Hiç şüphe yok ki ampul insanlığı değiştiren icatlardan biridir. Son yirmi yılda karşı konulamaz bir hızlanma yaşamış olan müthiş bir teknolojik tarihe bu makalede geniş bir bakış atıyoruz…
150 yıl önce araştırmacılar, evde ve işyerinde enerjiyi kullanma şeklimiz üzerinde büyük etkisi olacak parlak bir fikir üzerinde çalıştılar: yani ampul.
19. yüzyılda, aydınlatma sitemleri kusurluydu. Elektrik ampulünün keşifleri ve iyileştirmeleri birkaç on yıl içinde gelişti. Özellikle son yıllarda, ışık yayan diyotlar (LED’ler) içinde yaşadığımız dünyada devrim yarattı.
Başlıklar
Ampulün icadı
Bu buluş, binaların yapılma şeklini kökten değiştirdi, çalışma saatlerini artırdı ve kamusal alanları kullanma şeklimizi değiştirdi. Tüm büyük icatlar gibi, ampul de tek bir tasarımcıya atfedilemez. Daha ziyade, bugün hayatımızı aydınlatmak için kullandığımız ampulün yaratılmasına yol açan farklı mucitler tarafından yapılan küçük keşiflerin bir birikimidir.
Bu yazıda, 1835’te gün ışığını gören ilk modelden, elektrikli aydınlatmanın evriminde sadece bir aşama olan akkor ampule kadar ampulün tarihini keşfedeceksiniz.
Daha sonra, 1990’larda LED’lerin büyük atılımına kadar floresan lambaları geldi. İkincisi, 25 kat daha uzun bir kullanım ömrü ile enerji tüketimini %80’den fazla azaltmayı mümkün kıldı.
Akkor ampuller
Kandil, gaz lambası, mum… İnsan zamanla çevresini aydınlatmak için farklı teknikler geliştirebilmiştir. Bir gün akkor ampulün müthiş icadına yol açan sınırsız yaratıcılık.
1879’da Thomas Edison tarafından alınan ilk patentten ve onun akkor ampulünün ticarileştirilmesinin başlamasından çok önce, İngiliz araştırmacılar kavisli filamanlı ampuller kullanarak elektrik ışığı üretmenin mümkün olduğunu göstermişlerdi.
Sürekli elektrik ışığı üretebilen ilk ampul 1835 yılında yapıldı.
Bunu takiben, bu keşiften sonraki 40 yıl boyunca, dünyanın dört bir yanındaki bilim adamları akkor ampulü incelediler.
Özellikle ampulün filamanı (ampulün elektrik akımı sayesinde ısınmaya başladığında ışık veren kısmı) ve ampulün içinde bulunan gazlı atmosfer üzerinde çalışmalar yaptılar.
O zaman, ampulün içindeki havanın, onu soy bir gazla değiştirebilmek için kolayca kaçmasının bir yolunu bulma sorunuydu. Bu manevranın amacı, filamanın oksijen varlığında oksitlenmesini ve yanmasını önlemekti.
İlk ampul modelleri son derece kısa ömürlüydü, üretimleri çok pahalıydı ve büyük miktarda enerji kullanıyorlardı. Tüm bu unsurlar, o zamanlar ticari bir başarı ummaktan çok uzak oldukları anlamına geliyordu.
Thomas Edison ve Menlo Park’ta (California, ABD) bulunan araştırma ekibi, aydınlatma sahnesine girmeye karar verdiklerinde, çalışmalarının çoğunu filamanı geliştirmeye adadılar – önce bir karbon filamenti, sonra bir platini ve sonra tekrar karbon filamenti test ettiler.
Ekim 1879’da ekip, pamuk ipliğinden karbonize filament ampul üretmeyi başardı. Pamuk ipliği filamanlı bu ampul, yaklaşık on dört saat otuz dakikalık bir ömre sahipti.
Bir bambu filamenti
Daha sonra, bambudan yapılmış bir filamentle deney yapmayı başarana kadar farklı filament türleri üzerinde deneylerine devam ettiler! Bu bambu filament sayesinde Thomas Edison ve ekibi, ampullerinin ömrünü 14 saat 30 dakikadan 1.200 saate kadar önemli ölçüde artırmayı başardı! Bu filaman, önümüzdeki on yıl boyunca Edison’un ampulü için bir standart haline geldi.
