Thomas Edison: biografia e scoperte dell'inventore della lampadina

Thomas Edison: biografia e scoperte dell'inventore della lampadina A cura di Redazione Studenti.

Biografia e invenzioni di Thomas Edison, l'imprenditore americano che nel 1879 brevettò la lampadina a incandescenza

1Thomas Edison: biografia

Thomas Alva Edison
Thomas Alva Edison — Fonte: ansa

Thomas Alva Edison (1847-1931) nacque l’11 febbraio del 1847 a Milan, nell’Ohio. All’età di sette anni si trasferì con la famiglia a Port Huron, nel Michigan. Maturò sin da piccolissimo una mentalità straordinariamente attiva, curiosa ed autonoma. La sua istruzione formale fu di breve durata e di scarso successo e così sua madre lo ritirò da scuola e assunse lei stessa il compito dell’educazione del figlio. Thomas Edison acquisì quindi la maggior parte della sua vasta conoscenza attraverso lo studio e la formazione indipendente e già a undici anni aveva, nella cantina della casa di Port Huron, il suo laboratorio di chimica.    

A soli dodici anni Thomas Edison ottenne il primo lavoro come venditore di giornali a bordo del treno della Grand Trunk Railroad che collegava Port Huron a Detroit. Già a partire da questa prima piccola esperienza lavorativa, Thomas Edison mostrò uno spiccato talento per gli affari e un’ambizione rara per i ragazzi della sua età. Basti pensare che in un piccolo scompartimento mise su la stamperia per il The Weekly Herald, il primo periodico stampato su un treno, e in seguito un piccolo laboratorio chimico. 

Il telegrafo
Il telegrafo — Fonte: istock

Nel 1862 questo fu però distrutto da un incendio causato da lui accidentalmente e fu per questo licenziato. Si verificò però un episodio che influì sull'intero corso della carriera di Thomas Edison: al monte Clemens, nel Michigan, rischiò la propria vita per salvare il figlio del capostazione, che stava per essere investito da un treno merci. In segno di riconoscenza il padre gli insegnò la telegrafia e gli permise di frequentare l’ufficio telegrafico della stazione.  

2Le invenzioni di Thomas Edison

2.1Il telegrafo

Grazie alla sua abilità, a soli 17 anni Thomas Edison ottenne un posto come telegrafista regolare dalla Grand Trunk Railway per la stazione di Stratford Junction, in Ontario (Canada). Poco dopo passò alla Western Union Telegraph Company, trasferendosi inizialmente ad Adrian, nel Michigan. Come telegrafista, Thomas Edison viaggiò moltissimo e maturò una profonda conoscenza del funzionamento del telegrafo tanto da voler sperimentare negli anni il modo per migliorare l’apparecchio in uso all’epoca (studiava infatti le opere di Faraday e sperimentava continuamente).  

Ritratto di Michael Faraday
Ritratto di Michael Faraday — Fonte: ansa

Nel 1864 Thomas Edison ideò un telegrafo duplex per inviare contemporaneamente su uno stesso filo comunicazioni nei due sensi e nel 1874 introdusse la telegrafia quadruplex che permetteva la trasmissione simultanea di due messaggi in ciascuno dei due sensi. Thomas Edison lavorò come operatore per la Western Union, a Boston, e nel 1868 mise su il laboratorio per la produzione di diversi apparecchi telegrafici da lui inventati. 

2.2La registrazione automatica del voto e l’Universal stock ticker

In quello stesso anno, già affetto da una parziale sordità, ottenne il suo primo brevetto per un apparecchio per registrare i voti parlamentari che però non riscosse un grande successo. Nel 1869 Thomas Edison si trasferì a New York dove lavorò come impiegato della Gold Indicator Company, che esercitava il più antico servizio di stock tickers, apparecchi trasmettitori delle quotazioni di borsa.  

Un progetto dell'inventore Thomas Edison
Un progetto dell'inventore Thomas Edison — Fonte: getty-images

I perfezionamenti apportati da Thomas Edison rivoluzionarono la velocità con cui scorreva l'informazione finanziaria (permettevano di sincronizzare tutti i ticker su una linea in modo che stampassero le stesse informazioni) e furono acquistati dalla Gold and Stock Telegraph Co. per 40.000 dollari. Con i primi soldi che guadagnò per il dispositivo noto come Universal Stock Printer, nel 1870 aprì una apposita fabbrica a Newark, nel New Jersey e tale dispositivo rappresentò il primo successo commerciale di Edison.    

2.3La trasmissione dei segnali

Grazie al suo approccio al lavoro e alla sua mentalità costruttiva, a soli 23 anni Thomas Edison era già avviato sulla strada del successo. A partire dal 1870 si aprì per lui una fase molto fertile: passava da un’invenzione all’altra ed ognuna a sua volta alimentava nuove imprese manifatturiere, che tra l’altro davano lavoro a migliaia di persone. Nel 1876, per potenziare maggiormente l’invenzione piuttosto che la produzione, Thomas Edison costituì una serie di laboratori a Menlo Park, nel New Jersey. 

