Изобретение света. Изобретатель лампочки: кто придумал лампу накаливания первым в мире

Лампочку изобрёл Томас Эдисон в 1879 году, не так ли? Об этом знают много людей и так учат в школе. Однако за этим важным и таким необходимым предметом стоит нечто большее, чем просто имя его создателя, мистера Эдисона. История электрической лампочки в действительности началась почти 70ю годами ранее. В 1806 году Гемфри Дэви, англичанин, продемонстрировал мощную электрическую лампу королевскому обществу. Лампа Дэви производила освещение путём создания ослепляющих электрических искр между двумя угольными стержнями. Это устройство, известное как «дуговая лампа», было непрактичным для широкого пользования. Свет, как будто от сварочной горелки, был слишком ярким для использования в жилых и рабочих помещениях. Устройство также требовало огромного источника питания и батареи, которую модель Дэви быстро израсходовала.

Шло время, были изобретены электрические генераторы, которые могли питать электрические дуги. Это нашло своё применение там, где яркий источник света был просто необходим: на маяках и в общественных заведениях. Позже дуговые лампы применялись на войне, ведь мощные прожекторы могли отслеживать вражеские самолёты. Сегодня вы можете увидеть подобные осветители около кинотеатров или же на открытии новых магазинов.

1. Кто придумал лампочку накаливания?

Изобретатели 19 века хотели найти способ использовать лампу и дома, и на работе. Необходим был совершенно новый метод создания электрического света. Этот метод генерации света известен как «накаливание».

Учёные знали, что если вы возьмёте некоторые материалы и пропустите достаточно электричества через них, они будут нагреваться. При определённой температуре нагрева они начинают светиться. Проблема этого метода была в том, что при длительном использовании материал мог вспыхнуть пламенем или же расплавиться. Если бы лампа накаливания была сделана практичней, эти две проблемы были бы решены.

Изобретатели поняли, что единственный способ уберечь от возгорания – не дать им войти в контакт с кислородом. Кислород является необходимым ингредиентом в процессе сгорания. Поскольку кислород содержится в атмосфере, единственным способом избежать возгорания было заключить горелку в стеклянный контейнер, или «лампу». То есть ограничить контакт с воздухом. В 1841 году британский изобретатель Фредерик деМолейнс запатентовал лампу, использующую эту технику в комбинации с платиновой нитью и углеродом. Американец Джон Старр также получил патент в 1845 году на лампу, используя вакуум в сочетании с углеродной горелкой. Многие другие, включая английского химика Джозефа Свона, улучшили и запатентовали варианты ламп с использованием вакуума с горелками из разных материалов и различных форм. Однако ни одна не имела практического применения для каждодневного пользования. Лампа Свона, например, использовала углеродную бумагу, которая быстро крошилась после горения.

2. Кто изобрел лампочку Эдисон или Яблочков?

Было очевидно, что лампы накаливания принесли бы огромный финансовый успех при их усовершенствовании. Поэтому много изобретателей продолжали работать над поиском решения. Молодой и дерзкий изобретатель Томас Эдисон вступил в гонку в 1878 году, чтобы создать лучшую лампу. Эдисон уже был известен в мире по созданию телефонного передатчика и фонографа. В октябре того же года, работая над проектом уже несколько месяцев, он заявил в газетах: «Я решил проблему электрического света!». Этого стремительного высказывания было достаточно, чтобы снизить акции газовых компаний, чьи лампы обеспечивали тогдашнее освещение.

Как выяснилось, заявление Эдисона было преждевременным. У него была лишь идея как решить проблемы электрических ламп накаливания. Эдисон думал, что решит проблему постройкой чувствительного к температуре переключателя в лампе, который будет выключаться при слишком высокой температуре. Это была хорошая идея, но, к сожалению, она не работала. Чтобы сохранить лампу достаточно холодной, переключатели срабатывали слишком быстро. Это приводило к постоянному мерцанию, что делало лампы непригодными (этот же принцип сейчас используется в рождественских гирляндах).

Всем, кто работал в лаборатории Эдисона, вскоре стало ясно о потребности другого подхода. Эдисон решает нанять молодого физика Френсиса Аптона из Принстонского университета для работы над проектом. До этого момента персонал лаборатории Эдисона пробовал идею за идеей. Под руководством Аптона они стали обращать также внимание на существующие патенты и достижения, чтобы избежать появления подобных ошибок. Команда также начала проводить фундаментальное исследование о свойствах материалов, с которыми она работала.

