budivel.ru Про утепление и отопление дома.
Американскому изобретателю Томасу Эдисону приписывают разработку первой практичной лампочки в 1879 году. Однако история изобретения лампочки не так проста, так как в ней приняли участие множество ученых, каждый из которых внес свой вклад, который в конечном итоге привел к этому достижению — доступной, долговечной и безопасной лампе накаливания, генерирующей свет в течение долгого времени.
История электрического освещения
Чтобы выяснить, кто изобрел лампочку, нам нужно сперва отправиться более чем на 200 лет назад в лабораторию Гемфри Дэви, выдающегося английского химика и изобретателя. В 1800 году Дэви прикрепил два провода с угольными палочками к батарее, что позволило продемонстрировать яркую дугу света между угольными электродами. Это привело к появлению электрической дуговой лампы — первого широко используемого типа электрического света и первой коммерчески успешной формы электрической лампы. Конечно, различные изобретатели улучшили дизайн Дэви, добавив пружинные системы, а также соли редкоземельных металлов в электроды, что позволило увеличить яркость дуги.
Лампы электрической дуги были популярны на протяжении десятилетий благодаря их высокой яркости, способной освещать огромные фабричные интерьеры или целые улицы. В течение большей части XIX века это был единственный тип электрического освещения для больших площадей, и он был самым дешевым вариантом освещения улиц по сравнению с газовыми или масляными лампами. Однако углеродные стержни приходилось заменять так часто, что это превращалось в работу на полный рабочий день. Более того, лампы излучали опасное ультрафиолетовое излучение, создавали шум и мерцание при горении света и представляли серьезную опасность пожара. Многие здания, такие как театры, сгорели в результате чрезмерного нагрева и искр, создаваемых электрическими дуговыми лампами. И хотя эти лампы подходили для улиц и огромных залов, они были совершенно непрактичны для освещения домов и небольших помещений.
Мир нуждался в более совершенной технологии освещения, и многие изобретатели усердно трудились, чтобы найти идеальное решение. Слава и богатство наверняка были обещаны тем, кто добьется успеха. Но путь оказался пронизан многими проблемами.
Вакуум
В 1840 году британский физик Уоррен де ла Рю предложил новую конструкцию лампочки, которая предусматривала запуск платиновой катушки внутри вакуумной трубки, чтобы минимизировать воздействие кислорода. Однако высокая стоимость платины помешала этой конструкции получить коммерческий успех. В 1841 году Фредерик де Молейенс представил первый патент на вакуумную лампу накаливая.
Затем, в 1850 году, сэр Джозеф Уилсон Свон начал работать над лампочкой, используя нити из карбонизированной бумаги вместо платины в вакуумной стеклянной колбе. К 1860 году британский изобретатель получил патент на частичную вакуумную лампу накаливания с угольной нитью. Проблема с этим устройством заключалась в том, что ему не хватало вакуума и соответствующего электрического источника, что делало его неэффективным, лампа перегорала слишком быстро.
Позже Джозеф Свон внес некоторые улучшения. Сначала он работал с нитью из копировальной бумаги, но обнаружил, что они быстро сгорают. Наконец, в 1878 году Свон продемонстрировал новую электрическую лампу в Ньюкасле, Англия, в которой использовалась углеродная нить, полученная из хлопка. Электрическая лампочка Свона могла работать 13,5 часов, и его дом стал первым домом в мире, освещенным электрическим светом. В ноябре 1880 года Свон получил патент Великобритании на свое изобретение.
Американский изобретатель и бизнесмен Томас Эдисон внимательно следил за развитием событий. Он понял, что главной проблемой первоначального дизайна Свона было использование толстой углеродной нити. Эдисон считал, что она должна быть тонкой и иметь высокое электрическое сопротивление. Он адаптировал образцы из патента 1875 года, который он приобрел у изобретателей Генри Вудворда и Мэтью Эванса, продемонстрировав свою лампу накаливания в декабре 1879 года, которая могла работать 40 часов. Использование Эдисоном более тонких нитей и лучшего вакуума дало ему преимущество в гонке. Затем он подал в суд на Свона за нарушение патента.
К 1880 году «луковицы Эдисона» работали 1200 часов и были достаточно надежными. Тем не менее, этот прорыв потребовал тщательного тестирования, для чего использовалось более 3000 образцов ламп накаливания между 1878 и 1880 годами. Более того, инженеры Эдисона в Менло-Парк протестировали более 6000 растений, чтобы определить, какой тип углерода будет гореть дольше, и, наконец, остановились на карбонизированной бамбуковой нити. В большинстве современных ламп накаливания используются вольфрамовые нити.
Позже, исследователи Эдисона постепенно улучшали дизайн и производство нитей. В начале 20-го века команда Эдисона представила средства для улучшения нитей, которые остановили потемнение внутренних поверхностей стеклянных колб.
К сожалению для Эдисона, патент Свона оказался сильной претензией — по крайней мере, в Соединенном Королевстве. В конце концов, они объединили свои усилия и создали компанию Edison-Swan United, которая впоследствии стала крупнейшим в мире производителем лампочек.
В 1880 году Эдисон также основал компанию Edison Electric Illuminating в Нью-Йорке, которую финансировала JP Morgan. Эта компания построила первые электростанции, которые питали новые запатентованные лампочки. Позднее Edison Electric объединится с компаниями двух других изобретателей, Уильяма Сойера и Албона Мэна, а еще позже с компанией Thomson-Houston Company, в итоге получив название General Electric Company, которая и по сей день является одной из крупнейших корпораций в мире.
