ampulden-lazer-teknolojisine-isik-ve-aydinlatma-teknolojileri-tarihi

Yıl 1879 Aralık ayı yılbaşı gecesi ve hava çok soğuk… Ama buna rağmen Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Middlesex bölgesinde bir laboratuvarın önünde insanlar bir dakikalık sihire tanık olmak için birikmiş durumda. Menlo Park büyücüsü ve onun parlak ışığını görmek için bekliyorlar.

Edison tam zamanlı bir telgrafçı olarak

Bugün “ışık nedir” ve ampulün ilk olarak nasıl ortaya çıktığını öğrenecek; insanoğlunun ışığın gücünü hiçe saymaya iten sebepleri bilimin kurnazlığında araştıracağız.

İnsanoğlunun Işıkla İlişkisi

İnsanlar çeşitli ışık kaynakları kullanmaya çok erken bir dönemde başlamıştı. Ancak yine de güneşin batması demek bütün aktivitenin sona ermesi demekti. Suni ışık öncesindeki günlerde erkeklerin iki seçeneği bulunuyordu: Ya karanlıkta oturup dolunay zamanını bekleyeceklerdi ya da bir şeyler yakacaklardı.

isigin-icadi

Tarih boyunca el feneri, gaz lambaları ve mumlar gibi çeşit çeşit ışık kaynakları kullanılmıştır. İnsanlar titreyerek yanan ve loş ışığa çok alışmışlardı.

Nihayet 19. Yüzyılda mucitler ışık olayını modernize etmek için çalışmalara başlamışlardı.1826 yılında spotlu lambalar ortaya çıktı ilk önce. Daha çok tiyatrolarda kullanılıyordu ve oksijenle hidrojen alevlerinden elde edilen ısıyla bir kireç taşını yakarak çalışıyordu.

Ateş, etrafımızdaki her şeyde olduğu gibi küçücük taneciklerden oluşur. Bu tanecikler ne kadar hızlı hareket ederse ortaya çıkan ışık o kadar mükemmel olur.

Mesela odun, hareket etmeyen taneciklerden oluştuğu için ilk başta çok iyi yanmaz. Ama içindeki tanecikler ısı sayesinde hareket etmeye başladığı anda enerji fazlası açığa çıkarak ışık haline dönüşür.

Yanan-Odun-Isigi

Bugün hala asıl dikkat çeken ışık kaynağını spotlu lambalar olduğunu görürüz. Bütün bunlara rağmen uzun elbiseli kadın ve peruklu erkek tiyatro sanatçılarının yanan ateşler içinde bir araya gelmesi ile spot ışıklar biraz unutuldu. Aslında çok şehvetli bir görüntüydü. Alevler çok uzun bir süre ışık kaynağı olmaya devam etti.

Mesela mumlar binlerce yıldır hayatımızdalar. Ama bir ampulün verdiği ışığın sadece %1‘ini verebiliyorlar. Hem ayrıca yanınızda mum yanarken uyuya kalmak hiç de iyi bir fikir değil. O yüzden daha güvenli ve iyi bir ışık kaynağı olmalıydı.

Mum-Isigi

Bu ihtiyacın birçok sebebi daha vardı. O sıralarda sanayi devrimi gerçekleşiyor dünyayı sayısız konuda değiştiriyordu ve artık kömüre de ihtiyaç vardı. Kömür madenciliği çok tehlikeli ve öldürücü bir iş olarak görülüyordu. İngiltere’deki maden ocaklarında birçok insan ölüyordu.

Maden-Ocagi-Aydinlatma

Ölümlerin sebebi genellikle yerin o kadar altında çalışan işçilerin iş yapabilmek için ışığa ihtiyaç duymasıydı. Ama ışık demek ateş veya el lambası demekti.

Metan gibi madenlerin içinde çokça biriken patlayıcı gazların yanında ateş yakmak imkansızdı ve çok tehlikeliydi. Kolay alev alan gazlarla ateş aynı anda güvenli olarak kullanabilir miydi? Sonra ortaya çıkıyor ki evet kullanılabiliyormuş.

Işığa Doğru: Davy Lambası

İngiliz kimyager Sir Humphry Davy ve kendi ismini taşıyan lambasını bunun için minnetle anıyoruz.

