Лампочка накаливая – предмет, знакомый всем. Электричество и искусственный свет уже давно стали для нас неотъемлемой частью действительности. Но мало кто задумывается, как появилась та самая первая и привычная нам лампа накаливания.
Наша статья расскажет вам, что собой представляет лампа накаливания, как она работает и как появилась в России и во всем мире.
Что собой представляет
Лампа накаливания — электрический вариант источника света, основная часть которого представляет собой тугоплавкий проводник, играющий роль тела накала. Проводник размещен в колбе из стекла, которая внутри бывает накаченной инертным газом или полностью лишенной воздуха. Пропуская через тугоплавкий тип проводника электрический ток, данная лампа может испускать световой поток.
Свечение лампы накаливания
Принцип функционирования базируется на том, что когда электрический ток течет по телу накала, данный элемент начинает накаливаться, нагревая вольфрамовую нить. Вследствие этого нить накала начинает испускать излучение электромагнитно-теплового типа (закон Планка). Для создания свечения температура накала должна составлять пару тысяч градусов. При снижении температуры спектр свечения будет становиться все более красным.
Все минусы, имеющиеся у лампы накаливания, кроются в температуре накала. Чем лучше нужен световой поток, тем большая температура потребуется. При этом вольфрамовая нить характеризуется пределом накала, при превышении которого этот источник света навсегда выходит из строя.
Обратите внимание! Температурный предел нагрева для ламп накаливания — 3410 °C.
Конструкционные особенности
Поскольку лампа накаливания считается самым первым источников света, то вполне закономерно, что ее конструкция должна быть достаточной простой. Особенно, если сравнивать с нынешними источниками света, которые ее постепенно вытесняют с рынка.
В лампе накаливания ведущими элементами считаются:
- колба лампы;
- тело накала;
- токовводы.
Обратите внимание! Первая подобная лампа имела именно такое строение.
Конструкция лампы накаливания
На сегодняшний день разработано несколько вариантов ламп накаливания, но такое строение характерно для самых простых и самых первых моделей.
В стандартной лампочке накаливания, кроме вышеописанных элементов имеется предохранитель, который представляет собой звено. Оно состоит из ферроникелевого сплава. Его вваривают в разрыв одного из двух токовводов изделия. Звено размещается в ножке токоввода. Оно нужно для того, чтобы предупредить разрушение стеклянной колбы во время прорыва нити накала. Это связано с тем, что при прорыве вольфрамовой нити создается электрическая дуга. Она может оплавить остатки нити. А ее фрагменты могут повредить колбу из стекла и привести к возникновению возгорания.
Предохранитель же разрушает электрическую дугу. Такое ферроникелевое звено размещается в полости, где давление равняется атмосферному. В данной ситуации дуга гаснет.
Такое строение и принцип работы обеспечили лампе накаливания широкое распространение по миру, но из-за их высокого энергопотребления и непродолжительному сроку службы, она сегодня стали использоваться гораздо реже. Связано это с тем, что появились более современные и эффективные источники света.
История открытия
В создание лампы накаливания в том виде, в котором она известна на сегодняшний день, сделали свой вклад исследователи, как из России, так и из других стран мира.
Александр Лодыгин
До момента, когда изобретатель Александр Лодыгин из России начал трудиться над разработкой ламп накаливания, в ее истории нужно отметить некоторые важные события:
- в 1809 году известный изобретатель Деларю из Англии создал свою первую лампу накаливания, оснащенную платиновой спиралью;
- через почти 30 лет в 1938 году уже бельгийский изобретатель Жобар разработал угольную модель лампы накаливания;
- изобретатель Генрих Гёбель из Германии в 1854 году уже представил первый вариант рабочего источника света.
Лампочка немецкого образца имела обугленную нить из бамбука, которая помещалась в вакуумированный сосуд. В течение пяти последующих лет Генрих Гёбель продолжал свои наработки и в конечном счете пришел к первому опытному варианту рабочей лампочки накаливания.
Первая практичная лампочка
Джозеф Уилсон Суон, знаменитый физик и химик из Англии, в 1860 году явил миру свои первые успехи в области разработки источника света и за свои результаты был вознагражден патентом. Но некоторые трудности, которые возникли с созданием вакуума, показали неэффективную и не долгосрочную работу лампы Суона.
В России, как уже отмечалось выше, исследованиями в области эффективных источников света занимался Александр Лодыгин. В России он смог добиться свечения в стеклянном сосуде угольного стержня, из которого предварительно был откачен воздух. В России история открытия лампочки накаливания началась в 1872 году. Именно в этом году Александру Лодыгины удались его эксперименты с угольным стержнем. Через два года он в России получает патент под номером 1619, который был выдан ему на нитевой вид лампы. Нить он заменил на стержень из угля, находившийся в вакуумной колбе.
Ровно через год В. Ф. Дидрихсон значительно улучшил вид лампы накаливания, созданную в России Лодыгином. Усовершенствование заключалось в замене угольного стержня на несколько волосков.
Обратите внимание! В ситуации, когда один из них перегорал, происходило автоматическое включение другого.
Джозеф Уилсон Суон, который продолжал свои попытки усовершенствовать уже имеющеюся модель источника света, получает патент на лампочки. Здесь в качестве нагревательного элемента выступало угольное волокно. Но здесь оно располагалось уже в разреженной атмосфере из кислорода. Такая атмосфера позволила получить очень яркий свет.
Вклад Томаса Эдисона
В 70-х года позапрошлого столетия в изобретательскую гонку по созданию работающей модели лампы накаливания включился изобретатель из Америки — Томас Эдисон.
Томас Эдисон
Он проводил исследования в вопросе применения в виде элемента накаливания нитей, произведенных из разнообразных материалов. Эдисон в 1879 году получает патент на лампочку, оснащенной платиновой нитью. Но через год он возвращается к уже проверенному угольному волокну и создает источник света со сроком эксплуатации в 40 часов.
Обратите внимание! Одновременно с работой по созданию эффективного источника света, Томас Эдисон создал поворотный тип бытового выключателя.
При том, что лампочки Эдисона работают всего лишь 40 часов, они начали активно вытеснять с рынка старый вариант газового освещения.
Результаты работ Александра Лодыгина
В то время, как на другом конце мира Томас Эдисон проводил свои эксперименты, в России аналогичными изысканиями продолжал заниматься Александр Лодыгин. Он в 90-х годах 19 века изобрел сразу несколько видов лампочек, нити которых были изготовлены из тугоплавких металлов.
Обратите внимание! Именно Лодыгин первым решился использовать вольфрамовую нить в качестве тела накаливания.
Лампочка Лодыгина
Кроме вольфрама он также предлагал использовать нити накаливания, изготовленные из молибдена, а также скручивать их в форме спирали. Такие свои нити Лодыгин размещал в колбах, из которых откачивался весь воздух. Вследствие таких действий нити предохранялись от кислородного окисления, что делало срок службы изделий значительно продолжительным.
Первый тип коммерческой лампочки, произведенный в Америке, содержала вольфрамовую нить и изготавливалась по патенту Лодыгина.
Также стоит отметить, что Лодыгиным были разработаны газонаполненные лампы, содержащие угольные нити и заполненные азотом.
Таким образом, авторство первой лампочки накаливания, отправленной в серийное производство, принадлежит именно российскому исследователю Александру Лодыгину.
Особенности работы лампочки Лодыгина
Для современных ламп накаливания, которые являются прямыми потомками модели Александра Лодыгина, характерны:
- отменный световой поток;
- отличная цветопередача;
Цветопередача лампы накаливания
- низкий показатель конвекции и проводимости тепла;
- температура накала нити — 3400 K;
- при максимальном уровне показателя температуры накала коэффициент для полезного действия составляет 15 %.
Кроме этого данный тип источника света в ходе своей работы потребляет много электроэнергии, по сравнению с другими современными лампочками. Из-за конструкционных особенностей такие лампы могут работать примерно 1000 часов.
Но, несмотря на то, что по многим критериям оценки данная продукция уступает более совершенным современным источникам света, она, благодаря своей дешевизне, все еще остается актуальной.
Заключение
В создании эффективной лампы накаливания участвовали изобретатели из разных стран. Но только российский ученый Александр Лодыгин смог создать самый оптимальный вариант, которым мы, собственно, и продолжаем пользоваться по сегодняшний день.
Секреты установки точечных светильников в натяжной потолок: насколько это сложно?
История электрической лампочки началась в 1802 г. в Санкт-Петербурге. Именно тогда профессор физики Василий Владимирович Петров пропустил электрический ток по двум стержням из древесного угля. Между ними дугой перекинулось пламя. Обнаружились не известные ранее свойства электричества — возможность давать людям яркий свет и тепло. Как ни странно, именно эта возможность менее всего заинтересовала ученого. Он в основном обратил внимание на температуру пламени, настолько высокую, что в ней плавятся металлы. Спустя 80 лет это свойство использовал другой русский ученый Бенардос для сварки металлов.
