Lampu

Latar Belakang

Dari periode paling awal sejarah hingga awal abad ke-19, api adalah sumber cahaya utama manusia. Cahaya ini dihasilkan melalui berbagai cara—obor, lilin , lampu minyak dan gas. Selain bahaya yang ditimbulkan oleh nyala api terbuka (terutama bila digunakan di dalam ruangan), sumber cahaya ini juga memberikan penerangan yang tidak memadai.

Upaya pertama menggunakan lampu listrik dilakukan oleh ahli kimia Inggris Sir Humphry Davy. Pada tahun 1802, Davy menunjukkan bahwa arus listrik dapat memanaskan potongan tipis logam menjadi panas putih, sehingga menghasilkan cahaya. Ini adalah awal dari lampu listrik pijar (didefinisikan sebagai bersinar dengan panas yang hebat). Perkembangan besar berikutnya adalah arc light. Ini pada dasarnya adalah dua elektroda, biasanya terbuat dari karbon, dipisahkan satu sama lain oleh ruang udara pendek. Arus listrik yang diterapkan pada salah satu elektroda mengalir ke dan melalui elektroda lain yang menghasilkan busur cahaya melintasi ruang udara. Lampu busur (atau bola lampu) digunakan terutama dalam pencahayaan luar ruangan; perlombaan masih berlangsung di antara sekelompok besar ilmuwan untuk menemukan sumber penerangan dalam ruangan yang berguna.

Kesulitan utama yang menahan pengembangan lampu pijar yang layak secara komersial adalah menemukan elemen bercahaya yang cocok. Davy menemukan bahwa platinum adalah satu-satunya logam yang dapat menghasilkan panas putih untuk waktu yang lama. Karbon juga digunakan, tetapi teroksidasi dengan cepat di udara. Jawabannya adalah mengembangkan ruang hampa udara yang akan menjauhkan udara dari unsur-unsur, sehingga melestarikan bahan-bahan penghasil cahaya.

Thomas A. Edison, seorang penemu muda yang bekerja di Menlo Park, New Jersey, mulai mengerjakan bentuk lampu listriknya sendiri pada tahun 1870-an. Pada tahun 1877 Edison terlibat dengan terburu-buru untuk sumber cahaya listrik yang memuaskan, mencurahkan keterlibatan awalnya untuk mengkonfirmasi alasan kegagalan pesaingnya. Dia, bagaimanapun, menentukan bahwa platinum membuat pembakar jauh lebih baik daripada karbon. Bekerja dengan platinum, Edison memperoleh paten pertamanya pada bulan April 1879 pada lampu yang relatif tidak praktis, tetapi ia terus mencari elemen yang dapat dipanaskan secara efisien dan ekonomis.

Edison juga mengotak-atik komponen lain dari sistem pencahayaan, termasuk membangun sumber listriknya sendiri dan merancang sistem kabel terobosan yang dapat menangani sejumlah lampu yang menyala pada saat yang bersamaan. Penemuannya yang paling penting, bagaimanapun, adalah penemuan filamen yang cocok. Ini adalah kawat yang sangat tipis, seperti benang yang menawarkan ketahanan tinggi terhadap aliran arus listrik. Sebagian besar filamen awal terbakar dengan sangat cepat, sehingga membuat lampu ini tidak berguna secara komersial. Untuk mengatasi masalah ini, Edison mulai lagi mencoba karbon sebagai alat penerangan.

Dia akhirnya memilih benang katun berkarbonisasi sebagai bahan filamennya. Filamen dijepit ke kabel platinum yang akan membawa arus ke dan dari filamen. Rakitan ini kemudian ditempatkan dalam bola kaca yang menyatu di lehernya (disebut penyegelan ). Sebuah pompa vakum mengeluarkan udara dari bohlam, langkah yang lambat tapi penting. Kabel lead-in yang akan dihubungkan ke arus listrik menonjol dari bohlam kaca.