Кто изобрел лампочку
Эдисон был не первым изобретателем, который работал над лампочками. Фактически, к тому времени, когда он начал работать над своими первыми проектами, лампочка уже существовала, и около 20 различных изобретателей по всему миру готовили свои патенты. В тоже самое время много русских изобретателей работали над своими устройствами (Лодыгин, Кон, Козлов и Булыгин). Дизайн Эдисона был просто наиболее практичным, что объясняет его всемирный успех.
Безопасно осветить свое жилище человечество пытается с тех пор, как получило огонь в свои руки. Изначально это были костры в пещере, потом – факелы и другие пожароопасные предметы. С развитием человечества и технологий, изменялись и совершенствовались способы освещения.
Не будем проводить глубокие экскурсы в историю, и выяснять всю эволюцию осветительных приборов: на эту тему можно написать не одну книгу. Мы возьмем к рассмотрению один из самых, пожалуй, интересных вопросов – кто и когда изобрел или придумал современную электрическую лампочку накаливания.
Немного истории
На этот вопрос, заданный в разных странах, можно получить абсолютно различный ответ. Американцы с присущей им самоуверенностью будут доказывать, что это изобретатель первой лампы накаливания – их земляк Эдисон, получивший патент на свое изобретение в 1880 году. Французы назовут русского ученого Яблочкова: при помощи его изобретения начали освещать площади и театры столицы этой страны. Возможно, кто-то вспомнит Лодыгина – изобретателя из Петербурга, лампами которого в 1873 году начали освещать улицы города. Скорей всего, будут и другие ответы: все зависит от осведомленности человека в этом вопросе.
Что самое удивительное, в этом случае все будут правы. Как такое возможно?
С изобретением электричества (открытием электрического тока), научные открытия последовали одни за другими. Причем делали их совершенно разные ученые и изобретатели, в совершенно разных странах. Постепенно электротехника выделилась в отдельную науку (изначально все это относилось к физическим явлениям).
Началом разработок и поисков решений для изобретения именно электрической лампочки стало получение русским академиком Петровым в 1802 году электрической дуги от мощнейшей на то время электрической батареи. В свою очередь, создание этой батареи стало возможно благодаря изобретению итальянцем Вольтом химического источника энергии – гальванического элемента. Таким образом, одно изобретение порождало другие открытия, которые, в свою очередь, давали начало новым идеям и опытам.
К середине 19 века многие ученые и изобретатели проводили эксперименты по получению устойчивого и долговечного свечения. Разнообразие идей привело к тому, что выделилось три направления разработок. Отдельные ученые пытались усовершенствовать дуговую электрическую лампу, другие бились над лампой накаливания, третьи – работали с газоразрядными источниками.
Все же самой перспективной в плане освещения считалась электрическая дуга: именно на этом направлении велось большинство исследований и проводилось различных опытов. Однако все исследователи столкнулись с одинаковой проблемой: между электродами яркая, и устойчивая дуга образуется при определенном расстоянии между ними. Большинство опытов проводилось при помощи угольных электродов, которые достаточно быстро прогорали и дуговое расстояние постоянно менялось.
Требовался автоматический регулятор. Предлагались различные варианты, но у всех был один недостаток: на каждую электрическую лампу накаливания необходим был отдельный источник питания. Большой прорыв в этом направлении в 1856 году совершил изобретатель Шпаковский: ему удалось собрать установку из 11 дуговых ламп, которые работали в одной цепи от единственного источника питания.
Через 13 лет, в 1869 году Чиколев придумал и успешно опробовал дифференциальный регулятор для дуговых ламп. Это изобретение (в усовершенствованном виде) с успехом применяется в мощных установках и сегодня. Пример – в морских прожекторах и на маяках.
Прорыв Яблочкова
В середине второй половины 19 века в лавине технических прорывов, новых изобретений наступило относительное затишье. Изобретатели и электротехники по-прежнему не могли решить главную проблему: неравномерность сгорания угольных электродов. Также не был найден эффективный и компактный регулятор. Но, стоит отметить, были и определенные достижения: электроды помещались в стеклянную колбу, что давало им определенную защиту от механического и атмосферного воздействия.
Как это часто бывает с великими изобретениями, помог случай. Находясь в крайней степени задумчивости над решением этой проблемы, Яблочков сделал заказ официанту и задумчиво смотрел, как тот расставляет тарелки и столовые приборы. Каково же было удивление официанта, когда солидный господин внезапно вскочил и, бормоча что-то под нос, выбежал из кафе. Возможно, он так и не узнал, что поневоле стал соавтором революционного решения, которое сдвинуло с мертвой точки изобретение эффективной лампочки.
Дело в том, что до этого времени все исследователи размещали электроды в колбе горизонтально, что приводило к неравномерности образования дуги между ними. При взгляде на параллельно лежащие столовые принадлежности, Яблочкова осенило: именно так нужно размещать электроды. В этом случае расстояние между ними будет одинаковым: потребность в регуляторах просто отпадает сама собой.
Конечно, до окончательного решения проблемы было еще очень далеко, но было совершено главное: был получен новый толчок изобретательской мысли и сломлен барьер многолетнего топтания на месте.