İkincisi, ampulde mevcut tüm havanın çıkarılmasını sağlayan yeni bir hava tahliye sisteminin kurulması da dahil olmak üzere, ampulünde çok sayıda iyileştirme yapmaya devam etti. Halojen ve LED gibi birçok teknolojinin ortaya çıkmasından sonra bile ampul tutucular için en verimli sistem olmaya devam eden ampul vida sisteminin de kökenindedir.
Ancak, akkor ampulün kendi versiyonu için patent başvurusunda bulunan William Sawyer ve Albon Man’in isimlerinden bahsetmeden ampullerin tarihinden bahsetmek mümkün değildir.
İngiltere’de akkor ampulün patentini alan adam Joseph Swan’dan da bahsedebiliriz. Dünya çapında dosyalanan bu çoklu patentler, o dönemde bu patentlerden hangisinin diğerlerinden daha üstün olduğunu bilmek için önemli bir tartışma yarattı.
Bu soruyu sormaya devam etmekten ve önemli mali kaynaklar ve her şeyden önce çok fazla zaman gerektirebilecek sonsuz yasal savaşlara girişmekten kaçınmak için, kahramanlar en basit çözümü seçtiler: birlik olmayı.
O zaman, Thomas Edison’un Amerikan şirketi, William Sawyer ve Albon Man’in patenti altında akkor ampuller üreten şirket olan Thomson-Houston Electric Company ile birleşti.
Daha sonra, bugün Amerikan endüstrisinde büyük bir isim olmaya devam eden General Electric adlı bir grup kurdular. Thomas Edison’un İngiliz şirketi, Joseph Swan’ın şirketi ile birleşerek İngiltere’de Ediswan’ı oluşturdu.
20. yüzyılın başında, diğer mucitler, özellikle üretim sürecini ve teknik özelliklerini geliştirerek, akkor ampulde küçük iyileştirmeler yapmaya devam ettiler.
Büyük zorluk, 1904’te Avrupalı araştırmacılar tarafından geliştirilen tungsten filamentinin ortaya çıkmasıyla geldi.
Bu yeni filament, önceki modellerde kullanılan karbon filamente kıyasla daha uzun bir kullanım ömrü ve daha net bir ışık sunma özelliğine sahipti.
planlı eskitme
1913’te Irving Langmuir, bir ampulün içine nitrojen gibi bir soy gaz yerleştirerek verimliliğini iki katına çıkarmanın mümkün olduğunu keşfetti. Bu, o zamanlar ileriye doğru atılmış büyük bir adımı temsil ediyordu.
Bununla birlikte, 1950’lerde, akkor ampuller hala yalnızca küçük bir miktar enerjiyi ışığa dönüştürdü. Bir ampulün tükettiği enerjinin sadece %10’u ampul tarafından ışık üretmek için kullanılır.
Bu nedenle ampul çok enerji yoğun kaldı ve ortalama ömrü çok kısaydı. O Zamanın ana modelleri ortalama 1.000 saat kadar dayanabiliyordu.
Birçoğu bunun, zamanın ana aydınlatma oyuncularını bir araya getiren Phoebus Karteli’nin müdahalesinden kaynaklandığına inanıyor. Bu kartel üyelerinin satışlarını ve dolayısıyla karlarını artırmak için ampullerinin ömrünü kısa tutmayı kabul ettikleri söylendi.
Livermore ampulünün gerçek hikayesi
Livermore’un asırlık ampulü, genellikle Phoebus Karteli tarafından kararlaştırılan sözde “planlı eskime”ye karşı bir örnek olarak gösteriliyor.
IVERMORE’UN AMPULÜ 100 YILI AŞKINDIR BİR İTFAİYE İSTASYONUNU AYDINLATIYOR!
Bir süre önce manşetlere çıkan bu ampul, California, Livermore’daki bir itfaiye istasyonunda bulunuyor. Peki ama bu olağanüstü ampulün özelliği?
Yüz yıldan fazla bir süredir bu kışlayı, filamanı bir kez bile yanmadan veya kırılmadan aydınlatıyor! Bu ampul 1901’de Ohio’da Shelby Electric Company tarafından üretildi, sadece iki kez söndüğü söyleniyor.
Livermore’un asırlık ampulü, titizliği ile bilinen Guinness Dünya Rekorları’na girdi. Bununla birlikte, bu ampulün kökenini kesin olarak belirlemek ve inanılmaz ömrünü açıklamak imkansız olmasa da zordur.
Floresan aydınlatma teknolojisi
Akkor ampul, elektrikli aydınlatmanın evriminde yalnızca bir adımdı. İnovasyonundan sonra, bilim adamları başka sistemler aradılar. Bazıları bir ampulü filamansız çalıştırmanın bir yolunu bulmak istedi.