Pada tanggal 19 Oktober 1879, Edison menjalankan tes pertamanya untuk lampu baru ini. Itu berlangsung selama dua hari dan 40 jam (21 Oktober — hari filamen akhirnya terbakar — adalah tanggal yang biasa diberikan untuk penemuan lampu praktis komersial pertama). Tentu saja lampu asli ini mengalami beberapa kali revisi. Pabrik manufaktur didirikan untuk memproduksi bola lampu secara massal dan kemajuan besar dibuat dalam sistem kabel dan arus listrik. Namun, bola lampu pijar saat ini sangat mirip dengan lampu asli Edison. Perbedaan utama adalah penggunaan filamen tungsten, berbagai gas untuk efisiensi yang lebih tinggi dan peningkatan pencahayaan yang dihasilkan dari filamen yang dipanaskan ke suhu yang lebih tinggi.

Meskipun lampu pijar adalah jenis bola lampu yang pertama dan tentu saja yang paling murah, ada sejumlah bola lampu lain yang memiliki banyak kegunaan:

• Lampu halogen tungsten
• Lampu neon adalah tabung kaca yang berisi uap merkuri dan gas argon. Ketika listrik mengalir melalui tabung, itu menyebabkan merkuri yang menguap mengeluarkan energi ultraviolet. Energi ini kemudian menyerang fosfor yang melapisi bagian dalam lampu, mengeluarkan cahaya tampak.
• Lampu uap merkuri memiliki dua bohlam—tabung busur (terbuat dari kuarsa) berada di dalam bohlam kaca pelindung. Tabung busur mengandung uap merkuri pada tekanan yang lebih tinggi daripada lampu neon, sehingga memungkinkan lampu uap untuk menghasilkan cahaya tanpa menggunakan lapisan fosfor.
• Lampu neon adalah tabung kaca, diisi dengan gas neon, yang bersinar ketika terjadi pelepasan listrik di dalamnya. Warna cahaya ditentukan oleh campuran gas; gas neon murni mengeluarkan cahaya merah.
• Lampu halida logam, yang digunakan terutama di luar ruangan untuk stadion dan jalan raya, mengandung senyawa kimia logam dan halogen. Jenis lampu ini bekerja dengan cara yang hampir sama dengan lampu uap merkuri kecuali bahwa halida logam dapat menghasilkan keseimbangan warna yang lebih alami bila digunakan tanpa fosfor.
• Lampu natrium tekanan tinggi juga mirip dengan lampu uap merkuri; Namun, tabung busur terbuat dari aluminium oksida bukan kuarsa, dan berisi campuran padat natrium dan merkuri.

Thomas A. Edison (tengah, dengan topi) dengan pekerja di laboratoriumnya di Menlo Park, New Jersey. Foto itu diambil pada tahun 1880.

Lebih dari dua puluh penemu, sejak tahun 1830-an, telah menghasilkan lampu pijar listrik pada saat Thomas Edison memasuki pencarian. Tahun 1870-an adalah dekade yang penting, ketika teknologi produksi dan kekuatan permintaan digabungkan untuk membuat pencarian lampu listrik yang layak secara komersial menjadi balapan berteknologi tinggi dan berisiko tinggi pada zaman itu. Edison telah mendirikan laboratorium penelitiannya di pedesaan Menlo Park, New Jersey, di tengah-tengah antara New York City dan Philadelphia. Bangunan laboratorium dan beberapa bangunan luar dibangun pada tahun 1876 dengan keuntungan yang diperoleh Edison dengan penemuan telegrafnya. Dia awalnya bermaksud mengambil proyek dari investor mana pun yang menginginkan bantuannya dan terus mengerjakan idenya sendiri dalam sistem telegraf dan telepon. Dia bilang dia pikir laboratorium bisa menghasilkan penemuan baru setiap sepuluh hari dan terobosan besar setiap enam bulan.

Pada tahun 1877, Edison memutuskan untuk mengikuti perlombaan yang dipublikasikan untuk mendapatkan bola lampu yang sukses dan memperbesar fasilitas laboratoriumnya dengan toko mesin dan kantor serta perpustakaan penelitian. Staf bertambah dari 12 menjadi lebih dari 60 saat Edison menangani seluruh sistem pencahayaan, dari generator hingga isolator hingga bola lampu pijar. Sepanjang jalan, Edison menciptakan proses penemuan baru, mengatur pendekatan tim yang menyatukan pembiayaan, bahan, peralatan, dan pekerja terampil ke dalam "pabrik penemuan". Dengan demikian, pencarian bola lampu menggambarkan bentuk penelitian dan pengembangan baru yang kemudian dikembangkan oleh General Electric, Westinghouse, dan perusahaan lainnya.