- Прежде всего, электротехники столкнулись с новой проблемой: параллельно расположенные стержни начали гореть по всей длине: дуга все время скатывалась к токоподводящим клеммам. Проблему удалось решить только после размещения между электродами изоляционной прокладки. После многочисленных опытов в этом качестве лучшей был признан каолин: он равномерно плавился с электродами;
- Следующая проблема, с которой столкнулась команда Яблочкова, являлся вопрос, как зажечь электроды? Решением стала угольная перемычка, располагаемая сверху лампы, которая при подаче тока сгорала, создавая дугу;
- Проблему неодинакового истончения электродов решили созданием положительного стержня более толстым по сравнению с отрицательным. Полностью решить этот вопрос смогло лишь использование переменного тока.
В 1876 году представленная на выставке, которая проводилась в английской столице, свеча Яблочкова имела достаточно простую конструкцию: два вертикально расположенных электрода давали яркий и мягко-матовый свет. Через год после выставки создается акционерное общество, занимающееся вопросом изучения электроосвещения, на основе исследований и достижений Яблочкова.
Также за эти два года были получены необходимые патенты, чтобы во Франции началось производство свечей Яблочкова, которые в Европе получили название «русский свет». Также был налажен выпуск электрических генераторов, которые и питали первую серийно выпускавшуюся лампочку.
Лампы накаливания
Практически параллельно с этим продвигались изобретения и исследования с лампами накаливания. Всемирную известность получил Эдисон: считается, что именно он придумал первую лампу, работающую по принципу нити накаливания. Все это одновременно так, и немного не соответствует действительности. Как и в предыдущем случае, работы велись разными учеными, в различных уголках земного шара. Каждое новое открытие и достижение продвигало на шаг вперед всех изобретателей.
Эксперименты с электротоком начались сразу после его открытия. Уже в начале 19 века проводились опыты с накаливанием различных проводников. Целью применения данной методики для освещения задался в 1844 году изобретатель де-Молейн. Для накаливания он использовал платиновую проволоку, которую размещал внутри стеклянной колбы. Однако такая проволока быстро расплавлялась. В 1845 году английский ученый Кинг предложил заменить платину угольными стержнями.
Первую лампочку, подходящую для освещения и работающую около 200 часов, на всеобщее обозрение представил Г. Гебель. Для накаливания электротоком в вакуумную лампу устанавливалась бамбуковая нить. Вы, наверное, спросите, как в то время удалось получить вакуум? На самом деле все просто. Гебель использовал принцип, используемый для барометров: наливал в колбу ртуть, а после выливания в ней образуется вакуум. Но из-за отсутствия денег на патент, об этом вполне удачном эксперименте вскоре забыли.
После этого в Петербурге свои опыты в сфере электрического освещения начал великий ученый А.Лодыгин. Опыты начались в 1872 году, и завершились настоящим успехом: лампы, сконструированные Лодыгиным, начали применяться во многих сферах, а Петербургская Академия наук даже присудила автору премию – 1 тыс. рублей.
В 1875 В. Дидрихсон усовершенствовал лампу Лодыгина: откачал из колбы, где размещалась угольная нить воздух, а также придумал механизм для автоматической замены перегоревшей нити. В этом же году Дидрихсон изобрел абсолютно новый и уникальный на то время способ изготовления угольков для лампы: вакуумное обугливание с применением графита. Однако вскоре умер председатель товарищества, которое финансировало все изыскания, поэтому опыты и дальнейшее усовершенствование лампы прекратились.
В 1876 году идею подхватил и начал развивать Н. Булыгин. Он изобрел самовыдвигающийся механизм, который по мере прогорания угольных стержней, постепенно выдвигал их в вакуумную колбу для продолжения процесса свечения. Технология была сложной, поэтому дорогой в производстве.
К концу 19 века взятая за основу лампа Лодыгина была известна в России, Великобритании, Франции, Бельгии и других странах. В это же время в Америке над созданием устойчивого освещения от электричества занимался Т. Эдисон. В 1878 году в Северную Америку по служебным делам приехал Хотинский, у которого с собой имелось несколько ламп, привезенные из России. Сейчас уже точно неизвестно, была ли встреча Хотинского и Эдисона случайной, или нет, но они встретились, и Эдисон имел возможность изучить разработку Лодыгина.
После этого Эдисон усовершенствовал лампу: методом проб и ошибок подобрал наиболее подходящий материал для нити накаливания. Этим материалом, по мнению этого изобретателя, стала бамбуковая нить. В 1880 году Эдисон получил патент на свое изобретение и поставил его на потоковое производство. Кроме этого, именно он придумал аналог современного винтового цоколя, а также разработал и внедрил патрон к лампе. Так что первую электрическую лампу, производимую в промышленных масштабах, действительно, изобрел Томас Эдисон.
Примерно в это же время в Англии над аналогичным изобретением работал Дж. Сван. В качестве нити накаливания он использовал хлопковую нить, которая светилась в колбе с вакуумом. После получения патента в 1878 году, лампы Свана стали устанавливаться в домах Лондона. Развитие производства побудило английского изобретателя создать большую компанию по производству ламп накаливания. Позднее оба первых производителя объединили свои усилия и создали общую компанию по производству ламп накаливания.
Дальнейшее развитие
Естественно, на этом развитие и усовершенствование ламп накаливания не остановилось: они еще были довольно неэффективными. То есть, обладали низким КПД и служили очень непродолжительно. Попытки усовершенствовать свои изобретения предпринимали все разработчики и изобретатели.