Одним из результатов тестирования свойств материалов было осознание того, что любая нить имеет высокое электрическое сопротивление. Все материалы имеют то или иное количество «трения» при прохождении через него электричества. Материалы с высоким сопротивлением легче нагреваются. Эдисону нужно было только протестировать материалы с высоким сопротивлением, дабы найти то, что он искал.

Изобретатель начал думать не только об электрическом свете в отдельности, но и о целой электрической системе. Насколько большим должен быть генератор, чтобы осветить ближнюю территорию? Какое напряжение необходимо для освещения дома?

К октябрю 1879 года команда Эдисона начала наблюдать первые результаты. 22 числа тонкая угольная нить горела на протяжении 13 часов эксперимента. Более долгое время было достигнуто путём создания лучшего вакуума внутри лампы (меньше кислорода внутри лампы замедлило процесс горения). Были испытаны угольные органические материалы и японский бамбук был признан лучшим. К концу 1880 обугленные бамбуковые волокна горели практически 600 часов. Нити оказались наилучшей формой, чтобы повысить электрическое сопротивление материалов.

Обугленный бамбук имел высокое сопротивление и хорошо вписывался в схему построения целой электрической системы. В 1882 году была основана компания Edison Electrical Light Company, которая имела свои станции, расположенные на Перл Стрит, обеспечивая Нью-Йорк светом. В 1883 году магазин Мэйси первый установил новые лампы накаливания.

3. Эдисон против Свона.

Между тем в Англии Джозеф Свон продолжал работать над электрическими лампочками, увидев, что новые насосы делают лучший вакуум. Свон создал лампу, которая была хороша для демонстрации, но была непрактична в реальном использовании. Свон использовал толстый угольный стержень, который оставлял копоть внутри лампы. Также низкое сопротивление стержня означало, что лампа использует слишком много энергии. Увидев успешность ламп Эдисона, Свон использовал эти достижения для создания собственных ламп. После основания своей компании в Англии, Свон получил иск от Эдисона за нарушение авторских прав. В конце концов, два изобретателя решили прекратить спор и объединить усилия. Они основали компанию Edison-Swan United, которая стала одним из крупнейших в мире производителя лампочек.

Так что, Эдисон изобрёл электрическую лампу? Не совсем. Лампа накаливания была придумана до него. Однако он создал первую практическую лампу вместе с электрической системой, что является его большим достижением.

Имя Эдисона также связано с изобретением телефонного передатчика, фонографа, мимеографа. А его лампа накаливания используется по сей день. Это свидетельствует о том, насколько велика работа Эдисона и его команды. Ведь они перенесли это изобретение из лаборатории в дом.

Вера в технический прогресс на закате XIX века была неумолимой - изобретена анестезия, пневматическая шина, паровой двигатель и много чего ещё из того, что сегодня нам кажется простым и привычным. Отдельно хотелось бы остановится на лампе накаливания. В конце января 1880 годаТомас Эдисон получил один из более, чем 1000 своих патентов, но, пожалуй, самый главный - это был патент как раз на лампу накаливания, которая светила тогда более 14 часов, что было очень хорошим стартом.

Активно прослужив людям более 100 лет, делая их жизнь в прямом смысле слова ярче, лампы накаливания постепенно начинают уходить в лету. Так, в конце 2013 года телеканал CNN посвятил некоторое время своего эфира некрологу лампе накаливания - этому послужил запрет на производство и продажу 40- и 60-ватных ламп накаливания в США. В некрологе приводилось высказывание правнука Томаса Эдисона, который заявил, что знаменитый предок был всецело за прогресс, и наверняка он радушно бы воспринял общий переход на более экологичные и долговечные светодиодные осветительные приборы.

Эдисон ли изобрёл?

В конце XIX века идеи великих открытий прямо витали в воздухе и почти одновременно одни и те же революционные продукты изобретали люди разных национальностей на разных концах света. Так теперь и спорят - в каждой стране пальму первенства присваивают соотечественникам или гражданам наиболее дружественных стран.

Для начала надо сказать, что история освещения электричеством началась с дуговой лампы (там свечение происходит за счёт дуги, которая образуется между двух электродов). Эту самую дугу изобрёл в начале XIX века российский учёный Василий Петров, но первую лампочку с таким принципом освещения представил в Британии Гемри Дэфи. Этот прототип мало подходил для освещения маленьких комнат, так как был слишком ярким и весьма пожароопасным, а вот для уличного освещения и освещения аудиторий подходил вполне. Такая лампа была уже значительно дешевле газового освещения, которым пользовались в то время.

Одной из самых известных ламп, которые светятся за счёт угольной дуги стала «свеча Яблочкова». Инженер Павел Яблочков представил её на Всемирной выставке во Франции в 1878 году, там она произвела фурор и немедленно была «взята на вооружение».