William S. Pretzer

Bahan Baku

Bagian ini serta yang berikut (Proses Manufaktur) akan fokus pada bola lampu pijar. Seperti disebutkan sebelumnya, banyak bahan yang berbeda digunakan untuk filamen sampai tungsten menjadi logam pilihan selama bagian awal abad kedua puluh. Meski sangat rapuh, Salah satu komponen utama dalam bola lampu, filamen, dibuat dengan mencampurkan tungsten dan pengikat lalu menggambar campuran menjadi kawat halus di sekitar mandrel baja. Setelah memanaskan kawat dan kemudian melarutkan mandrel dengan asam, filamen mengambil bentuk melingkar yang tepat. filamen tungsten dapat menahan suhu setinggi 4500 derajat Fahrenheit (2480 derajat Celcius) dan di atasnya. Pengembangan filamen tungsten dianggap sebagai kemajuan terbesar dalam teknologi bola lampu karena filamen ini dapat diproduksi dengan murah dan bertahan lebih lama daripada bahan sebelumnya.

Kabel penghubung atau kabel masuk biasanya terbuat dari kawat besi-nikel (disebut dumet karena menggunakan dua logam). Kawat ini dicelupkan ke dalam larutan boraks agar kawat lebih melekat pada kaca. Bohlam itu sendiri terbuat dari kaca dan mengandung campuran gas, biasanya argon dan nitrogen, yang meningkatkan umur filamen. Udara dipompa keluar dari bohlam dan diganti dengan gas. Basis standar menahan seluruh rakitan di tempatnya. Dasarnya, yang dikenal sebagai "dasar sekrup Edison", awalnya terbuat dari kuningan dan diisolasi dengan plester paris dan, kemudian, porselen. Saat ini, aluminium digunakan di bagian luar dan kaca digunakan untuk mengisolasi bagian dalam alas, menghasilkan alas yang lebih kuat.

Manufaktur
Proses

Penggunaan bola lampu berkisar dari lampu jalan hingga mobil lampu depan hingga senter. Untuk setiap penggunaan, masing-masing bohlam berbeda dalam ukuran dan watt, yang menentukan jumlah cahaya yang dikeluarkan bohlam (lumen). Namun, semua bola lampu pijar memiliki tiga bagian dasar—filamen, bola lampu, dan alas. Awalnya diproduksi dengan tangan, pembuatan bola lampu sekarang hampir seluruhnya otomatis.

Filamen

• 1 Filamen diproduksi melalui proses yang dikenal sebagai menggambar, di mana tungsten dicampur dengan bahan pengikat dan ditarik melalui cetakan—lubang berbentuk—ke dalam kawat halus. Selanjutnya, kawat dililitkan di sekitar batang logam yang disebut mandrel untuk membentuknya menjadi bentuk gulungan yang tepat, dan kemudian dipanaskan dalam proses yang dikenal sebagai anil. Proses ini melembutkan kawat dan membuat strukturnya lebih seragam. Mandrel kemudian dilarutkan dalam asam.
• 2 Filamen melingkar dilekatkan pada kabel lead-in. Kabel lead-in memiliki kait di ujungnya yang ditekan di ujung filamen atau, di bohlam yang lebih besar, dilas titik.

Bola kaca

• 3 Bola lampu atau selubung kaca diproduksi menggunakan mesin pita. Setelah dipanaskan dalam Hampir seluruh proses pembuatan bola lampu otomatis. Bola lampu kaca ditiup oleh mesin pita yang dapat menghasilkan lebih dari 50.000 bola lampu per jam. Setelah rakitan filamen dan batang dimasukkan ke dalam bohlam, udara di dalam bohlam dievakuasi dan campuran argon/nitrogen dipompa masuk. Akhirnya, alas ditutup. tungku, pita kaca terus menerus bergerak di sepanjang ban berjalan. Nozel udara yang disejajarkan dengan tepat meniup kaca melalui lubang di sabuk konveyor ke dalam cetakan, menciptakan selubung. Mesin pita yang bergerak dengan kecepatan tinggi dapat menghasilkan lebih dari 50.000 bohlam per jam. Setelah selongsong ditiup, mereka didinginkan dan kemudian dipotong dari mesin pita. Selanjutnya, bagian dalam bohlam dilapisi dengan silika untuk menghilangkan silau yang disebabkan oleh filamen bercahaya yang tidak tertutup. Lambang perusahaan dan watt bohlam kemudian dicap di bagian atas luar setiap casing.

