На конец XIX века на территории некоторых городов Европы появился электрический свет. В начальном варианте такой свет находился лишь вне жилых пространств. Однако впоследствии электроэнергия в виде света начала появляться также и в квартирах жилых домов, являясь атрибутом цивилизованного гражданина.
Появление освещения электроэнергией в те времена считалось значительным событием в технологическом плане с такими же значительными последствиями: повальная электрификация, улучшенная энергетика и промышленность.
Разумеется, все эти положительные моменты не произошли бы в том случае, если мир был беден на деятельных и инициативных изобретателей в области электричества. Достижение «электрическая лампочка» находится в категории наиболее великих изобретений в человечестве.
Девятнадцатый век дал распространение двум типам электрических лампочек:
1. Дуговые лампочки;
2. Лампы накаливания.
Дуговая лампа
Ранее всего были изобретены именно дуговые лампы. Свечение таких ламп основывается на явлении под названием «вольтова дуга». Выражается подобное явление в следующей последовательности действий:
1. Подключение двух проволок к источнику сильного тока;
2. Соединение этих двух проволок;
3. Раздвижение их на крайне малое расстояние (примерно 3 миллиметра).
При проведении такой манипуляции посередине проводников появляется что-то схожее с пламенем, имеющее яркий свет. Кстати, если заменять металлические проводки острыми стержнями из угля, то применённое к ним сильное напряжение даст ещё более яркий свет, чем в первом варианте.
Первое создание дуговой лампы
Сначала явление «вольтова дуга» заметил Василий Петров – учёный из России. Это открытие осуществилось ещё в начале XIX века. Чуть позднее, через семь лет, Деви (физик из Англии) тоже заметил явление «вольтова дуга».
Российский и английский учёные добились вольтовой дуги через использование большой батареи элементов, находящихся посередине двух стержней. Материалом для этих стержней выступал древесный уголь.
Оба учёных рассказывали об использовании вольтовой дуги с практической точки зрения – для освещения. Однако для воплощения в реальности такой идеи им следовало отыскать совершенно другой электродный материал. Ведь древесный уголь в стержнях был пригоден к использованию максимум 5 минут и вследствие этого не мог использоваться в практических целях.
Дуговая лампа обладала также и другим неудобством. Выражается данное неудобство в следующем: когда электроды начинают постепенно выгорать, требуется часто двигать их друг к другу. При достижении в расстоянии между ними определённого минимума свет подобного изобретения начинал быть непостоянным (имеются в виду мерцания).
Дуговая лампа с дополнительным механизмом
Дуговая лампа с возможностью ручного регулирования расстояния дуги была в 1844 году сконструирована Фуко – физиком из Франции. Этот человек произвёл замену древесного угля на палочки из материала «твёрдый кокс».
Через четыре года этим французским физиком была применена дуговая лампа уже не в исследовательской деятельности, а в практической – освещение площади в одном из городов Парижа.
Такой опыт был кратковременным, зато финансовые затраты были весьма большими вследствие использования батареи высокой мощности. Далее было придумано приспособление, которое имеет часовой механизм, и тем самым производит автоматическое сдвижение электродов через точные временные промежутки по мере того, как они сгорают.
Лампа электротехника Яблочкова
Для многих являлся очевидным тот факт, что в практических целях использовать лампы с часовым механизмом вряд ли кто-то пожелает. Вследствие этого происходили исследования над более привлекательным вариантом лампы.
И такие исследования впоследствии дали свои полезные плоды. Оказалось, что можно расположить два угля по параллельному типу. Когда дуга будет образовываться лишь между двумя концами приспособлений из угля, то расстояние между ними на протяжении всего времени не будет меняться.
В то время много кто имел соблазн предположить простоту конструкции подобной лампы. Но создание такого простого в теории приспособления, как оказалось, предполагает наличие очень изобретательного ума.
И такая изобретательность оказалась в человеке с фамилией Яблочков. Его родиной является Россия, а вышеописанную конструкцию он придумал в 1876 году. Яблочков в тот период жил во Франции, занимаясь электротехникой в парижской мастерской, принадлежащей академику Бреге.
Приспособление Яблочкова представляет собой два стержня, располагающихся по параллельному типу и имеющих разделение пластиной из гипса. Материалом этих стержней является плотный роторный уголь.
