برخی مورخان علم، مانند رابرت فریدل، از ۲۲ مخترع پیش از « سوان » و « ادیسون » به عنوان مخترعان لامپ‌های رشته‌ای نام می‌برند. اما تقریباً همه مورخان اذعان دارند که اختراع ادیسون توانست به خاطر مواد به کار گرفته شده مناسب تر، ایجاد خلابی مناسب تر در لامپ و مقاومت بیشتر حباب و عنصرهای تشکیل دهنده لامپ، مقرون به صرفه شود و از بقیه پیشی گیرد.

مروری بر تاریخچه تولید لامپ‌ رشته‌ای

• در سال ۱۸۰۲ « هامفری دیوی » ( ۱۸۲۹-۱۷۷۸ ) رئیس آزمایشگاه سلطنتی انگلستان ، پرقدرت ترین باتری دنیا را در آزمایشگاهش در اختیار داشت .در همان سال او با رشته ای از پلاتینیوم (به دلیل دمای ذوب بسیار بالایش) اولین لامپ رشته ای را اختراع کرد. لامپ دیوی به اندازه بسنده ای روشن نبود و زیاد دوام نمی آورد که کاربردی درازمدت داشته باشد. دیوی در سال ۱۸۰۹ اولین لامپ كمان الکتریکی را ساخت که اتصال الکتریکی کوچک اما کورکننده‌ای بین دو زغال چوب بود که به یک باتری شامل ۲۰۰۰ پیل متصل شده بود. این اختراع در مؤسسه سلطنتی انگلستان به نام لامپ قوسی ( Are Lamp ) شناخته شد. در سال ۱۸۲۵ « جیمز لیندسی » در اسکاتلند لامپ الکتریکی ثابتی اختراع کرد ولی بعد به دلیل پرداختن به مسئله تلگراف بیسیم از تکیمل اختراع خود در زمینه لامپ الکتریکی دست کشید.
• در سال ۱۸۴۰ « وارن ده لارو »، دانشمند انگلیسی با سیم پیچی از پلاتینیوم و ایجاد خلا مناسب در حباب لامپ، توانست عمر لامپ را افزایش دهد. اما قیمت بالای پلاتینیوم ، با وجود دمای ذوب بسیار بالایش، استفاده تجاری از آن را ناممکن ساخت.
• در سال ۱۸۴۱ « فردریک ده مولنس » از انگلستان اولین مقاله درباره طراحی لامپ رشته‌ای با استفاده از قرار دادن خاکه زغالی بین دو سیم پلاتینیوم در یک حباب تخلیه شده را ارائه داد.
• در سال ۱۸۴۵ « جاون استارر » آمریکایی مقاله ای درباره لامپ رشته ای اختراعی خود که شامل رشته ای کربنی بود ارائه داد ولی چندی بعد از انتشار مقاله اش فوت کرد و این امر پیگیری نشد . به همین ترتیب مخترعان دیگری نیز دست اندر کار طراحی و ساخت لامپ رشته‌ای شده بودند.
• برای تجاری سازی این گونه لامپ‌ها « جوزف ویلسن سوان » ( ۱۸۲۴-۱۹۱۴ ) فیزیکدان و شیمیدان انگلیسی در سال ۱۸۵۰ از یک رشته زغال کاغذی درون یک حباب شیشه ای تخلیه شده استفاده کرد و با کمک « چارلز استیرن که در کار تهیه پمپ های خلا بود، سوان توانست روشی ابداع کند که از سیاه شدن زودرس لامپ جلوگیری شود . سوان پس از آن برای تجاری سازی لامپ رشته ای توجه خود را به ساخت رشته های کربنی بهتر معطوف ساخت تا سرانجام در اوایل دهه ۱۸۸۰ شرکت او در انگلستان شروع به کار کرد.
• در سال ۱۸۴۷ مقاله‌ای توسط « هنری وودوارد » و همکارش « متیو اوانس » در تورنتو نوشته شد. آنها لامپ خود را با اندازه و شکلی متفاوت از میله‌های کربنی در استوانه ای شیشه ای که پس از خلا با گاز نیتروژن پر شده بود، تولید کردند. « وودوارد و اوانس » تلاش کردند تا لامپ های خود را تجاری کنند اما موفق نشدند. ناچار مقاله شان را در سال ۱۸۹۷ به توماس ادیسون فروختند.
