology에 따르면 1848년 영국인 William Staite는 램프의 빠르게 부식되는 탄소 막대의 움직임을 조절하는 시계 장치를 개발하여 기존 아크 램프의 수명을 개선했습니다. 그러나 Staite의 램프에 전원을 공급하는 데 사용되는 배터리 비용도 실제 적용을 제한했습니다.

 

조셉 스완 대 토마스 에디슨

BBC 에 따르면 1850년 영국의 화학자 Joseph Swan은 전기 조명을 보다 경제적으로 만들기 시작했으며 1860년에는 백금 대신 탄화 종이 필라멘트를 사용하는 전구를 개발했습니다. 백조는 특허 를 받았습니다. Smithsonian Institution 에 따르면 1878년 영국에서, 1879년 2월 영국 뉴캐슬에서 열린 강의에서 작동하는 램프를 시연했습니다.

전구의 이전 버전과 마찬가지로 Swan의 필라멘트는 산소에 대한 노출을 최소화하여 수명을 연장하기 위해 진공관에 배치되었습니다. Swan에게 불행하게도 당시 진공 펌프는 그다지 효율적이지 않았고 프로토타입은 일상적인 용도로 충분히 작동하지 않았습니다.

에디슨은 스완 설계의 문제가 필라멘트에 있다는 것을 깨달았습니다. 전기 저항 이 높은 얇은 필라멘트는 빛을 내기 위해 약간의 전류만 필요하기 때문에 램프를 실용적으로 만들 수 있습니다. 프랭클린 연구소 에 따르면 그는 1879년 12월 뉴저지 주 멘로 파크에서 유리 진공 전구에 백금 필라멘트가 있는 전구를 시연했습니다. Swan은 개선 사항을 전구에 통합하고 영국에서 전기 조명 회사를 설립했습니다. 

CIO 에 따르면 Edison은 특허 침해로 소송을 제기했지만 적어도 영국에서는 Swan의 특허가 강력한 주장이었습니다. 사이언스 뮤지엄 그룹(Science Museum Group )에 따르면 두 발명가는 결국 힘을 합쳐 Edison-Swan United를 결성했으며, 이 회사는 세계 최대의 전구 제조업체 중 하나가 되었습니다.

전구를 들고 있는 토머스 에디슨을 보여주는 그림

 

최초의 실용적인 백열 전구

DOE에 따르면 에디슨이 경쟁자를 능가한 곳은 실용적이고 저렴한 전구를 개발한 것이었습니다. 에디슨과 그의 연구팀은 1878년에서 1880년 사이에 3,000개 이상의 전구 디자인을 테스트했습니다. 

국립 문서 보관소 에 따르면 1879년 11월 에디슨은 탄소 필라멘트를 사용한 전기 램프에 대한 특허를 신청했습니다. 특허에는 면, 리넨, 목재를 포함하여 필라멘트에 사용할 수 있는 여러 재료가 나열되어 있습니다. 에디슨은 다음 해에 새 전구에 사용할 완벽한 필라멘트를 찾는 데 보냈고 어떤 재료가 가장 오래 타는지 결정하기 위해 6,000개 이상의 식물을 테스트했습니다.

에디슨 박물관 에 따르면 1879년 특허가 부여된 지 몇 달 후 에디슨과 그의 팀은 탄화 대나무 필라멘트가 1,200시간 이상 연소할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 대나무는 1880년대에서 1900년대 초반에 더 오래 지속되는 재료로 대체되기 전까지 에디슨 전구의 필라멘트로 사용되었습니다.

 

Rutgers University 에 따르면 1882년 Edison의 연구원 중 한 명인 Lewis Howard Latimer는 탄소 필라멘트를 보다 효율적으로 제조하는 방법에 대한 특허를 받았습니다. Smithsonian Institution 에 따르면 1903년에 Willis R. Whitney는 유리 전구 내부를 어둡게 하지 않고 밝게 태울 수 있는 필라멘트 처리 방법을 발명했습니다.

General Electric의 미국 물리학자인 William David Coolidge는 1910년에 회사의 텅스텐 필라멘트 제조 방법을 개선했습니다. 텅스텐은 모든 화학 원소의 녹는점이 가장 높기 때문에 Edison은 전구 필라멘트의 우수한 재료로 알고 있었지만 초미세 텅스텐 와이어를 생산하는 데 필요한 기계는 19세기 후반에는 사용할 수 없었습니다. 

텅스텐은 오늘날에도 여전히 백열 전구 필라멘트에 사용되는 주요 재료입니다.