Сложно представить себе, как раньше люди существовали без электрической лампы. Когда по техническим причинам отключается электричество, все вокруг замирают в ожидании. Появляется такое ощущение, что замедляется пульс планеты. Попробуем проследить эволюцию этого прибора, без которого сейчас просто не обойтись.
Немного истории
Кто изобрел первую лампочку накаливания? Ответить конкретно и без сомнений на этот вопрос очень трудно. Все это потому, что не один конкретный человек принимал участие в изобретении. В разное время и на разных этапах развития электрической лампы, многие люди вложили свой труд и знания, чтобы она получилась такой, какую мы ее видим и знаем сейчас.
На первый взгляд лампа может показаться простой, но на самом деле это довольно сложная технология. Еще в древнем Египте и у народа Средиземноморья для освещения жилищ использовались масла , которые заливались в специальные сосуды с фитилями из хлопчатобумажных ниток. На берегу Каспийского моря вместо масел применяли нефть. Уже в то время люди придумывали различные технологии, помогающие видеть в темное время суток.
Совершенно точно известно, что лампа накаливания была изобретена в XIX столетии. На протяжении всего этого времени многие люди пытались изобретать и изменять к лучшему «электрическую свечу».
В изобретении электрической лампочки принимало активное участие несколько человек, а именно:
- Яблочков Павел Николаевич;
- Жерар;
- Деларю;
- Генрих Гёбель;
- Лодыгин Александр Николаевич;
- Томас Эдисон;
- Вильям Девид Кулидж.
Этапы развития изобретения
Первую лампу накаливания, которая очень напоминала настоящую, изобрел Яблочков Павел Николаевич. Всю свою жизнь он посвятил электротехнике. Изобретать новшества в этой сфере и внедрять все это в жизнь, было основным его занятием. Первая электрическая свеча – это тоже его изобретение. Благодаря его свечам появилась возможность освещать ночные города
. Первые электрические свечи появились на улицах Санкт-Петербурга. Стоила такая свеча недорого и хватало ее на полтора часа. После сгорания ее нужно было заменить новой. Ответственной работой занимались городские дворники. Позже, чтобы облегчить их труд были изобретены фонари с автоматической сменой свечи.
Бельгийцу Жерару в 1838 году удалось изобрести электрическую лампу, в которой источником света служил угольный стержень, к нему подводился электрический ток.
Через два года после этого, житель Англии с французскими корнями Деларю, придумал вместо угля использовать для накаливания платиновую нить. Эти два варианта считались огромным толчком в изобретении электрической лампы накаливания, но на практике именно в то время их применение сопровождалось многими неудобствами. Угольная лампа накаливания была неудобна и быстро сгорала , а электрическая лампа с использованием платиновой нитки отличалась своей дороговизной. Поэтому многие продолжали искать другие альтернативные варианты, изобретали и внедряли в жизнь все новые и новые источники света. Всем хотелось, чтобы лампа накаливания горела как можно дольше, но многих постигали неудачи в работе над изобретением.
В 1854 году немецкому ученому Генриху Гёбелю приходит идея, что лампа накаливания будет дольше гореть в вакуумном пространстве. Время горения электрической лампы удалось продлить на несколько часов. Еще несколько лет учеными было потрачено на то, чтобы обеспечить в лампе полный вакуум.
И только в 1874 году нашему соотечественнику Лодыгину Александру Николаевичу удалось придумать и создать идеальную электрическую лампу, которая горела постоянно. Его детище прошло все тесты. Именно тогда была изобретена настоящая современная лампа. Лодыгина, поэтому и считают первооткрывателем, поскольку его лампочка могла уже гореть почти на протяжении получаса
. После выкачивания из нее воздуха она продолжала снова работать. В 1983 году впервые улицы Петербурга были освещены лампочками Лодыгина. Александр Николаевич происходил из знатного российского рода, несмотря на бедность своей семьи. Его предок был общим предком с Романовыми – Андрей Кобыла.
В Америке узнали об этих опытах и изобретениях Александра Николаевича, благодаря морскому офицеру Н. Хотинскому. Российская империя заказывала в Америке крейсеры. Во время одного из визитов морского офицера в Америку он посетил лабораторию Томаса Эдисона и передал ему из рук в руки изобретения Яблочкова и Лодыгина. Томас Эдисон стал пытаться усовершенствовать уже, казалось бы, совершенную лампу накаливания. В 1879 году ему удалось это сделать. Вместо угольного стержня Томас попытался применить буковую нить и достиг желаемого результата. Лампочка стала гореть намного дольше.