Например, Лодыгин нашел решение и стал применять сплавы различных тугоплавких металлов в качестве нити накаливания. Он использовал вольфрам, иридий, молибден и другие металлы. В 1890 году он запатентовал такую нить накаливания, а на Парижской выставке 1900 года представил усовершенствованные светильники широкой публике.
Интересным фактом всей истории заочного противостояния и соревнования двух изобретателей – Лодыгина и Эдисона, является покупка патента у Лодыгина на его изобретение американской компанией General Electric. Интересен не сам факт покупки, а то, что учредитель этой компании – Томас Эдисон. Таким образом, можно сказать, что Эдисон монополизировал не только производство ламп накаливания, но всю славу от ее изобретения.
Но даже поставленные на потоковое производство электрические лампочки все время усовершенствовались, делались эффективнее и долговечней. Так, в 1909 году окончательно было принято решение об использовании вольфрамовой нити. Также с этого времени ее стали размещать зигзагообразно на нескольких изоляционных стержнях.
С развитием технологий и получением новых открытий, в колбы уже герметичных ламп стали закачивать сначала азот, затем инертный газ. Это позволило увеличить яркость и время свечения, что также стало технологическим прорывом начала века. Позже, примерно в 20-х годах 20 века, вольфрамовую нить заменили спиралью из этого же материала. Это уменьшило количество перегораний нити и увеличило срок службы. В последующем, с развитием технического потенциала, спираль усовершенствовали: сначала появилась биспираль, а затем – триспираль.
Подводим итоги
Как видите, в изобретении электрической лампочки принимали участие многие выдающиеся ученые и изобретатели 19 – 20 века. Однозначно ответить, когда придумали первую лампочку, не представляется возможным: все работы проводились параллельно и практически независимо друг от друга, ведь тогдашние средства коммуникации не позволяли оперативно делиться своими достижениями с широкой публикой. Иногда, чтобы о новом изобретении или открытии узнал весь мир, проходили годы.
Ответ на этот, казалось бы, элементарный и незамысловатый вопрос до сих пор неоднозначен. Считается, что лампочку изобрёл в не столь далеком 1879 году американец Томас Эдисон. Ну, или по крайней мере, так учат наших школьников.
Но стоит разобраться в вопросе и выяснить: так ли это? Ведь на самом деле история всем известной лампочки представляет собой последовательную цепь изобретений и открытий, которые были сделаны в разное время различными людьми.
- Доподлинно известно, что «прародительница» современной лампы появилась давно. Уже с древних времен предпринимались попытки создать приборы, способные освещать темноту ночью. И некоторые попытки были вполне удачными и впечатляющими. Согласно историческим данным:
- Неподалеку от Аппиевой дороги в одной из римских гробниц удалось обнаружить светящуюся лампу. Получается, что она проработала, в среднем, 1 600 лет.
- При этом в другой гробнице Рима был обнаружен уникальный фонарь «Полланта». Он светил, в среднем, 2 000 лет.
- «Прародительница» лампочки была известна египтянам и обитателям Средиземноморья. Они для освещения жилищ стали первыми использовать оливковое масло. Его заливали в особые глиняные сосуды со вставными фитилями из хлопчатобумажного полотна. Изображение предмета, весьма напоминающего по своему строению лампу накаливания, было найдено в построенном древними египтянами храме Хатхор.
- А вот обитатели побережья Каспийского моря заливали в сосуды из глины не оливковое масло, а нефть.
- Данные о существовании интенсивных и долговечных ламп встречаются у известных авторов различных эпох. В частности, о них писали Аврелий Августин, Плутарх, Лукиан, Павсаний и многие другие. О «вечной лампе» в своих трудах написал и Сирано де Бержерак.
В Средние века глиняные сосуды сменили первые свечи, в состав которых входили натуральный пчелиный воск и сало.Далее, на протяжении столетий многие величайшие ученые, гении и изобретатели нашей Земли трудились над изобретением безопасного для человека осветительного прибора.
Тем не менее первая безопасная конструкция, пригодная для массового производства, появилась ориентировочно в середине 19 века.В это время по всему свету прокатилась волна разнообразных открытий, тесно связанных с электричеством. Можно сказать, что пошла своего рода цепная реакция: одно относительно небольшое открытие прокладывало дорогу еще более масштабным замыслам и грандиозным идеям.
«Авторы» лампочек из разных стран
Василий Петров (Россия)
В 1803 году он получил электрическую дугу с помощью емкостной батареи. Сконструировав эту огромную и весьма мощную батарею, он первым в мире заявил о том, что электрической вольтовой дугой можно освещать предметы и помещения ночью. Первооткрывателю было сложно проводить опыты, так как древесные угли, используемые в качестве электрода, сгорали за считанные минуты.
Британский изобретатель Деларю
Работы по созданию и усовершенствованию лампочки продолжились. В 1809 году британец сконструировал первую в мире модель лампы с нитью накаливания, которая была изготовлена из платины. Но платиновая спираль была излишне хрупкой и при этом слишком дорогой. Поэтому она не получила признания и активного распространения.
Бельгийский ученый Жобар
Учитывая недостатки предыдущих конструкций лампочек, он взялся за оптимизацию и в 1938 году представил свету угольную лампу накаливания. Но и его лампа была с изъяном: в ней содержался кислород, поэтому угольный стержень сгорал довольно быстро.