Открытие Петрова осталось незамеченным. Спустя десять лет электрическую дугу вновь открыл англичанин Гемфри Дэви. Но до появления электрической лампы оставалось еще 60 лет.
Для того чтобы использовать электрическую дугу для освещения, было необходимо решить три задачи.
Во-первых, концы угольков, между которыми вспыхивала дуга, быстро сгорали в ее пламени. Расстояние между ними увеличивалось, и дуга гасла. Поэтому необходимо было найти способ поддерживать пламя не несколько минут, а сотни часов, т. е. создать удобный для пользования электрический светильник. Это оказалось самым трудным.
Во-вторых, нужен был надежный и экономичный источник тока. Требовалась машина, вырабатывающая дешевый электрический ток. Существовавшие в то время гальванические батареи были громоздки, и на их изготовление требовалось много дорогого цинка.
И наконец, в-третьих, нужен был способ «дробить электрическую энергию», другими словами, использовать вырабатываемый машиной ток для нескольких светильников, установленных в разных местах.
Благодаря открытию Майклом Фарадеем эффекта возникновения электрического тока в изолированном проводе при его движении в магнитном поле, были построены первые генераторы электрического тока — динамомашины.
Основной вклад в создание электрической лампочки внесли трое людей, по иронии судьбы родившихся в один и тот же 1847 год. Это были русские инженеры Павел Николаевич Яблочков, Александр Николаевич Лодыгин и американец Томас Алва Эдисон.
А. Н. Лодыгин закончил военное училище, но затем подал в отставку и поступил в Петербургский университет. Там он начал работу над проектом летательного аппарата. В России у него не было возможности построить свое изобретение, и 23-летний Лодыгин уезжает в 1870 г. во Францию. Тогда шла франко-прусская война, и молодой изобретатель хотел приспособить свое детище для военных нужд. Французское правительство приняло его предложение, и началась постройка аппарата, напоминавшего современный вертолет. Но Франция проиграла войну, и работы были остановлены. Сам Лодыгин, работая над своим изобретением, столкнулся с проблемой его освещения ночью. Эта проблема настолько его увлекла, что после возвращения в Россию Лодыгин полностью переключился на ее решение.
Лодыгин начал опыты с электрической дугой, но очень быстро от них отказался, так как увидел, что раскаленные концы угольных стержней светят ярче, чем сама дуга. Изобретатель пришел к выводу, что дуга не нужна, и начал опыты с различными материалами, накаляя их током. Эксперименты с проволокой из различных металлов ничего не дали — проволока светились лишь несколько минут, затем перегорала. Тогда Лодыгин вернулся к углю, которым пользовались для получения электрической дуги. Но он брал не толстые угольные стержни, а тонкие. Угольный стерженек помещался между двумя медными держателями в стеклянный шар, по нему пропускался электрический ток. Уголь давал свет довольно яркий, хотя и желтоватый. Угольный стержень выдерживал примерно полчаса.
Для того чтобы стержень не сгорал, Лодыгин поставил в лампу два стержня. Сперва накалялся только один и быстро сгорал, поглощая весь кислород в лампе, после этого начинал светиться второй. Поскольку кислорода оставалось очень мало, он светил примерно два часа. Теперь нужно было выкачать воздух из лампочки и исключить его просачивание внутрь. Для этого нижний конец лампы погружался в масляную ванну, через которую от источника тока к лампе шли провода. Вскоре и от этого способа пришлось отказаться, была сделана лампочка, в которой можно было менять угольные стержни после сгорания. Но неудобства возникали из-за необходимости откачивать воздух.
Лодыгин создал «Товарищество электрического освещения Лодыгин и компания». Весной 1873 г. в отдаленном районе Петербурга Пески состоялась демонстрация ламп накаливания системы Лодыгина. В двух уличных фонарях керосиновые лампы были заменены электрическими. Многие принесли с собой газеты для сравнения расстояния, на котором их можно было читать при керосиновом и электрическом освещении. Позже лампами Лодыгина освещалась витрина бельевого магазина Флорана.
Летом 1873 г. «Товариществом Лодыгин и компания» был организован вечер, где были показаны фонарь для освещения комнаты, сигнальный фонарь для железных дорог, подводный фонарь, уличный фонарь. Каждый фонарь мог зажигаться и гаситься отдельно от остальных.
Академия наук присвоила Лодыгину Ломоносовскую премию за то, что его изобретение приводит к «полезным, важным и новым практическим применениям».
Признание важности его труда вдохновило Лодыгина. Он совершенствовал свою лампочку, а его мастерская выпускала все новые ее разновидности. Но «Товарищество» для изготовления и продажи лампочек Лодыгина было основано прежде, чем удалось сделать новую лампочку, которая бы выдержала конкуренцию со старыми способами освещения. Мастерскую закрыли, «Товарищество» распалось, о лампочках Лодыгина на некоторое время забыли. А. сам изобретатель поступил слесарем на завод.
В это же время собственную конструкцию лампы разрабатывал Яблочков. Работая на Курской железной дороге, Павел Николаевич предложил поставить на паровозе поезда Александра II электрический фонарь для освещения пути. Он представлял собой два угольных стержня, между которыми вспыхивала электрическая дуга. По мере сгорания стержней их сближал механический регулятор. Ток давала гальваническая батарея. Молодому изобретателю пришлось две ночи напролет провести на паровозе, беспрестанно подправляя регулятор.
Яблочков ушел со службы и открыл в Москве мастерскую физических приборов. Но мастерская несла убытки, и ему пришлось уехать за границу, в Париж. Там он поступил на работу в мастерскую Бреге и возобновил работу над созданием электрического светильника. Его занимала одна проблема: как построить лампу, не нуждающуюся в регуляторе. Решение оказалось простым: вместо того, чтобы располагать стержни один против другого, их надо было поставить параллельно, разделив прослойкой тугоплавкого вещества, не проводящего электрический ток. Тогда угли будут сгорать равномерно, а прокладка будет играть ту же роль, что и воск в свече. Для прослойки между электродами Яблочков выбрал каолин — белую глину, из которой делают фарфор.
Спустя месяц после появления этой блестящей идеи лампа была сконструирована, и Яблочков получил на нее патент. Это было в 1876 году. Свою электрическую свечу он поместил в стеклянный шар. Для ее зажигания использовалось простое устройство: стержни сверху соединялись тонкой угольной нитью. Когда в лампу пускали ток, нить раскалялась, быстро сгорала и между стержнями вспыхивала дуга.
Изобретение имело огромный успех. Магазины, театры, улицы Парижа были освещены «свечами Яблочкова». В Лондоне ими осветили набережную Темзы и корабельные доки. Яблочков стал одним из самых популярных в Париже людей. Газеты называли его изобретение «русским светом».
«Русский свет» не имел успеха только на родине изобретателя в России. Французские изобретатели предложили Яблочкову купить у него право на изготовление его свечи для всех стран. Прежде чем дать согласие, Яблочков предложил бесплатно свой патент русскому военному министерству. Ответа не последовало. И тогда изобретатель согласился взять миллион франков у французов. После грандиозного успеха свечи Яблочкова на Парижской выставке 1878 г., которую посетило много русских, ею заинтересовались и в России. Один из великих князей, побывав на выставке, обещал Яблочкову помощь в организации производства его ламп в России. Ради возможности работать на родине изобретатель, возвратив миллион франков, выкупил право на производство своих свечей и уехал в Петербург.
Там образовалось общество «Яблочков и компания», которое построило завод электрических аппаратов и при нем лабораторию для изобретателя. Для широкого распространения электрического освещения Яблочкову было необходимо решить все три задачи, о которых было сказано выше.
Для этого уже были все предпосылки. Изобретатели предлагали много конструкций машин, вырабатывавших электрический ток. Свой генератор создал и Яблочков. Кроме того, он нашел способ питать током много ламп, поэтому его завод предлагал не только «свечи», но и брал на себя устройство электрического освещения полностью. Яблочков осветил в Петербурге Литейный мост, площадь перед театром и некоторые заводы.
Между Яблочковым и Лодыгиным долго шел творческий спор о путях развития электрического освещения. Яблочков считал, что отказ от дуги — ошибка Лодыгина и лампочки накаливания не смогут быть прочными и экономичными. Лодыгин, в свою очередь, упорно совершенствовал лампочку накаливания.
Недостатком свечи Яблочкова был слишком сильный свет, который она давала — не менее 300 свечей. При этом она излучала столько тепла, что в небольшой комнате было невозможно дышать.
Поэтому свечами Яблочкова пользовались для освещения улиц и больших помещений: театров, заводских цехов, морских портов.
В свою очередь, лампочки накаливания не нагревали сколь-нибудь заметно помещение. Их можно было делать любой силы. Несмотря на различия во взглядах, Яблочков и Лодыгин относились друг к другу с уважением, вместе работали в научном обществе, организовывали журнал «Электричество». На заводе Яблочкова изготавливали и лампочки Лодыгина, который к тому времени внес усовершенствования в свое изобретение: вместо угольных стержней стал использовать угольные нити. Новая лампочка потребляла меньше тока и служила несколько сот часов.