К этому результату Томас шел не один день. Более 6000 попыток с угольными нитками ему пришлось преодолеть. Он всегда добивался того, чего хотел и нашел искомое. Его электрические лампочки могли гореть по сто часов. В ноябре Томас запатентовал якобы свое изобретение, что возмутило Яблочкова, он выступил с обвинением в адрес американца.
Это изобретение было не единственной заслугой Томаса Эдисона. Он также создал бытовой поворотный выключатель, без которого уже трудно себе представить процесс работы электрической лампочки, цоколь и патрон. Его имя связано с изобретением телефонного передатчика, мимеографа и фонографа. Он первый открыл масштабное производство лампочек, что помогло многим людям ощутить всю прелесть электричества. На протяжении последующих десяти лет многие ученые пытались усовершенствовать электрическую лампочку
, но ее изобретателем считался Томас Эдисон.
Александр Николаевич Лодыгин продолжал, независимо от своего коллеги и конкурента из Америки, создавать и модернизировать свое детище. Он искал универсальную и долгоиграющую нить накаливания. Ему удалось достичь неплохих успехов с использованием вольфрамовой и молибденовой нитями накаливания. Производить лампы из этих материалов было дорого по тем временам, поэтому изобретение оказалось неэффективным и затратным делом. В 1910 году американскому исследователю Вильяму Девиду Кулиджу удалось упростить создание вольфрамовой нити , это стало дешевле и дало возможность массово выпускать недорогие электрические лампочки накаливания.
Да будет свет!
В итоге получилась современная лампочка накаливания, которая состоит из нескольких важных элементов.
- Колба.
- Полости колбы (вакуумная или наполненная газом).
- Тело накала.
- Электроды (токовый ввод).
- Крючки для поддержания тела накала.
- Ножки лампы.
- Внешнее звено токоотвода, предохранителя.
- Корпус цоколя.
- Изолятор цоколя (стекла).
- Контакт донышка цоколя.
Заключение
Таким образом, к созданию «лампочки Ильича» сам Ленин не имел ни малейшего отношения. Над этим чудесным изобретением, которому наконец-то удалось рассеять тьму, почти одновременно трудилось несколько человек. Каждый из них внес свою немалую лепту в создание настоящей электрической лампочки. Если отвечать на вопрос, кто изобрел лампу, стоит обязательно вспомнить всех этих людей. Своим кропотливым трудом они помогли перенести изобретение из лабораторий в наши жилища и в корне изменить жизнь людей к лучшему. Все вместе и каждый в отдельности достоин нашего внимания, уважения и благодарности.
История сохранила для нас имена тех, кто изобрел лампу накаливания и работал над ее первоначальными моделями. Путь создания полезнейшего изобретения конца XIX века интересен и необычен. Сегодня искусственное освещение в доме – дело привычное. Но с тех пор, как электрическая лампа приобрела привычный для нас облик и была поставлена на производственный поток, прошло немало лет.
Хронология изобретения
История лампы накаливания начинается в XIX веке. До представления миру полезного изобретения оставалось еще около 50 лет. Однако английский ученый Гемфри Дэви в своей лаборатории уже проводил опыты с накаливанием проводников электрическим током. Все же он не был тем, кто изобрел лампочку , пригодную для освещения. На протяжении двух десятков лет ряд ведущих европейских и американских физиков пытались усовершенствовать опыт Гемфри Дэви, накаливая металлические и угольные проводники.
Часовщик из Германии Генрих Гебель был первым, кто придумал лампу с элементами накаливания, воспользовавшись методом изготовления барометров. Изобретение было представлено в 1854 году на выставке в Нью-Йорке. Сама конструкция была сделана из одеколонных флаконов и стеклянных трубочек, в которых Гебель с помощью ртути создавал вакуум . Внутрь он помещал обугленную бамбуковую нить, которая в колбе с выкачанным воздухом могла гореть до 200 часов.
С 1872 года в Петербурге работу над лампой накаливания начинают русские электротехники А. Н. Лодыгин и В. Ф. Дидрихсон. Между толстыми медными стержнями они расположили тонкую угольную палочку. За это изобретение А. Н. Лодыгин получил Ломоносовскую премию. В 1875 году В. Ф. Дидрихсон меняет угольную палочку на деревянную. Через год морской офицер и талантливый изобретатель Н. П. Булыгин усовершенствовал конструкцию, придуманную соотечественниками. Внешне она почти не изменилась, однако благодаря покрытию угольных стержней слоем меди увеличивалась сила тока.