Madenici-Feneri-Davy-Lambasi
Madenci Feneri (Davy Lambası)

Davy yanan alevin metal bir tel örgüyle sardığımız zaman patlayıcı gazların lambanın içinde hareket ettiğini ve alevi beslediğini keşfetti.

Gazlar tel örgünün dışına çıkmıyor ve havada patlamıyordu. Ancak tel örgü buna dayanabilecek kadar iyi yapılmış olmalıydı.

Bu lamba madencilikte bir çığır açtı ama mantığa aykırı olsa da daha fazla kaza olmasına sebep oldu. Çünkü artık maden sahipleri eskiden tehlikeli olduğunu düşündükleri saatlerde de bu yeni icat sayesinde işçilerini çalıştırmaya başlamışlardı. İşte bu yüzden bu lambanın ömrü de uzun olmadı.

Peki ne değişti öyleyse? Sir Humphry Davy değişti. O artık kendi parlak ışığı yerine elektriğin gücünü keşfetmekle ilgilenmeye başlamıştı.

İşte ampulün hikayesi de 1901 yılında böyle başladı. Bir dizi platin kabloyu aküye bağlayarak üzerinden elektrik geçirmeyi başardı.

Elektronların Akışından Işığa: Davy’den Yenilikler

Elektrik akımı, yüklü taneciklerin yani elektronların akışı anlamına gelmektedir. Flamanın içine girdikleri anda elektronlarla platin içindeki atomlar çarpışmaya başlar. Aynen nehirdeki taşlar gibi.

Platin tanecikleri akıntıya karşı koymaya çalışır. Bu çarpışma aslında akıntının içindeki elektronlarla platinin içindeki elektronlar arasında gerçekleşir.

Platin-Elementi

Çarpıştıkları anda elektrik akımındaki elektronların içinde bulunan enerji platinin içindeki elektronlara transfer olur. Bundan rahatsız olan elektronlar enerjilerini ışık yayarak akıtmaya başlarlar.

Ne kadar ince olursa o kadar dayanıklı olur. Çünkü aynı anda daha az tanecik geçirilir. Kablo ne kadar kısa ise o kadar daha çok ışık verecektir. O yüzden flamanlar çok küçük ve kısadır.

Davy’ nin şansına hem çok parlak değildi hem de çok uzun dayanmıyordu. Üstüne bir de çok kullanılması gereken platin çok pahalıydı. Bütün bu sebepler Davy’nin vazgeçmesine neden oldu.

ark-lambasi-yay-lambasi

Ama aslında insanları çok heyecanlandıran elektrikle ilgili bu yeni buluşun bir gün işe yarayacağını düşünüyordu. Aynen öyle oldu ve 8 yıl sonra Ark lambasını icat etti.

Davy birbirine değen iki kömür çubuğun üzerinden elektrik akımını geçirerek kömür çubuğun üzerinden kıvılcım çıkmasını sağladı. Bunu küçük bir şimşek gibi düşünebilirsiniz. Sadece çubuklar birbirinden yavaşça uzaklaşırken elektrik akımı aradaki kıvılcımı hareketlendiriyor.

Bununla birlikte kömür çubuklar yavaşça yanmaya başlıyordu. Ancak aradaki mesafenin çok iyi ayarlanması gerekiyordu. İşte bu yüzden Davy’ in bu buluşu da başarılı olmadı çünkü kullanımı pratik değildi.

Bu tarz ışıklara ark lambası deniliyordu ve bir süre için kullanıldılar. Mesela film stüdyolarında. Ancak bu lambalar o kadar çok ultraviyole ışık veriyordu ki aktörlerle aktrisler çekim durduğu anda gözlerini korumak için güneş gözlüğü takmak zorunda kalıyorlardı. Ark lambaları ne kadar güvenli olsalar da can yakıyordu ve oldukça sağlıksızdı.

Büyücülerin Eseri: Ampül

Bugün kullanmakta olduğumuz ampul nasıl ortaya çıktı o zaman?

Belli ki bir büyücü sayesinde olmuş bu. Doğrusunu isterseniz bir büyücü sayesinde olmuş. Peki kimdir o büyücüler?