Basis

• 4 Bagian dasar bohlam juga dibuat menggunakan cetakan. Itu dibuat dengan lekukan dalam bentuk sekrup sehingga dapat dengan mudah masuk ke dalam soket lampu.

Majelis

• 5 Setelah filamen, alas, dan bohlam dibuat, mereka dipasang bersama oleh mesin. Pertama, filamen dipasang ke rakitan batang, dengan ujungnya dijepit ke dua kabel timah. Selanjutnya, udara di dalam bohlam dievakuasi, dan casing diisi dengan campuran argon dan nitrogen. Gas-gas ini memastikan masa pakai filamen lebih lama. Tungsten pada akhirnya akan menguap dan pecah. Saat menguap, ia meninggalkan endapan gelap pada bohlam yang dikenal sebagai penghitaman dinding bohlam.
• 6 Akhirnya, alas dan bohlam disegel. Basis meluncur ke ujung bola kaca sehingga tidak ada bahan lain yang diperlukan untuk menyatukannya. Sebagai gantinya, bentuknya yang sesuai memungkinkan kedua bagian disatukan dengan pas, dengan kabel timah menyentuh dasar aluminium untuk memastikan kontak listrik yang tepat. Setelah pengujian, bohlam ditempatkan dalam kemasannya dan dikirim ke konsumen.

Kontrol Kualitas

Bola lampu diuji untuk masa pakai dan kekuatan lampu. Untuk memberikan hasil yang cepat, bohlam yang dipilih disekrup ke rak uji masa pakai dan dinyalakan pada tingkat yang jauh melebihi kekuatan pembakaran normalnya. Ini memberikan pembacaan yang akurat tentang berapa lama bohlam akan bertahan dalam kondisi normal. Pengujian dilakukan di semua pabrik manufaktur serta di beberapa fasilitas pengujian independen. Masa pakai rata-rata sebagian besar bola lampu rumah tangga adalah 750 hingga 1000 jam, tergantung pada watt.

Masa Depan

Masa depan bola lampu pijar tidak pasti. Sementara memanaskan filamen sampai bersinar tentu saja merupakan cara yang memuaskan untuk menghasilkan cahaya, itu sangat tidak efisien:sekitar 95 persen listrik yang disuplai ke bola lampu biasa diubah menjadi panas, bukan cahaya. Di dunia dengan sumber daya yang semakin menipis, di mana konservasi energi semakin penting, inefisiensi ini pada akhirnya dapat membuat bola lampu pijar menjadi tidak praktis.

Ada sumber cahaya lain yang sudah digunakan yang dapat menggantikan bola lampu pijar. Tabung neon, misalnya, sudah mendominasi pasar industri, dan tidak diragukan lagi mereka akan menemukan peningkatan penggunaan sebagai sumber cahaya domestik juga. Lampu neon menggunakan setidaknya 75 persen lebih sedikit energi daripada lampu pijar dan dapat bertahan dua puluh kali lebih lama. Perkembangan baru-baru ini dari lampu neon "kompak", yang tidak seperti tabung neon standar yang dapat disekrupkan ke lampu rumah tangga biasa, dapat memperluas pasar domestik untuk lampu neon.

Perkembangan terbaru lainnya adalah "bola gelombang radio", bola lampu yang menciptakan cahaya dengan mentransmisikan energi dari generator gelombang radio ke awan merkuri, yang pada gilirannya menghasilkan sinar ultraviolet. Lapisan fosfor pada bohlam kemudian mengubah sinar ultraviolet menjadi cahaya tampak. Bola lampu seperti itu hanya menggunakan 25 persen energi sebanyak lampu pijar, dan dapat bertahan selama satu dekade atau lebih. Mereka juga sepenuhnya dapat dipertukarkan dengan lampu pijar.