Heinrich Rudolf Hertz
Heinrich Rudolf Hertz — Fonte: getty-images

Poco prima del trasferimento Thomas Edison scoprì un fenomeno elettrico che chiamò "forza eterea" che si manifestava in un circuito aperto e che fu dettagliato meglio anni dopo da Hertz. In quegli anni, l'idea che l'elettricità fosse in grado di attraversare lo spazio era pressoché inconcepibile: la capacità delle onde generate elettricamente di attraversare un circuito aperto era il principio su cui si fondano ad esempio la telegrafia senza fili e la radio.    

Come risultato di ricerche svolte nel settore, nel 1885 Thomas Edison ricevette diversi brevetti sulla trasmissione dei segnali, per induzione, tra un treno in movimento e una stazione e tra una nave e la costa. 

2.4Il mimeografo, il trasmettitore telefonico in carbonio e il fonografo

Con l'apertura dei suoi laboratori Menlo Park, i risultati raggiunti da Thomas Edison furono straordinari. Uno dei suoi tanti meriti fu quello di effettuare le sue ricerche in modo organizzato: si circondava di apparati e di collaboratori ben addestrati in grado di gestire tutti gli aspetti della ricerca. 

Il fonografo di Thomas Edison
Il fonografo di Thomas Edison — Fonte: getty-images

Frutto di questo approccio furono dunque tutte le sue invenzioni tra cui ricordiamo ad esempio il mimeografo, macchina per la stampa simile al ciclostile caratterizzata da costi contenuti rispetto alla stampa industriale e utilizzata soprattutto per stampe a bassa tiratura e il trasmettitore telefonico in carbonio, importante per la diffusione del telefono, entrambi risalenti al 1876.  

2.5La lampada elettrica a incandescenza

Nel 1879 registrò il brevetto della lampada elettrica a incandescenza, il primo apparecchio a forte consumo di elettricità. In realtà l’idea originale della lampadina a incandescenza non era stata di Thomas Edison e, per quanto il principio di funzionamento fosse già stato definito da altri tra cui ricordiamo ad esempio Alessandro Cruto (1847-1908), Joseph Swan (1828-1914) e William Sawyer (1850-1883), si deve a lui e ai suoi collaboratori la messa a punto di quelle migliorie che resero la lampadina a incandescenza commercializzabile e fruibile dalla popolazione.   

Lampadina a incandescenza
Lampadina a incandescenza — Fonte: istock

Iniziò la produzione su larga scala negli stabilimenti di Menlo Park e in seguito Thomas Edison fondò la New York Edison Company che nel 1882 costruì la prima centrale elettrica del mondo in una strada di New York.  

In breve tempo la lampadina a incandescenza sostituì quella a gas avviando la fase di costruzione delle centrali elettriche (ottenne l’importante brevetto per il sistema di distribuzione dell’energia elettrica). Thomas Edison riuscì a vendere milioni di lampade in quegli anni e la comodità della luce elettrica contagiò presto anche gli altri paesi: ad esempio, nel 1883 la Edison costruì a Milano (piazza del Duomo) la prima centrale termoelettrica che alimentava le lampade delle utenze vicine.   

2.6Funzionamento

Una lampadina a incandescenza è formata da un bulbo di vetro contenente un gas inerte a bassa pressione, di solito argon o kripton, e un sottilissimo filamento di tungsteno. Quest’ultimo fu introdotto nei primi anni del Novecento al posto del filamento di cotone carbonizzato che aveva a sua volta sostituito il filamento di carbone (per il filamento delle sue lampade a incandescenza Thomas Edison sperimentò i materiali più diversi) aumentando la durata della lampadina a 40 ore anziché 10 minuti circa.  

Lampadina costruita con ventimila lampadine a incandescenza
Lampadina costruita con ventimila lampadine a incandescenza — Fonte: ansa

Il filamento di tungsteno è caratterizzato da un’elevata resistenza elettrica e, al passaggio della corrente, si surriscalda fino a raggiungere temperature a cui la radiazione emessa è visibile (la luce bianca prodotta da una lampadina a incandescenza è dovuta a una temperatura molto elevata che può cioè raggiungere circa 2700 K). Ricorda: il riscaldamento di un conduttore metallico attraversato da corrente elettrica è noto come effetto Joule.     

Durante l’accensione il tungsteno, scaldandosi a bassa pressione, sublima (passa dallo stato solido a quello aeriforme) e il filamento si assottiglia progressivamente fino a spezzarsi (le lampadine a incandescenza hanno infatti una durata limitata). 