Жан Бернар Фуко (Франция)
Перехватив «эстафетную палочку», ученый из Франции в 1844 году заменил в дуговой лампе электроды из древесного угля на электроды из ретортного угля. Он же оснастил лампу ручным регулированием длины дуги, при этом источником электричества служила довольно мощная для того времени батарея.
Генрих Гебель (Германия)
Лампочка продолжала видоизменяться. «Автором» первой лампы современного образца стал ученый из Германии, который в 1855 году поместил обугленную бамбуковую нить в вакуумную емкость. Лампа была еще далека от совершенства, но она стала уже более практичной.
Александр Лодыгин (Россия)
Он в 1874 году запатентовал уникальную нитевую лампу. Ученый поместил палочку угля в вакуумированную колбу. Вольфрам послужил материалом для нитей накала. Благодаря этому удалось заметно продлить срок эксплуатации данных ламп.
Василий Дидрихсон (Россия)
Усовершенствовав конструкцию своего соотечественника, он в 1875 году откачал из лампы воздух. Кроме того, ученый на этот раз применил несколько волосков для того, чтобы в случае перегорания какого-то из них, следующий волосок начинал работать автоматически.
Павел Яблочков (Россия)
Его стараниями долгие и плодотворные опыты переросли в массовое электрическое освещение. В 1875 году он придумал создать простую и при этом весьма надежную дуговую лампу. В 1876 и 1877 годах им были получены несколько патентов: на конструкцию непосредственно самой дуговой лампочки, а также на их системы питания.
Производство вскоре было поставлено на промышленную основу, но постепенно «Свеча Яблочкова»была вытеснена более долговечной, современной и экономичной лампой накаливания.
Джозеф Вильсон Сван (Англия)
На фоне этих открытий, в 1878 году англичанин запатентовал несколько иную лампу. В своем изобретении он поместил угольное волокно в довольно разреженную кислородную атмосферу. Благодаря этому свет от лампы стал заметно ярче.
Томас Эдисон (США)
Он доработал и оптимизировал уже существующие на то время технологии. В 1880 году он запатентовал угольную лампу, которая была способна светить порядка 40 часов. Ему также удалось значительно снизить себестоимость лампы. Вскоре его лампы вытеснили газовое освещение.
Таким образом, в разработку технологии был внесен существенный вклад сразу нескольких трудолюбивых ученых-изобретателей из Германии, России, Бельгии, США, Франции, Англии и других стран. Именно поэтому одни приписывают авторство непосредственно Томасу Эдисону, а другие твердо уверены в правоте Александра Лодыгина.
Бесспорно, лампа была придумана задолго до того, как ее запатентовал американец. Тем не менее, его огромной и неоспоримой заслугой является то, что, объединив все лучшее, он открыл миру практическую лампу вместе с электрической системой. Именно за это достижение ему, как правило, и приписывают роль первого автора лампочки.
Ну и напоследок интересное видео, где девушка «расследует» изобретение ламп.
Сложно встретить человека не знакомого с лампой накаливания – устройства освещают помещения домов и улицы городов на протяжении 100 лет. Развитие технологий постепенно вытесняет «лампочки Ильича», но они еще встречаются в жизни.
Лампочки по назначению бывают:
- Общего применения. Используются для декорирования и освещения.
- Декоративные, колба у которых выполнена в виде фигур.
- Лампы пониженного напряжения питания – от 2,5 до 42 В. Применяются в местах повышенной опасности – на открытых площадках, подвалах.
- Цветные источники света, выпускают в колбах из окрашенного стекла. До изобретения светодиодов использовались в декоративной подсветке сцен и съемочных площадок, организации презентаций.
- Сигнальные. Используются для отображения данных в информационных табло.
- Лампы для транспортных средств. Выделяются прочностью и стойкостью к вибрационным нагрузкам.
- Осветительные прожекторные. Из-за высокой мощности применялись для освещения открытых пространств – на стадионах, железнодорожных станциях, прожекторах, используемых сотрудниками охранных ведомств.
- Специальные лампы для оптики – кинопроекторы, измерительные и медицинские приборы.
Изначально была изобретена осветительная лампа накаливания, кажется, что это простое устройство – на самом деле это не так.
Как шли к открытию?
История лампы накаливания началась в начале XIX века. В школьном курсе физике принято считать изобретателем лампы накаливания Томаса Эдисона (1847–1931), однако, у изделия имелись прародители.
В 1803 году русский изобретатель Василий Владимирович Петров (1761–1834) изучая проводимость материалов, получил электрическую дугу между угольными проводниками. Он предложил пользоваться явлением для освещения пространства. Однако, из-за быстрого сгорания угля, практического применения открытие в те годы не получило.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Задать вопрос экспертуПодробнее о В.П. Петрове рассказано в видео:
Научно описал в 1809 г. дуговой разряд между угольными стержнями сэр Гемфри Дэви (1778–1829) – создатель английской школы электрохимии. Труды стали основой для последующих открытий. Только в 1838 году бельгийцем Жобаром создан устойчиво работающий прототип лампы с угольным сердечником, горение проходило в воздушной среде, поэтому разрушение электрода завершалось очень быстро.
Вскоре, в 1840 году членкор Петербургской академии наук англичанин по происхождению Уоррен Деларю (1815–1989) в качестве материала нити накаливания использовал платину. Устройство успешно освещало помещение, но из-за дороговизны драгоценного металла и его низких прочностных свойств, до промышленного использования дело не дошло.