19. yüzyılda, iki Alman, cam üfleyici Heinrich Geissler ve fizikçi Julius Plücker, uzun bir cam tüpte bulunan tüm havayı uzaklaştırarak ve içinden bir elektrik akımı geçirerek ışık üretebileceklerini keşfettiler.
Bu yenilik Geissler tüpü olarak bilinir. Bu müthiş ilerlemenin özelliği, o zamana kadar bir akkor ampulde ışık üretimini sağlayan ana unsur olan tüpte bir filamanın olmamasıdır.
↑ LIT GEISSLER TÜPLERİNİN RENKLİ ÇİZİMLERİ. ALMAN CAM ÜFLEME USTASI HEINRICH GEISSLER TARAFINDAN 1857 yılında icat edilen GEISSLER TÜPLERİ İLK NEON IŞIK TİPİDİR.
- ALKOL BUHAR BOŞALTIMI
- KALSİYUM SÜLFİT FLORESANSI
- URANYUM CAM FLORESANSI
- STRONSİYUM SÜLFÜR FLORESANSI
Aynı zamanda, Thomas Edison ve Nikola Tesla (elektrik enerjisinde uzmanlaşmış mucitler ve bilim adamları), 1890’larda kendi atölyelerinde floresan ampullerle deneyler yaptılar, ancak ikisi de bu ampulleri pazarlamaya cesaret edemedi.
Floresan aydınlatma teknolojisinde gerçek bir atılım görmek 20. yüzyılın başlarında Peter Cooper Hewitt’in çalışmasına kadar sürdü.
Mucit, cıva buharından bir elektrik akımı geçirerek ve bir balast (tüpten akan akımı düzenleyen ampule bağlı bir sistem) içeren bir mavi-yeşil ışık üretebilen bir floresan ampul modeli yarattı.
Peter Cooper Hewitt’in floresan ampulleri akkor ampullerden daha verimliydi. Ancak o zamanlar, üretilen ışığın rengi nedeniyle çok az kullanımları vardı. Başka bir deyişle, zamanın geleneklerine uygun değillerdi.
Dünya Fuarı’nın Aydınlatması
1920’lerin sonlarında ve 1930’ların başlarında, Avrupalı araştırmacılar fosfor kaplı neon tüpler üzerinde deneyler yaptılar (ultraviyole absorpsiyonu ve görünmez ışığın beyaz ışığa dönüştürülmesi için). Bu keşifler, New York Dünya Fuarı’nda floresan ampullerle deney yapan araştırmacılara ve Amerikan aydınlatma şirketlerine büyük ölçüde yardımcı oldu.
Bu ampuller akkor ampullerden daha uzun ömürlüydü ve genellikle üç kat daha verimliydi. Bu istisnai özellikler, dünya çapında hızlı genişlemelerinin ana nedenleridir.
İkinci Dünya Savaşı sırasında da yaygın olarak kullanıldılar: Amerikan mühimmat fabrikalarında enerji tasarruflu ampullere duyulan ihtiyaç, bunların hızla benimsenmesine büyük katkıda bulundu.
1951’e gelindiğinde, olağanüstü teknik özellikleri sayesinde floresan ampul ticari ortamda her yerde bulunuyordu.
Ekonomik ev aydınlatması
1973’teki dünya petrol krizi büyük bir enerji kriziydi. Bu kriz aydınlatma konusunda uzmanlaşmış mühendisleri ev ortamında kullanılabilecek bir floresan ampul geliştirmeye yöneltti.
1974 yılında, Sylvania şirketinin (aydınlatma ürünleri üreticisi) araştırma ve geliştirme departmanından mühendisler, bir ampulün balastını doğrudan ampulün içine yerleştirmek için nasıl küçültebileceklerini öğrenmek istediler.
Amaç, ampulü daha kompakt hale getirerek kullanımını kolaylaştırmaktır. Çözümü keşfettikten sonra, keşiflerinin seri üretimini nasıl başlatacaklarını bilmeden, çalışmalarını korumak için hızla bir patent üzerinde çalışmaya başladılar.
Ve haklı olarak, o sırada Sylvania ve genel olarak tüm ampul üreticileri tarafından kullanılan malzeme bu yapılan aydnlatma keşiflerinin üretimi için uygun değildi.
İki yıl sonra, 1976’da General Electric’te mühendis olan Edward Hammer, boruyu spiral bir şekle sokmanın bir yolunu buldu ve bu süreçte ilk kompakt floresan lambayı (CFL) icat etti.