Около двух лет завод Яблочкова был завален заказами, во многих русских городах появилось электрическое освещение. Затем количество заказов сократилось, и завод начал хиреть. Изобретатель разорился, был вынужден снова уехать в Париж. Там он поступил на работу в то самое общество, которое основал и которому вернул миллион франков.
На парижской выставке 1881 г. свеча Яблочкова была признана лучшим способом электрического освещения. Но их стали использовать все реже, и вскоре сам изобретатель потерял к ним интерес.
После того как закрылся завод Яблочкова, Лодыгину не удалось наладить в России широкое производство своих ламп. Он уехал сначала в Париж, затем в Америку. Он узнал, что там изобретенная им лампочка носит имя Эдисона. Но русский инженер не стал доказывать свой приоритет, а продолжал работу над усовершенствованием своего изобретения.
Говоря о вкладе Эдисоне в развитие электрической лампочки, следует отметить, что перед созданием своей лампочки в его руках побывала лампочка Лодыгина. Поскольку электрический свет должен был выдержать конкуренцию с газовым рожком, Эдисон до тонкостей изучил газовую промышленность. Он разработал план центральной электростанции и схему линий подвода тока домам и фабрикам. Затем, подсчитав стоимость материалов и электроэнергии, определил цену лампы в 40 центов. После этого Эдисон начал работу над лампой с угольной нитью накаливания, помещенной в стеклянный шар, из которого выкачан воздух. Он нашел способ выкачивать воздух из баллона лучше, чем это удавалось другим изобретателям. Но главное было найти материал для угольной нити, который бы обеспечил долгий срок службы. Для этого он перепробовал около шести тысяч растений из разных стран мира. В конце концов он остановился на одном из видов бамбука.
После этого в ход пошла реклама. Газеты сообщили, что усадьба Эдисона, Менло-парк, будет иллюминирована электрическими лампочками. Семьсот лампочек произвели на многочисленных посетителей ошеломляющее впечатление. Эдисону пришлось много поработать над дополнительными изобретениями — генераторами, кабелями. Он работал также над снижением цены лампочки и остановился лишь, когда она стала стоить 22 цента. Несмотря на все это, Эдисон получил патент не на изобретение лампочки, а лишь на усовершенствование, поскольку приоритет оставался за Лодыгиным.
Сам Лодыгин в Америке вернулся к опытам с нитью из тугоплавких металлов. Он и нашел самый подходящий материал для нити, использующийся до сих пор — вольфрам. Вольфрамовая нить дает яркий белый свет, требует гораздо меньше тока, чем угольная, и может служить тысячи часов.
Не были забыты и дуговые лампы. Их используют там, где необходим источник света во много тысяч свечей: в прожекторах, маяках, на съемочных площадках. Причем изготавливают их не по методу Яблочкова, а по отвергнутой им схеме — с регулятором, сближающим угольные стержни.
В XX веке у лампочек накаливания появился конкурент — газосветные лампы, или лампы дневного света. Они наполнены газом и дают свет, не нагреваясь. Сначала появились цветные газосветные лампы. В стеклянную трубку с обоих концов вплавлялись металлические пластины — электроды, к которым подводился ток. Трубка наполнялась газом или парами металла. Под воздействием тока газ начинал светиться. Аргон дает синий цвет, неон — красный, ртуть — фиолетовый, а пары натрия — желтый. Эти лампы нашли применение в рекламе.
Позже были созданы лампы, свет которых приближается к солнечному. Их основа — ультрафиолетовые лучи. Их преимуществом является меньшее, по сравнению с лампами накаливания, потребление тока.
Подпишитесь на нас
Ответы на этот, казалось бы, простой вопрос можно услышать разные. Американцы, несомненно, будут настаивать, что это был Эдисон. Англичане скажут, что это их соотечественник Сван. Французы, возможно, вспомнят "русский свет" изобретателя Яблочкова, который начал освещать улицы и площади Парижа в 1877 году. Кто-то назовет еще одного русского изобретателя - Лодыгина. Вероятно, будут и другие ответы. Так кто же прав? Да пожалуй, все. История электрической лампочки представляет собой целую цепь открытий и изобретений, сделанных разными людьми в разное время.
Прежде чем перейти к хронологии изобретения электрической лампочки, хотелось бы отметить, а что мы подразумеваем под понятием "электрическая лампочка". Прежде всего, это источник света, прибор, устройство в котором происходит преобразование электрической энергии в световую. А вот способы преобразования могут быть разными. В XIX веке этих способов было известно несколько. Поэтому, уже тогда появились несколько типов электрических ламп: дуговые, накаливания и газоразрядные. Электрическая лампа - это техническая система, т.е. совокупность отдельных элементов, необходимых для выполнения главной полезной функции - освещения.
История появления и развития электрической лампы неотделима от истории электротехники, которая начинается с открытия электрического тока в XVIII веке. Позже, в XIX веке, по всему миру прокатилась волна открытий, связанных с электричеством. Пошла как бы цепная реакция, когда одно открытие открывало дорогу последующим. Электротехника из раздела физики выделилось в самостоятельную науку, над развитием которой работали целая плеяда ученых и изобретателей: француз Андре-Мари Ампер (фр. Andre Marie Ampere), немцы Георг Ом (нем. Georg Simon Ohm) и Генрих Герц (нем. Heinrich Rudolf Hertz), англичане Майкл Фарадей (Michael Faraday) и Джеймс Максвелл (James Maxwell) и другие.
Удивительный XIX век, заложивший основы научно-технической революции, так изменившей мир, начался с изобретения - химического источника тока (вольтова столба). Этим чрезвычайно важным изобретением итальянский ученый А.Вольта встретил новый 1800 год. А уже в 1801 году профессору Петербургской медико-хирургической академии Василию Петрову удалось уговорить начальство приобрести для своего физического кабинета мощнейшую по тем временам электрическую батарею, состоящую из 4200 пар гальванических элементов. Проводя опыты с этой батареей, Петров в 1802 году открыл электрическую дугу - яркий разряд, который возникает между сведенными на определенное расстояние угольными стержнями-электродами. Он же и предложил использовать дугу для освещения.
Однако, при практической реализации этой идеи возникло много сложностей. Опыты показали, что дуга горит ярко и устойчиво только при определенном расстоянии между электродами. А во время горения дуги угольные электроды постепенно сгорают, увеличивая дуговой промежуток. Требовался механизм-регулятор для поддержания постоянного расстояния между электродами.
Изобретатели предлагали разные решения. Но все они имели тот недостаток, что нельзя было включить несколько ламп в одну цепь. Приходилось использовать для каждого светильника свой источник питания. Эту проблему решил в 1856 году изобретатель А.И.Шпаковский, создав осветительную установку с одиннадцатью дуговыми лампами, снабженными оригинальными регуляторами. Эта установка освещала Красную площадь в Москве во время коронации Александра II.
В 1869 году еще один русский изобретатель В.И.Чиколев применил к дуговой лампе дифференциальный регулятор и использовал его в мощных морских прожекторах. Подобные регуляторы используются до сих пор в больших прожекторных установках. К сожалению, все регуляторы горения дуги были ненадежными и дорогими.
Решающую роль в переходе от опытов по электричеству к массовому электрическому освещению сыграл русский электротехник Павел Николаевич Яблочков . Свои работы Яблочков начал в России, организовав в 1875 году в Петербурге мастерскую физических приборов. В этом же году ему и пришла идея создать простую и надежную дуговую лампу. Однако финансовый крах предприятия вынудил Яблочкова в 1876 году уехать в Париж, где он продолжил свои работы над дуговой лампой в знаменитой фирме по изготовлению часов и точных приборов Бреге (Breguet).
Проблема стояла все та же - нужен был регулятор. Идея пришла как всегда неожиданно. Помог случай. Напряженно думая над этой проблемой, Яблочков зашел перекусить в небольшое парижское кафе. Пришёл официант. Яблочков, продолжая думать о своём, машинально смотрел, как тот ставит блюдо, кладёт ложку, вилку, нож... И вдруг... Яблочков резко поднялся из-за стола и пошёл к выходу. Он торопился к себе в мастерскую. Решение найдено! Простое и надёжное! Оно пришло к нему, едва он глянул на лежащие рядом, параллельно друг другу, столовые приборы.
Да, именно так надо расположить в лампе угольные электроды - не горизонтально, как во всех прежних конструкциях, а параллельно (!). Тогда оба будут выгорать совершенно одинаково, и расстояние между ними всегда будет постоянным. И никакие сложные регуляторы не нужны .
Парижский официант и не подозревал, что стал как бы соавтором изобретения. Но кто знает, не положи он тогда перед Яблочковым столь аккуратно нож и ложку, может, и не осенила бы изобретателя молниеносная догадка. Правда, "подсказка" официанта нашла благодатную почву. Ведь Яблочков искал своё решение даже за столиком кафе, дожидаясь заказа. Кстати, это прекрасный пример применения ассоциативного мышления в решении сложной технической задачи. С другой стороны этот случай является примером решения технической проблемы, когда идеальным устройством (в данном случае регулятором) является то, чего на самом деле нет, но функции выполняются.