Устройства Жобара и Деларю стали прорывом в науке, но запатентованы не были.
Первый патент удалось получить ирландцу Фредерику де Моллейну в 1841 году. Устройство представляло собой спираль из платины, находящуюся в вакууме – это увеличивало срок использования.
Американец Джон У. Старр в 1844 г. получил американский, а в следующем году британский патент на лампочки с углеродной нитью. Работы остановились, серия лампа не пошла в связи со смертью изобретателя.
Не прошел мимо изучения электрической дуги и великий французский ученый Жан Бернар Фуко. Заменив в 1844 древесный уголь на ретортные угольные электроды, он добился увеличения срока использования устройства, придумав попутно «первый диммер» – интенсивность света регулировалась изменением длины электрической дуги.
Следующий шаг был сделан Генрихом Ге белем из Германии. Он вел эксперименты, использовав в качестве электродов обугленные палочки бамбука, находящиеся в вакууме колбы. Прибор Гебеля считается прототипом первой лампочки.
С 1860 по 1878 год англичанин Джозеф Вильсон Свон (Суон) работал над применением угольного волокна и получил в итоге патент на изобретение лампы. Особенностью прибора стала разреженная кислородная атмосфера, в которой нагревалось и излучало видимый свет угольное волокно. Технология позволила увеличить видимое свечение.
Нить накаливания крупным планом Параллельно со Своном проводил эксперименты и получил в 1874 г. патент на нитевую лампу российский ученый А.Н.Лодыгин. Василий Федорович Дидрихсон российский ученый усовершенствовал конструкцию своего соотечественника. Из колбы откачали воздух, и было установлено несколько электродов. После сгорания одного, начинал светиться следующий электрод – время службы повысилось.
В 1976 г. российский физик Павел Николаевич Яблочков, изучая изоляционные материалы, применил обмазку нити белой глиной (каолином). Лампа светилась на воздухе, не требуя создания вакуума. Для пуска приходилось подогревать нити спичками. Сам изобретатель скептически относился к электрическому освещению и прекратил работу в этом направлении. Однако, некоторое время лампы Яблочкова выпускались в промышленном масштабе, но в итоге были вытеснены лампами накаливания. Такими приборами освещался Париж, Лондон, Санкт-Петербург, устанавливались светильники на паровозах и кораблях.
Томасу Эдисону (США) удалось усовершенствовать изобретения Лодыгина и Яблочкова. В 1880 году был получен патент на лампу с угольными электродами.
Изобретение, сделанное А.Н. Лодыгиным
Начал работы ученый с разработки светильника с угольными электродами. За достигнутые результаты он получил премию Академии наук, но опыты продолжил. В 1874 году Александр Николаевич Лодыгин запатентовал лампу с нитевым накальным телом. Суть изобретения заключалась в накале платиновой (вольфрамовой) нити в вакуумной колбе.
Горение – химическая окислительная реакция с участием кислорода. Вакуум подразумевает отсутствие кислорода, следовательно, скорость окисления резко снижается. Благодаря такому свойству лампы Лодыгина получили увеличенный ресурс. К 1890 году разработаны похожие на сегодняшние лампы с закрученными в спираль нитями накала, производимыми из вольфрама или молибдена, что снижало их стоимость по сравнению с платиновыми.
Вклад Томаса Эдисона
В конце 1870 годов за усовершенствование электрических светильников взялся известный на весь мир ученый из Америки Томас Эдисон.
С целью продления срока службы нити, предпринимались попытки отключать напряжение, после нагрева спирали до предельно допустимых температур. Для этого в колбу встраивался автоматический выключатель. Однако этот путь не привел к приемлемому результату – было видно мигание.
Акцент исследований сместился на эксперименты с материалом для изготовления нитей накала. Было проведено около 2000 опытов.
Эдисон со своим изобретением В итоге в 1879 году Эдисон получил патент на лампочку платиновой спиралью и временем горения до 40 часов.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос экспертуВажно! Стоит отметить, что Лодыгину на получение патента в Америке банально не хватило денег. Поэтому изобретение приписывается Эдисону.
Основное отличие от приборов Лодыгина – создание вакуума с меньшим количеством, оставшегося в колбе воздуха. В 1880 году, лампы с бамбуковыми электродами горели у Эдисона около 600 часов. Немаловажное значение в распространении ламп Эдисона имела изобретенная им же винтовая конструкция цоколя, позволявшая быстро и безопасно менять вышедшие из строя приборы.
Патентные войны привели к образованию совместного предприятия Суонса и Эдисона, выросшего со временем в мирового лидера по продаже электрических ламп. Увеличение производства сказалось на снижении себестоимости изделия и еще большему распространению.
Таким образом, разработка технологии изготовления лампы накаливания проводилась учеными из России, Германии, США, Бельгии, Великобритании. Объединив лучшее, на практике Томас Эдисон организовал массовый выпуск приборов. Поэтому ему и приписывают авторство.
Что собой представляет?
Лампа накаливания – электроприбор, свет в котором излучает тело накала, разогреваемое проходящим через него электротоком. Исключают окисление (сгорание) нити накала, размещая его в вакууме, создаваемом в герметичной стеклянной колбе. Напряжение к нити подводится через контакты, размещенные в цоколе.