Но за 40 лет до Яблочкова такая лампа была уже представлена общественности шотландцем Боумен Линдси, правда, он тогда не стал её совершенствовать и защищать свои права на неё, и изобретение забылось.

Ещё один первопроходец из России - Александр Лодыгин первым догадался откачивать из стеклянной колбы воздух, чтоб угольная нить сгорала медленнее. Свой патент в Российской Империи он получил летом 1874 года.

В этом же году за океаном в Канаде аналогичный патент получили товарищи-изобретатели Генри Вудворд и Мэтью Эванс, но по причине тотальной бедности наукой они заниматься перестали и продали свой патент Томасу Эдисону.

При желании можно набрать ещё с десяток светлых умов из разных частей мира, которые примерно в это же время додумались до лампы накаливания и даже получили на неё патент.

Проблемы со сроком службы

Существует легенда, что лампочки накаливания специально создают таким образом, чтоб срок их службы не превышал 1000 часов. Якобы в 20-30-е годы прошлого столетия представители картеля Phoebus (объединение производителей ламп накаливания) решили специально производить лампы с ограниченным сроком службы, чтобы искусственно создать спрос.

Сейчас в мире разворачивается крупномасштабная компания против ламп накаливания. Вопросами перехода на альтернативные источники света (в основном на светодиоды) занимаются правительства США, почти всех стран Южной Америки, почти всех стран Европы, Китая, ЮАР, Индии и ряда других стран. Что же касается России, то наше правительство также пытается поспевать за передовыми странами, так к 2020 году Минэнерго запланировало замену всех уличных осветительных приборов на светодиодные. Также у нас уже запрещён оборот 100-ватных лампочек, и обсуждается запрет об обороте 40- и 60-ватных.

Важно заметить, что недаром страны озаботились этим вопросом - светодиодные лампы служат несколько десятков тысяч светочасов, и потребляют они около 10% от потребляемого лампой накаливания электричества при том же самом уровне освещения.

Живая легенда

Сегодня, когда лампочке накаливания активно сочиняются некрологи, в США в небольшом городе Ливермор в Калифорнии на пожарной части до сих пор горит лампа, впервые вкрученная в 1901 году! Тогда ещё Эдисон жил. За более чем миллион часов горения долгожительница несколько раз переезжала и к 2018 году пережила всех, кто её вкручивал, 20 президентов США, 2 Мировые войны и три веб-камеры, которые поочерёдно были установлены, чтоб все желающие смогли наблюдать за тем, как работает столетняя лампа.

Изучавшие этот феномен люди пришли к выводу, что для того, чтобы лампа горела так долго, нужна особенно толстая и прочная нить накаливания. Также эту лампочки очень редко выключали - это положительным образом сказывается на сроке жизни ламп накаливания.

Представитель сайта, который занимается онлайн-трансляцией этого чуда света заявил, что, по его мнению, лампа проработает ещё пару столетий, а потом люди вкрутят другую, запасную лампочку, которая является её ровесницей, и надо полагать, её тоже хватит на пару сотен лет.

Есть будущее у лампы накаливания?

Как бы ни было прекрасно то, что лампочка может гореть непрерывно на протяжении 117 лет, лампы накаливания всё равно сильно проигрывают светодиодам по КПД и сроку жизни.

Правда, учёные не так давно опубликовали статью, где рассказывалось о том, как им удалось в разы увеличить эффективность лампы накаливания. Тепло, которое каждая лампочка отдаёт во внешнюю среду перенаправлялось с помощью фотонных кристаллов внутрь.

Таким образом, в теории КПД можно увеличить с 2% до 40%, что уже будет сопоставимо с энергосберегающими конкурентами. При этом учёные подчёркивают, что просто хотели поэкспериментировать, а не ставили перед собой цель модернизации лампы накаливания.

Много разговоров и необоснованных споров стоит вокруг этого вопроса. Кто изобрел лампу накаливания? Одни утверждают, что это Лодыгин, другие, что Эдисон. Но все куда сложнее, давайте разберемся с хронологией исторических событий.

Существует множество методов трансформации электрической энергии в световую. К ним относятся лампы дугового принципа действия, газоразрядного и те, где источником свечения является нагревательная нить. Фактически лампочку накаливания тоже можно считать искусственным источником освещения, поскольку для ее работы применяется эффект нагреваемого проводника, через который проходит ток. В качестве накаливаемого элемента чаще всего выступает металлическая спираль или угольная нить. Помимо проводника в конструкцию лампочки входит колба, токоввод, предохранитель и цоколь. Однако всё это мы знаем уже сейчас. А ведь не так давно было время, когда несколько учёных вели одновременные разработки в области искусственных источников света и боролись за звание изобретателя лампочки.