Конечно, это была только идея, а не полное решение проблемы - создания недорогой и надежной лампы. Потребовалось проделать еще много работы, чтобы этого достичь. Прежде всего, при параллельном расположении электродов дуга может гореть не только на концах электродов, но и по всей их длине, а скорее всего, скатится к их основанию - к токоподводящим зажимам. Эта проблема была решена путем заполнения пространства между электродами изолятором, который постепенно сгорал вместе с электродами.
Состав этого изолятора еще нужно было подобрать, что и было сделано, применив для этого глину (каолин). А как зажечь лампу? Тогда наверху, между электродами была помещена угольная тоненькая перемычка, которая сгорала в момент включения, поджигая дугу. Оставалась еще проблема неравномерного сгорания электродов, связанная с полярностью тока. Т.к. электрод "+" сгорал быстрее, его первоначально приходилось делать толще. Другим, гениальным, решением этой проблемы явилось применение переменного тока.
Конструкция дуговой лампы оказалась простой: два угольных стержня разделенные изолирующим слоем каолина и укрепленные на простой подставке, напоминающей подсвечник. Сгорали электроды равномерно, и лампа давала яркий свет, причём достаточно продолжительное время. Такая "электрическая свеча" была проста в изготовлении, и стоила дёшево.
В 1876 году русский изобретатель представил свое изобретение на Лондонской выставке. А год спустя предприимчивый француз Денейруз добился учреждения акционерного общества "Общество изучения электрического освещения по методам Яблочкова". Лампы Яблочкова появились в самых посещаемых местах Парижа, на улице - Авеню де ль"Опера и на площади Оперы, а также в магазине "Лувр" тусклое газовое и жидкостное освещение заменили матовые шары, которые светились белым, мягким светом. Началось триумфальное шествие "La lumiere russe" (Русского света) по миру. За два года свеча Яблочкова завоевала весь Старый свет, распространившись на Востоке до дворцов персидского шаха и короля Камбоджи.
Рис. 1. Павел Николаевич Яблочков и его свеча.
В 1876-77 годах были получены несколько французских патентов, как на конструкцию самой лампочки, так и на системы их питания. Производство было поставлено на промышленную основу. Небольшой завод в Париже производил более 8000 свечей в день и несколько десятков электрических генераторов в месяц. Однако вскоре всему этому благополучию пришел конец. Свеча Яблочкова начала постепенно вытесняться более дешевой и долговечной лампой накаливания.
Принято считать, что изобретателем лампы накаливания является знаменитый американский изобретатель Томас Альва Эдисон (Thomas Alva Edison). 21 декабря 1879 года в газете "New York Herald" появилась статья о новом изобретении Т.А.Эдисона - "Edison"s light" (Эдисоновский свет), о лампе накаливания с угольной нитью. Спустя несколько дней, 1 января 1880 г., 3 тысячи человек присутствовали в Менло-Парке (США) на демонстрации электрического освещения для домов и улиц. А 27 января того же года им был получен патент США № 223898 "Electric-Lamp" (см. рис. 2.). Все это так. Но в действительности, история с этим патентом и с лампой накаливания гораздо сложнее и интереснее.
Рис. 2. Патент Томаса А. Эдисона на электрическую лампу
Первые опыты с накаливанием проводников электрическим током проводились еще в начале XIX века английским ученым Деви (Humphry Davy). Одни из первых попыток применить накаливание проводников током, именно с целью освещения, проводились в 1844 году инженером де-Молейном, который накаливал платиновую проволоку, помещенную внутрь стеклянного шара. Эти эксперименты не приносили желаемых результатов, т.к. платиновая проволока слишком быстро переплавлялась.
В 1845 году в Лондоне Кинг заменил платину палочками угля и получил патент "Применение накаленных металлических и угольных проводников для освещения".
В 1954 году, за 25 лет до Эдисона германский часовщик Генрих Гебель представил в Нью-Йорке первые, подходящие для практического применения, лампы накаливания с угольными нитями со сроком горения около 200 часов. В качестве нити он применил обугленную бамбуковую нить толщиной 0,2 мм, помещенную в вакуум. Вместо колбы Гебель из соображений экономии использовал сначала флаконы от одеколона, а позднее - стеклянные трубки. Вакуум в стеклянной колбе он создавал путем заполнения и выливания ртути, то есть с помощью метода, применявшегося при изготовлении барометров.
Созданные лампы Гебель использовал для освещения своего часового магазина. Чтобы улучшить свое финансовое положение, он разъезжал по Нью-Йорку на коляске и предлагал всем желающим посмотреть на звезды в подзорную трубу. Коляска, при этом, была украшена его лампочками. Таким образом, Гебель стал первым человеком, кто использовал свет в рекламных целях. Из-за отсутствия денег и связей германский эмигрант не смог получить патент на свою лампу с угольной нитью и о его изобретении быстро забыли.
С 1872 года Александр Николаевич Лодыгин начал в Петербурге опыты по электрическому освещению. В его первых лампах между массивными медными стержнями, расположенными в герметически закрытом стеклянном шаре, была зажата тонкая палочка угля. Несмотря на несовершенство лампы в этом же году банкир Козлов в товариществе с Лодыгиным основал общество для эксплуатации этого изобретения. Академия наук присудила Лодыгину Ломоносовскую премию в 1000 рублей.
Построенные Лодыгиным лампы накаливания с угольным стержнем в 1874 году были использованы для освещения петербургского Адмиралтейства. В 1875 году во главе товарищества стал Кон, выпустивший под своим именем усовершенствованную лампу Лодыгина, спроектированную В.Ф.Дидрихсоном. В этой лампе угольки помещались в вакууме, и перегоревший уголек автоматически заменялся другим. Тремя такими лампами в течение двух месяцев освещался в 1875 году магазин белья Флорана в Петербурге, а также, по предложению П.Струве, освещались под водой кессоны при постройке Александровского моста через Неву.
В 1875 году Дидрихсон начал изготовлять угольки из дерева, путем обугливания деревянных цилиндриков без доступа воздуха в графитовых тиглях, засыпанных угольным порошком. В 1876 году после смерти Кона товарищество распалось. Дальнейшее усовершенствование лампы было сделано Н.П. Булыгиным в 1876 году. В его лампе накаливался конец длинного уголька, выдвигавшегося автоматически по мере обгорания его конца. Конструкция ламп оказалась непростой и нетехнологичной в изготовлении, а поэтому недешевой, хотя постоянно подвергалась усовершенствованию.
В конце 70-х годов того же века на одной из Северо-Американских верфей строили корабли для России, и когда настало время их принимать, туда поехал лейтенант русского флота А. Н. Хотинский. Он взял с собой несколько ламп накаливания Лодыгина. Изобретение уже тогда было запатентовано во Франции, России, Бельгии, Австрии и Великобритании. Он показал русские лампы изобретателю по имени Томас Эдисон, который в то время также работал над проблемой электрического освещения.
Сейчас трудно установить насколько описанное обстоятельство повлияло на изобретение Эдисона. Однако, в конце концов, благодаря его работам был совершен качественный скачок в усовершенствовании лампы накаливания. Никаких революционных изменений в лампочку Лодыгина Эдисон не внес. Его лампа представляла собой стеклянную колбу с угольной нитью, из которой выкачан воздух, правда, гораздо тщательнее, чем у Лодыгина. Но заслуга Эдисона, прежде всего в том, что он изобрел и создал надсистему для этой лампы и поставил ее производство на поток, что привело к сильному удешевлению стоимости. Он придумал для лампы винтовой цоколь и патрон к ней, изобрел предохранители, выключатели, первый счетчик энергии. Именно с лампочки Эдисона, электрическое освещение стало действительно массовым, придя в дома простых людей.
Особого внимания заслуживает подход Эдисона к решению проблемы нахождения материала для нити накаливания. Он просто пошел путем перебора всех доступных ему веществ и материалов (метод проб и ошибок). Эдисон перепробовал 6000 веществ, содержащих углерод, от обыкновенных швейных ниток, покрытых углем, до продуктов питания и смолы. Лучшим оказался бамбук, из которого был сделан футляр японского пальмового веера. На эту титаническую работу ушло около двух лет .
По другую сторону Атлантического океана, в Англии, примерно в тоже время что Лодыгин и Эдисон, над электрической лампочкой работал сер Джозеф Вильсон Сван (Sir Joseph Wilson Swan). В качестве элемента накала он использовал обугленную хлопковую нить и также выкачивал из колбы воздух. Сван получил Британский патент на свое устройство в 1878 году, примерно за год до Эдисона. Начиная с 1879 года, он начал устанавливать электрические лампы в английских домах. Организовав в 1881 году компанию "The Swan Electric Light Company" начал коммерческое производство ламп. Позднее Сван объединился с Эдисоном для коммерческой эксплуатации единой торговой марки "Edi-Swan".
