21. februar 2010.logob92

Fizika
Sijalica sa užarenim vlaknom odlazi u penziju 130 godina nakon što ju je u novogodišnjoj noći Tomas Alva Edison (1847–1931) predstavio svojim sugrađanima u Menlo parku u Nju Džersiju, SAD.

Piše: Slobodan Bubnjević

Edison

Javna rasveta u nekoliko pančevačkih naselja ostala je, igrom slučaja, uključena upravo onog jutra prošlog četvrtka kad je u Evropskoj uniji stupila na snagu zabrana proizvodnje i prodaje klasičnih električnih sijalica od 75 i 100 W. Tako se ova vrsta javnog rasipništva i energetske bahatosti koja je u srpskim gradovima često vidljiva, maltene pretvorila u gest solidarnosti – stotine uličnih lampi bledo su sijale uprkos snažnom septembarskom suncu i prolaznik je mogao pomisliti da takvom uzaludnom potrošnjom energije sijalice šalju poslednji pozdrav svojim evropskim "koleginicama" sa svetlećim nitima od volframa, koje su u bogatijem delu kontinenta rasprodate ili uklonjene iz svih bakalnica, radnji sa tehničkom robom i supermarketa.

Staru, "dobru" sijalicu takvo iščeznuće čeka u većini zemalja sveta a, prema planu Evropske unije, 2012. godine iz upotrebe izlaze i sijalice od 60 W, da bi se do 2016. u celoj Uniji sve vrste žarulja potpuno zamenile štedljivim, ekološkim. Time se okončava era koja je počela poslednje decembarske noći 1879. godine u Menlo parku u Nju Džersiju, kad su hiljade Amerikanaca došle da vide novo tehnološko dostignuće legendarnog istraživača Tomasa Alve Edisona (1847–1931), njegovu sijalicu sa usijanim ugljenim vlaknom koja je gorela neprekidno 40 sati.

Delimično usavršene i dvadeset godina kasnije proizvedene uz pomoć volframove a ne ugljeničke niti, sijalice zapravo spadaju u najdugovečnije tehnologije industrijske revolucije. Mada su osvetljavale planetu više od celog jednog veka, jedva da su doživele ikakvo bitnije tehnološko unapređenje od Edisonovih vremena.

Pioniri i sumnjičavi

Kao i u slučaju nekih drugih pionirskih poduhvata, poput prvog preletanja Atlantika ili otkrivanja Amerike, Edison nije bio prvi čovek koji je konstruisao sijalicu. Zapravo, istoričari nauke smatraju da su čak 23 pronalazača pre Edisona došla do uspelog rešenja električne lampe, ali je Edisonova sijalica bila prva koja je doživela široku primenu.

Istorija ideje o upotrebi struje za osvetljenje seže još u doba ranih naučnih istraživanja elektromagnetizma, ali sve do početka XIX veka nije bilo nikakvih praktičnih rešenja. Suštinski prodor načinio je britanski hemičar Hemfri Dejvi (1778–1829), poznat po otkriću elemenata hlora i joda i konstrukciji rudarske lampe koja nosi ime po njemu. Dejvi je pokazao da je električnu lampu koja svetli moguće napraviti, i to na dva načina, sa usijanom niti ili sa električnim lukom. Kako je imao za to doba vrlo jaku bateriju, 1802. godine Dejvi je propuštao električnu struju kroz tanak sloj platine koji je od toga svetleo, da bi sedam godina kasnije pokazao i da je moguće stvoriti izvor svetlosti pomoću luka koji se javlja između dva štapića grafita.

patent
Patent sa ugljenim vlaknom iz 1880.
Pronalazači posle Dejvija su sledećih sedamdeset godina razvijali sijalice isključivo na ova dva načina. Škotski izumitelj Džejms Lindzej (1799–1862) uspeo je da usavrši Dejvijevu ideju sa usijanom niti i da napravi lampu pomoću koje je "mogao noću da čita knjigu na rastojanju od pola metra". Lindzej je svoj izum javno pokazao i privatno ga koristio, ali kako je bio zanet istraživanjem bežične telegrafije, nije ga dalje razvijao.