Многие считают изобретателем первой лампы Томаса Эдисона. Однако до того, как устройство попало в руки американского изобретателя , патент на него уже имели ученые в пяти европейских странах. В каком году Эдисон начал свои разработки электрического освещения, точно неизвестно.
В 70-х годах XIX века лампочка Лодыгина попала в США. Томас Эдисон не привнес ничего нового в устройство русского изобретателя , однако он придумал надстройку конструкции: патрон и винтовой цоколь, выключатели и предохранители, счетчик энергии. С работы Эдисона начинается промышленная история изобретения .
Первые преобразования энергии в свет
Появлению первой лампы накаливания предшествовало величайшее событие ХVIII века – обнаружение электрического тока. Первым исследовал электрические явления и занялся проблемой получения тока из разных металлов и химических веществ итальянский физик Луиджи Гальвани.
В 1802 году русский физик-экспериментатор В. В. Петров сконструировал мощную батарею и с ее помощью получил электрическую дугу, которая могла вырабатывать свет. Однако недостатком открытия Петрова являлось слишком быстрое перегорание древесных углей, которые использовались в качестве электрода.
Первую дуговую лампу, способную гореть продолжительное время, сконструировал англичанин Гемфри Дэви в 1806 году. Он проводил опыты с электричеством, изобрел электрическую лампочку с угольными стержнями. Однако она светила настолько ярко и неестественно, что применения ей не нашлось.
Лампа накаливания: прототипы
Изобретение лампы накаливания приписывают нескольким ученым. Некоторые из них работали в одно время, но в разных странах. Ученые, трудившиеся в более позднее время, внесли существенные доработки в изобретения своих предшественников. Таким образом, создание лампы накаливания – труд нескольких людей.
Непосредственные разработки конструкций с элементами накаливания начались в 30-х годах XIX века. Бельгийский ученый Жобар представил миру первую конструкцию с угольным сердечником. Его угольная лампа не получила широкого призвания лишь потому, что горела не более 30 минут. Однако и это было прогрессом в то время.
В это же время английский физик Уоррен де ла Рю представляет свою лампу с платиновым элементом в виде спирали. Платина светила ярко, а вакуум внутри стеклянной колбы позволял использовать ее в любых погодных условиях. Изобретение Уоррена де ла Рю стало прототипом других конструкций, хотя само не получило дальнейшего развития из-за сильной дороговизны.
Другой английский физик Фредерик де Молейн чуть изменил детище де ла Рю, установив вместо спирали платиновые нити. Однако они быстро перегорали. Чуть позже физики Кинг и Джон Старр усовершенствовали конструкцию английских коллег . Англичанин Кинг заменил платиновые нити угольными палочками, увеличив продолжительность их горения. А американец Джон Старр придумал конструкцию с углеродной горелкой и вакуумной сферой.
Первые результаты
Первый источник света появился в мастерской Генриха Гебеля . Он не был профессиональным изобретателем , однако открыл первым мире лампу с элементами накаливания. Гебель установил осветительные приборы в своем часовом магазине и оснастил ими прогулочную коляску, куда приглашал всех желающих. Однако из-за отсутствия денежных средств Гебель не смог получить патент на свое изобретение. Лишь в конце жизни немецкого часовщика признали изобретателем лампы с элементами накаливания.
В России первым изобретателем конструкций с элементами накаливания стал А. Н. Лодыгин. Вместе со своим коллегой В. Ф. Дидрихсоном он положил начало электрическому освещению Петербурга. Первые угольные осветительные конструкции, созданные русскими изобретателями, установили в петербургском Адмиралтействе. Через год искусственный свет появился в некоторых магазинах столицы и на Александровском мосту.
Борьба за патенты
Так как работа по созданию электрических источников света велась во многих странах, патенты на похожие изобретения получили сразу несколько ученых. Однако в США множественное открытие стало причиной борьбы за получение патента на лампу с элементами накаливания.
За первенство в правообладании электрической лампочкой боролись 2 маститых изобретателя – англичанин Джозеф Суон и американец Томас Эдисон. Англичанин запатентовал лампу с угольным волокном, которая стала использоваться в промышленном производстве на британских островах. Томас Эдисон работал над усовершенствованием нитевой лампы Александра Лодыгина. В качестве нитей он перепробовал множество металлов и остановился на угольном волокне, доведя срок горения лампы до 40 часов.
