Электрическая лампочка — один из самых привычных предметов в нашем современном мире, когда всего несколько веков назад наша жизнь зависела от солнечного света и открытого огня — факелов, благовоний или свечей. Но, освещая свои комнаты, задумываемся ли мы о том, кто изобрел лампочку?
Какими были источники освещения раньше
В доэлектрическую эпоху огонь был единственной технологией освещения во всем мире. Сначала в виде открытого пламени, затем в той или иной цивилизации стали появляться прототипы первых ламп. Обычно они состояли из огнеупорного контейнера, который заполнялся
- смазка;
- минеральное или растительное масло;
- чистое масло;
- парафин или другие очищенные нефтепродукты.
В жидкость опускали фитиль из ткани или пучок ниток. Позже вместо жидкости в качестве несущего состава стали использовать специальный светильный газ — смесь нескольких легковоспламеняющихся газообразных веществ. Такие устройства излучали очень мало света, дымили и были пожароопасны. В Средние века появились более эффективные, менее коптящие, но все еще опасные свечи. Они изготавливались из пчелиного воска и сала.
Первые попытки преобразования электрической энергии в свет
Сразу же после открытия явления электрического тока многие изобретатели попытались использовать его для освещения. В 1802 году русский физик Петров построил батарею, которая производила электрическую дугу, которая в свою очередь производила свет. Однако в качестве электрода в этом устройстве использовался древесный уголь, который слишком быстро сгорал.
Эксперименты англичанина Г. Дэви с электрическими лампочками оказались более успешными. В 1806 году он изобрел первую дуговую лампу с угольными палочками, которая горела долго, но давала очень яркий и неестественный свет.
Более приятное свечение давала первая угольная лампа, изобретенная в середине 1830-х годов бельгийским ученым Жобаром. Параллельно с этим англичанин У. Деларю изобрел свою первую лампочку. Деларю.
Его устройство уже больше походило на современные лампы: платиновая спираль светилась в вакуумном резервуаре, нагреваемая подаваемым током. Устройство было достаточно ярким, чтобы использовать его в любых погодных условиях, но слишком дорогим для массового производства, поэтому оно не вошло в историю ламп. Однако на его основе было изобретено несколько моделей устройств:
- с платиновыми нитями вместо спиралей — английский физик Фредерик де Молен (1841);
- с помощью угольного факела в вакууме американцем Дж. Старром (1844);
- с обугленными бамбуковыми палочками немецким ученым Г. Гебелем (1854).
Другой британский физик, Дж. У. Свон, представил свою собственную версию в 1860 году с углеродным волокном, горящим в вакууме. Позже, в 1878 году, он усовершенствовал свое изобретение и запатентовал его.
Кто был первым
Несмотря на долгую историю изобретения, до сих пор нет четкого ответа на вопрос, кто первым создал электрическую лампочку. Ответ на этот вопрос нельзя найти ни в научной литературе, ни на страницах художественной или научно-популярной литературы.
В России первооткрывателями устройства считаются двое ученых. П.Н. Яблочкин создает дуговую лампу, она оказалась неэффективной, но все же стала прототипом для последующих разработок. Нечто подобное, но с другим принципом действия, изобрел и даже получил патент на свое творение Александр Николаевич Лодыгин. Это произошло в 1874-76 годах.
В западном мире считается, что первым изобрел такое устройство американец Томас Эдисон, хотя патент на свою первую лампу он получил только в 1879 году. Ученый не только изобрел несколько вариантов осветительных приборов, но и способствовал популяризации такого источника света. Он открыл компанию General Electric, которая специализировалась на разработке источников света. Позже он также основал компанию по производству такой продукции. Компания была основана в Великобритании в начале 1880-х годов и называлась «Edison & Swan» — совладельцем фабрики был вышеупомянутый Джозеф Уилсон Свон, который вложил значительные средства в создание электрических лампочек. Уже в первые годы своего существования компания производила 130 000 луковиц в год и продавала их по всему миру.
Правильно будет сказать, что электрическая лампочка — это результат коллективного труда многих ученых.
Сравнение разных модификаций источника света
Элементом накаливания в первой лампе Лодыгина был угольный стержень, помещенный в герметичный стеклянный сосуд, из которого предварительно был откачан воздух. Устройство светится около получаса и может быть использовано вне лаборатории. Позже этот вариант был усовершенствован У.Ф. Дидрихсоном — в его версии в одном устройстве было несколько нитей, и когда одна из них перегорала, автоматически загоралась следующая. Еще через год появилась новая версия устройства — в нем был один длинный уголь, выдвигающийся из патрона лампы по мере ее перегорания.