 

nikola-tesla-hayati-icatlari-olumu

Nikola Tesla

Nikola Tesla günümüzdeki neredeyse her elektrikli cihazın var olmasını sağlayan ünlü bir bilim insanıdır. Hayatını ücretsiz enerji dağıtımına adamıştır. Dönemindeki en büyük rakibi olan Edison da enerji ve elektrik üstüne çalışmıştır.

Edison ampülü icat etmeye çalışırken Tesla kendi laboratuvarında çoktan floresan lamba ile çalışmalarını yapıyordu.

edisonun-hayati-icatlari-icraatlari-firmalari-ve-tesla-tartismasi

Edison daha küçücük bir çocukken bile etrafındaki her şeyin nasıl çalıştığını merak edip dururmuş. Her zaman meraklı olan Edison, öğretmenlerine sürekli sorular sorarmış. Öğretmenlerinin bile cevabını bilmediği sorular sorarmış çoğu zaman.

Sonuç olarak onun merakına cevap vermedikleri için 12 yaşına geldiğinde annesi onu okuldan alıp evde kendi yetiştirmeye karar vermiş. Bu küçük çocuk büyüyünce binden fazla icat yapıp kendi adına patent alarak toplum üzerine ciddi bir etki bıraktı.

Edison bütün bunları tek bir şeyi icat ederek başarır: Modern bilim laboratuvarı. Bütün araştırmalarını ve testlerini yapmak için fizik ve diğer konulardaki genç yetenekleri yanına alan Edison, hepsini tek bir çatı altında, tüm modern laboratuvarlar için örnek olacak Menlo Park laboratuvarında toplar.

edison-lamba-mucidimidir

Bütün bu gelişmelere rağmen ilk ampulü bulması 1,5 yılını aldı. Bütün bu kadar zaman ne yapmıştı acaba?

Edison yaptığı yüzlerce buluşa rağmen hala en çok ampulün icadıyla tanınmaktadır. Aslında ampulü bulan da Edison değildir. Edison’un yaptığı diğer mucitlerin çalışmalarını tek bir buluş altında zekice birleştirmekti. İlk önce Davy’ nin flama ölçüsünü ve yapıldığı maddeyi değiştirilerek işe başladı.

Emin olmadığı tek şey; hangi maddeyi kullanması gerektiğiydi. Aşağı yukarı tahmin etmeye başlamıştı. Doğru flamanı bulmak için 1600’den fazla değişik malzeme denedi. Bunların içinde Hindistan cevizi, misina hatta bir arkadaşının sakalı bile vardı.

O ve ekibi ellerine aldıkları her şeyi test ediyorlardı. 1879 yılında Edison ve çalışanları flaman için ne kullanacaklarını buldular: Karbonlu bambu.

Bu küçük kablo 1200 ile 1500 saat arasında yanabiliyordu. İşte aradıkları şey buydu. Sonra Henry Woodward imzalı patentleri satın aldı. Onlar da flamanla elektrik kullanmışlardı ama onlar çubuğu da camdan yapmışlardı. Yanacak oksijenin bulunmadığı için böyle bir cam çubuk harlamakta olan nesneyi söndürüyordu.

İşte bu da tam ihtiyacı olan şeydi. Ampulün yanması için oksijen gerekmiyordu. Vagun, flamanın yanmasına engel olurken elektrik yanmayı devam ettiriyordu.

O zaman tam olarak ne oluyordu?

Her maddenin içinde hareket eden atomları hatırlıyor musunuz? Ampulün içindeki vagun oranı ne kadar yüksek olursa orda dolaşan taneciklerde o kadar azalıyordu. Bu nedenle hareket eden taneciklerin verdiği basınç azalıyor ve ışık daha uzun süre yanabiliyordu.

Devrimin-Esiginde

Devrimin Eşiğinde

Aralık 1879, nerdeyse 130 yıl önce. Bir yılbaşı günü ve hava çok soğuk. Ama Amerika Birleşik Devletleri New Jersey eyaleti Middlesex bölgesindeki laboratuvarın önü kalabalık. Herkes bir anlık sihir bekleyişindeydi.

Thomas Edison Menlo Park laboratuvarını aydınlatmak için elektrikli ampul ilk defa kullanıyor. Ampulün halka gösterilmesi ilk böyle gerçekleşiyor. Elektrikli ampul bulunmasıyla da elektrik devrimi başlamış oluyor.

