کالبدشکافی اصل ادیسون از چالش ترمودینامیکی لامپ رشته ای تا کشف دریای الکترون ها
کالبدشکافی اصل ادیسون از چالش ترمودینامیکی لامپ رشته ای تا کشف دریای الکترون ها
داستان شکل گیری الکترونیک مدرن و کشف اصل ادیسون، نه از یک آزمایشگاه فیزیک نظری، بلکه از یک معضل مهندسی مواد و انتقال حرارت در لامپ های روشنایی آغاز شد8. اگرچه پدیده خروج بار الکتریکی از اجسام داغ نخستین بار در سال ۱۸۷۳ میلادی توسط فردریک گاتری (Frederick Guthrie) گزارش شده بود—زمانی که وی مشاهده کرد یک گوی آهنی سرخ شده از حرارت، در صورت داشتن بار منفی، بار خود را در خلا از دست می دهد اما در صورت داشتن بار مثبت بدون تغییر می ماند—گاتری نتوانست مکانیزم فیزیکی این رویداد را تبیین کند یا آن را به یک قطعه مهندسی تبدیل نماید11.
پس از آنکه توماس آلوا ادیسون در آمریکا و سر جوزف ویلسون سوان در انگلستان به طور هم زمان در سال ۱۸۷۹ میلادی موفق به اختراع لامپ رشته ای زغالی شدند، ادیسون در سال ۱۸۸۰ با یک چالش جدی در طول عمر و راندمان نوری لامپ ها روبه رو شد10. پس از چند ساعت کارکرد لامپ در دمای بالا، سطح داخلی حباب شیشه ای در اثر تجمع ذرات کربن به شدت سیاه می شد و شار نوری را کاهش می داد8. ادیسون در فرآیند تخلیه هوای داخل حباب برای ایجاد خلا، جریانی الکتریکی را از رشته زغالی عبور می داد تا گازهای محبوس در بافت کربن خارج شوند؛ وی در این حین درخشش آبی رنگی (Bluish Glow) را مشاهده کرد که تا زمان رسیدن به خلا بالا ادامه می یافت10. علاوه بر این، ادیسون متوجه شد که از نقاط بیش ازحد داغ شده رشته (Overheated Points)، مولکول های کربن یا فلز تبخیرشده در خطوط کاملا مستقیم به سمت دیواره شیشه ای پرتاب می شوند و کل حباب را بمباران می کنند، به جز خط سفیدی که در پناه یکی از پایه های رشته زغالی قرار داشت و همچون سایه ای روشن بر روی شیشه سیاه شده باقی می ماند؛ پدیده ای که در ادبیات فنی به «سایه شبح وار همر» (Hammer's Phantom Shadow) نیز شهرت یافت7.
در اواخر سال ۱۸۸۲ و اوایل ۱۸۸۳ میلادی، ادیسون برای مهار ذرات سیاه کننده حباب، یک سیم مستقیم یا صفحه فلزی مجزا را در فضای بین دو پایه رشته زغالی نعل اسبی در داخل حباب خلا نصب کرد7. نتیجه آزمایش شگفت انگیز بود: هنگامی که این صفحه فلزی سوم به قطب مثبت باتری رشته متصل می شد (پتانسیل مثبت نسبت به رشته داغ)، جریان الکتریکی قابل اندازه گیری از دل فضای خلا عبور کرده و وارد مدار صفحه فلزی می شد؛ اما زمانی که صفحه به قطب منفی متصل می گردید، هیچ جریانی برقرار نمی شد8. ادیسون در سال ۱۸۸۸ آزمایش های خود را با محصور کردن پایه منفی رشته کربنی در یک حباب شیشه ای ادامه داد تا بمباران ذرات باردار را دقیق تر بررسی کند10. این پیکربندی ساختاری بعدها الهام بخش جایگزینی صفحه فلزی با استوانه جمع کننده در دیودهای اولیه و در نهایت تعبیه تفنگ الکترونی در لوله های اشعه کاتدی گردید8.
با آرزوی موفقیت