Sredinom XIX veka brojni istraživači su se suočili sa problemom konstrukcije upotrebljive električne lampe. Usledila je lavina manje-više uspelih patenata, kao što je rešenje lampe u vakuumiranoj cevi britanskog izumitelja Varena de la Rua iz 1840, usavršenje Frederika de Molejnsa iz 1841, rešenje lampe sa grafitnim provodnikom Amerikanca Džona Stara iz 1851, kao i ostvarenje ruskog naučnika Aleksandra Lodigina, koji je 1872. izmislio lampu sa štapićem grafita koji su držala dva zvona od stakla i kroz koji se propuštala struja. Svi oni prethodili su rešenju koje je svetu predstavio Edison.

Tajna usijanja

Ako obratite pažnju, Edisonove električne lampe su prvi veštački izvor svetlosti koji ne koristi materijalno gorivo, poput petroleja, nafte, drveta ili uglja. Takav prelaz nije bio sasvim očigledan. Zapravo, kod većine pionirskih rešenja električnih lampi, razvijenih do sredine sedamdesetih godina XIX veka, pri svetljenju se neizostavno trošio nekakav materijal, najčešće ugljenik.

U to doba jeste postojala ideja o lampi koja bi svetlela zbog samog "usijanja", a ne "trošenja" materijala, što je nazivano "deljenjem svetlosti" i što će kasnije biti objašnjeno pretvaranjem toplotne energije provodnika u svetlosnu. No, kako u knjizi Edison His life and inventions pišu istoričari i elektro-inženjeri Frenk Dajer i Tomas Martin, tih godina ovo rešenje niko nije uspevao ni približno da ostvari. "Čitav naučni svet odbacivao je ovu ideju", kažu Dajer i Martin. "Vodeći električari, fizičari i drugi stručnjaci proučavali su problem skoro četvrtinu veka i uz jedan jedini izuzetak došli do matematičkog dokaza da ‘deljenje svetla’ praktično nije ostvarljivo."

edisonova-sijalica
Edisonova sijalica iz Menlo parka, 1879.

Ovo viđenje se održalo sve do 1879, do vremena kad Edison u svojoj laboratoriji u Menlo parku već izvodi svakojake eksperimente "deleći svetlost" na usijanim nitima. Jedan od vodećih engleskih električara u februaru te godine daje matematički dokaz da je deljenje nemoguće i proglašava ga za ignis fatuus, optički fenomen fosforescencije poznat kao svetlost duhova. Iste godine, naučnik Pažet Higs u Londonu objavljuje knjigu u kojoj direktno komentariše Edisonove pokušaje da reši "deljenje svetlosti", tvrdeći da je "o ovoj temi izneto mnogo gluposti. Neki izumitelji čak tvrde da su beskonačno podelili električnu struju, zaboravljajući da je takva izjava u suprotnosti sa zakonom održanja energije."

Edisonov instinkt

U to doba, tridesetogodišnji Edison je već izuzetno slavan pronalazač, a iza njega su izumi kao što su kvadrupolni telegraf, telefonski mikrofon i fonograf. Budući jedan od američkih velikana, Edison se obično slika kao pravi čovek svog doba – pronicljiv i kreativan, donekle nadahnut, dovoljno tvrdoglav i istovremeno maštovit da ponudi rešenja koja se drugi ne usuđuju ili ne stižu da naprave. Dvadeset godina kasnije on podstiče i gubi "rat struja", ali poslednje decenije XIX veka su njegovo doba.

