Электрическая лампочка – один из самых привычных людям предметов в современном мире, а ведь всего несколько веков назад наша жизнь зависела лишь от солнечного света и осветительных приборов с открытым огнем: факелов, лучин или свечей. Но зажигая в комнате освещение, задумываемся ли мы над вопросом, кто изобрел лампочку?
Какими были источники освещения раньше
В эпоху до существования электричества единственной технологией освещения пространства во всем мире был огонь. Сначала – в виде открытого пламени, затем в той или иной цивилизации начали появляться прообразы первых ламп. Обычно они представляли огнестойкую емкость, в которую заливали:
- жир;
- минеральное или растительное масло;
- чистую нефть;
- керосин или другие продукты нефтепереработки.
Внутрь жидкости опускался фитиль из ткани или жгута нитей. Позже в качестве поддерживающего состава начали использовать не жидкость, а специальный светильный газ – смесь нескольких горючих газообразных веществ. Такие устройства давали весьма мало света, чадили, были пожароопасными. В Средние века появились более эффективные, менее чадящие, но все такие же опасные, свечи. Их изготавливали из пчелиного воска, сала.
Первые попытки преобразования электрической энергии в свет
Сразу после открытия явления электрического тока немало изобретателей занялись попытками использовать его для освещения. В 1802 году русским физиком В. В. Петровым сконструирована батарея, выдававшая электрическую дугу, а та, в свою очередь, вырабатывала свет. Однако в качестве электрода в этом устройстве использовались древесные угли, которые перегорали слишком быстро.
Опыты англичанина Г. Дэви по изобретению лампочки оказались более успешными. В 1806 году он придумал первую дуговую лампочку с угольными палочками, которая была способна гореть продолжительное время, но выдавала слишком яркий и неестественный свет и потому не нашла практического применения.
Более приятное свечение было у первой лампы с угольным сердечником, изобретенным в середине 1830-х годов ученым из Бельгии Жобаром. Параллельно ему свою собственную первую лампочку изобрел англичанин У. Деларю.
Его устройство уже более похоже на современные лампы: в вакуумном резервуаре светила, разогревшись от подаваемого тока, спираль из платины. Устройство было достаточно яркое, могло быть использовано в любых погодных условиях, но слишком дорогое для массового производства и потому в истории ламп не оставило своего следа. Однако на его основе придумано сразу несколько моделей приборов:
- с платиновыми нитями вместо спирали – английским физиком Фредерик де Молейном (1841 год);
- с углеродной горелкой в вакууме – американцем Дж. Старром (1844 год);
- с обугленными палочками бамбука – немецким ученым Г. Гебелем (1854 год).
Свой собственный вариант представил в 1860 году еще один британский физик – Дж.У. Суон – с угольным волокном, горящим в вакууме. Позже, в 1878-м, он усовершенствовал свое изобретение и запатентовал его.
Кто был первым
Несмотря на давность истории изобретения, до сих пор нет точного ответа, кто первым создал электрическую лампочку. Ответ на это не найти ни в научной литературе, ни в художественных рассказах, ни на научно-популярных сайтах.
В России первооткрывателем устройства считают сразу двух ученых. П.Н. Яблочкин создает дуговую лампу, она была малоэффективна, но все же стала прототипом для последующих разработок. Нечто похожее, но с иным принципом действия, придумывал и даже получил на свое создание патент Александр Николаевич Лодыгин. Это происходило в 1874-76 годах.
В западном мире считают, что первым такое устройство придумал американец Томас Эдисон, хотя патент на его первую лампу получен только в 1879 году. Ученый не только изобрел несколько вариантов осветительных приборов, но и способствовал популяризации такого источника света. Он открыл фирму General Electric, которая специализировалась на создании источников света. Он же позднее основал компанию по выпуску подобной продукции. Компания была открыта в Британии в начале 1880-х годов и называлась «Эдисон и Суон» – уже упоминавшийся Джозеф Уилсон Суон, много сил вложивший в создание электрической лампочки, стал совладельцем фабрики. Предприятие уже в первые годы своей работы выпускало по 130 тысяч ламп в год и продавало этот товар по всему миру.
Корректно будет сказать, что электролампочка – результат коллективных разработок многих ученых.
Сравнение разных модификаций источника света
Элементом накаливания в первой лампе по версии Лодыгина выступал угольный стержень, помещенный в герметичную стеклянную емкость, откуда предварительно откачивали воздух. Прибор светил около получаса и мог использоваться вне лаборатории. Позже этот вариант был доработан В.Ф. Дидрихсоном – в его варианте в одном устройстве присутствовало несколько нитей, и когда одна из них перегорала, автоматически зажигалась следующая. Еще через год появился новый вариант устройства – в нем был один длинный уголек, выдвигающийся из патрона в колбу по мере сгорания.