• اما این پیشینه ۷۵ ساله محققان در تلاش برای ساخت و تجاری سازی لامپ‌های رشته ای، به « توماس ادیسون » امکان داد تا با استفاده از نبوغش اولین لامپ کاربردی را در سال ۱۸۷۹ تولید کند. توماس ادیسون ( ۱۸۴۷ – ۱۹۳۱) برای پیشبرد لامپ رشته‌ای کاربردی پژوهش های جدی خود را در سال ۱۸۷۸ آغاز کرد و اولین مقاله خود را با عنوان « بهبودی در لامپ الکتریکی در ۱۴ اکتبر ۱۸۷۸ ثبت کرد. وی پس از آزمایش های زیادی که با رشته پلاتینیوم و فلزهای دیگر انجام داد دوباره به سمت رشته‌های کربن روی آورد. اولین آزمایش موفقیت آمیز او در ۲۲ اکتبر ۱۸۷۹ بود که 13.5 ساعت دوام آورد. ادیسون به بهبودی طرح خود در استفاده از رشته ای با نوار کربنی پیچیده و متصل با سیم های اتصال پلاتینی ادامه داد. در این راه وی توانست با استفاده از رشته زغال بامبو لامپی با بیش از ۱۲۰۰ ساعت کارکرد تولید کند.
• « ماکسیم » در اکتبر ۱۸۸۰ روشی را ثبت کرد که در آن هیدروکربن‌ها، رشته های کربنی را به منظور افزایش عمر لامپ پوشش می‌داد.
• در دهه ۱۸۹۸ یک مخترع اتریشی به نام « کارل آلوور وون ولز باچ » با سیم‌های پلاتینیومی یک نمونه کاربردی ساخت.
• در سال ۱۸۹۷ « والتر نرنست » فیزیکدان و شیمیدان آلمانی لامپ نرنست را ابداع کرد که نیاز به محیط خلا با گاز بی اثر نداشت و دو برابر لامپ های رشته کربنی بهره نوری داشت. لامپ نرنست به سرعت رایج شد تا زمانی که لامپ های رشته فلزی بر آن سبقت گرفت.
• در ۱۳ اکتبر ۱۹۰۴ « ساندور جاست » و « فرانس هانامان » در مجارستان امتیاز تولید لامپ رشته تنگستن را به دست آوردند که نسبت به لامپ رشته کربنی نور درخشان تری تولید می کرد و عمر بیشتری نیز داشت. این لامپ های رشته تنگستن ابتدا در سال ۱۹۰۵ توسط شرکت مجاری تنگسرام به بازار ارائه شد. در سال ۱۹۰۶ شرکت جنرال الکتریک با بهبود روشی امتیاز تولید لامپ های رشته تنگستن به دست آورد.
• در سال ۱۹۱۳ « ایروینگ لانگمویر»  ( ۱۸۸۱-۱۹۵۷ ) شیمیدان آمریکایی متوجه شد که پر کردن لامپ با گازهای بی‌اثر (مانند آرگون) به جای خلا ، بهره نوری را افزایش و تیره شدن حباب را کاهش می‌دهد.
• در سال ۱۹۳۶، رشته با دوبار پیچش فنری تنگستن (coiled coil) معرفی شد که بازده نوری لامپ ها را بیشتر می کرد.
• در سال ۱۹۶۴ بهبود بهره نوری و تولید لامپ های رشته‌ای پیشرفته ، باعث کاهش هزینه تولید و افزایش نور آنها نسبت به لامپ ابتدایی ادیسون شد.

تاریخچه تولید انواع لامپ

روش ساخت لامپ رشته‌ای

لامپ رشته ای شامل یک حباب شیشه‌ای است که از گازی بی اثر (آمیزه ای از گاز آرگون و مقدار کمی نیتروژن) پر شده است تا تبخیر رشته را کند کند. درون حباب رشته ای از تنگستن دوبار سیم پیچ شده قرار دارد که از سرتاسر آن جریان الکتریکی می گذرد. گذر جریان الکتریکی موجب گرم شدن رشته تا دمایی از ۲۰۰۰ تا ۳۲۰۰ کلوین (بسته به نوع لامپ) می شود که از التهاب رشته بیناب نوری با طول موج پیوستهای نابش می شود. بخش مطلوب این بیناب نور مرئی است اما بخش عمده انرژی به شکل گرما با طول موج نزدیک فروسرخ گسیل می شود.