Хронология изобретения

Читая всю статью снизу, очень удобно посматривать на эту таблицу:

Если вы хотите действительно разобраться, то настоятельно рекомендуем прочитать статью целиком.

Первые преобразования энергии в свет

В XVIII веке произошло знаменательное открытие, положившее начало огромной череде изобретений. Был обнаружен электрический ток. На рубеже следующего столетия итальянским учёным Луиджи Гальвани был изобретен способ получения электрического тока из химических веществ – вольтов столб или гальванический элемент. Уже в 1802 году физик Василий Петров открыл электрическую дугу и предложил применять ее в качестве осветительного устройства. Через 4 года королевское общество увидело электрическую лампу Гемфри Дэви, она освещала помещение за счёт искорок между стержнями из угля. Первые дуговые лампы отличались чересчур высокой яркостью и ценой, что делало их непригодными для ежедневного использования.

Лампа накаливания: прототипы

Первые разработки осветительных ламп с накаливаемыми элементами начались в середине 19-ого века. Так, в 1838 году бельгийский изобретатель Жобар представил проект лампы накаливания с угольным сердечником. Хотя время работы этого устройства не превышало получаса, оно являло собой свидетельство технологического прогресса в данной области. В 1840 -м году, Уоррен де ла Рю, английский астроном, произвёл лампочку с платиновой спиралью, первую в истории электротехники лампу с накаливаемым элементом в виде спирали. Изобретатель пропустил электрический ток через вакуумную трубку с помещенным в нее мотком платиновой проволоки. В результате нагревания платина излучала яркое свечение, а практически полное отсутствие воздуха позволяло использовать устройство в любых температурных условиях. Из-за дороговизны платины в коммерческих целях применять такую лампу было нелогично, даже с учётом её эффективности. Однако в дальнейшем именно образец этой лампочки стали считать предком других ламп накаливания. Уоррен де ла Рю спустя несколько десятилетий (в 1860 -х) принялся активно изучать феномен газоразрядного свечения под воздействием тока.

В 1841 году англичанин Фредерик де Молейн запатентовал лампы, представлявшие собой колбы с платиновой нитью, наполненные углеродом. Однако, проведенные им в 1844 г. испытания в отношении проводников, не увенчались успехом. Это было связано с быстрым плавлением платиновой нити. В 1845 году уже другой учёный, Кинг, заменил платиновые элементы накаливания на угольные палочки и получил на свое изобретение патент. В эти же годы за океаном, в США, Джон Старр запатентовал лампочку с вакуумной сферой и углеродной горелкой.

В 1854 -м году немецкий часовщик Генрих Гёбель придумал устройство, считающееся прототипом современных лампочек. Он продемонстрировал её на электротехнической выставке в США. Она представляла собой вакуумную лампу накаливания, которая действительно годилась для применения в самых различных условиях. В качестве источника света Генрих предложил использовать бамбуковую нить, которая была обуглена. Взамен колбы учёный брал простые бутылочки от туалетной воды. Вакуум в них создавался за счёт добавления и выливания ртути из колбы. Недостатком изобретения являлась излишняя хрупкость и время работы всего на несколько часов. В годы активной исследовательской жизни Гёбель не смог встретить должного признания в обществе, но в 75 лет он был назван изобретателем первой практичной лампы накаливания на основе угольной нити. Кстати, именно Гёбель впервые воспользовался осветительными проборами в рекламных целях: он ездил по Нью-Йорку на телеге, украшенной лампочками. На издали привлекающей внимание коляске была установлена подзорная труба, через которую ученый позволял за некоторую плату взглянуть на звёздное небо.

Первые результаты

Наиболее эффективные результаты в области получения вакуумной лампочки были достигнуты известным химиком и физиком из Англии – Джозефом Суоном (Своном). В 1860 годе он получил патент на своё изобретение, хотя лампа работала не слишком долго. Это было связано с использованием углеродной бумаги — она быстро превращалась в крошки после горения.

В середине 70-х гг. 19-го века параллельно со Своном несколько изобретений запатентовал и российский учёный. Выдающийся учёный и инженер Александр Лодыгин изобрёл в 1874 году нитевую лампу, в которой для нагревания использовался угольный стержень. К опытам по изучению осветительных приборов он приступил в 1872 году, находясь в Петербурге. В результате, благодаря банкиру Козлову, было основано общество по эксплуатации лампочек с углём. За своё изобретение учёный получил премию в Академии наук. Эти лампы сразу же стали использоваться для уличного освещения и здания Адмиралтейства.