Edison, para kazanıp zengin olana kadar her şeyin iyice test edilip kullanılabilir olması konusunda üzerinde çalışması gerekiyordu. O ve ekibi ampulü bularak çalışma saatlerinin uzatılmasına sebep olurken onların arkasından daha birçok yeni buluş geldi. Bu buluşların hepsi de toplumun nefesini kesen elektrik buluşuyla yakından alakalıydı.

İlk başlarda elektrik lüks olarak değerlendirildi ama 20. Yüzyılın başlarında büyük şehirlerin şehir merkezlerindeki ışıl ışıl aydınlatılmış olan mağazalar bütün insanların çok hoşuna gidiyordu.

Bu mağazalara beyaz mağazalar deniyordu ve halkın ilgi odağı haline gelmişlerdi. İçlerinde satılan mallardan çok aydınlatmaları dikkat çekiyordu. 20, 30 yıl boyunca milyonlarca insan evlerinde yapay aydınlatmalar kullandı.

Edison’un tüketiciye yönelik ilk ampulü 13,5 saat yanıyordu. Daha sonra bunu 900 saate kadar çıkardı. Şimdikiler ise 60.000 saat kadar yanabiliyor. Ancak hatırlamalıyız ki modern ampul artık yavaş yavaş yok oluyor.

Hem ucuz, hem etkili hem de kullanımları çok kolaydı. Bu büyük bir başarıdır. Yine de, göz kamaştıran bu ampuller içine aldığı enerjinin sadece %5 kadarını ışığa çevirebiliyordu. Elektriği ziyan ediyordu ve etkisi düşüktü. Ama hala güneş battıktan sonra en çok kullanılan aydınlatma şekliydi.

Enkandasen-Ampul

Enkandesan Sorununa Çözüm

Enkandesan (akkor) ısı sayesinde parlayan demektir Ampul değiştirirken eli yanan kişilerde bunu doğrulayabilir. Aslında enkandesan ampullerin enerjisinin %95 ‘i ışığa dönmek yerine ışımaya çalışırken ziyan olur.

Bu da ciddi enerji kaybı demektir. Bilim buna nasıl bir çözüm bulacaktır bakalım. Enkandesan ampuller neredeyse yüz yıldır hayatımızda. Ama artık o kadar ısı vermeyen başka ışık kaynaklarıyla yer değiştiriyorlar.

Onların da Edison ampul üzerinde çalışırken geliştirilmiş olması size de çok ilginç gelmedi mi? Daha da fazlası var. Floresan ampullerde. Evet onlar da aynı enkandesan ampuller gibi çalışıyorlar.

Bir ampulün ışık üretebilmesi için sıcak olması gerekmiyor aslında. Edison, ilk ampulü bulduktan 10 yıl kadar sonra iki Alman farkında olmadan enerji tasarrufu ampul için bir adım attı.

Neden-Planet-Kanopi-Led-Armatur

Onlar elektrikle gazı test ediyorlardı. O zamanlar için yeterli bir miktarda ışık odaları aydınlattı hatta onların gözleri kamaştı. O zamanlar ışıl ışıl parlayan geysel tüpleri daha sonra da neon ışıklarına dönüştü zaten. Ama bu iki Alman nedense buluşlarını ampule dönüştürmediler. Onların cam tüpleri sızıntı yaparak gaz kaçırıyordu ve etkisi çok uzun sürmüyordu.

neon-aydinlatma

Yine de yaptıklarıyla enerji tasarrufu ile ampul dönemini başlatmış oldular. Zaman içinde gaz lambasının teknolojisi de gelişmişti çünkü çok daha kolaydı. Elektrik akımı içi gaz dolu bir tüp veya ampulün içinden geçtiği zaman gazlar içindeki taneciklerle flaman görevi görüyordu.

Elektrik tanecikleri gazın içindeki atomları harekete geçiriyor ve ışık kaymalarını saptıyordu. En ilginç tarafı ise enerji tasarrufu gaz lambaları yani civa buharlı ampullerin içinde bulunan taneciklerin verdiği ışığı göremiyordunuz bile. Buna ultraviyole ışık deniyordu. Onun görülebilir yapmak için içine bir şey daha eklenmesi gerekiyordu. Fosfor, fosfor olmayınca ona siyah ışık deniyorlardı.

ultraviyole-uv-ampul

Ultraviyole ışık fosfora değdiği anda fosforun elektronlarını hareketlendirir. Fosfordaki elektronlar normale dönüşünce de görünür bir ışık vermeye başlarlar. Bu sürece ise floor ışıma dendiği için ampullere de floresan ampuller denir.