O zamanlar Sylvania gibi General Electric grubu da bu ampulü üretmeme kararı aldı çünkü üretimi için gerekli makineler çok pahalı görüldü.
Kompakt floresan ampuller 1980’lerin ortalarında 20/30 dolarlık bir fiyatla pazarlandı; bu, akkor ampul için birkaç dolar ödemeye alışmış çoğu tüketici için engelleyici bir durumdu.
Ancak tek sorun fiyat değildi: bu tipteki ilk ampuller büyük ve çok hantaldı, o sırada kullanılan soketlere uymuyorlardı, düşük ışık akıları vardı, zayıf renk geriverimleri vardı ve bir dimmer ile uyumlu değillerdi.
1990’lardan bu yana, LFC’deki iyileştirmeler sayısız olmuştur. Diğer şeylerin yanı sıra, boyutu küçültmeyi, tasarımı iyileştirmeyi, ateşleme süresini kısaltmayı ve fiyatı düşürmeyi mümkün kıldı.
Tüm bu gelişmeler, onu hem ev hem de ticari kullanımlar için ciddi bir aydınlatma seçeneği haline getirdi.
Bununla birlikte, piyasaya sürüldükten 30 yıl sonra, kompakt floresan ampulü akkor ampullerden çok daha popüler hale getiren şey, daha düşük karbon emisyonları ve daha düşük enerji tüketimi vaatleridir. Gerçekten de %75 daha az enerji kullanırlar ve on kat daha uzun ömürlüdürler.
LED aydınlatmanın bitmeyen yükselişi
Kompakt floresan ampullerin gelişiyle verimlilik yarışı başladı. Enerji tasarrufu yapmak isteyen hükümetler ve tüketicilerle karşı karşıya kalan üreticiler, her zamankinden daha verimli ampuller üzerinde çalışmaya karar verdiler. Alandaki en son evrim ve aynı zamanda en önemlilerinden biri oldu: LED’ler.
LED (Işık Yayan Diyot), tarihte en hızlı gelişen aydınlatma teknolojilerinden biridir. Öyle ki piyasada modeller birbirini son sürat takip ediyor.
Örneğin, piyasaya sürüldükten birkaç ay sonra yeni, daha ekonomik bir 7 watt versiyonuyla değiştirilen 7.5 watt LED ampuller için durum budur. Bu model de yakında 6.8 watt’lık LED’lerle değiştirilir…
Bu gelişmeler kesinlikle faydalıdır ancak tüketiciler ve perakendeciler için gerçek bir baş ağrısı oluşturmaktadır. Apple’ın her iki ayda bir yeni bir iPhone çıkarması gibi!
Çok verimli bir aydınlatma teknolojisi olarak kabul edilen LED, elektriği ışığa dönüştüren yarı iletkenler kullanır. Genellikle çok küçüktürler (milimetre kareden daha az) ve belirli bir yönde ışık yayarlar, bu da genellikle yapay ışığı yönlendirmek için kullanılan reflektör ve difüzör ihtiyacını azaltır.
Popülerliklerindeki patlama (genel halk olmasa da en azından hükümetler, erken benimseyenler ve üreticiler arasında) sunulan önemli enerji tasarruflarından kaynaklanmaktadır.
Devletlerin enerji tüketimini düzenleyen kotalarla sınırlandığı bir zamanda, LED ampuller mükemmel bir çözüm sunar. Tüketici tarafında ise, enerji tüketim fiyatları onların satın alma güçleri aleyhine yükselmeye devam ediyor.
Bir ampulün verimini değerlendirmek için, tükettiği enerji miktarını ürettiği ışık miktarı ile karşılaştırmanız yeterlidir. Bunu yapmak için, bir ampulün yaydığı ışık miktarını (lümen) bu ışığı üretmek için gereken güce bölün (watt’ın).
Bu, watt (W) veya lm/W başına lümen (lm) cinsinden bir sayı verir. %100 verimli bir ampulün tükettiği enerjiyi ışığa dönüştürmesi durumunda 683 lm/W verim elde ederiz.
Şimdi, verimlilik seviyelerine odaklanarak, mevcut ana teknolojilere bir göz atalım. Mevcut en eski aydınlatma teknolojisi olan akkor ampul için 60 W’lık bir model alırsak 15 lm/W verim elde ederiz, kompakt bir flüoresan ampuldeki eşdeğerini alarak 73 lm/W verim elde ederiz.