Алекса́ндр Никола́евич Лоды́гин

Лодыгин также был первым, кто придумал применять закрученные в спираль вольфрамовые или молибденовые нити. К 1890 -м гг. у Лодыгина на руках было несколько разновидностей ламп с накаливаемыми нитями из разных металлов. Он предложил откачивать воздух из лампочки, чтобы процесс окисления шёл медленнее, а значит, срок службы лампы был больше. Первая коммерческая лампа со спиралевидной нитью из вольфрама в Америке производилась в дальнейшем как раз по патенту Лодыгина. Он изобрёл даже лампочки с газом, заполненные угольной нитью и азотом.

Идея Лодыгина в 1875 году была усовершенствована другим русским механиком-изобретателем Василием Дидрихсоном. Он изготавливал угольки, обугливая древесные цилиндрики в графитовых тиглях. Именно он первым сумел осуществить откачку воздуха и установил в лампочку более одной нити, чтобы при перегорании происходила замена. Выпущена такая лампа была под руководством Кона, а освещать ею стали большой магазин белья и подводные кессоны во время строительства моста в Петербурге. В 1876 году лампу усовершенствовал Николай Павлович Булыгин. Учёный накаливал только один конец уголька, который постоянно выдвигался в процессе обгорания. Тем не менее, устройство было сложным и дорогим.

В 1875-76 гг. электротехник Павел Яблочков, создавая электрическую свечу, обнаружил, что каолин (разновидность белой глины) под воздействием высокой температуры хорошо проводит электричество. Он изобрёл каолиновую лампочку с нитью накаливания из соответствующего материала. Отличительной особенностью этой лампы является тот факт, что для её работы не требовалось помещать каолиновую нить в вакуумную колбу – она сохраняла работоспособность при контакте с воздухом. Созданию лампочки предшествовала долгая работа учёного над дуговыми лампочками в Париже. Однажды Яблочков посещал местное кафе и, наблюдая за расставлением столовых приборов официантом, пришёл к новой идее. Угольные электроды он решил располагать параллельно друг другу, а не горизонтально. Существовала, правда, опасность, что выгорать будет не только дуга, но и токопроводящие зажимы. Дилемму решили за счёт добавления изолятора, постепенно выгоравшего вслед за электродами. Этим изолятором и стала белая глина. Чтобы лампочка загоралась, между электродами разместили перемычку из угля, а неравномерное сгорание самих электродов было сведено к минимуму за счёт использования генератора переменного тока.

Своё изобретение Яблочков продемонстрировал на технологической выставке в Лондоне в 1876 году. Уже через год один из французов, Денейруз, учредил акционерное общество по исследованию осветительных технологий Яблочкова. Сам учёный слабо верил в будущее лампы накаливания, однако электрические свечи Яблочкова имели огромную популярность. Успех был обеспечен не только низкой ценой, но и продолжительностью горения в 1,5 часа. Благодаря этому изобретению появились фонари с заменой свеч, и улицы стали освещать гораздо лучше. Правда, минусом таких свечей было наличие только переменного потока света. Чуть позже физик из Германии, Вальтер Нернст, разработал лампочку такого же принципа, но нить накаливания сделал из магнезии. Лампа зажигалась только после нагревания нити, для чего использовали сначала спички, а потом электрические нагреватели.

Борьба за патенты

К концу 1870-х гг. свою исследовательскую деятельность начал выдающийся инженер и изобретатель Томас Эдисон, живший в США. В процессе создания лампы он перепробовал разные металлы для нитей накаливания. Изначально учёный полагал, что решение проблемы электрических лампочек можно за счёт автоматического их отключения при высоких температурах. Но эта идея не сработала, так как постоянное выключение холодной лампы приводило лишь к получению непостоянного мерцающего излучения. Существует версия, что в конце 70-х гг. лейтенант русского флота Хотинский привёз несколько лампочек накаливания Лодыгина и показал их Эдисону, что и повлияло на его дальнейшие разработки.

Не останавливаясь на своих достижениях в Англии, Джозеф Суон (Joseph Swan), уже известный на тот момент в научных кругах, в 1878 году запатентовал лампу с угольным волокном. Оно помещалось в разреженную атмосферу с кислородом, поэтому свет выходил очень ярким. Уже через год в Англии появилось электрическое освещение в большинстве домов.