Что касается гипсовой пластины – она в конструкции Яблочкова имеет высокое значение вследствие того, что служит как для сцепления углей, так и их изолирования. Изоляция углей требовалась в лампе Яблочкова для того, чтобы позволять вольтовой дуге появляться только между теми концами углей, которые находятся вверху.
Когда верхние части углей постепенно обгорали, то вместе с этим разрушалась гипсовая пластина, что давало возможность кончикам углей постоянно выступать над пластиной на несколько миллиметров.
Приспособление русского электротехника приобрело довольно высокую популярность. 1877 год был знаменательным для Парижа тем, что к одной из улиц было применено освещение устройствами Яблочкова.
А уже в следующем году была открыта выставка мирового масштаба, которая предоставила возможность множеству электротехников узнать о популярной лампе российского изобретателя.
Позднее лампа Яблочкова приобрела название «русский свет», и начала использоваться не только в окрестностях его мастерской, но также и по всему Парижу. Далее масштаб распространился на всю страну, а затем и на весь цивилизованный мир.
Интересность подобных лампочек заключается в том, что приоритетным вариантом при их использовании является переменный ток. Дело в том, что быстрота горения разнотипных электронов там различается. Так что в случае использования постоянного тока приходилось идти на некоторый неудобный компромисс – утолщать положительный электрод.
Как раз именно для этого электротехника Грамм начал разрабатывать изобретение под названием «генератор переменного тока». Но прибор Яблочкова, имея перечень положительных моментов, содержит также и недостатки. Главный из недостатков выражается в следующем: угли в лампе крайне быстро сгорали – угольной свечи обычной длины хватало всего-то на два часа.
Подобный минус имелся, впрочем, и у остальных типов дуговых ламп. Такой неудачный расклад побуждал изобретателей к мыслям о том, чтобы поместить вольтову дугу в такое пространство, где отсутствует кислород. Довод для такой идеи заключался в том, что лампа в таком случае имела бы более длительный срок горения.
Длительное время такие попытки заканчивались провалом вследствие желания удалить воздух именно из всей полости лампочки. Однако американец Джандус стал первым из тех, кто стал под купол помещать только электроды, а не всю лампу.
Когда происходила вольтова дуга, то находящийся в сосуде кислород сразу же реагировал на раскалённый углерод. Вследствие этого потом внутри сосуда атмосфера приближалась к нейтральной. Несмотря на поступление кислорода через микротрещины, он почти не влиял на содержимое лампы, позволяя ей давать свет более недели непрерывного времени.
Однако даже такая модифицированная версия дугового светильника не получила повальной распространённости. Но почему? Всё из-за специфично яркого света. Крайне высокая яркость подобных устройств неспособна к понижению, вследствие чего предполагается использование таких ламп в очень больших помещениях типа концертного зала, площади или же вокзала.
И конечно же, излишняя яркость подобных светильных устройств не будет никем использоваться для освещения рабочих и жилищных помещений, особенно если речь идёт о малогабаритных пространствах.
Лампа накаливания
Более удобной в широком практическом плане является версия светильников под названием «лампа накаливания». Данный тип ламп имеет следующий принцип функционирования: ток электричества при прохождении через тончайшую нить, повышает её температуру, вследствие чего нить начинает излучать яркий свет.
1820 год оказался значительным для электротехники тем, что Деларю (учёный из Франции) смог сконструировать лампу накаливания, которая оказалась первой в списке лампочек подобного типа. В такой лампе в качестве накаливаемого тела выступала проволока из платины.
После подобного изобретения на протяжении пятидесяти лет лампа накаливания использовалась в крайне незначительном масштабе вследствие того, что человечество не могло отыскать приемлемый материал для производства накаливаемых нитей.
В самом начале в лампах накаливания широкое использование приобрёл уголь. Электротехник из России с фамилией Лодыгин в 1873 году смастерил лампу, в которой материалом накаливаемого тела выступал роторный уголь.
Что примечательно, этот электротехник научился откачивать воздух из баллона надлежащим образом. После многочисленных попыток у него получилось сконструировать лампочку накаливания. Лампа его авторства хоть и получила некоторую распространённость, но, стоит признать, была довольно далека от того, чтобы все считали данное изобретение совершенным.