Floresan ampullerin yanma süresi yaklaşık olarak 20.000 Hrs‘dir. Bu da iki yıl boyunca hiç sönmeden yanmalarına eşittir. Edison’un sadece birkaç hafta yanabilen enkandesan ampullerle karşılaştırdığında aslında hiç de fena değil. Diğer yandan LED ampuller onlarca yıl yanabiliyorlar.

LED Çağı Başlıyor

Işık yayan iyot yani LED ampuller 1962 yılında icat edildi ve şu anda uzaktan kumandalardan televizyonlara, kol saatlerinden trafik ışıklarına kadar her yerdeler. Büyük olasılıkla ilerde tek ışık kaynağımız olacaklar.

LED’leri bu kadar özel yapan nedir peki?

Bu küçük lambanın içindeki flaman, yanmayan bir malzemeden yapılıyor, çünkü LEDler silikon gibi ısıya dayanıklı bir maddenin hareketli taneciklerin sayesinde ışık saçabiliyorlar. Silikon aşınmıyor hatta çok ısınmıyor bile.

Gayet normal ısıda kalıyor. Ancak ilerde ışık kaynağı olarak lamba veya ampule bile ihtiyaç kalmayabilir. Duvarları, tavanları hatta çatal bıçakları bile ışık kaynağı olarak kullanmaya başlayabiliriz.

2005 yılında kazayla ortaya çıkan bir buluş LED ışığı başka bir seviyeye taşıdı. Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Wender Bid Üniversitesi’nde yüksek lisans yapan Michael Bowers bir gün kimya profesörü Sandra Rosentha ile nanometre büyüklüğündeki kristal olan kuantum noktaları ile ilgili kum tanecikleri üzerinde deneyler yapıyordu.

Bir grup noktanın üzerinde birdenbire ışık yanınca Michael yüksek düzeyde ışık çıktığını anlayarak şaşkına döndü. LED lambalar beyaz ışık vermiyordu. Mavi ışık vermek için ayarlamışlardı.

Mavi soğuk renkli ve gözü rahatsız edebiliyordu. Power’ın bu buluşu sonunda kuantum noktaları kullanarak pırıl pırıl beyaz ışık elde edilebileceği anlaşıldı. Daha da iyisi, kuantum noktaları istenen herşey karıştırılarak her renge boyanabiliyordu. Zaten elektrikle harekete geçerek ışık veriyorlardı. Bu da sonsuz ışık kaynağı demekti.

Modern çağda ışık kaynakları adı altında yapılan çalışmalarda bütün buluşlar olağanüstüydü. Hatta bazılarını çıplak gözle bile göremiyoruz. Işık veya kümelenmiş ışık lazer ışınları olarak her yerde bulunuyor.

DVD oynatıcısında ve bilgisayarların sabit diskinin içindeler. Hatta tıbbi sebeplerle vücudumuzu bile tarayabiliyorlar. Lazer gerçekten de inanılmaz bir buluş. Ve aslında çıkışı 1900 yılların başına dayanıyor.

Böyle bir şeyin var olabileceğini ilk olarak Albert Einstein söylemişti. Ama o sadece bir teoriydi. Einstein, ışığın daha fazla güç ile ışınlara odaklanması veya yoğunlaşması gerektiğini düşünüyordu.

Buna da uyarılmış emisyon diyordu. Einstein, uygun koşullar altında atomun fazla enerjisini ışığa dönüştürebileceğine inanıyordu. Einstein bu fikri ortaya attıktan 44 yıl sonra teorisi gerçeğe dönüştü. O zamana kadar bu enerji yayılmasını radyasyonun uyarılmış emisyonuyla ışığın güçlendirilmesi yani lazer adı verilmişti.

Birçok bilim insanı Einstein’ın teorisini uygulayarak lazeri yaratmaya çalıştıysa da uzunca bir süre kimse bu konuda başarılı olamadı ve sadece teori olarak kaldı.