То́мас А́льва Эдисон

Тем временем, Томас Эдисон взял на работу в свою лабораторию Френсиса Аптона. Вместе с ним материалы стали тестировать точнее, и внимание было приковано к недочётам предыдущих патентов. В 1879 г. Эдисоном была запатентована лампочка с платиновой основой, а уже через год учёный создал лампу с угольным волокном и бесперебойным действием на 40 часов. За время работы американец провёл 1,5 тысячи испытаний и смог создать также поворотный выключатель бытового типа. Никаких новых изменений в электрическую лампочку Лодыгина Томас Эдисон в принципе не внёс. Просто из его стеклянной сферы с угольной нитью выкачивалась большая доля воздуха. Важнее то, что американский учёный разработал надсистему для лампочки, изобрел винтовой цоколь, патрон и предохранители, а в последствии организовал массовое производство.

Новые источники света смогли вытеснить газовые, а само изобретение некоторое время называлось лампой «Эдисона-Суона». В 1880 году Томас установил самое верное значение вакуума, которое создавало самое устойчивое безвоздушное пространство. Из лампочки воздух откачивали с помощью ртутного насоса.

К концу 1880 года бамбуковые волокна в лампочках могли гореть около 600 часов. Этот материал из Японии был признан лучшим угольным компонентом органического типа. Поскольку бамбуковые нити стоили довольно дорого, изготавливать их Эдисон предложил из хлопковых волокон, обработанных специальных способов. Первые компании для возведения крупных электрических систем были созданы в Нью-Йорке в 1882 году. В этот период Эдисон даже подавал в суд на Суона по поводу нарушения авторских прав. Но в итоге учёные создали совместную фирму «Edison-Swan United», которая довольно быстро выросла в мирового лидера по производству электрических лампочек.

За свою жизнь Томас Эдисон смог получить 1093 патента. Среди его известных изобретений: фонограф, кинетоскоп, телефонный передатчик. Однажды его спросили, не обидно ли было ошибаться 2 тысячи раз перед созданием лампочки. Учёный ответил: «Я не ошибался, а обнаружил 1 999 способов, как не нужно делать лампочку».

Металлические нити накаливания

На исходе 1890-х гг. стали появляться новые лампочки. Так, нити накаливания Вальтер Нернст предложил делать из особого сплава, в состав которого входили окиси магния, иттрия, тория и циркония. В лампе Ауэра (Карл Ауэр фон Вельсбах, Австрийская республика) излучателем света выступала осмиевая нить, а в лампочке Больтона и Фейерлейна – танталовая. Александр Лодыгин в 1890 году запатентовал лампу накаливания, где применялась быстронакаливаемая нить из вольфрама (было использовано несколько тугоплавким металлов, но именно вольфрам по результатам исследований имел лучшие показатели). Примечательно, что спустя 16 лет он продал все права на своё революционное изобретение промышленному гиганту «General Electric», компании, основанной великим Томасом Эдисоном.

Однако в истории электротехники известно два патента на вольфрамовую лампу – в 1904 году дуэт ученых Шандора Юста и Франьо Ханамана зарегистрировали изобретение, аналогичное лодыгинскому. Спустя год в Австро –Венгрии приступили к массовому выпуску этих ламп. Позднее в «General Electric» стали производить лампочки-колбы с инертными газами. Учёному из этой организации, Ирвингу Ленгмюру, в 1909 году удалось модернизировать изобретение Лодыгина, добавив в неё аргон с целью продлить срок действия и увеличить светоотдачу.

В 1910 году Вильям Кулидж усовершенствовал процессы промышленного изготовления вольфрамовых нитей, после чего начался выпуск ламп не только с элементом накаливания в виде спирали, но и в виде зигзага, двойной и тройной спирали.