Uporedo sa Teslom, on bez sumnje obeležava period koji se može nazvati "drugom industrijskom revolucijom", kad patenti i izumi preoblikuju svet, a od siromašnih ljudi sa idejom stvaraju milionere. Nošen na ovom talasu, od 1876. godine Edison svoju laboratoriju drži u Menlo parku, u Nju Džersiju, a problem električnih lampi počinje da rešava sledeće godine.

Sa jasno definisanim ciljem da napravi lampu koja neće osvetljavati samo ulice, već pre svega ljudske kuće, on odbacuje sva rešenja sa električnim lukom i koncentriše se na usijane niti. Mada ga u Evropi nazivaju "sanjarom" i "budalom", Edison u potrazi za pravim materijalom sprovodi više hiljada ogleda, a u to dvogodišnje istraživanje ulaže čak 40.000 tadašnjih dolara.

Edison zaključuje da je najpogodniji kandidat za "proizvođača svetlosti" ugljenična nit od bambusa, koju postavlja na dva konektora i žicama od platine povezuje sa izvorom struje. Ovu konstrukciju zatvara u izuzetno dobro vakuumirano stakleno zvono, što je preduslov uspeha. Posle niza pokušaja sa raznim ugljeničnim nitima, prvu svetlost dobija 22. oktobra 1879, da bi dve nedelje kasnije prijavio patent električne lampe koji mu je odobren sledeće godine.

Glasine o njegovom otkriću brzo se šire. Mada je stručnoj javnosti bilo potrebno malo više vremena da shvati šta je Edison napravio, stanovnici Njujorka i Nju Džersija već u grupama dolaze u Menlo park da vide novo tehnološko čudo – lampu na struju. O Edisonovom izumu izveštava štampa, a u novogodišnjoj noći, poslednjeg dana 1879. Edison priređuje javnu demonstraciju. Železnica besplatno prevozi građane i tri hiljade ljudi dolazi da vidi lampu sa usijanom ugljeničnom niti koja blješti u hladnoj noći. Pred okupljenima, Edison navodno izgovara: "Učinićemo električnu energiju tako jeftinom da će sveće paliti samo bogati."

Vučji kamen

kalsicna

Kao i sa drugim poduhvatima, Edison uspešno komercijalizuje svoj izum, mada u trci za novim rešenjima i patentima veliki broj suparnika pokušava da mu ga preotme. Uporedo sa višegodišnjom parnicom sa Vilijamom Sojerom koju je dobio 1889, Edisona optužuje i tragični izumitelj Hajnrih Goebel, koji tvrdi da je punih 25 godina pre njega napravio identičnu lampu sa bambusom, ali se na sudu ispostavlja kako je pokušao da podmetne lažne dokumente. Sud presuđuje u Edisonovu korist jer zaključuje da bi lampa odavno bila u upotrebi da ju je Goebel stvarno napravio 1854.

U međuvremenu, ispostavlja se da je patent identične sijalice koji je u Engleskoj razvio Džozef Svon (1828–1914) registrovan godinu dana pre Edisona, pa on 1889, kako bi izbegao parnicu, zajedno sa Svonom osniva zajedničku kompaniju i deli tržišta – Svonu pripada Britanija, Edisonu Amerika. U međuvremenu razvija se tržište, osvetljavaju se javni prostori, izložbe i pozorišta, a razvija se i nekoliko novih tipova sijalica, kao što je Nerstova lampa.

Uporedo sa elektrifikacijom, osvetljavaju se veliki evropski i američki gradovi – brzinom gotovo istom kojom su se ne tako davno proširili mobilni telefoni. Električno osvetljenje već 1893. godine stiže i do Beograda, prestonice Kraljevine Srbije, koja je samo par decenija ranije noću palila dva javna fenjera.