Заполняя внутреннее пространство колбы галогенным газом. К останкам кислорода добавляют йод и бром. В естественных условиях бром – жидкость, а йод – кристаллы. Это уменьшает износ нити, что позволяет ее нагреть до более высокой температуры. Все это позволяет увеличить длительность службы изделия. Материал спирали в современных источниках света – вольфрам, рений, редко осмий.
Все элементы лампы накаливания Конструкционные особенности
Конструкции современных ламп отличаются по разным показателям:
- Форме колбы.
- Строению цоколя.
- Газу наполнителю.
- Наличию предохранителя внутри конструкции.
- Материалу тела накала.
- Особенностям, зависящим от назначения.
Производители предлагают на выбор различные по исполнению колбы лампы. Некоторые разновидности показаны на рисунке. Потребитель выбирает подходящую форму, основываясь на допустимой мощности и размера светильников. Для создания направленности потока света внутреннюю часть колбы покрывают слоем алюминия.
Варианты форм ламп накаливания Существуют лампы с цоколем и без него.
Классическое резьбовое соединение впервые предложил Соун, творчески развил идею Эдисон – отсюда и буквенная маркировка винтового цоколя Е, по первой букве фамилии изобретателя.
Некоторые модели цоколей представлены на рисунке:
Основные виды цоколей ламп накаливания В странах с иным уровнем напряжения в электросетях продают лампы с цоколями, исключающими вкручивание в патроны, предназначенные для других напряжений. Например, в США, где уровень напряжения 110–127 В не удастся вкрутить лампочку для Европы (220–240В).
От состава газа, которым наполняют колбу, зависит светимость и долговечность лампы. Например, галогенный газ способствует разогреванию нити до высоких температур, сохраняя при этом продолжительность службы. Благодаря эффекту появились галогенные лампы, при одинаковой светимости они меньше по размерам и потреблению электроэнергии по сравнению с вакуумными моделями.
Сегодня распространены лампы с наполнением колбы:
- Вакуумные.
- Аргоновые или азотно-аргоновые.
- Ксеноновые.
- Криптоновые.
Плавкий предохранитель защищает колбу от взрыва при сгорании спирали. При обрыве нити, раскаленные капли вольфрама попадали на стенки колбы, она прожигалась, происходил взрыв с разбросом осколков. Предохранителем служит часть подводящего проводника, находящегося в атмосферном воздухе внутри цоколя. Искра, возникающая в вакууме, быстро гасится. В лампе может появляться черный «дымок», но колба остается целой.
Масштабное появление ламп на рынке
Появление ламп на рынке связано с дешевизной, простотой использования в сравнении с газовыми, бензиновыми и нефтяными светильниками. Улучшать прибор человечество продолжает на протяжении всей истории после их появления. Разработки привели к возникновению продукции, выполняющей самые разные функции:
- Проекционные лампы повышенной светимости. Конструкция прибора исключает появление затененных областей по краям зоны для исключения некачественного отображения картинки на экране.
- Лампочки для подсветки кнопок и переключателей в радиотехнической аппаратуре.
- Фотолампы – вспышки и пилотные (постоянного свечения на пониженной мощности) предназначены для мгновенного или долговременного освещения места фотосъемки.
- Лампа фара выполняется в одном корпусе с отражателем и фокусирующим стеклом.
- Модели с двумя нитями предназначены для использования в фарах автомобиля (ближний и дальний свет), задних фонарях авто (габариты и стоп-сигнал). Устанавливаются в такие источники света в местах, где может возникнуть потребность в резервировании. В случае перегорания одной из спиралей, зажигалась резервная.
- Нагревательные лампы применяют в лазерных принтерах.
- Лампы со специальным спектром излучения для научных приборов.
Лампы накаливания прошли длительный путь эволюции. В освещении им на смену приходят светодиоды, но во многих областях техники без таких устройств не обойтись.
Трудно представить современному человеку, что всего сто с небольшим лет назад электрические лампочки в нашем быту делало свои первые шаги.
Список изобретателей большинства современных устройств, как правило, ограничивается одной-двумя персонами (часто бывает так, что два талантливых изобретателя приходят к воплощению одной и той же идеи с небольшим временным отрывом друг от друга). Но существуют и весьма интересные исключения из этого правила. Например, лампа накаливания. Поверить в то, что простую лампочку изобрел не один, не два и даже не три, а тринадцать ученых, довольно сложно. Но это на самом деле так. И причина тому проста: дело в том, что первую запатентованную лампу накаливания, и ту лампу, которой мы пользуемся в наши дни, разделяют ровно 100 лет постоянных усовершенствований, которые проводились самыми разными изобретателями из разных стран мира.
И каждый из них сделал свой вклад в историю изобретения простой бытовой лампочки. А значит однозначно ответить на вопрос: кто изобрел лампочку, увы, не получится.
Начало превращение электрической энергии в световую положили опыты ученого Василия Петрова, наблюдавшего явление вольтовой дуги в 1803году. В 1810 году то же открытие сделал английский физик Деви. Оба они получили вольтову дугу, пользуясь большой батареей элементов, между концами стерженьков из древесного угля.
И тот, и другой писали, что вольтова дуга может использоваться в целях освещения. Но прежде надо было найти более подходящий материал для электродов, поскольку стержни из древесного угля сгорали за несколько минут и были малопригодны для практического использования.