توزیع طیف لامپ تنگستن در دماهای مختلف

بخش های اصلی لامپ عبارتند از : حبات شیشه‌ای، گاز بی‌اثر کم فشار، رشته تنگستن، سیم های اتصال مولیبدن، سیم های محافظ، ساقه(پایه شیشه‌ی)، کلاهک (سرپیچ) و عایق اتصال الکتریکی.

یکی از مشکلات اصلی لامپ‌های رشته ای تبخیر رشته است. ایروینگ لانگمویر شیمیدان آمریکایی با کاربرد گاز بی اثر تا حدود زیادی این مشکل را برطرف ساخت. پس از آن، لامپ های با توان بیش از ۲۵ وات را با آمیزه ای از مقدار زیادی گاز آرگون و کمی نیتروژن یا کریپتون پر کردند.

رشته تنگستن را برای بهبود بهره نوری لامپ ، دوبار فنرپیچ (coiled coil) به کار می‌برند. برای نمونه، برای لامپ ۱۲۰ وات ۱۲۰ ولتی، طول رشته پیچیده نشده در حدود ۵۸ سانتی متر و قطر رشته ۰.۰۴۵ میلی متر است. در لامپ هایی که با خلا و بدون گاز بی اثر تولید می گردند، تنگستن تبخیر شده باعث کدر شدن تمام سطح درونی شیشه حباب لامپ می‌شد. بعدها با کاربرد آمیزه گاز آرگون و نیتروژن، تنگستن تبخیر شده توسط جریان گاز گرم حمل شده و در بالاترین بخش حباب جمع می شود و فقط آن بخش حباب را تیره می‌کند. کم شدن نور لامپ نیز به دلیل تبخیر رشته و سیاهی حباب است.

ساختمان لامپ رشته‌ای

مقاومت رشته تنگستن در دماهای پایین ( قبل از روشن شدن لامپ ) در حدود ۹ اهم است در حالی که لامپ روشن برای نمونه، در یک لامپ ۱۰۰ وات ۱۲۰ ولت در حدود ۱۴۴ اهم ، یعنی تقریباً ۱۵ برابر می شود.

سرپیچ های استاندارد معمولاً با نشانه های 27E ، ۱۴E و ۴۰E ساخته می شوند که در آنها E از سرنام ادیسون (کسی که سرپیچ لامپ را ساخت) و شماره ها نشانگر قطر سرپیج بر حسب میلی متر است. ۱۴E را عمدتاً برای لامپ‌های شمعی، 27E را برای لامپهای مصارف عمومی و ۴۰E را برای لامپ های با توان بالا به کار می‌برند.

بهره نوری

در حدود ۹۰ ٪ توان مصرف شده در این لامپ ها به صورت گرما و فقط ۱۰ ٪ از توان به صورت انرژی توری تابش می‌شود. در لامپ ها، بهره نوری (نسبت نور مرئی به توان وارد به لامپ، که با لومن بر وانت محاسبه می شود) مهم است. حداکثر بهره نوری ممکن ۶۸۳ لومن بر وات برای لامپ سبز تکفام با طول موج ۵۵۵ نانومتر است که حداکثر حساسیت چشم است.

برای نور سفید، حداکثر بهره نوری ۲۴۰ لومن بروات است. این اندازه‌ها نظری است و با واقعیت بسیار فاصله دارد، برای نمونه یک لامپ ۱۰۰ وات ۲۲۰ ولت در حدود ۱۳/۸ لومن بر وات بهره نوری تولید می کند که در مقایسه با نور سفید ایده آل نظری که ۲۴۰ لومن بر وات است بسیار فاصله دارد. البته تا زمانی که رشته تنگستن به صورت جامد مورد استفاده باشد (با دمایی زیر ۳۶۸۳ کلوین) بیشتر نور فروسرخ و به صورت گرما از خود تابش می‌کند.