Зміст:
- Лампочки розжарення
- Хто насправді винайшов лампочку розжарювання
- Газорозрядні лампи
У 1801 році англійський фізик сер Хампфрі Деві показав, що нитка з платини може випромінювати світло. Правда, зразок випаровувався так швидко, що не вдавалося витягти з цього якоїсь користі. Сьогодні нашою темою є види ламп та історія їх створення. Ми пробіжимося по іноземним ресурсів, щоб зрозуміти, що і звідки взялося. Сподіваємося, що огляд про історію та різновиди ламп освітлення вийде цікавим.
Лампочки розжарення
Історично першими були лампи розжарення. До Томаса Альва Едісона багато займалися спробами отримати щось путнє, йдучи по стопах сиру Хампфрі Деві, але успішними ці дії назвати було складно. Вся проблема полягала в практично миттєве окисленні матеріалу нитки розжарення атмосферним киснем. Набагато простіше виходило з блискавками. У 1809 році все той же сер Хампфрі Деві отримав розряд між двома стрижнями з вуглецю. Цей прототип розрядних ламп використовувався ще не так давно і досить успішно. Винахід, продемонстроване в 1810 році Королівського інституту Великобританії, так і називалося – дугова лампа.
Класична лампочка
Щось схоже на електричний ліхтар зробив Джеймс Боэмен Ліндсей в 1835 році. Він був зайнятий дещо іншими проблемами, до того ж залишилося мало відомостей про діяльність цього чоловіка, але були зафіксовані спроби читати книгу з великої відстані. Він домагався цього, висвітлюючи її. Потім увагу світила науки ринуло на бездротовий телеграф, де крапки і тире фіксувалися тривалістю світіння. Відстань було дійсно приголомшливе по тим часам, а швидкість миттєвою. (Див. також: Технічні характеристики світлодіодних ламп і світильників)
Всього п’ятьма роками пізніше переваги електрики припали до душі британському вченому Варрену де ля Ру, який здогадався помістити нитка з платини в вакуумну колбу. Його винахід ґрунтувалося на здогадах про те, що висока температура плавлення платини означає, що спіраль не просто випаровується, а саме згорає, окислюється. Отже, потрібно ізолювати її від кисню. Що і було зроблено. Це вже була практично лампочка розжарення, якщо не вважати того, що не було нічого схожого на цоколь з різьбленням. Зрозуміло, що комерційний ефект від використання платини в якості джерела освітлення явно не обіцяв бути захмарним.
У 1841 році дизайн перших лампочок розжарювання був злегка змінений. У цьому дітище Фредерік де Молейна бачився якийсь гібрид між винаходами сери Хампфрі Деві: дрібна вугільна крихта повинна була світитися між двома електродами з платини, укладеними в вакуумну колбу. Наявні спроби якось знизити вартість пристрою лампочок розжарювання. Поки, нарешті, в 1845 році геніальний американець Джон Веллінгтон не здогадався зробити нитки повністю з вуглецю (що і сьогодні використовується в карбонових нагрівачах). Винахід не додало йому років життя, а тому роботи по створенню лам напруження продовжив Роберт Нуді, демонструє свої новинки, багато з яких можна і сьогодні побачити у музеї замку Блуа.
Варіанти форм ламп розжарення
Наш співвітчизник Олександр Миколайович Лодигін в 1972 році винайшов лампочку розжарювання і двома роками пізніше узяв на неї патент. Швидко переконавшись, що залізо і вугільні стрижні мало що дають у цьому плані, російський винахідник продовжував дослідження. Доля склалася так, що Лодигін покинув Росію, внаслідок переслідування з боку уряду руху революціонерів. З 1883 року нарівні з багатьма іншими напрямками він займався виробництвом перших ламп розжарювання у Франції. Працював над багатьма речами з галузі будівництва і техніки. Саме Лодигіна вперше прийшла ідея як нитки розжарення використовувати тугоплавкі метали (вольфрам, хром, титан), які і сьогодні ще служать багатьом.