LED ampuller, 70 ile 120 lm/W arasında bir verimlilik düzeyine sahip oldukları için mükemmeldir. En yaygın modellerin ortalama verimi 85 lm/W’dir.
Renkli ışık yayan diyotlar
1962’de, General Electric için bilimsel danışman olarak çalışırken, Nick Holonyak, kırmızı diyot biçiminde ilk görünür spektrumlu ışık yayan diyotu icat etti. Sonra yeşil ve sarı diyotlar icat edildi.
Üreticiler, üretim süreçlerini optimize ederken renkli diyotlarda birçok iyileştirme yaptılar. 1970’lerde, bu diyotlar daha sonra bir ışık göstergesi veya hatta bir hesap makinesi ekranı olarak kullanılmaya başlandı. Buna rağmen, renkli ışık yayan diyotların sadece birkaç uygulama alanı vardı.
LED’lerdeki en büyük atılım 1990’larda üç Japon araştırmacının mavi diyotu icat etmesiyle geldi. Profesörler Isamu Akasaki, Hiroshi Amano ve Shuji Nakamura, önemli insan ve finansal kaynaklara yatırım yaparak birçok büyük şirketin yıllardır geliştirmeye çalıştığı şeyi icat etmeyi başardı.
Bu üçlü araştırmacı, 7 Ekim 2014’te Nobel Fizik Ödülü’nü alarak keşiflerinden dolayı da ödüllendirildi.
Keşif iki aşamada yapıldı: ilki, ışık yayan diyotlarda kullanılan yarı iletkenlerin üretimi için farklı malzemelerle deney yapmaktan ibaretti.
Profesörler Isamu Akasaki ve Hiroshi Amano, galyum nitrür kristallerinin mavi ışık ürettiğini ve tümü safir bazlı bir yapıya yerleştirildiğini keşfetti.
Bu arada Profesör Shuji Nakamura, kristalleri ticari kullanım için uygun bir boyuta indirgeme yöntemini yaparak dört yıl sonra çalışmanın eksik kısmını sağladı. Bu keşfi, sıcaklığı akıllıca manipüle ederek yaptı.
Çalışmalarının aydınlatma alanına katkısı paha biçilmezdir. Mavi LED’ler olmadan, şu anda bilgisayar veya televizyon ekranlarında gördüğümüz beyaz ışığı üretmek için üç ana renk karışamazdı.
Ek olarak, çok güçlü mavi ışık, doğal ışığa daha yakın beyaz ışık üretmek için fosfor ile birlikte kullanılabilir, bunlar yeni nesil ampuller için araştırma temelleridir.
Günlük Yaşamda LED
2008’den beri LED ampullerin fiyatı %85 oranında düştü. Ayrıca günümüzün LED ampulleri, geleneksel akkor ampullerden altı ila yedi kat daha verimlidir. İkincisi ile karşılaştırıldığında, ışık yayan diyot ampuller, 25 kat daha uzun bir kullanım ömrü ile enerji tüketimini %80’den fazla azaltır.
Bu gelişmeler, son yıllarda hem ticari hem de evsel uygulama alanlarında LED ampullerin hızlı bir şekilde yaygınlaşmasını sağlamıştır. Devlet kurumlarının çoğu, son yıllarda artan enerji fiyatları nedeniyle enerji tüketimini azaltma politikaları nedeniyle LED aydınlatmaya geçiyor.
Aydınlatmada Son İnovasyon ve Buluş
Son yıllarda, LED aydınlatma ampulleri aydınlatma pazarına büyük ölçüde hakim olmuştur. Ampuller ve LED’ler alanında bazı yeni teknolojik gelişmeler olsa da, aydınlatma teknolojisinde de dikkate değer bazı atılımlar var.
LumiFree Energy Saver Aydınlatma Teknolojisi
LumiFree, bir Japon şirketi Japan Display (JDI) tarafından yakın zamanda geliştirilen yeni nesil bir aydınlatma teknolojisidir. LumiFree hakkında ayrıca özel bir makalemiz var.
Şirkete göre, LumiFree, yeni sıvı kristal malzemeleri kontrol etmek için yeni bir yöntemdir, ışık dağılım özelliklerini kontrol etmek için kırılma indisini değiştirerek ışığın parlaklığının yönünü, parlaklığını ve şeklini değiştirir. Bu teknoloji de LED aydınlatmaya dayanmaktadır ancak LED’leri kontrol etme yeteneğini önemli ölçüde değiştirmektedir.