Дальнейшие изобретения

• С момента создания первых осветительных электроприборов постоянно проводились изучения свойств газоразрядных ламп, однако вплоть до начала 20-го столетия ученые проявляли к ним слабый интерес. Примером может послужить тот факт, что первейшие примитивные прототипы ртутных ламп были сконструированы в Великобритании еще в 1860-х годах, однако лишь в 1901 году Петер Хьюит изобрёл ртутную лампу низкого давления. Через пять лет в производство вышли аналоги высокого давления. А в 1911 году Жорж Клауди, инженер-химик из Франции, показал миру неоновую лампочку, которая тут же стала центром внимания всех рекламщиков.
• В 1920-40-е гг. были изобретены натриевые лампы, люминесцентные и ксеноновые. Часть из них стали массово производить даже для использования в быту. На сегодняшний день в известно порядка 2 тысяч разновидностей источников света.
• В СССР разговорным названием лампы накаливания стало словосочетание «лампочка Ильича». Именно эта идиома стала родной для крестьян и колхозников во времена всеобщей электрификации. В 1920 г. Владимир Ленин посетил одну из деревень для запуска электростанции, тогда-то и появилось крылатое выражение. Впрочем, изначально данное выражение применялось для обозначения плана по электрификации сельского хозяйства, поселков и деревень. Лампочка Ильича представляла собой патрон, свободно подвешиваемый за провод к потолку и свисающий вниз без плафона. В конструкцию патрона также входил выключатель, а проводка прокладывалась открытым способом по стенам.
• Светодиодные лампы были разработаны в 60-х гг. для промышленных целей. Они имели небольшую мощность и не могли освещать территорию как следует. Однако сегодня именно это направление считается самым перспективным.
• В 1983 г. появились компактные люминесцентные лампочки. Их изобретение было особенно важно в условиях необходимости экономии электроэнергии. К тому же, они не требуют дополнительной пусковой аппаратуры и подходят к стандартным патронам для ламп накаливания.
• Не так давно сразу две фирмы из Америки создали для потребителей флуоресцентные лампы с возможностью очищения воздуха и удаления неприятных запахов. Поверхность их покрыта двуокисью титана, которая, облучаясь, запускает фотокаталитическую реакцию.

Видео как делают лампы накаливания на старых заводах.

Добавить сайт в закладки

Когда появилась первая лампа накаливания?

В 1809 году англичанин Деларю строит первую лампу накаливания (с платиновой спиралью). В 1838 году бельгиец Жобар изобретает угольную лампу накаливания. В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал первую «современную» лампу - обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде. В последующие 5 лет он разработал то, что многие называют первой практичной лампой. В 1860 год английский химик и физик Джозеф Уилсон Суон продемонстрировал первые результаты и получил патент, однако трудности в получении вакуума привели к тому, что лампа Суона работала недолго и неэффективно.

11 июля 1874 года российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд.

В 1875 году В. Ф. Дидрихсон усовершенствовал лампу Лодыгина, осуществив откачку воздуха из неё и применив в лампе несколько волосков (в случае перегорания одного из них следующий включался автоматически).

Английский изобретатель Джозеф Уилсон Суон получил в 1878 году британский патент на лампу с угольным волокном. В его лампах волокно находилось в разреженной кислородной атмосфере, что позволяло получать очень яркий свет.

Во второй половине 1870-х годов американский изобретатель Томас Эдисон проводит исследовательскую работу, в которой он пробует в качестве нити различные металлы. В 1879 году он патентует лампу с платиновой нитью. В 1880 году он возвращается к угольному волокну и создаёт лампу с временем жизни 40 часов. Одновременно Эдисон изобрёл бытовой поворотный выключатель. Несмотря на столь непродолжительное время жизни, его лампы вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение.

В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает несколько типов ламп с нитями накала из тугоплавких металлов. Лодыгин предложил применять в лампах нити из вольфрама (именно такие применяются во всех современных лампах) и молибдена и закручивать нить накаливания в форме спирали. Он предпринял первые попытки откачивать из ламп воздух, что сохраняло нить от окисления и увеличивало их срок службы во много раз. Первая американская коммерческая лампа с вольфрамовой спиралью впоследствии производилась по патенту Лодыгина. Также им были изготовлены и газонаполненные лампы (с угольной нитью и заполнением азотом).

С конца 1890-х годов появились лампы с нитью накаливания из окиси магния, тория, циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить из металлического осмия (лампа Ауэра) и тантала (лампа Больтона и Фейерлейна). В 1904 году венгры д-р Шандор Юст и Франьо Ханаман получили патент за № 34541 на использование в лампах вольфрамовой нити. В Венгрии же были произведены первые такие лампы, вышедшие на рынок через венгерскую фирму Tungsram в 1905 году.В 1906 году Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании General Electric.

В том же 1906 году в США он построил и пустил в ход завод по электрохимическому получению вольфрама, хрома, титана. Из-за высокой стоимости вольфрама патент находит только ограниченное применение.В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает улучшенный метод производства вольфрамовой нити. Впоследствии вольфрамовая нить вытесняет все другие виды нитей.

Остающаяся проблема с быстрым испарением нити в вакууме была решена американским учёным, известным специалистом в области вакуумной техники Ирвингом Ленгмюром, который, работая с 1909 года в фирме «General Electric», ввёл в производство наполнение колбы ламп инертными, точнее тяжёлыми благородными, газами (в частности, аргоном), что существенно увеличило время их работы и повысило светоотдачу.