Джозеф Суон подал в суд на американского коллегу по поводу нарушения авторских прав, поэтому лампа, представленная Эдисоном, впоследствии носила название лампа Эдисона-Суона. Когда позже из Японии были привезены бамбуковые волокна, продолжительность горения которых доходила до 600 часов, ученые снова оказались в суде, так как стали использовать этот материал в своих изобретениях. Дело закончилось тем, что Эдисон и Суон основали совместную компанию по производству электрических лампочек , которая быстро вышла в мировые лидеры.
Металлические нити накаливания
Вместо свечей появились угольные лампы накаливания. А затем конструкцию оснастили металлическими нитями. В конце XIX века немецкий физик Вальтер Нернст изготовил особый сплав для производства нитей накаливания. В него входили такие металлы, как:
- иттрий;
- магний;
- торий.
В это же время А. Н. Лодыгин изобретает быстронакаливаемую нить из вольфрама. Однако потом русский изобретатель продал свое открытие компании, основанной Томасом Эдисоном. Вольфрамовые нити положили начало новой эпохе электрического освещения.
Дальнейшие изобретения
До XX века интерес к электрическому освещению среди ученых был не так высок. Однако с наступлением нового тысячелетия все изменилось. ХХ век характеризуется целой волной изобретений различных электрических ламп. В 1901 году американский изобретатель Петер Хьюитт представил миру ртутную лампу. А в 1911 году французский химик Жорж Клауди создал неоновую лампу.
В первой половине XX века появились такие конструкции, как ксеноновые, люминесцентные и натриевые лампы. В 60-х годах мир увидел светодиодные лампы, способные освещать большие помещения. А в 1983 г. появились экономичные , снижающие расход на электроэнергию. Однако будущее – за флуоресцентными конструкциями, которые появились недавно. Они способны не только экономить электроэнергию, но и очищать воздух .
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
Сегодня в это сложно поверить, но ещё каких-то сто лет назад электрические лампы были доступны только наиболее обеспеченным жителям крупных городов. Всё остальное человечество коротало вечера при свечах или, в лучшем случае, с керосиновыми лампами.
Кто и когда изобрёл лампочку накаливания и тем самым принёс в наши дома удобный и яркий свет? Точный ответ на это вопрос дать сложно, поскольку у этого изобретения, как и у многих других технических идей, насчитывается несколько авторов.
История вопроса
В девятнадцатом столетии многие исследователи заинтересовались электричеством и возможностями, которые могли реализоваться при использовании этого вида энергии. Одной из таких возможностей было удобное освещение. Явление свечения раскалённого проводника при прохождении через него электротока было известно давно.
Дело оставалось за малым – найти материал, который выдерживал бы высокую температуру достаточно долго, при этом не разрушался и был достаточно дешёвым в производстве. Наиболее подходящими веществами были платина, уголь и , но только уголь в то время соответствовал всем требованиям, в том числе по себестоимости.
Первые электрические лампы
Самая первая электролампа была изготовлена ещё в 1820 году англичанином Уорреном Деларю. В качестве светоиспускающего элемента он использовал проволоку из платины, которая раскалялась при пропускании через неё тока и излучала достаточно яркий свет. Лампочка Деларю показала прекрасные результаты, но стоила слишком дорого, чтобы её можно было запускать в производство. Она так и осталась опытным образцом.
Спустя 18 лет в Бельгии была создана электролампочка с угольным элементом накаливания. Её автором стал инженер по фамилии Жобар. Следующий вариант электролампы был изготовлен уже в Германии Генрихом Гебелем. В нём свет испускала раскалённая бамбуковая палочка. Чтобы бамбук дольше не прогорал, Гебель откачал из стеклянного сосуда воздух, т.е. лампочка немецкого изобретателя стала первым прототипом современных ламп накаливания.
Электричество на улицах Петербурга
В 1873 году на центральных улицах российской столицы было установлено электрическое освещение. Автором проекта стал российский конструктор Павел Яблочков, который создал лампочку, названную электрической свечой. Электроток раскалял до свечения специальный фитиль, за счёт чего и было реализовано освещение. Впоследствии Яблочков усовершенствовал свечу, так как в первоначальном варианте фитиль прогорал всего за полтора-два часа, и на следующий день нужно было его заменять. В последующей конструкции замена свечи автоматически выполнялась специальным механизмом.