В XIX веке получили распространение два типа электрических ламп: лампы накаливания и дуговые. Дуговые лампочки появились немного раньше. Свечение их основано на таком интересном явлении, как вольтова дуга. Если взять две проволоки, подключить их к достаточно сильному источнику тока, соединить, а затем раздвинуть на расстояние нескольких миллиметров, то между концами проводников образуется нечто вроде пламени с ярким светом. Явление будет красивее и ярче, если вместо металлических проводов взять два заостренных угольных стержня.
Англичанин Деларю, создал в 1809 году первую лампочку накаливания с платиновой нитью. Первую дуговую лампу с ручным регулированием длины дуги сконструировал в 1844 году французский физик Фуко. Древесный уголь он заменил палочками из твердого кокса. В 1848 году он впервые применил дуговую лампу для освещения одной из парижских площадей.
В 1875 году Павел Николаевич Яблочков предложил надежное и простое решение для дуговых ламп. Он расположил угольные электроды параллельно, разделив их изолирующим слоем. Изобретение имело колоссальный успех. В 1877 году с их помощью было впервые устроено уличное электричество на Avenue de L`Opera в Париже. Всемирная выставка, открывшаяся в следующем году, дала возможность многим электротехникам познакомиться с этим замечательным изобретением. Под названием «русский свет» свечи Яблочкова использовались позже для уличного освещения во многих городах мира.
В 1874 году инженер Александр Лодыгин запатентовал «нитевую лампу». В качестве нити накала использовался угольный стержень, помещенный опять таки в сосуд с вакуумом. В 1890 году Лодыгин придумал заменить угольную нить проволокой из тугоплавкого вольфрама, имевшей температуру накала 3385 градусов. В 1906 г. Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании General Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама изобретение находит ограниченное применение.
Первые случаи применения электричества в Украине для нужд освещения известны с 70-х годов позапрошлого века.
В 1878 г. инженер А.П. Бородин оборудовал токарный цех киевских железнодорожных мастерских четырьмя электрическими дуговыми фонарями. Каждый фонарь имел свою электромагнитную машину Грамма. Фонари были расположены в два ряда в шахматном порядке. Угли рассчитаны на 3 часа работы.
В 1886 г. было установлено электрическое освещение в парке «Шато-де-Флер» в Киеве. В 1996 году в этом же городе начала действовать первая электрическая станция общего пользования.
Настоящий переворот в создании лампочки совершили опыты американского изобретателя Эдисона. Прежде чем приступить к опытам он изучил весь опыт газгольдерных компаний в освещении городов и помещений. Он разработал на бумаге подробные схемы електростанции и коммуникационных линий к домам и фабрикам. Подсчитал себестоимиость всех материалов и вычислил, что цена лампочки для потребителя не должна превышать 40 центов.
С 1878 года он проводит более 12 тыс. опытов в своей лаборатории. Подсчитано, что его помощники опробовали не менее 6000 различных веществ и соединений, при этом на опыты было израсходовано свыше 100 тысяч долларов.
Сначала Эдисон заменил ломкий уголек более прочным, приготовленным из угля, потом стал делать опыты с различными металлами и, наконец, остановился на нити из обугленных бамбуковых волокон. В 1879 году в присутствии трех тысяч человек Эдисон публично демонстрировал свои электрические лампочки, осветив ими свой дом, лабораторию и несколько прилегающих улиц.
Это была первая лампочка с продолжительным сроком службы, пригодная для массового производства.
Заслуга Эдисона не в том, что «изобрел» лампочку, а в том что он дал начало промышленному производству ламп и ее составлющих: кабелей, двухфазных генераторов (изобретены Эдисоном), электросчетчиков. Патрон и цоколь, а также многие другие элементы электрического освещения, сохранившиеся без изменений до наших дней — выключатели, предохранители, электрические счетчики и многое другое — были также изобретены Эдисоном.
В бизнесе, после окончания работы над изобретениями, он оставался из принципа: обещал довести продажную цену до 40 центов. Продал свою компанию «Эдисон Дженерал Электрик компани» когда цена лампы достигла 22 цента.
Плата за электроэнергию взимались за 1 ч горения лампы фонаря. Цена не препятствовала 
увеличению числа потребителей. Домовладельцы городов охотно проводили электрическое освещение.
Средняя долговечность лампочки Эдисона составляла 800-1000 часов непрерывного горения. Почти тридцать лет лампочки изготавливались способом который разработан Эдисоном, но будущее было за лампочками с металлической нитью.
Начало ХХ-го века – это первые попытки поставить производство лампочек с вольфрамовыми нитями накаливания «на поток», наладить их массовое производство. Увы, это стало возможным лишь в 1906-м году благодаря усилиям Александра Лодыгина и Вильяма Кулиджа, усердно трудившихся над доступными методами получения вольфрамовой нити. В 1910 г. Вильям Кулидж изобретает улучшенный метод производства вольфрамовой нити. Впоследствии вольфрамовая нить вытесняет все другие виды нитей.
Последним этапом усовершенствования лампочки стало использование благородных инертных газов (в частности аргоном) для заполнения полости лампы. Благодаря этому нововведению, предложенному Ирвингом Ленгмюром, современные лампочки не только ярки, но и долговечны.
Сейчас современная наука делает такое простое и такое незаменимое изобретение как лампочка еще проще и эффек тивнее, но имена тех, кто трудился над ее созданием в прошлом, уже записаны золотыми буквами в историю мировой науки.