Из сказанного следует, что у электрической лампы накаливания на самом раннем этапе было несколько изобретателей. Почти все они имели патенты. Что касается самого известного из них, американского патента Эдисона, то он был признан судом недействительным до окончания срока действия охранных прав. Суд признал, что лампа накаливания была изобретена Генрихом Гебелем за несколько десятилетий до Эдисона.
В 1890 году Лодыгин запатентовал в США лампу с металлической нитью из тугоплавких металлов - осьмия, иридия, родия, молибдена и вольфрама. Лампы Лодыгина с молибденовой нитью были выставлены на парижской выставке 1900 года и имели такой большой успех, что в 1906 году американская компания "General Electric" купила у него этот патент. Самое интересное, что компания "General Electric" была организована самим Томасом Эдисоном. На этом заочный спор великих изобретателей был закончен.
Однако совершенствование лампы накаливания на этом не закончилось. C 1909 года стали применяться лампы накаливания с зигзагообразно расположенной вольфрамовой нитью, а в 1912-13 годах появились лампы, наполненные азотом и инертными газами (Ar, Kr). И наконец, последнее усовершенствование начала XX века - вольфрамовую нить стали изготовлять, сначала, в виде спирали, а затем в форме биспирали (спирали, навитой из спирали) и триспирали. Электрическая лампа накаливания, наконец, приобрела вид, какой мы привыкли ее видеть.
Так кто же изобрел электрическую лампочку? Уже были названы имена: Петров, Шпаковский, Чиколев, Яблочков, Эдисон, Деви, Кинг, Гебель, Лодыгин, Сван. Казалось бы достаточно. Но если взять "Малый энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона" выпущенный в начале XX века, то там можно прочесть: Лампочки накаливания представляют собою стеклянный колпачок, из которого выкачан воздух, и где помещается угольная или металлическая нить, накаливаемая электрическим током. Угольная нить добывается обугливанием волокон бамбука (лампочки Эдисона), шелка, хлопчатой бумаги (лампочка Свана). С конца 1890-х гг. явились новые лампочки накаливания: вместо угольной нити накаливанию подвергается стерженек спрессованный из огнестойких веществ: окиси магния, тория, циркония и иттрия (лампочка Нернста) или нить из металлического осмия (лампочки Ауэра) и тантала (лампочки Больтона и Фейерлейна).
Как видно появились еще новые имена - Нернст, Ауэр, Больтон, Фейерлейн. При желании, проведя более углубленный поиск, этот список можно еще пополнить.
Вероятно, искать однозначный ответ на вопрос "Кто изобрел электрическую лампочку" бессмысленно. Многие изобретатели приложили к этому свой ум, знания, труд и талант. И это касается только типов лампочек получивших развитие на начальном этапе внедрения электрического освещения: дуговых и накаливания.
Еще в самом начале развития ламп накаливания было замечено, что они имеют низкий КПД, т.е. очень небольшой процент энергии электрического тока переходит в световую энергию. Поэтому продолжались поиски других способов преобразования электрической энергии в световую, и предпринимались попытки их использования в новых типах электрических источников света. Такими источниками света стали газоразрядные лампы - приборы, в которых электрическая энергия преобразуется в оптическое излучение при прохождении электрического тока через газы и другие вещества (например, ртуть).
Первые эксперименты с газоразрядными лампами начинались практически одновременно с лампами накаливания. В 1860 году в Англии появились первые ртутные разрядные лампы. Однако вплоть до начала XX века все эти эксперименты были немногочисленными и оставались только экспериментами, без реального практического применения.
В первом десятилетии XX века, в период массового внедрения электрического освещения с помощью ламп накаливания, интенсифицируются работы над газоразрядными лампами, что приводит к ряду изобретений и открытий. В 1901 году Петер Купер Хьюит (Peter Cooper Hewitt) изобретает ртутную лампу низкого давления. В 1906 году изобретена ртутная лампа высокого давления. 1910 год - открытие галогенного цикла. Неоновая лампа была разработана французским физиком Жоржом Клауди (Georges Claude) в 1911 году и очень быстро нашла применение в рекламных целях.
В 20 - 40-е годы работы над газоразрядными лампами продолжались во многих странах, что приводило к совершенствованию уже известных типов ламп и к открытию новых. Были разработаны: натриевая лампа низкого давления, люминесцентная лампа, ксеноновая лампа и другие. В 40-е годы началось массовое применение люминесцентных ламп для освещения.
Позже были изобретены и другие типы электрических лам: натриевые высокого давления; галогенные; компактные люминесцентные; светодиодные источники света и другие. Сейчас в мире общее число типов источников света насчитывается около 2000 .
Не смотря на такое огромное количество типов электрических ламп, изобретательская мысль не стоит на месте. Уже известные источники света продолжают совершенствоваться. Примером такого совершенствования, может служить создание в 1983 году компактных люминесцентных ламп, которые стали размером с обыкновенную лампу накаливания. Для их включения не требуется специальной пусковой аппаратуры, они подключаются к стандартному патрону для ламп накаливания, и самое главное, при одинаковом количестве вырабатываемого света эти лампы потребляют в несколько раз меньше электроэнергии и служат в несколько раз дольше. В последние годы такие энергосберегающие лампочки находят все большее применение, не смотря на их пока еще большую стоимость, чем у традиционных ламп накаливания.
Однако и на этом изобретательская мысль не останавливается. Почти одновременно, две американские фирмы Technical Consumer Products (TCP) и O·ZONELite выпустили на рынок флуоресцентные энергосберегающие лампочки с новыми неожиданными свойствами. Как утверждают эти производители, их лампочки Fresh2 и O·ZONELite (оба названия являются зарегистрированными торговыми марками) кроме освещения помещения также устраняют неприятные запахи, очищают воздух, убивают бактерии, вирусы и грибки. Разве не чудо?
Секрет в том, что лампочки покрыты двуокисью титана (TiO2), при облучении которой флуоресцентным светом возникает фотокаталитическая реакция. В ходе этой реакции выпускаются отрицательно заряженные частицы - электроны, а на их месте остаются положительно заряженные "дырки". Благодаря появлению комбинации плюсов и минусов на поверхности лампочки, содержащиеся в воздухе молекулы воды, превращаются в очень сильные окислители - радикалы гидроокиси (HO), из-за чего эти лампочки и обладают такими необычными и замечательными свойствами.
Рис. 3. Газоразрядные флуоресцентные энергосберегающие лампы Fresh2 и O.ZONELite
Как видно из рисунка 3 эти лампочки даже внешне очень похожи, да и характеристики их примерно одинаковы. Обращает на себя внимание спиралевидная форма обеих ламп. Их создатели пошли на это для увеличения светоотдачи, точно также как и их предшественники - создатели ламп накаливания. Вот уж действительно, история движется по спирали.
Можно сделать вывод, что газоразрядные лампы в последние годы завоевывают все большую популярность даже в бытовом освещении, вытесняя лампы накаливания. Они потребляют меньше энергии, так же просты в эксплуатации и могут обладать еще целым рядом замечательных и полезных свойств. Более высокая цена, которая пока еще сдерживает распространение этих ламп, компенсируется 8-10 кратной продолжительностью службы и 3-5 кратным КПД. А при более массовом производстве цена будет постепенно снижаться. А если еще учесть все возрастающие энергетические и экологические проблемы, которые вызывают увеличение стоимости электроэнергии и вынуждающие вводить жесткие меры экономии, то станет понятно, что перспективы у компактных флуоресцентных ламп самые радужные. И в ближайшие годы альтернативы у них практически нет.
Но, ни что не стоит на месте. Хотя последние 100 лет в развитии светотехники прошли под победное шествие газоразрядных ламп, появились и другие типы источников света. Наиболее перспективным сейчас представляется направление, связанное с использованием светодиодных источников света, т.к. они обладают еще большим КПД, чем газоразрядные лампы.
Первые промышленные светодиоды появились еще в 60-х годах XX века. Однако, небольшая мощность не позволяла их использовать для освещения. Они нашли применение в качестве индикаторов в различных электронных устройствах, в частности, в микрокалькуляторах, часах и других бытовых и научных приборах.
Так бы все и продолжалось, если бы человечество не столкнулось с проблемой энергосбережения. Оказалось, что на сегодняшний день, у светодиодов самый высокий процент преобразования электрической энергии в световую энергию. Нельзя было не попытаться использовать светодиоды в качестве источников света. Они и нашли, первоначально, применение в ручных электрических фонариках. К тому же, это были фонарики небольшой мощности, которые не очень сильно светили, однако были миниатюрными, что позволяло их использовать даже в качестве брелков.
Проблем у светодиодных лампочек конечно еще много. Многие из них успешно решаются, тем более что сейчас в это направление вкладывает большие деньги крупный капитал. И успехи уже налицо - в продаже уже появились энергозберегающие светодиодные лампы.
Литература
* 1. Н.А.Капцов, Павел Николаевич Яблочков 1894-1944. ОГИЗ. Государственное издательство технико-теоретической литературы. Москва, Ленинград, 1944.