Первая лампа накаливания Эдисона была более совершенной, чем вариант Лодыгина — даже его первоначальные, самые простые модификации горели около 40 часов и были очень доступны по цене. Первоначально ученый использовал платиновую нить, но позже вернулся к углеродной нити. Первоначально в качестве нитей использовались обугленные бамбуковые волокна. Благодаря использованию обугленного бамбука период горения устройства был увеличен до 1200 часов. Затем, чтобы удешевить конструкцию, бамбук заменили хлопковым волокном. В то же время лампа накаливания Томаса Эдисона «украшалась» другими необходимыми аксессуарами:
- переключатель;
- гнездо для винта;
- основание с такой же резьбой.
Лодыгин, эмигрировавший в это время в США, не оставил научной работы и продолжал изобретать. В середине 1890-х годов он первым использовал тугоплавкий металл в качестве нити накала, а также проводил эксперименты с различными газовыми средами в колбах. Несколько лет спустя я. Лангмюр, американский ученый, впервые придумал заполнять лампу инертным газом. Это значительно увеличило время работы устройства. С тех пор почти во всех подобных изделиях в качестве наполнителя колбы используется аргон.
Долгое время Томас Эдисон и Джозеф Уилсон Свон были единственной в мире компанией по производству осветительных приборов. Первый американский завод с такой специализацией, The Shelby Electric Company, был открыт на рубеже 21 века изобретателем А. Шайе, бывшим сотрудником General Electric. Шайе вносил свои собственные изменения в существующие разработки. Его лампочки:
- светились на 20% ярче, чем другие;
- служат на 30% дольше, чем другие лампы;
- были нечувствительны к скачкам напряжения.
Изначально завод планировал производить 2 000 лампочек в день, но из-за спроса пришлось увеличить производство до 4 000 в день в течение года.
Однако компания, сосредоточившись на производстве собственных ламп, не могла идти в ногу со временем и модернизировала свои производственные процессы, полагаясь на инновационные технологии. В результате углеродные лампочки Шелби не могли конкурировать с набирающими популярность вариантами с вольфрамовой нитью. В 1914 году завод был куплен компанией General Electric.
Современная лампа накаливания по своей конструкции принципиально не отличается от своих предшественников. Он состоит из герметичной стеклянной колбы, заполненной аргоном или полностью свободной от газа (давление внутри менее 0,1 МПа), внутри которой нагревается вольфрамовая нить. Металлическая нить под воздействием электрического тока способна испускать луч света.
Современные лампы, однако, имеют особенность: они имеют элемент, которого не было у их предшественников: предохранитель из железо-никелевого сплава, который приваривается к ножке одного из токоведущих проводов. Она предотвращает разрушение стеклянной оболочки лампы при разрыве нити накала. Когда нить накала ломается, в лампочке возникает электрическая дуга, которая может повредить стекло. Предохранитель предназначен для нейтрализации дуги сразу после ее возникновения.
Характеристики нитей накаливания
Довольно быстро было признано, что металл в качестве нити накаливания гораздо эффективнее других материалов. В конце 19 века немецкий физик В. Нернст изобрел для этой цели специальный сплав, состоящий из магния, иттрия и тория.
Однако самой известной разработкой стала разработка А.Н. Лодыгина — быстротвердеющая вольфрамовая нить (ранее ученый экспериментировал с другими тугоплавкими металлами). Русский изобретатель лампы накаливания позже продал свое открытие Томасу Эдисону, который запатентовал изобретение на свое имя. Однако до 1910 года вольфрамовые нити из-за их высокой стоимости редко использовались для массового производства осветительных приборов, пока ученый У. Кулидж не изобрел самый дешевый способ их производства.
Достоинства и недостатки
Несмотря на то, что классические лампы накаливания считаются «устаревшими» в третьем тысячелетии, они широко распространены в разных странах мира, что можно объяснить их преимуществами.
Преимущества |
Cons |
| Небольшие размеры | Хрупкое |
| Зажигайте мгновенно | Низкая производительность |
| Недорогие в производстве | Относительно короткий срок службы (некоторые устройства могут работать не более 1 000 часов — даже меньше, чем первые лампы Эдисона) |
| Выпускается в широком ассортименте — с различной цветовой температурой, яркостью, для различных оснований, грушевидных форм, свечей, воздушных шаров и роговиц. | Огнеупорный |
| Работайте без перерывов | |
| Возможность работы в цепях переменного или постоянного тока | |
| Экологически чистый |
Этапы развития электрических ламп
Прогресс в области электрического освещения был незначительным до двадцатого века, когда ряд изобретений захватил мир. В 1901 году американская P. Хьюитт изобрел ртутно-паровую лампу, а десять лет спустя француз Ж. Клоди изобрел неоновую лампу. Клоди изобрел неоновую лампу. Затем последовали ксеноновые, натриевые и классические флуоресцентные модели. В 1960-х годах были разработаны светодиодные источники света и электронные источники света, а в первой половине 1980-х годов — флуоресцентные источники света «эконо».