Lazer Mucizesi

İlk başarılı lazer Theodore H. Maiman’den geldi. Fotoğraf makinesinin flaşını bir sentetik yakut taşının üzerinde kullanarak içindeki krom atomlarını harekete geçirdi.

Peki ama neden yakut?

Çünkü kristalin emme ve yansıtma konusunda başarılı olduğunu bildiğinden lazerin kalbi görevi göreceğini düşünmüştü. Ve haklı çıktı. 16 Mayıs 1960 tarihinde bir kurşun kalem boyunda olan silindir şeklindeki yakuttan yapılma ilk lazer ışığını üretti.

Harold D. Wallace ile mikrodalga lazer ortaya çıkana kadar bu gerçek olmamıştı aslında. Bütün mühendisler bunu nasıl kullanacaklarını düşünüyor ve araştırıyorlardı. Eğer kullanacaksak enerji seviyelerini arttırıp ışık haline getirebilecek miydik?

Toplumun ilgisini ilk olarak lazer çekti. Ancak pratik ve kolay uygulamanın geliştirilmesi yıllarca sürdü. Çünkü ne için kullanabileceği bilinemiyordu. Ama artık günümüze lazer her yerde. Birçok alanda uygulamalar bulunuyor. Teknoloji çağının en önemli tamamlayıcısı olarak görülüyor.

Bir gün gelip de lazer ışıkla beyinlerimizin yönetildiğini görürsek hiç şaşırmayacağız. Amerika Birleşik Devletleri’ndeki McCovern Teknoloji Enstitüsü’nden Mark Ovin Beyin Araştırmaları bölümünde araştırmacılar lazer kullanarak insan beyninin anlamanın yollarını araştırıyor.

Beyindeki normal hücreleri sabit bırakarak belirli hücrelere “ışık” kullanarak açmak ya da kapamak nörolojik problemleri olan hastaların tedavisi için kullanılabilirdi. Gerçek şu ki beyin hücreleri bu teknoloji sayesinde ışığa cevap verebiliyor. Bu da araştırmalar ilerledikçe insan beyninin nasıl çalıştığını daha iyi anlayacağımızı gösteriyor.

Sigmund Freud hastalarına haftalarca, aylarca ve hatta yıllarca psikanaliz yapıyordu. Artık belki de buna hiç gerek kalmayacaktı ve koltuğun üzerinde saatlerce vakit geçirmek yerine sorunlarımızı uzağa doğru ışınlayabiliriz. Bu da belki ışığı en yakından gördüğümüz zaman olacaktır, ne dersiniz?

Makale: Sektörüm Elektrik Aydınlatma Dijital Dergisi Araştırma Servisi tarafından hazırlanmıştır.

Kaynaklar:

https://sires.house.gov/media-center/did-you-know/the-wizard-of-menlo-park#:~:text=Thomas%20Edison%20eventually%20moved%20to,an%20early%20motion%20picture%20camera.

https://en.wikipedia.org/wiki/Humphry_Davy

https://en.wikipedia.org/wiki/Arc_lamp#:~:text=An%20arc%20lamp%20or%20arc,the%20first%20practical%20electric%20light.

https://www.biography.com/inventor/thomas-edison

https://invention.si.edu/thomas-edisons-places-invention

https://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb#:~:text=An%20incandescent%20light%20bulb%2C%20incandescent,wires%20embedded%20in%20the%20glass.

https://en.wikipedia.org/wiki/Ultraviolet

https://en.wikipedia.org/wiki/LED_lamp

https://en.wikipedia.org/wiki/Theodore_Maiman

Sektörüm Dergisi aylık yayımlanan ,Google News, Google Gazetelik-Dergilik, Bundle Haber Uygulaması, Turkcell Dergilik ve diğer tüm dijital mecralarda ve sosyal medya kanallarımızda, eş zamanlı olarak Elektrik, Aydınlatma, Enerji, Güvenlik ve Otomasyon sistemleri sektörlerinde ihtisaslaşmış, Türkiye'nin en güçlü yayın sağlayıcı basılı yayın ve dijital dergisidir. Ulusal ve Uluslararası arenada seçkin okur kitlesine en geniş haber içeriğini sunar. 2020 mart ayından beri sadece dijital olarak devam eden sektörüm dergisi sıfır karbon bir firmadır.