* 2. В. Малов, Как парижский официант русскому изобретателю помог. / Спутник ЮТ - научно-популярный дайджест / №4, 2001 / http://jtdigest.narod.ru/dig4_01/offic.htm
* 3. Я.И. Хургин, Да, нет, может быть... - Москва,: Наука, 1977, с.208
* 4. История осветительной техники. / 2003-2005 ЗАО НПК "Далекс" / http://www.daleks.ru
* 5. Fresh2 compact fluorescent light bulbs remove odor while emitting energy efficient light./ http://www.fresh2.com/
* 6. The Bright Future of Indoor Air Quality! / http://www.ozonelite.com/index.html
Много разговоров и необоснованных споров стоит вокруг этого вопроса. Кто изобрел лампу накаливания? Одни утверждают, что это Лодыгин, другие, что Эдисон. Но все куда сложнее, давайте разберемся с хронологией исторических событий.
Существует множество методов трансформации электрической энергии в световую. К ним относятся лампы дугового принципа действия, газоразрядного и те, где источником свечения является нагревательная нить. Фактически лампочку накаливания тоже можно считать искусственным источником освещения, поскольку для ее работы применяется эффект нагреваемого проводника, через который проходит ток. В качестве накаливаемого элемента чаще всего выступает металлическая спираль или угольная нить. Помимо проводника в конструкцию лампочки входит колба, токоввод, предохранитель и цоколь. Однако всё это мы знаем уже сейчас. А ведь не так давно было время, когда несколько учёных вели одновременные разработки в области искусственных источников света и боролись за звание изобретателя лампочки.
Хронология изобретения
Читая всю статью снизу, очень удобно посматривать на эту таблицу:
| 1802 г. | Электрическая дуга Василия Петрова. |
| 1808 г. | Гемфри Дэви описал дуговой электрический разряд между двумя угольными стержнями, создав первую лампу. |
| 1838 г. | Бельгийский изобретатель Жобар, создал первую лампу накаливания с угольным сердечником. |
| 1840 г. | Уоррен де ла Рю создал первую лампочку с платиновой спиралью. |
| 1841 г. | Англичанин Фредерик де Молейн запатентовал лампу с платиновой нитью и углеродным наполнением. |
| 1845 г. | Кинг заменил платиновый элемент на угольный. |
| 1845 г. | Немец Генрих Гёбель создал прототип современной лампочки. |
| 1860 г. | Англичанин Джозеф Суон (Свон) получил патент на лампу с углеродной бумагой. |
| 1874 г. | Александр Николаевич Лодыгин запатентовал лампу с угольным стержнем. |
| 1875 г. | Василий Дидрихсон усовершенствовал лампу Лодыгина. |
| 1876 г. | Павел Николаевич Яблочков создал каолиновую лампу. |
| 1878 г. | Английский изобретатель Джозеф Уилсон Суон запатентовал лампу с угольным волокном. |
| 1879 г. | Американец Томас Эдисон запатентовал свою лампу с платиновой нитью. |
| 1890 г. | Лодыгин создает лампы с нитями накаливания из вольфрама и молибдена. |
| 1904 г. | Шандор Юст и Франьо Ханаман запатентовали лампу с вольфрамовой нитью. |
| 1906 г. | Лодыгин запустил производство ламп в США. |
| 1910 г. | Вильям Дэвид Кулидж усовершенствовал метод производства вольфрамовых нитей. |
Если вы хотите действительно разобраться, то настоятельно рекомендуем прочитать статью целиком.
Первые преобразования энергии в свет
В XVIII веке произошло знаменательное открытие, положившее начало огромной череде изобретений. Был обнаружен электрический ток. На рубеже следующего столетия итальянским учёным Луиджи Гальвани был изобретен способ получения электрического тока из химических веществ – вольтов столб или гальванический элемент. Уже в 1802 году физик Василий Петров открыл электрическую дугу и предложил применять ее в качестве осветительного устройства. Через 4 года королевское общество увидело электрическую лампу Гемфри Дэви, она освещала помещение за счёт искорок между стержнями из угля. Первые дуговые лампы отличались чересчур высокой яркостью и ценой, что делало их непригодными для ежедневного использования.
Лампа накаливания: прототипы
Первые разработки осветительных ламп с накаливаемыми элементами начались в середине 19-ого века. Так, в 1838 году бельгийский изобретатель Жобар представил проект лампы накаливания с угольным сердечником. Хотя время работы этого устройства не превышало получаса, оно являло собой свидетельство технологического прогресса в данной области. В 1840 -м году, Уоррен де ла Рю, английский астроном, произвёл лампочку с платиновой спиралью, первую в истории электротехники лампу с накаливаемым элементом в виде спирали. Изобретатель пропустил электрический ток через вакуумную трубку с помещенным в нее мотком платиновой проволоки. В результате нагревания платина излучала яркое свечение, а практически полное отсутствие воздуха позволяло использовать устройство в любых температурных условиях. Из-за дороговизны платины в коммерческих целях применять такую лампу было нелогично, даже с учётом её эффективности. Однако в дальнейшем именно образец этой лампочки стали считать предком других ламп накаливания. Уоррен де ла Рю спустя несколько десятилетий (в 1860 -х) принялся активно изучать феномен газоразрядного свечения под воздействием тока.
В 1841 году англичанин Фредерик де Молейн запатентовал лампы, представлявшие собой колбы с платиновой нитью, наполненные углеродом. Однако, проведенные им в 1844 г. испытания в отношении проводников, не увенчались успехом. Это было связано с быстрым плавлением платиновой нити. В 1845 году уже другой учёный, Кинг, заменил платиновые элементы накаливания на угольные палочки и получил на свое изобретение патент. В эти же годы за океаном, в США, Джон Старр запатентовал лампочку с вакуумной сферой и углеродной горелкой.
В 1854 -м году немецкий часовщик Генрих Гёбель придумал устройство, считающееся прототипом современных лампочек. Он продемонстрировал её на электротехнической выставке в США. Она представляла собой вакуумную лампу накаливания, которая действительно годилась для применения в самых различных условиях. В качестве источника света Генрих предложил использовать бамбуковую нить, которая была обуглена. Взамен колбы учёный брал простые бутылочки от туалетной воды. Вакуум в них создавался за счёт добавления и выливания ртути из колбы. Недостатком изобретения являлась излишняя хрупкость и время работы всего на несколько часов. В годы активной исследовательской жизни Гёбель не смог встретить должного признания в обществе, но в 75 лет он был назван изобретателем первой практичной лампы накаливания на основе угольной нити. Кстати, именно Гёбель впервые воспользовался осветительными проборами в рекламных целях: он ездил по Нью-Йорку на телеге, украшенной лампочками. На издали привлекающей внимание коляске была установлена подзорная труба, через которую ученый позволял за некоторую плату взглянуть на звёздное небо.
Первые результаты
Наиболее эффективные результаты в области получения вакуумной лампочки были достигнуты известным химиком и физиком из Англии – Джозефом Суоном (Своном). В 1860 годе он получил патент на своё изобретение, хотя лампа работала не слишком долго. Это было связано с использованием углеродной бумаги — она быстро превращалась в крошки после горения.
В середине 70-х гг. 19-го века параллельно со Своном несколько изобретений запатентовал и российский учёный. Выдающийся учёный и инженер Александр Лодыгин изобрёл в 1874 году нитевую лампу, в которой для нагревания использовался угольный стержень. К опытам по изучению осветительных приборов он приступил в 1872 году, находясь в Петербурге. В результате, благодаря банкиру Козлову, было основано общество по эксплуатации лампочек с углём. За своё изобретение учёный получил премию в Академии наук. Эти лампы сразу же стали использоваться для уличного освещения и здания Адмиралтейства.
Алекса́ндр Никола́евич Лоды́гин
Лодыгин также был первым, кто придумал применять закрученные в спираль вольфрамовые или молибденовые нити. К 1890 -м гг. у Лодыгина на руках было несколько разновидностей ламп с накаливаемыми нитями из разных металлов. Он предложил откачивать воздух из лампочки, чтобы процесс окисления шёл медленнее, а значит, срок службы лампы был больше. Первая коммерческая лампа со спиралевидной нитью из вольфрама в Америке производилась в дальнейшем как раз по патенту Лодыгина. Он изобрёл даже лампочки с газом, заполненные угольной нитью и азотом.
Идея Лодыгина в 1875 году была усовершенствована другим русским механиком-изобретателем Василием Дидрихсоном. Он изготавливал угольки, обугливая древесные цилиндрики в графитовых тиглях. Именно он первым сумел осуществить откачку воздуха и установил в лампочку более одной нити, чтобы при перегорании происходила замена. Выпущена такая лампа была под руководством Кона, а освещать ею стали большой магазин белья и подводные кессоны во время строительства моста в Петербурге. В 1876 году лампу усовершенствовал Николай Павлович Булыгин. Учёный накаливал только один конец уголька, который постоянно выдвигался в процессе обгорания. Тем не менее, устройство было сложным и дорогим.