В том же 1873 году российский электротехник Александр Лодыгин запатентовал вакуумную электролампу с угольным элементом накаливания, конструкция которой была практически идентична современным лампам. Впоследствии Лодыгин много работал над усовершенствованием своей лампы, экспериментируя с различными тугоплавкими металлами. В 1890 году он пришёл к выводу, что лучшим заменителем угольного элемента является тонкая вольфрамовая нить.
При этом воздух из стеклянной колбы откачивался, а вместо него лампа заполнялась инертным газом. Собственно говоря, Лодыгина можно считать изобретателем современной нам электролампы накаливания, которая используется в наших домах уже более ста лет.
Лампочка Эдисона
Американский экспериментатор-самоучка Т. Эдисон, который на Западе считается изобретателем электролампочки, зарегистрировал патент на угольную лампу в 1879 году, т.е. спустя шесть лет после Лодыгина. Однако ему принадлежит бесспорное право на звание создателя цоколя и патрона для электроламп, а также изобретение удобного выключателя.
Эдисон был не только талантливым изобретателем, но и неплохим бизнесменом, благодаря чему быстро основал свою компанию и занялся производством электроламп своей конструкции.
На вопрос, кто придумал лампочку, нет однозначного ответа. Над источником искусственного света трудилось большое число ученых на протяжении нескольких десятилетий 19 века. Их усилия увенчались успехом, а разработки служат человечеству до сих пор. История создания лампочки не однозначна. Некоторые считают ее изобретением Лодыгина, другие — изобретением Эдисона. Эти два исследователя оставили значительный след в мире электротехники, но были лишь одними из многих изобретателей, занимавшихся опытами с электроосвещением.
Угольные монстры
Дуговые угольные лампы создавались различными специалистами с начала 50-х годов XIX века. Изначально их использовали в прожекторах на кораблях и маяках, а также, в виде экспериментов, в уличном освещении. Из-за большого износа и малой долговечности угольных стержней, а также необходимости в большом количестве подводимого электричества в настоящее время они не применяются. Тогда, на заре электрической эры, их создавали как замену масляным, керосиновым и газовым светильникам.
Все приборы на основе горения имели более низкий ресурс и представляли собой пожароопасный прибор с низким коэффициентом полезного действия. Все прожекторы на основе керосиновых ламп давали весьма слабый свет на очень небольшом расстоянии от источника. На их фоне даже примитивные угольные лампы казались настоящим чудом, а их создатели — колдунами и шаманами.
Лампы накаливания: начало пути
Историкам известно, первым создать лампу удалось англичанину Деларю еще в 1809 году. Она имела платиновую спираль и стоила баснословных денег, что мешало практическому применению открытия. Многими учеными независимо друг от друга велись опыты по усовершенствованию прибора. В 1838 году бельгиец Жобар удешевил конструкцию лампы, применив как нить накала не дорогую платину, а дешевый уголь. Однако такое устройство было ненадежным и недолговечным, так как в атмосфере нить в колбе мгновенно перегорала.
Проводя опыты с усовершенствованием угольной лампы, немецкий изобретатель Генрих Гебель смог откачать часть воздуха из колбы лампы, создав первую вакуумную лампу, в которой нить горела значительно дольше. Однако угольный проводник являлся ненадежным источником свечения, и многие ученые сосредоточили усилия на его усовершенствовании.
В начале 1870-х годов русский ученый Александр Николаевич Лодыгин изобрел электрическую лампочку с вольфрамовой нитью накала. Он начинал, как и все, с опытов над угольными нитями, но со временем пришел к использованию вольфрама в нитях накаливания.
Опыты Лодыгина
Лодыгину удалось частично откачать воздух из колб своих ламп, что позволило существенно повысить их срок службы. Чуть позднее гениальный русский ученый предложил заполнять баллоны инертными газами, что делало их еще более эффективными и долговечными.
За свое практическое открытие Лодыгину была вручена престижная Ломоносовская премия Петербургской академии наук.
Чтобы защитить права на свое изобретение, он запатентовал его в Российской, Австро-Венгерской, Британской империях, Португалии, Франции, Италии, Бельгии, Швеции.
Александр Николаевич никогда не был альтруистом и понимал, что производство ламп сулит большую прибыль, поэтому организовал компанию «Русское товарищество электрического освещения Лодыгин и К°». Однако уже в 1906 году он продал свой патент на вольфрамовую лампу накаливания американской компании General Electric. В то время вольфрам был крайне редким и дорогим материалом, поэтому повсеместного распространения лампы Лодыгина не получили.
