Cây tre Nhật giúp Edison tạo ra bóng đèn như thế nào?

Cây tre mọc ở gần đền Iwashimizu Hachimangu Shrine tại Kyoto. Ảnh: mTaira

Phát minh bóng đèn của Thomas Alva Edison giúp chiếu sáng ngôi nhà của mọi người trên khắp thế giới. Edison bắt đầu thí nghiệm với bóng đèn sợi đốt năm 1878. Bóng đèn sợi đốt tạo ra ánh sáng bằng cách sử dụng điện để đốt một sợi vật liệu mỏng gọi là dây tóc cho tới khi nó nóng đủ để phát sáng. Nhiều nhà phát minh từng tìm cách hoàn thiện đèn sợi đốt nhưng bóng đèn họ chế tạo có tuổi thọ cực ngắn. Những loại bóng khác quá tốn kém nên không thể sản xuất thương mại ở quy mô lớn. Các loại bóng còn lại tiêu thụ lượng điện lớn, đòi hỏi dây tóc cực dày làm tăng chi phí. Tìm ra vật liệu tốt để làm dây tóc bóng đèn là vấn đề lớn mà Edison đã vượt qua, theo Interesting Engineering.

Edison nhận ra để duy trì dòng điện, ông cần tìm một vật liệu có điện trở cao. Nhằm kéo dài tuổi thọ của sợi tóc, vật liệu cũng cần bền để đốt nóng. Sau khi kiểm tra hàng nghìn vật liệu từ bạch kim tới sợi râu, Edison phát hiện sợi tóc làm từ carbon có những đặc điểm mà ông tìm kiếm. Edison quyết định thử sợi tóc làm từ sợi cotton carbon hóa. Bóng đèn đó phát sáng trong thời gian kỷ lục là 14 giờ. Edison lập tức xin cấp bằng sáng chế, trong đó ông mô tả sợi carbon có thể được làm từ nhiều loại vật liệu như "cotton, sợi lanh, dải gỗ, giấy cuộn theo những cách khác nhau".

Edison tiếp tục thí nghiệm với một số vật liệu hữu cơ khác và carbon hóa chúng trong phòng thí nghiệm. Ông liên hệ với các nhà sinh vật học và nhờ họ gửi những sợi thực vật khác nhau từ vùng nhiệt đới. Ông cử nhân viên đi khắp thế giới để tìm kiếm vật liệu hoàn hảo. Edison ước tính ông đã "kiểm tra không dưới 6.000 loài thực vật, và sục sạo khắp thế giới để tìm vật liệu sợi đốt phù hợp nhất".

Một trong những nhân viên của Edison là William H. Moore gửi ông mẫu vật từ bụi tre mọc gần đền thờ Iwashimizu Hachiman tại Kyoto năm 1880. Loài thực vật có tên khoa học Phyllostachys bambusoides này là cây bản xứ ở Trung Quốc và Nhật Bản, nơi những gốc tre rỗng được dùng làm sáo và đồ thủ công mỹ nghệ. Tre cũng là cần câu tốt. Bản thân Edison từng trông thấy cần câu như vậy trong chuyến câu cá ở Wyoming trước đó hai năm, nơi ông kiểm tra vài sợi lấy từ cần câu cá bằng tre. Chưa rõ có phải Edison yêu cầu Moore gửi ông loài tre đặc biệt đó hay Moore tự gửi mẫu vật cho Edison. Dù trong trường hợp nào, Edison phát hiện tre carbon hóa tạo thành sợi tóc bóng đèn tuyệt vời.

Để sản xuất sợi tóc này, cây tre được chẻ dọc theo chiều dài thành những nan rất mịn, và uốn cong thành hình chữ chi hoặc hình mạch kín để đặt vừa vào bóng. Sau đó, chúng được phủ bột carbon và đốt bên trong lò nung ở nhiệt độ cực cao suốt vài giờ trước khi để chúng hạ nhiệt. Trong suốt quá trình này, nan tre biến đổi từ cấu trúc cellulose ban đầu thành cấu trúc carbon nguyên chất, sẵn sàng để đặt vào trong bóng thủy tinh. Tuy nhiên, sợi tóc bằng tre chỉ có thể dài bằng khoảng cách giữa hai đốt tre. Điều đó hạn chế chiều dài sợi tóc, do đó đặt ra giới hạn về độ sáng mà bóng đèn sợi tóc carbon có thể đạt được. Bóng đèn làm từ sợi tóc bằng tre carbon hóa không sáng hơn nhiều so với nến, nhưng hoạt động lâu hơn nhiều bất kỳ sợi tóc nào tồn tại thời đó. Một số bóng đèn mà Edison và cộng sự chế tạo hoạt động hơn 1,200 giờ.

Sợi tóc carbon trở thành vật liệu phổ biến trong sản xuất đèn sợi đốt cho đến khi các nhà nghiên cứu phát triển sợi tóc tungsten giúp bóng đèn hoạt động lâu hơn và sáng hơn. Bóng đèn sợi tóc tungsten được sản xuất bởi công ty Hungary có tên Tungsram vào năm 1904. Năm 1911, công ty của Edison là General Electric cũng chuyển sang sử dụng tungsten. Edison qua đời năm 1931.

An Khang (Theo Amusing Planet)