В 1875-76 гг. электротехник Павел Яблочков, создавая электрическую свечу, обнаружил, что каолин (разновидность белой глины) под воздействием высокой температуры хорошо проводит электричество. Он изобрёл каолиновую лампочку с нитью накаливания из соответствующего материала. Отличительной особенностью этой лампы является тот факт, что для её работы не требовалось помещать каолиновую нить в вакуумную колбу – она сохраняла работоспособность при контакте с воздухом. Созданию лампочки предшествовала долгая работа учёного над дуговыми лампочками в Париже. Однажды Яблочков посещал местное кафе и, наблюдая за расставлением столовых приборов официантом, пришёл к новой идее. Угольные электроды он решил располагать параллельно друг другу, а не горизонтально. Существовала, правда, опасность, что выгорать будет не только дуга, но и токопроводящие зажимы. Дилемму решили за счёт добавления изолятора, постепенно выгоравшего вслед за электродами. Этим изолятором и стала белая глина. Чтобы лампочка загоралась, между электродами разместили перемычку из угля, а неравномерное сгорание самих электродов было сведено к минимуму за счёт использования генератора переменного тока.
Своё изобретение Яблочков продемонстрировал на технологической выставке в Лондоне в 1876 году. Уже через год один из французов, Денейруз, учредил акционерное общество по исследованию осветительных технологий Яблочкова. Сам учёный слабо верил в будущее лампы накаливания, однако электрические свечи Яблочкова имели огромную популярность. Успех был обеспечен не только низкой ценой, но и продолжительностью горения в 1,5 часа. Благодаря этому изобретению появились фонари с заменой свеч, и улицы стали освещать гораздо лучше. Правда, минусом таких свечей было наличие только переменного потока света. Чуть позже физик из Германии, Вальтер Нернст, разработал лампочку такого же принципа, но нить накаливания сделал из магнезии. Лампа зажигалась только после нагревания нити, для чего использовали сначала спички, а потом электрические нагреватели.
Борьба за патенты
К концу 1870-х гг. свою исследовательскую деятельность начал выдающийся инженер и изобретатель Томас Эдисон, живший в США. В процессе создания лампы он перепробовал разные металлы для нитей накаливания. Изначально учёный полагал, что решение проблемы электрических лампочек можно за счёт автоматического их отключения при высоких температурах. Но эта идея не сработала, так как постоянное выключение холодной лампы приводило лишь к получению непостоянного мерцающего излучения. Существует версия, что в конце 70-х гг. лейтенант русского флота Хотинский привёз несколько лампочек накаливания Лодыгина и показал их Эдисону, что и повлияло на его дальнейшие разработки.
Не останавливаясь на своих достижениях в Англии, Джозеф Суон (Joseph Swan), уже известный на тот момент в научных кругах, в 1878 году запатентовал лампу с угольным волокном. Оно помещалось в разреженную атмосферу с кислородом, поэтому свет выходил очень ярким. Уже через год в Англии появилось электрическое освещение в большинстве домов.
То́мас А́льва Эдисон
Тем временем, Томас Эдисон взял на работу в свою лабораторию Френсиса Аптона. Вместе с ним материалы стали тестировать точнее, и внимание было приковано к недочётам предыдущих патентов. В 1879 г. Эдисоном была запатентована лампочка с платиновой основой, а уже через год учёный создал лампу с угольным волокном и бесперебойным действием на 40 часов. За время работы американец провёл 1,5 тысячи испытаний и смог создать также поворотный выключатель бытового типа. Никаких новых изменений в электрическую лампочку Лодыгина Томас Эдисон в принципе не внёс. Просто из его стеклянной сферы с угольной нитью выкачивалась большая доля воздуха. Важнее то, что американский учёный разработал надсистему для лампочки, изобрел винтовой цоколь, патрон и предохранители, а в последствии организовал массовое производство.
Новые источники света смогли вытеснить газовые, а само изобретение некоторое время называлось лампой «Эдисона-Суона». В 1880 году Томас установил самое верное значение вакуума, которое создавало самое устойчивое безвоздушное пространство. Из лампочки воздух откачивали с помощью ртутного насоса.
К концу 1880 года бамбуковые волокна в лампочках могли гореть около 600 часов. Этот материал из Японии был признан лучшим угольным компонентом органического типа. Поскольку бамбуковые нити стоили довольно дорого, изготавливать их Эдисон предложил из хлопковых волокон, обработанных специальных способов. Первые компании для возведения крупных электрических систем были созданы в Нью-Йорке в 1882 году. В этот период Эдисон даже подавал в суд на Суона по поводу нарушения авторских прав. Но в итоге учёные создали совместную фирму «Edison-Swan United», которая довольно быстро выросла в мирового лидера по производству электрических лампочек.
За свою жизнь Томас Эдисон смог получить 1093 патента. Среди его известных изобретений: фонограф, кинетоскоп, телефонный передатчик. Однажды его спросили, не обидно ли было ошибаться 2 тысячи раз перед созданием лампочки. Учёный ответил: «Я не ошибался, а обнаружил 1 999 способов, как не нужно делать лампочку».
Металлические нити накаливания
На исходе 1890-х гг. стали появляться новые лампочки. Так, нити накаливания Вальтер Нернст предложил делать из особого сплава, в состав которого входили окиси магния, иттрия, тория и циркония. В лампе Ауэра (Карл Ауэр фон Вельсбах, Австрийская республика) излучателем света выступала осмиевая нить, а в лампочке Больтона и Фейерлейна – танталовая. Александр Лодыгин в 1890 году запатентовал лампу накаливания, где применялась быстронакаливаемая нить из вольфрама (было использовано несколько тугоплавким металлов, но именно вольфрам по результатам исследований имел лучшие показатели). Примечательно, что спустя 16 лет он продал все права на своё революционное изобретение промышленному гиганту «General Electric», компании, основанной великим Томасом Эдисоном.
Однако в истории электротехники известно два патента на вольфрамовую лампу – в 1904 году дуэт ученых Шандора Юста и Франьо Ханамана зарегистрировали изобретение, аналогичное лодыгинскому. Спустя год в Австро –Венгрии приступили к массовому выпуску этих ламп. Позднее в «General Electric» стали производить лампочки-колбы с инертными газами. Учёному из этой организации, Ирвингу Ленгмюру, в 1909 году удалось модернизировать изобретение Лодыгина, добавив в неё аргон с целью продлить срок действия и увеличить светоотдачу.
В 1910 году Вильям Кулидж усовершенствовал процессы промышленного изготовления вольфрамовых нитей, после чего начался выпуск ламп не только с элементом накаливания в виде спирали, но и в виде зигзага, двойной и тройной спирали.
Дальнейшие изобретения
- С момента создания первых осветительных электроприборов постоянно проводились изучения свойств газоразрядных ламп, однако вплоть до начала 20-го столетия ученые проявляли к ним слабый интерес. Примером может послужить тот факт, что первейшие примитивные прототипы ртутных ламп были сконструированы в Великобритании еще в 1860-х годах, однако лишь в 1901 году Петер Хьюит изобрёл ртутную лампу низкого давления. Через пять лет в производство вышли аналоги высокого давления. А в 1911 году Жорж Клауди, инженер-химик из Франции, показал миру неоновую лампочку, которая тут же стала центром внимания всех рекламщиков.
- В 1920-40-е гг. были изобретены натриевые лампы, люминесцентные и ксеноновые. Часть из них стали массово производить даже для использования в быту. На сегодняшний день в известно порядка 2 тысяч разновидностей источников света.
- В СССР разговорным названием лампы накаливания стало словосочетание «лампочка Ильича». Именно эта идиома стала родной для крестьян и колхозников во времена всеобщей электрификации. В 1920 г. Владимир Ленин посетил одну из деревень для запуска электростанции, тогда-то и появилось крылатое выражение. Впрочем, изначально данное выражение применялось для обозначения плана по электрификации сельского хозяйства, поселков и деревень. Лампочка Ильича представляла собой патрон, свободно подвешиваемый за провод к потолку и свисающий вниз без плафона. В конструкцию патрона также входил выключатель, а проводка прокладывалась открытым способом по стенам.
- Светодиодные лампы были разработаны в 60-х гг. для промышленных целей. Они имели небольшую мощность и не могли освещать территорию как следует. Однако сегодня именно это направление считается самым перспективным.
- В 1983 г. появились компактные люминесцентные лампочки. Их изобретение было особенно важно в условиях необходимости экономии электроэнергии. К тому же, они не требуют дополнительной пусковой аппаратуры и подходят к стандартным патронам для ламп накаливания.
- Не так давно сразу две фирмы из Америки создали для потребителей флуоресцентные лампы с возможностью очищения воздуха и удаления неприятных запахов. Поверхность их покрыта двуокисью титана, которая, облучаясь, запускает фотокаталитическую реакцию.
Видео как делают лампы накаливания на старых заводах.