КПД и долговечность

Почти вся подаваемая в лампу энергия превращается в излучение. Потери за счёт теплопроводности и конвекции малы. Для человеческого глаза, однако, доступен только малый диапазон длин волн этого излучения. Основная часть излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне и воспринимается в виде тепла.

Коэффициент полезного действия ламп накаливания достигает при температуре около 3400 K своего максимального значения 15 %. При практически достижимых температурах в 2700 K (обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет 5 %.

С возрастанием температуры КПД лампы накаливания увеличивается, но при этом существенно снижается её долговечность. При температуре нити 2700 K время жизни лампы составляет примерно 1000 часов, при 3400 K всего лишь несколько часов, при увеличении напряжения на 20 % яркость возрастает в два раза. Одновременно с этим время жизни уменьшается на 95 %.

Уменьшение напряжения питания хотя и понижает КПД, но зато увеличивает долговечность. Так, понижение напряжения в два раза (при последовательном включении) уменьшает КПД примерно в 4-5 раз, но зато увеличивает время жизни почти в тысячу раз. Этим эффектом часто пользуются, когда необходимо обеспечить надёжное дежурное освещение без особых требований к яркости, например на лестничных площадках. Часто для этого при питании переменным током лампу подключают последовательно с диодом, благодаря чему ток в лампу идет только в течение половины периода.

Так как стоимость потребленной лампой накаливания за время службы электроэнергии в десятки раз превышает стоимость самой лампы, существует оптимальное напряжение, при котором стоимость светового потока минимальна. Оптимальное напряжение несколько выше номинального, поэтому способы повышения долговечности путем понижения напряжения питания с экономической точки зрения абсолютно убыточны.

Ограниченность времени жизни лампы накаливания обусловлена в меньшей степени испарением материала нити во время работы и в большей степени возникающими в нити неоднородностями. Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что ведёт к ещё большему нагреву и испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, ток прерывается и лампа выходит из строя.

Наибольший износ нити накала происходит при резкой подаче напряжения на лампу, поэтому значительно увеличить срок её службы можно, используя разного рода устройства плавного запуска.

Вольфрамовая нить накаливания имеет в холодном состоянии удельное сопротивление, которое всего в 2 раза выше, чем сопротивление алюминия. При перегорании лампы часто бывает, что сгорают медные проводки, соединяющие контакты цоколя с держателями спирали. Так, обычная лампа на 60 Вт в момент включения потребляет свыше 700 Вт, а 100-ваттная - более киловатта. По мере прогрева спирали её сопротивление возрастает, а мощность падает до номинальной.

Для сглаживания пиковой мощности могут использоваться терморезисторы с сильно падающим сопротивлением по мере прогрева, реактивный балласт в виде ёмкости или индуктивности, диммеры (автоматические или ручные). Напряжение на лампе растет по мере прогрева спирали и может использоваться для шунтирования балласта автоматикой. Без отключения балласта лампа может потерять от 5 до 20 % мощности, что тоже может быть выгодно для увеличения ресурса.

Низковольтные лампы накаливания при той же мощности имеют больший ресурс и светоотдачу благодаря большему сечению тела накаливания. Поэтому в многоламповых светильниках (люстрах) целесообразно применение последовательного включения ламп на меньшее напряжение вместо параллельного включения ламп на напряжение сети. Например, вместо параллельно включенных шести ламп 220В 60Вт применить шесть последовательно включенных ламп 36 В 60Вт, то есть заменить шесть тонких спиралей одной толстой.

Разновидности ламп

Лампы накаливания делятся на (расположены по порядку возрастания эффективности):

• вакуумные (самые простые);
• аргоновые (азот-аргоновые);
• криптоновые (примерно +10% яркости от аргоновых);
• ксеноновые (в 2 раза ярче аргоновых);
• галогенные (наполнитель I или Br, в 2,5 раза ярче аргоновых, большой срок службы, не любят недокала, так как не работает галогенный цикл);
• галогенные с двумя колбами (более эффективный галогенный цикл за счет лучшего нагрева внутренней колбы);
• ксенон-галогенные (наполнитель Xe + I или Br, наиболее эффективный наполнитель, до 3х раз ярче аргоновых);
• ксенон-галогенные с отражателем ИК излучения (так как большая часть излучения лампы приходится на ИК диапазон, то отражение ИК излучения внутрь лампы заметно повышает КПД, производятся для охотничьих фонарей);
• накаливания с покрытием, преобразующим ИК излучение в видимый диапазон. Ведутся разработки ламп с высокотемпературным люминофором, который при нагреве излучает видимый спектр.

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.