Зрештою, патенти були перекуплені американською корпорацією ” Дженерал Електрик. А винахідник лампочки розжарення повернувся в Росію з цілим стосом креслень і винаходів. Був викладачем, але після революції емігрував до США, де і помер. Між тим, світ не стояв на місці. Не варто думати, що перша електрична лампочка з’явилася на світ силами одного вченого. Досить багато людей працювали в цьому напрямку. Наприклад, з 1854 року над нитками з карбонизированного бамбука працював Хайнріх Гебель. Як колби для лампи розжарення використовувалася пляшка, з якої відкачали повітря. Саме цю людину вважають тим, хто винайшов перший прийнятний варіант світильника.
Хто насправді винайшов лампочку розжарювання
Однак досить багато істориків вважають, що всерйоз плюси і мінуси ламп розжарення можна розглядати, починаючи з робіт Джозефа Вілсона Свана. Цей англійський фізик родом з Англії в 1850 році почав роботи над (!) паперовими нитками розжарення, покритими вугільним пилом. До 1860-му році дозріло перше ділове пристрій, до його недоліків можна віднести:
Світло від лампи розжарювання
Зверніть увагу, що серед недоліків ламп розжарення вже відсутня висока ціна. На щастя, в середині 70-х з’явилися нові поліпшені вакуумні насоси, що дозволило Свансу продовжувати свої роботи. У 1878 році він демонструє свої напрацювання на лекціях в Ньюкаслі, але бере патент на новий пристрій лампочок розжарювання тільки два роки потому – в 1880 році. Основним нововведенням стало повне видалення кисню з колби, бо нитка могла нагрітися дочиста, не згораючи. Як би те ні було, спіраль мала досить низький опір, за рахунок чого були потрібні дуже товсті мідні дроти для постачання пристрою енергією. (Див. також: Технічні характеристики люмінесцентних ламп і світильників)
Фактично Сван вирішив проблему облаштування освітлення шляхом застосування ламп розжарення. В кінцевому підсумку він запропонував у якості основи для нитки брати бавовна (замість паперу). Будинок Свана в Лоу Фелл став першим у світі освітленим за допомогою електрики. Історики відзначають Джозефа ще тому, що саме він почав комерційний випуск лампочок напруження, що зумовило подальший інтерес до цієї теми з боку наукових кіл і широких верств суспільства. Савойський театр творчості у Вестмінстері став першим публічним закладом, де використовувався електричний генератор (88 кВт) для ілюмінації залу. Для цього було задіяно 1200 лампочок накалювання, виготовлених по конструкції, запропонованої Сваном.
Як відзначали очевидці перевагою нової методики стала відсутність необхідності спалювати газ. За рахунок чого перестав витрачатися кисень, а тепла виділялося набагато менше. Крім того багато помітили відносну пожежобезпечність пристроїв. Для демонстрації цієї якості одна з лампочок розжарювання була розбита (прямо у люстрі) під час подання, та 29 грудня 1881 року Таймс відзначила цей спосіб освітлення більш перспективним, ніж газові ріжки. Дуже швидко лампочки розжарення завоювали популярність на військовому флоті і в шахтах, де зі зрозумілих причин використовувати горіння було не дуже вигідним. Історики зазначають повну незалежність досліджень Свана від того, чим займався Едісон.
Едісон зі своїм винаходом
Паралельно був узятий канадський патент на лампочки розжарення Генрі Вудвардом. Його вироби відрізнялися особливою формою колби і були заповнені інертним азотом. Це значно зменшувала вимоги до міцності скляної частини лампочки розжарення. В комерційне використання винаходу Генрі Вудварда не увійшли. Проте були помічені Едісоном, який за 5000 доларів викупив канадський патент. Щоб знайти гроші, він взяв гранд, повідомивши пресі, що вже винайшов нові лампочки розжарення, а тепер просто вишукує кошти на випуск продукції.