Первая лампочка Эдисона была более совершенной, чем вариант Лодыгина – даже начальные ее, самые простые модификации горели около 40 часов и были весьма доступны в производстве. Вначале ученый применял платиновую спираль, позже вернулся к угольной нити. Сначала нитями накаливания выступали обугленные бамбуковые волокна. Использование карбонизированного бамбука позволило увеличить период горения прибора до 1200 часов. Затем, для удешевления конструкции, бамбук заменили хлопковыми нитями. Параллельно с этим лампочка Томаса Эдисона «обрастала» дополнительными необходимыми аксессуарами:
- выключателем;
- винтовым патроном;
- цоколем с такой же винтовой резьбой.
Лодыгин, эмигрировавший к тому времени в США, не оставлял своих научных трудов и продолжал изобретать. В середине 1890-х годов он впервые использовал как нить накала тугоплавкий металл, проводил эксперименты с разными газовыми средами в колбах. Через несколько лет И. Ленгмюр, ученый из Америки, впервые придумал заполнить лампу инертным газом. Это существенно повысило время работы прибора. С тех пор почти вся такая продукция использует в качестве заполнения колбы аргон.
Долгое время Thomas Edison& Joseph Wilson Swan были единственной компанией в мире по выпуску осветительной продукции. Первая американская фабрика подобной специализации – The Shelby Electric Company – открылась на рубеже XXI и XX столетий изобретателем А. Шайе, бывшим сотрудником General Electric. Шайе внес свои собственные изменения в уже существующие наработки. Его лампочки:
- светили на 20% ярче остальных;
- служили на 30% долговечнее аналогов;
- были нечувствительными к скачкам напряжения в сети.
Завод был рассчитан на объемы 2000 ламп в день, но уже через год ему пришлось расширить производство до 4000 штук в сутки – настолько продукция была востребована.
Однако фирма, сосредоточившись на выпуске ламп своей собственной разработки, не успевала идти в ногу со временем и модернизировать производственные процессы, ориентируясь на инновационные технологии. В итоге угольные лампочки Шелби не смогли конкурировать с все более популярными вариантами, оснащенными вольфрамовыми нитями. В 1914 году данная фабрика была выкуплена компанией General Electric.
Современная электрическая лампа накаливания по конструкции не отличается принципиально от своих предшественников. Она представляет собой герметичную стеклянную колбу, заполненную аргоном либо полностью лишенную газовой среды (давление внутри ниже 0,1 МПа), внутри которой раскаляется вольфрамовая спираль. Металлическая нить, под воздействием электрического тока, способна испускать световой поток.
Однако современные лампы имеют одну особенность: в их конструкции присутствует элемент, которого не было у предшественников: предохранитель из ферроникелевого сплава, ввариваемый в ножку одного из токовводов. Он предупреждает разрушение стеклянной оболочки лампы в момент разрыва нити. Ведь при ее разрушении в колбе создается электрическая дуга, способная повредить стекло. Предохранитель призван нейтрализовать дугу сразу же в момент ее появления.
Характеристики нитей накаливания
Достаточно быстро стало понятно, что металл в качестве нити накаливания гораздо более эффективен, чем другие материалы. В конце XIX столетия немецким физиком В. Нернстом был изобретен специальный сплав для этих целей, состоящий из магния, иттрия и тория.
Но более известной стала разработка А. Н. Лодыгина – быстронакаливаемая вольфрамовая нить (перед этим ученый экспериментировал с другими тугоплавкими металлами). Это открытие русский изобретатель лампочки позже продал компании Томаса Эдисона, которая и запатентовала изобретение от своего имени. Однако до 1910 года нити из вольфрама, в виду своей большой стоимости, применялись в массовом производстве осветительных приборов редко, пока ученым У. Кулиджем не был придуман способ удешевить их выпуск.
Достоинства и недостатки
Несмотря на то, что в третьем тысячелетии классические лампы накаливания считаются «несовременными», они широко распространены в разных странах по всему миру, что объясняется их достоинствами.
Плюсы | Минусы |
| Небольшие размеры | Хрупкие |
| Мгновенно загораются | Низкий коэффициент полезного действия |
| Недорогие в производстве | Относительно недолговечны (срок службы у некоторых экземпляров может не превышать 1000 часов – даже меньше, чем у первых ламп Эдисона) |
| Представлены в широком ассортименте – с разной цветовой температурой, яркостью, рассчитаны на цоколи разных видов, выпускаются в форме груши, свечи, шара, кукурузы | Пожароопасны |
| Работают без перебоев | |
| Способны функционировать в сетях постоянного и переменного тока | |
| Экологичны |
Этапы развития электрических ламп
До XX столетия ситуация в сфере электрического освещения не менялась, но позже мир поразила череда новых разработок. В 1901 году американец П. Хьюитт изобрел ртутную электрическую лампу, а через 10 лет француз Ж. Клауди – неоновую. Позже одна за другой появлялись ксеноновые, натриевые, классические люминесцентные модели. В 1960-х созданы светодиодные источники света и электронные, а в первой половине 1980-х – люминесцентные «экономки».