Klasičnih sijalica sa užarenim volframovim vlaknom danas, na tržištu ima u hiljadama oblika i boja, ali je princip njihovog funkcionisanja isti kao u Edisonovo doba – električna energija protiče kroz volframovu nit koja emituje kontinualni spektar svetlosti u svim pravcima. Za različite voltaže, ona ima različitu efikasnost, ali se uobičajeno smatra da više od 90 odsto električne energije potroši na toplotno zračenje, dok se u svetlost pretvara manje od 10 odsto. Tako obična sijalica od 100W, koja zrači fluks od oko 1700 lumena, dnevno u proseku može da potroši 1 kWh struje. S druge strane, štedljive lampe sa snagom oko 20 W za isto vreme i isti intenzitet svetla potroše 0,2 kWh, što je pet puta manje. I dok je proizvodnja volframovih sijalica znatno jeftinija, njihov životni vek je od 700 do 1000 radnih sati, što je od 10 do 15 puta kraće nego kod štedljivih sijalica. Volframove sijalice su jednostavni uređaji koji ne zahtevaju nikakvu naročitu opremu za funkcionisanje, a mogu da rade i sa jednosmernim i sa naizmeničnim izvorima struje.


Mađarski izumitelj Šandor Just i hrvatski Franjo Hanaman 1904. godine patentiraju poslednje poslednje poboljšanje i ona dobija današnji oblik. Just i Hanaman umesto ugljenika koriste volframove niti koje se pokazuju mnogo pogodnijim. Volfram, element koji je ime dobio od nemačkog "vučja pena", ponekad nazivan i tungsten, težak kamen, izabran je zato što je metal sa izuzetno visokom tačkom topljenja (3695oC), pa može da izdrži visoke temperature koje provodnik dostiže pri protoku struje (2000–3300oC).

Na početku XX veka, volfram se pokazuje kao idealan za izvor svetlosti – volframove sijalice su trajnije od svih tadašnjih konkurenata, proizvode svetlost veće jačine, emituju kontinualni spektar svetlosti i imaju nižu cenu proizvodnje, što posebno dolazi do izražaja šezdesetih godina XX veka, kad su pojeftinile 30 puta. Uz to, posebnu prednost predstavlja jednostavnost njihove primene – ove sijalice, bez obzira na dimenzije, snagu i jačinu svetlosti, ne zahtevaju nikakvu naročitu opremu za funkcionisanje, osim dve žice pod naponom. Podjednako dobro rade i sa jednosmernim i sa naizmeničnim izvorima struje.

Odlazak u penziju

moderna
S vremenom postaju sve očiglednije i neke mane volframovih sijalica. Najveća među njima je njihova mala efikasnost – više od 90 odsto električne energije koju potroše emituje se kao toplota, dok se u svetlost pretvara manje od 10 odsto. Neotporne na udare, nezgodne su za transport dok su, s druge strane, relativno kratkog veka u odnosu na gasne lampe.


Zabeleženo je da neke sijalice, inače, uspevaju da prežive ekstremno dugo – sijalica svetski rekorder koja nije zamenjena već 107 godina nalazi se u jednoj vatrogasnoj stanici u gradiću Livermore u Kaliforniji. Zbog svoje dugovečnosti nazvana je "stoletnom sijalicom", a otkako je uvedena u Ginisovu knjigu rekorda predstavlja lokalnu atrakciju – ima svoj internet sajt i klub fanova.

No, mala efikasnost volframovih sijalica kumovala je njihovoj nepopularnosti poslednjih godina i one polako postaju jedan od glavnih okrivljenih za globalno zagrevanje. Grupe entuzijasta, ekološki pokreti i vlade u agresivnim lokalnim i globalnim kampanjama pozivaju građane da se odreknu starih volframovih i počnu da koriste štedljive, ekološke sijalice.

Ove, takozvane kompaktne fluorescentne lampe (CFL), znatno su efikasnije – za istu "količinu svetlosti" troše pet puta manje električne energije i time znatno smanjuju potrošnju fosilnih goriva koja inače dovode do emisije CO2 i globalnog zagrevanja. S druge strane, CFL traju 10 do 15 puta duže, pa su, mada višestruko skuplje, znatno ekonomski isplativije i kad se uračuna njihova skupa proizvodnja.