Перша проба Едісона на карбонової нитки тривала 13,5 годин. Проте вже до 1880 році він бере патент на лампочку розжарювання і ниткою з бамбука, яка могла працювати приблизно в 100 разів довше. Саме Едісон прийшов до того, що нитка потрібно робити з тугоплавких металів з високим опором, щоб зменшити струм живлення. Крім того, робоча напруга 110 В, рекомендоване Едісоном, і сьогодні використовується в США. Незважаючи на те, що патент США за номером 223898 описував декілька форм створення нитки, в кінцевому підсумку застосовувався бамбук, вкритий пилюкою. Ось деякі з можливих варіантів згідно викладу Едісона:
- Бавовна.
- Льон.
- Папір.
- Деревні шплінти.
Багатьом, напевно, цікаво, навіщо в якості нитки розжарення було використовувати такі екзотичні для нас матеріали. Більше того – електроди для підведення електрики застосовувалися платинові. За теперішніх часів така лампочка розжарення коштувала б ціле стан. А справа все в тому, що опір нитки і без того було малим, а метали з високим опором на той момент не були в ходу. І за великим рахунком наступний патент (від 1883 року), з яких виникли проблеми при узгодженні, використовував в якості спіралі все той же вуглець. В кінцевому підсумку, щоб уникнути конфліктів з Сваном, Едісон запропонував останньому створити компанію Эдисван для збуту продукції на території Великобританії.
Перша металева спіраль для ламп розжарення, що виготовляється з осмію, була запатентована австрійським вченим Карлом Ауэром фон Вельсбахом. Робоча версія пристрою вийшла до 1898 року. У 1897 році світильник з керамічним глобаром був представлений німецьким хіміком Волтером Нернстом. В два рази більш ефективний, ніж вуглецевий, він був все-таки витиснули з прилавків йдуть слідом лампочками розжарювання з металевою ниткою. В ході недовгих потуг один за одним були видані рецепти крити карбонові нитки шаром провідника, а потім з’явився вольфрам, який використовується і до цього дня. Слід зазначити, що дослідження Едісона лягли в основу створення електронних ламп, завдяки яким нині розвивається і далі вся наукомістка техніка.
Газорозрядні лампи
Свого часу лампи розжарювання використовували наповнити сполук брому або йоду для запобігання згоряння спіралі. Але газорозрядні ґрунтуються на принципово інших законах фізики. Цікаво, що ефект світіння ртутного барометра був помічений ще в 1675 році французьким астрономом Жаном Пікаром. Через 30 років перший варіант газорозрядної лампи був продемонстрований Френсісом Хоксби. Ідея полягала в тому, щоб після вакуумування в скляну кулю, заряджений статичною електрикою, подати невелика кількість ртуті. Світла виходило досить для читання.
І поки наш співвітчизник Василь Петров описав феномен електричної дуги, сер Хампфрі Деві в 1802 році демонстрував Королівського інституту вугільні стрижні. Подальші дослідження в галузі газорозрядних ламп низького тиску проводилися Генріхом Гейслером, який у 1857 році створив художні джерела світла різних відтінків на базі газового наповнювача. Вакуум був необхідний для полегшення процесу іонізації. В якості середовища розряду використовувалися аргон, неон, пари ртуті і навіть звичайний повітря.
Одним з найбільш яскравих нащадків ламп Гейслера є електронні діоди, триоды та ін. Саме в ході дослідів з газорозрядними лампами Іоганном Гитторфом було помічено, що рух носіїв може утворюватися в повному вакуумі. Так на світ прийшло знання про катодних променях, утворених електронами. Подальший розвиток такі джерела отримали в люмінесцентних лампах денного світла, де пари ртуті випромінюють в інфрачервоному діапазоні, а видимий спектр виходить за рахунок накачування енергією люмінофора.
Передісторію ці види електричних ламп беруть сотні років тому. Довгий час люди помічали, що деякі гірські породи в силу якихось причин мерехтять. Але вперше явище було описано сером Джорджем Стоуком на прикладі флюориту. Полярністю ці різновиди лампочок обзавелися, маючи прекрасні технічні характеристики, зокрема, мале споживання енергії. А недоліки були очевидні до останнього часу: великі розміри, необхідність в наявності драйвера (джерела живлення).
Ми вважаємо, що читачі тепер порівняння ламп можуть зробити і самі, а про світлодіодні (найсучасніші) ми розповімо як-небудь іншим разом.