Наследие русского гения
Только с 1910 года, когда Вильям Дэвид Кулидж изобретает сравнительно дешевый способ получения вольфрама в промышленном производстве, вольфрамовые лампы Лодыгина снова становятся актуальными. Они оказались более долговечными и практичными, обладая более высоким КПД, в сравнении с угольными изделиями.
Александр Николаевич Лодыгин тем временем долго путешествовал по Западу, знакомился с техническими новинками. По возвращению в Россию, работая в строительном управлении Петербургской железной дороги, он пытался внедрять заграничные изобретения. Преподавание в Электротехническом институте позволило ему распространять полученные знания. Ученый задумал электрифицировать всю Россию, однако Первая мировая война и последовавшая за ней революция не дали воплотится в жизнь его начинаниям. После прихода к власти большевиков Лодыгин эмигрировал в США, однако за границей его идеи также не нашли отклика. В 1923 году он скоропостижно скончался в Нью-Йорке.
Тем временем лампу накаливания активно внедряет в быт американец Томас Эдисон. Он же получает лавры «единственного изобретателя» и «дэлектрического гения» в США.
Осветительные приборы Эдисона
Кто изобрел лампочку? Каждый американец даст однозначный ответ: Томас Алва Эдисон.
После посещения своего друга Вильяма Валаса в 1878 году Томас Эдисон начинает работы над электрическими лампами накаливания (ему подарили динамо-машину и несколько дуговых ламп).
Эдисон потратил целый год на усовершенствование лампы, установил решающее значение вакуума в колбе. Он не придумал ничего революционного, но смог снизить себестоимость лампы и сделать ее поистине массовым товаром. Уже в конце 1883 года его компания выпускала ¾ ламп накаливания в США. Начав с себестоимости в 110 центов за лампу, Эдисон смог снизить этот показатель в 5 раз . И, хотя американец провел тысячи опытов с разными материалами, будущее было за вольфрамом.
К заслугам Эдисона в сфере освещения стоит отнести разработку формы стеклянной колбы для лампы, которая без изменений сохранилась и по сей день. Также он создал винтовой цоколь с патроном, вилку с розеткой и предохранители. Изобретатель не имел специального образования и не верил в теоретические знания и научные методы, однако в продвижении электрического освещения создал и сделал больше, чем все ученые XIX века.
Опровержения и факты
Некоторые газетчики и недобросовестные ученые подменяют исторические факты, ссылаясь на художественную или рекламную литературу из прошлого. Так, бытуют легенды, что Томас Эдисон никогда никаких изобретений сам не делал, а только воровал чужие идеи. Изобретенная им резьба и сам патрон для ламп освещения будто бы придумал не он, а его сотрудник Стерижер. Некоторые говорят и о том, что даже вилка с розеткой — не его заслуга.
Недобрая слава за Эдисоном закрепилась ввиду его чрезмерного увлечения патентами и прибылью от изобретений. Известен его конфликт с молодым инженером из Сербии Николой Тесла. Судился Эдисон и с братьями Люмьер за право на киноаппарат. Это при том, что великий американец не имел ни высшего, ни специального технического образования.
Однако заслуга Эдисона в продвижении различных технических средств велика. Он жил в довольно консервативном XIX веке и, тем не менее, смог внедрить электричество для освещения улиц и домов, снизил его себестоимость, смог наладить производство дешевых и сравнительно долговечных ламп. Его декоративные лампы мы видим в ресторанах до сих пор.
Несмотря на устаревание лампы накаливания, их дальние родственники, вакуумные радиолампы, все еще используются в звуковоспроизводящей аппаратуре. Лампы накаливания для освещения применяются только в быту (с малым потреблением энергии), в других сферах они активно заменяются более экономичными моделями.
Хотя изобретатель лампочки даже не предполагал такого массового использования прибора искусственного освещения, своим открытием он полностью изменил мир. Лампы накаливания отправились и в далекий космос, и в самые глубокие места мирового океана.
Лампы накаливания в мире производятся все меньше, в развитых странах их заменяют как на производствах, так и в быту. Однако, благодаря их повсеместной популярности на протяжении более века, они всё ещё остаются востребованными.
В последние годы в магазинах осветительных приборов можно купить винтажные модели ламп накаливания Эдисона. Они имеют внешний вид в стиле ретро и могут стать отличными элементами декора как в жилом доме, так и общественном месте (ресторане, кафе), стать стильным дополнением оригинального интерьера. Некоторые из моделей не имеют даже нитей накаливания, а в корпус от обычной лампы вставлены светодиоды.