2.7Thomas Edison e la scoperta dell’effetto termoionico

Nel 1883, mentre studiava le proprietà dei fili delle lampade a incandescenza Thomas Edison scoprì inoltre l’effetto termoionico, essenziale per alcuni dispositivi elettronici (può fungere come generatore o avere funzioni di raffreddamento), fenomeno che fu successivamente studiato con estrema accuratezza da Richardson (1879-1959), premio Nobel per la fisica nel 1928.   

Filamento di tungsteno
Filamento di tungsteno — Fonte: istock

L’effetto termoionico può essere definito come emissione di elettroni da parte di conduttori sufficientemente riscaldati, portati in pratica all’incandescenza. 

 

Gli elettroni all’interno di un metallo si muovono disordinatamente ma, in condizioni normali, non escono fuori dal metallo nonostante il moto di agitazione termica (in prossimità della superficie del metallo c’è una barriera di potenziale che ne riduce progressivamente l’energia cinetica). L’energia di estrazione del metallo (ΔE), ovvero l’energia minima da fornirgli per avere emissione di elettroni, è data dalla differenza tra l’energia che l’elettrone avrebbe all’esterno del metallo (Ee) e all’interno (Ei) ed ha valori positivi: ΔE = Ee - Ei.   

Thomas Edison tiene in mano una lampadina a incandescenza
Thomas Edison tiene in mano una lampadina a incandescenza — Fonte: getty-images

Il potenziale di estrazione ΔV, ovvero l’energia di estrazione per unità di carica elettrica (ΔV= ΔE/e), dipende dalla natura del metallo considerato e dalla temperatura a cui esso si trova. Ad esempio per produrre emissione di elettroni da un pezzo di rame a 20°C è necessario fornire a ciascun elettrone che viene emesso una quantità di energia pari ad almeno 4,4 eV (il potenziale di estrazione è di 4,4 volt).   

Il riscaldamento del metallo rappresenta una delle modalità con cui è possibile cedere agli elettroni l’energia sufficiente a determinarne l’emissione. Aumentando la temperatura del metallo infatti aumenta anche la velocità di vibrazione degli ioni del reticolo cristallino che, attraverso gli urti, producono un incremento dell’energia cinetica media degli elettroni. Gli elettroni emessi dal metallo saranno quelli che hanno acquistato una quantità di energia almeno pari a quella di estrazione. 

All’aumentare della temperatura del metallo aumenta il numero di elettroni emessi in un dato intervallo di tempo. Il numero di elettroni emessi in un secondo attraverso l’unità di superficie è dato dalla formula di Richardson-Fermi: N = AT2 e– ΔE/kT dove A è una costante per tutti i metalli, T è la temperatura assoluta del metallo, ΔE  è l’energia di estrazione, k è la costante di Boltzmann ed e la costante di Nepero. 

2.8Il cinetoscopio e altri studi

Il cinetoscopio, precursore del proiettore cinematografico
Il cinetoscopio, precursore del proiettore cinematografico — Fonte: getty-images

Nel 1889 Thomas Edison costruì il cinetoscopio, ovvero il precursore del proiettore cinematografico. Lo strumento consisteva in una cassa rettangolare dotata di un oculare nella parte superiore. Guardando dentro e girando contemporaneamente una manovella laterale si azionava una pellicola, a una velocità di 48 immagini al secondo (si deve a Edison lo standard della pellicola da 35 mm di larghezza e con i 4 fori ai lati).  

Tale sistema aveva ovviamente dei limiti quali la durata limitata e la possibilità di essere visto da una persona per volta. Ricordiamo che quattro anni dopo nasceva il cinema con il cinematografo dei fratelli Lumière.    

Nel 1900 costruì l'accumulatore al ferro-nichel e si dedicò anche alla ricerca e alla selezione di una nuova pianta da cui produrre gomma, che potesse essere raccolta e trattata economicamente con mezzi meccanici. 

2.9Gli ultimi anni di Thomas Edison

Undici anni più tardi la costituzione dei laboratori di Menlo Park Thomas Edison trasferì le operazioni su scala molto più ampia a West Orange, dove morì nel 1931. 

Thomas Edison diede i suoi massimi contributi scientifici in un periodo in cui gli Stati Uniti d’America si distinsero maggiormente nel campo industriale e tecnico. Si dedicò al campo della fisica e della chimica applicata ed è ricordato principalmente come inventore e imprenditore che si interessò a svariati ambiti. Spesso acquistava o si ispirava a prototipi di altri inventori per poi migliorarli rendendoli pienamente utilizzabili e commercializzabili e complessivamente i suoi brevetti furono più di 1000.   

Nonostante le competenze di Edison furono il frutto di un’istruzione autonoma e indipendente, riconobbe il grande valore dell'istruzione formale tanto da finanziare, nei suoi ultimi anni, delle borse di studio a suo nome da destinare ai diplomati migliori, selezionati ogni anno attraverso un concorso nazionale.   

Il genio è per l'1% ispirazione e per il 99% sudore

Thomas Edison