Система электрического освещения была первым случаем, когда электричество действительно использовалось в массовом масштабе. С момента изобретения и массового использования электрических систем освещения человечество нуждается в большом количестве электроэнергии. В конце концов, электрическая лампочка до сих пор является самым распространенным электроприбором. Как же развивалась история электрического освещения? Приятно знать, что он был впервые применен российскими исследователями в 19 веке.
Электрическая дуга В.В. Петров
Осенью 1802 года профессор физики В.В. Петров, первый в мире электрохимик и электротехник, провел эксперименты с батареей гальванических элементов, которые он построил. Изучая сопротивление углерода, он взял два угольных стержня, соединив их разными зарядами. Он взял один с положительным плюсом, а другой — с положительным минусом батареи. Затем он поднес угли один к другому. Когда они сблизились, концы углей раскалились настолько, что начали светиться. Когда он слегка отодвинул их друг от друга, ученый увидел яркое, изогнутое пламя. Так была открыта электрическая дуга. Оказалось, что угольные электроды, расположенные на расстоянии друг от друга, дают яркий разряд в виде электрической дуги. Так были изобретены первые электрические осветительные приборы.
Исследования в этом направлении также проводились российскими учеными В.Чиколевым и А.Шпаковским.
Но, к сожалению, открытие Петрова было забыто. Иностранные ученые, работавшие в то время в Российской академии наук, не способствовали продвижению исследований этого феномена. Дело в том, что он писал свои произведения на русском языке. Если бы они были на латыни, их знал бы весь мир. А через 8 лет, в 1810 году, английский ученый Генри Дэви снова получил электрическую дугу, и именно он был признан первооткрывателем. Он назвал это "вольтовой" дугой.
"Свеча Яблочкова".
П.Н. Яблочков продолжал работать над созданием электрического освещения. Однажды, поработав с электрическим фонарем, молодой инженер понял, что его трудно регулировать. Для поддержания нестабильного напряжения необходимо было постоянное присутствие механика. Угольные лампы были непрактичны.
Тогда Яблочков поставил перед собой задачу создать лампу, которая не нуждалась бы в регулировке. И представьте себе, что ему это удалось! Более того, он решил проблему регулирования углей в дуговой лампе гениально простым способом, укладывая угли не один рядом с другим, а параллельно друг другу. Он разделил их слоем огнеупорного материала, который не проводит электричество. Это кажется простым, но это был настоящий прорыв в науке. Именно 1970-е годы считаются настоящим началом развития электрического освещения.
Весь мир узнал об этом изобретении, получившем название "электрическая свеча Яблочкова". В 1876 году в Лондоне русский изобретатель продемонстрировал необычную электрическую свечу. По форме она напоминала обычную стеариновую свечу, но горела ярчайшим светом. Дешевая и простая, с ярким ровным светом, "свеча" Яблочкова завоевала мир. К 1880 году "русский свет" использовался во многих городах мира, а также в Москве, Санкт-Петербурге, Полтаве, Нижнем Новгороде.
Дорабатывая свое изобретение, П.Н. Яблочков использовал переменный ток вместо постоянного. Он был первым, кто практически использовал переменный ток в электротехнике.
Лампа Лодыгина
Продолжались работы по созданию электрического освещения. Уже было известно, что когда ток проходит через проводник, он нагревает его. Именно этим свойством электрического тока воспользовались изобретатели новых электрических ламп. Это были лампы накаливания.
История развития электрического освещения
Русский электротехник А.Н. Лодыгин первым создал удобную конструкцию электрической лампы. Это выглядело следующим образом: два медных провода были впаяны в небольшую стеклянную сферу и подключены к источнику тока. Между ними находился тонкий углеродный стержень. Он будет ярко светиться и сиять из-за высокого сопротивления тока, проходящего по медным проводам. Чтобы предотвратить быстрое сгорание стержня, из стеклянного шарика откачивали воздух. Интересно отметить, что первоначально Лодыгин, исполняя свою детскую мечту, работал над вертолетом. Решая проблему, как освещать ее ночью, изобретатель хотел создать лампу накаливания. Вертолет потерпел неудачу, но лампа накаливания имела успех. Академия наук присудила А.Н. Лодыгину почетную награду — Ломоносовскую премию. Это вдохновило ученого на новые исследования. Он показал, что такие лампы можно использовать в различных условиях: в фонарях в шахтах, в сигнальных железнодорожных фонарях, в подводных лодках. Так, фонарь Лодыгина был использован при строительстве подводных частей моста через Неву.