1878 год являл собой новый этап на пути ламп накаливания. В этом году два электротехника – Манн и Сойер – открыли метод создания малых угольных дуг с минимальным сечением. Данный процесс происходил через обугливание картона внутри графитового порошка. Такие дуги помещали в колпаки из стекла. Но всё равно даже такой тип ламп оказался недолговечным.
Труды Тома Эдисона
Спустя год, в 1879 году, история электротехники начала свидетельствовать этап входа в круги влиятельных изобретателей американца Тома Эдисона. Том знал: для яркого и долгого свечения лампы с наличием ровного света потребуется отыскать не только требуемый материал для нитей, но и умение создавать внутри баллона крайне разреженную атмосферу.
Было проведено многочисленное количество опытов с разнообразными веществами. Бюджет всех экспериментов Эдисона, а также масштабность этих экспериментов поражает: есть сведения, что ассистенты Тома использовали около шести тысяч материалов, а израсходованные денежные средства превышали цифру 100.000$.
Вначале Эдисон произвёл замену непрочного бумажного угля экземпляром с более высокой прочностью. Затем проводились опыты с разнообразными видами металлов. В конце концов, Том решил в качестве нити использовать обугленное волокно из бамбука.
Тот же год был знаменательным ещё и тем, что Эдисон в присутствии нескольких тысяч людей показал, как созданные им лампочки освещают его мастерскую, жильё и три улицы неподалёку. Том продемонстрировал тогда лампочку, являющуюся самой конкурентоспособной в плане продолжительности свечения. Именно спрос на такие лампочки породил их массовое производство.
Так как приготовление бамбуковых нитей оказалось затратным в плане денег занятием, Эдисон попробовал выделывать их из другого материала – хлопка. Но не обычного, а обработанного с помощью специального метода.
Данный метод имеет следующую последовательность технологии:
1. Помещение хлопка в раствор из хлора и цинка, имеющий высокую температуру. В таком виде хлопок мало-помалу растворялся;
2. Сгущение получившейся жидкости насосом до очень вязкого состояния;
3. Выдавливание вязкого материала в спиртосодержащую ёмкость через тоненькую трубочку;
4. Наматывание тонкого материала на катушку;
5. Отделение от получившейся нити раствора из цинка и хлора после трёх промежуточных операций;
6. Сушка нити;
7. Разрезание нити;
8. Заключение нитей в специальные формы;
9. Обугливание нитей в печах, не имеющих доступ к кислороду;
10. Опыление нитей тонким угольным слоем.
Насчёт последнего пункта стоит кое-что рассказать. Подобное угольное опыление осуществляется с помощью помещения нитей под колпак, наполненный светильным газом с последующим пропусканием электрического тока через них.
Действие электрического тока давало запуск процессу разложение газа. Это и заставляло тонкий угольный слой осаждаться на нитях. После вышеописанной сложной процедуры нить считалась готовой и предлагалась к использованию.
Изготовление лампы тоже являлось сложным делом и происходило по следующей технологической цепи:
1. Помещение нити в колпак из стекла между двух вплавленных в стекло платиновых электродов (ценную платину пришлось использовать вследствие того, что она обладает таким же коэффициентом теплового расширения, как и стекло – это имеет важность для герметичности);
2. Выкачка воздуха из лампы ртутным насосом. Это предполагает, что лампочка будет содержать крайне малое количество воздуха, имеющегося в ней в случае нормального давления;
3. Запайка лампы;
4. Насаживание лампы на цоколь, содержащий контакты (это требуется, чтобы вкрутить патрон).
Что примечательно, электросчётчики, предохранители, выключатели, цоколи, патроны и прочие составные части электрического освещения – всё это было создано именно Томом Эдисоном. В среднем лампы этого популярного изобретателя имеют долговечность, равную около сорока дням беспрерывного свечения.
Почти 30 лет эти лампы производились по вышеописанной технологии, однако финалом для эталона завершённой лампочки являлся период изобретения металлических нитей.
Однако ещё в 1890 году человеком с фамилией Лодыгин была придумана замена угольных нитей на металлические проволоки, в состав которых входил вольфрам – тугоплавкий металл с температурой накала, равной 3385 градусов. Но изготовление ламп с такими нитями в промышленных масштабах развилось лишь в XX веке.
Статья подготовлена специально для сайта «Семейная фамилия»
Перепечатка материала запрещена