Međutim, mada se, posle tolikih kampanja, činilo da nove sijalice u Evropi imaju nepodeljenu podršku, otkako se u kuće i domove uvode po "dekretu" Evropske komisije, stekle su nemali broj protivnika. Tvrdi se da kompaktne lampe imaju previsoku "temperaturu boje" i da proizvode "neprijatno" i "neprirodno" svetlo koje stvara depresiju. Oglasio se češki predsednik Vaclav Klaus, poznat kao oštar protivnik teorije o globalnom zagrevanju, sa tvrdnjom da će nastaviti da koristi "stare, poštene edisonke".

Takozvana kompaktna fluorescentna lampa (CFL) je jedna vrsta fluorescentne lampe. Pri prolasku električne energije kroz gas u cevi, on počinje da emituje UV zračenje. Ono pobuđuje tri sloja fosfora kojima su cevi iznutra premazane tako da on emituje vidljivu svetlost, ali ne baš sasvim u onom delu spektra kao klasična sijalica, pa se zato doživljava da je njena svetlost različite boje. Mada se čini da je svetlost ovih lampi manjeg intenziteta, ona ima isti broj lumena, ali je prostorija osvetljena drugom, zapravo prirodnijom bojom, koja je sličnija dnevnom svetlu. Po intenzitetu svetlosti, CFL je i do pet puta efikasnija, a njen radni vek je između 6000 i 15.000 sati. Njihova velika prednost u odnosu na druge štedljive tehnologije jeste to što su kompatibilne – koriste ista grla kao i klasične sijalice, a principijelno mogu raditi i na jednosmernu i na naizmeničnu struju.


Tako je u nedelji zabrane klasičnih sijalica sa usijanim vlaknom Evropu zapljusnuo talas žaljenja, a poslednje zalihe u prodavnicama razgrabljene su čak i u Nemačkoj, tradicionalno ekološki svesnoj državi. To je otvorilo novu debatu "plavih" i "zelenih", a blogovi i pokreti nazvani ban the bulb dobili su otvorene suparnike u inicijativama dont ban the bulb.

No, izvesno je da će uprkos debati plavih i zelenih, kompaktne i halogene lampe uskoro sasvim potisnuti stare žarulje, najviše zbog činjenice da je reč o tehnologiji koja je doživela 130 godina u svakodnevnoj primeni. I to je sasvim dovoljno da bude poslata u penziju, ali teško da će proći sasvim bez traume. Promena svakodnevnog izvora svetlosti menja, ako ništa drugo, boju naše svakodnevice. Zamislite da po odluci neke trgovinske komisije moramo da Sunce zamenimo Proximom Centauri, zato što je ona ekološki i ekonomski pogodnija od stare zvezde. Izuzimajući fizičke nemogućnosti za tako nešto, možda bi to i bilo zgodno, ali bi teško palo mnogima.

Izvor: Nedeljnik VREME.
Author: B92

Dodaj komentar


Sigurnosni kod
Osveži

FIZIKA ČESTICA
Ovo je priča o atomu i njegovim česticama.
PRAZNI ATOMI I POPUNJENA PRAZNINA
Dopuna za članak „Misterije nauke - OD ČEGA JE SVE OVO“
ATOM - Elementrane čestice (Standardni model)
Od čega je sastavljen atom? Šta je to spin? A štasu leptoni, šta kvarkovi?
CRNA RUPA CERNA
Približilo se vreme velikog eksperimenta. O Bože, šta će s nama biti!?
CERN - TRAGANJE ZA BOZONOM
Najmoćniji akcelerator na svetu uskoro počinje jedan od  najvažnijih eksperimenata koji su ikada napravljeni.
LHC - EKSPERIMENT
CERN započeo eksperiment veka

PROPAO SUSRET U SINGULARITETU

LHC u kvaru