В 1890 году ученый представил предложение по производству ламп накаливания с металлическими нитями, используя тугоплавкие металлы (вольфрам, осмий, молибден, палладий, иридий). В 1900 году лампы накаливания Лодыгина с металлическими нитями были представлены на Всемирной выставке. После 1910 года лампы с вольфрамовыми нитями нашли практическое применение, когда был открыт метод вытягивания таких нитей.
История электричества: 3/3
При изготовлении лампы было принято решение полностью удалить воздух из баллона лампы. Для этого он заполнялся газом, который не влиял на светящуюся нить (аргон или азот).
Лампа Томаса Эдисона
Лампочки Лодыгина служили мало и быстро перегорали. Чтобы получить прочную нить, пришлось провести множество экспериментов. Но денег у русского ученого не было. И тут появляется Томас Эдисон, знаменитый американский изобретатель. Нить Лодыгина он получил от русского офицера, который привез ее в Америку. Эдисон сразу понял, что изобретение Лодыгина — лучший способ осветить мир. Он взялся за усовершенствование лампы Лодыгина. В отличие от русских изобретателей, Эдисон был хорошим бизнесменом и видел выгоду в развитии этой идеи. Кроме того, у него было много денег и помощников. Набравшись терпения, он и его помощники провели более 6 000 экспериментов, чтобы найти прочный материал для угольных волокон. Используя достижения в области электрического освещения, он увеличил вакуум в цилиндре и использовал обугленное бамбуковое волокно в качестве нити накаливания. Позже бамбуковое волокно было заменено вольфрамовой нитью (тот же Ладин уже ввел это усовершенствование в лампу Эдисона). С тех пор во всем мире из вольфрама изготавливают нити накаливания для электрических ламп (температура его плавления по шкале Цельсия составляет 3380 градусов.
Томас Эдисон создал патрон для лампы и выключатель. Кстати, мы и сегодня пользуемся этими устройствами. Он решил проблему дробления энергии, построив генератор (динамо). Это позволило обеспечить электроэнергией несколько независимых ламп. Он также изобрел счетчик электроэнергии. Это позволило измерить количество энергии, потребляемой каждым потребителем в своем доме.
Это далеко не все изобретения Томаса Эдисона, благодаря которым стало возможным широкое использование электрического света. Эдисона не случайно называют отцом современного электрического освещения.
Люминесцентные лампы
Развитие электрического освещения продолжалось. Используя уже накопленные знания, ученые усовершенствовали лампочку для освещения. Родились лампы дневного света. Они обеспечивают свет без нагрева. Вначале были цветные газовые лампы. Они не подходили для обычного освещения, но оказались полезными для подсветки рекламы. Вы помещаете металлические пластины — электроды — в стеклянную трубку и подаете ток с обеих сторон. Цвет света зависел от газа, которым была заполнена трубка. Например, неон — красный, а аргон — синий. Трубка может светиться не газом, а парами металла. Пары натрия были желтыми, а ртути — фиолетовыми.
По цвету света можно было определить, чем заполнены трубки.
Позже появились лампы с ультрафиолетовыми лучами. Советский ученый С.И. Вавилов изобрел в своей лаборатории светящийся порошок. Стенки стеклянной трубки с электродами покрываются этим порошком в виде полупрозрачной тонкой пленки с внутренней стороны. Пленка начинает светиться под воздействием электричества. В таком свете значительно больше ультрафиолетовых лучей, чем в лампах накаливания, хотя желтых лучей меньше. Поэтому его свет считается ближе к дневному. Кроме того, преимущество ламп дневного света в том, что они потребляют меньше электроэнергии, а значит, освещение обходится дешевле.
Наше время
Электрическое освещение продолжает улучшаться. На смену лампе накаливания Лодыгина приходят другие современные лампы. Сегодня для освещения домов и других зданий мы используем галогенные лампы, энергосберегающие люминесцентные лампы и лампы накаливания.
Лампы накаливания прогрессируют, появляются новые продукты. Ученые работают дальше. Китайцы, например, заменили вольфрамовую нить на углеродные нанотрубки. Исследования показывают, что нанолампы превосходят их по некоторым параметрам. "Стеклянные осветители" обладают неожиданными возможностями. К ним относятся устранение запахов и способность бороться с грибками и бактериями. Отдельные разработчики говорят о лампочке, освежающей воздух. Электрическое освещение продолжает развиваться. Это неоспоримо!