Павел Яблочков и его изобретение
Ровно 140 лет назад, 23 марта 1876 года, великий русский изобретатель Павел Николаевич Яблочков запатентовал свою знаменитую электрическую лампочку. Несмотря на то, что век ее оказался недолог, лампочка Яблочкова стала прорывом для российской науки и первым изобретением русского ученого, получившим широкую известность за границей.
Давайте вспомним, какой вклад внес Яблочков в развитие электрической светотехники и что сделало его на короткий срок одним из самых популярных ученых Европы.
Первые дуговые лампы
В первой половине XIX века в сфере искусственного освещения на смену господствовавшим на протяжении веков свечам пришли газовые лампы. Их тусклый свет стал освещать фабрики и магазины, театры и гостиницы, и, конечно же, улицы ночных городов. Однако, при относительном удобстве в эксплуатации, газовые лампы имели слишком маленькую светоотдачу, да и специально изготавливаемый для них светильный газ стоил отнюдь недешево.
С открытием электричества и изобретением первых источников тока стало ясно, что будущее светотехники лежит именно в этой области. Развитие электрического освещения изначально пошло по двум направлениям: конструирование дуговых ламп и ламп накаливания. Принцип работы первых основывался на эффекте электрической дуги , хорошо всем знакомом по электросварке. С детства родители запрещали нам смотреть на ее ослепляющий огонь, и не зря — электрическая дуга способна порождать чрезвычайно яркий источник света.
Дуговые лампы начали широко использоваться примерно с середины XIX века, когда французский физик Жан Бернар Фуко предложил использовать в них электроды не из древесного, а из ретортного угля, что существенно повышало продолжительность их горения.
Но такие дуговые лампы требовали внимания — по мере сгорания электродов, необходимо было сохранять постоянное расстояние между ними, чтобы электрическая дуга не гасла. Для этого использовались очень хитрые механизмы, в частности — регулятор Фуко, придуманный тем же самым французским изобретателем. Регулятор был весьма сложно устроен: механизм включал три пружины и требовал постоянного к себе внимания. Все это делало дуговые лампы чрезвычайно неудобными в использовании. Решить эту проблему взялся русский изобретатель Павел Яблочков.
Яблочков берется за дело
Проявлявший с детства тягу к изобретательству уроженец Саратова Яблочков в 1874 году устроился работать начальником службы телеграфа на железную дорогуМосква-Курск. К этому времени Павел окончательно решил сконцентрировать свое творческое внимание на усовершенствовании существовавших тогда дуговых ламп.
Начальство железной дороги, знавшее о его увлечении, предложило начинающему изобретателю интересное дело. Из Москвы в Крым должен был проследовать правительственный поезд и для обеспечения его безопасности было придумано организовать для машиниста ночное освещение пути.
Один из примеров регулирующих механизмов в дуговых лампах того времени
Яблочков с радостью согласился, взял с собой дуговую лампу с регулятором Фуко и, прикрепив ее к передней части локомотива, всю дорогу до Крыма каждую ночью дежурил возле прожектора. Примерно раз в полтора часа ему приходилось менять электроды, а также постоянно следить за регулятором. Несмотря на то, что опыт по освещению в целом удался, было понятно, что широкого применения такой способ получить не может. Яблочков решил попытаться усовершенствовать регулятор Фуко, чтобы упростить эксплуатацию лампы.
Гениальное решение
В 1875 году Яблочков, проводя в лаборатории опыт по электролизу поваренной соли, случайно вызвал между двумя параллельно расположенными угольными электродами появление электрической дуги. В этот момент Яблочкову пришла в голову идея, как улучшить конструкцию дуговой лампы таким образом, чтобы регулятор вовсе перестал бы быть нужным.
Лампочка Яблочкова(или, как ее было принято называть в то время « свеча Яблочкова») была устроена, как и все гениальное, довольно просто. Угольные электроды в ней располагались вертикально и параллельно друг к другу. Концы электродов были соединены тонкой металлической нитью, которая поджигала дугу, а между электродами находилась полоска изолирующего материала. По мере сгорания углей, сгорал и изоляционный материал.
Вот так выглядела свеча Яблочкова. Красная полоса - это и есть изоляционный материал
В первый моделях лампы после отключения электричества поджечь ту же самую свечу не представлялось возможным, так как не было контакта между двумя уже подожженными электродами. Позже Яблочков начал подмешивать в изоляционные полоски порошки различных металлов, которые, при затухании дуги, образовывали на торце специальную полоску. Это позволяло использовать недогоревшие угли повторно.
Догоревшие же электроды моментально заменялись новыми. Это приходилось делать примерно раз в два часа — именно на столько их хватало. Поэтому лампочку Яблочкова логичней было называть именно свечой — менять ее приходилось даже чаще, чем изделие из воска. Зато она была в сотни раз ярче.
Всемирное признание
Завершил создание своего изобретения Яблочков в 1876 году уже в Париже. Из Москвы ему пришлось уехать по финансовым обстоятельствам — будучи талантливым изобретателем, Яблочков был бездарным предпринимателем, что, как правило, выливалось в банкротство и долги всех его предприятий.
В Париже, одном из мировых центров науки и прогресса, Яблочков со своим изобретением быстро достигает успеха. Устроившись в мастерскую академика Луи Бреге, 23 марта 1876 года Яблочков получает патент, после чего его дела под чужим руководством начинают идти в гору.
В том же году изобретение Яблочкова производит фурор на выставке физических приборов в Лондоне. Им тут же начинают интересоваться все крупные европейские потребители и в течениикаких-тодвух лет свеча Яблочкова появляется на улицах Лондона, Парижа, Берлина, Вены, Рима и великого множества других городов Европы. Электрические свечи заменяют устаревшее освещение в театрах, магазинах, богатых домах. Ими умудрились подсветить даже огромный парижский ипподром и развалины Колизея.
Так свеча Яблочкова освещала ночной Париж
Свечи расходились в громадных по тем временам объемах — завод Бреге выпускал по 8 тысяч штук ежедневно. Спросу также поспособствовали и последующие улучшения самого Яблочкова. Так, с помощью примесей, добавляемых в изолятор из каолина , Яблочков добился более мягкого и приятного спектра излучаемого света.
А так - Лондон
В России свечи Яблочкова впервые появились в 1878 году в Петербурге. В этом же году изобретатель временно возвращается на родину. Здесь его бурно встречают почестями и поздравлениями. Целью возвращения стало создание коммерческого предприятия, которое помогло бы ускорить электрификацию и способствовать распространению в России электрических ламп.
Однако, уже упомянутые скудные предпринимательские таланты изобретателя вкупе с традиционной для российского чиновничества инертностью и предвзятостью помешали грандиозным планам. Несмотря на большие денежные вливания, такого, как в Европе распространения свечи Яблочкова в России не получили.
Закат свечи Яблочкова
На самом деле, закат дуговых ламп начался еще до изобретения Яблочковым своей свечи. Многие этого не знают, но первый в мире патент на лампу накаливания также получил русский ученый — Александр Николаевич Лодыгин . И сделано это было еще в 1874 году.
Яблочков, конечно же, про изобретения Лодыгина прекрасно знал. Более того, косвенно он и сам принял участие в разработке первых ламп накаливания. В 1875-76годах, при работе над изоляционной перегородкой для своей свечи, Яблочков открыл возможность использования коалина в качестве нити в подобных лампах. Но изобретатель посчитал, что у ламп накаливания нет будущего и до конца своих дней над их конструкцией целенаправленно так и не работал. История показала, что в этом Яблочков грубо ошибся.
Во второй половине1870-хгодов американский изобретатель Томас Эдиссон патентует свою лампу накаливания с угольной нитью, срок службы которой составлял 40 часов. Несмотря на многие недостатки, она начинает быстро вытеснять дуговые лампы. А уже в 1890-хгодах лампочка принимает знакомый нам вид — все тот же Александр Лодыгин сначала предлагает использовать для изготовления нити тугоплавкие металлы, в том числе — вольфрам, и закручивать их в спираль, а затем первым же откачивает из колбы воздух, чтобы увеличить срок службы нити. Первая в мире коммерческая лампа накаливания с закрученной вольфрамовой спиралью производилась именно по патенту Лодыгина.
Одна из ламп Лодыгина
Эту революцию электрического освещения Яблочков уже практически не застал, скоропостижно скончавшись в 1894 году, в возрасте 47 лет. Ранняя смерть стала следствием отравления ядовитым хлором, с которым изобретатель много работал в экспериментах. За свою недолгую жизнь Яблочков успел создать еще несколько полезных изобретений — первые в мире генератор и трансформатор переменного тока, а также деревянные сепараторы для химических аккумуляторов, используемые и поныне.
И хотя свеча Яблочкова в своем первоначальном виде канула в небытие, как и все дуговые лампы того времени, в новом качестве она продолжает существовать и сегодня — в виде газоразрядных ламп, последнее время повсеместно внедряемых вместо ламп накаливания. Хорошо знакомые всем неоновые, ксеноновые или ртутные лампы(которые также называют « лампами дневного света ») работают, основываясь на том же принципе, что и легендарная свеча Яблочкова.
