18 марта 2018
Кто придумал использовать электричество для освещения? Кто изобрел лампу на самом деле? Большинство отвечает на эти вопросы неверно. В этом материале рассказываем об основных моментах, касающихся зарождения освещения.
Лампа — устройство, которое преобразует электричество в свет. Одновременно изобретатели работали в двух направлениях: над электродуговой лампой и лампой накаливания.
В 1802 году профессор В. В. Петров в Петербурге проводит несколько экспериментов с электрическими батареями и гальваническими элементами. Во время экспериментов обнаруживает явление электрической дуги — яркого электрического разряда. Это наталкивает его на идею использовать электричество для освещения.Однако воплотить идею в жизнь мешает одно обстоятельство: дуга появляется только тогда, когда электроды находятся на определенном расстоянии друг от друга. И никто не знает, как это расстояние поддерживать — электроды от нагрева электрической дуги сгорают, расстояние между ними увеличивается, и дуга пропадает. 
Электрическая дуга. Achim Grochowski. Источник: Википедия
Кто первый воплощает идею электродуговой лампы
Многие изобретатели пытаются придумать механизм, который бы поддерживал нужное расстояние между электродами. Но дальше всех продвигается русский электротехник В. Н. Чиколев. Он создает дифференциальный регулятор, в котором необходимое расстояние между угольными стержнями поддерживается двумя электромагнитами.
Подобную установку запускает в производство электротехник П. Н. Яблочков. Однако она неудобна в использовании и дорога в изготовлении. В результате предприятие Яблочкова закрывается, и он уезжает в Париж.
В Париже Яблочков П.Н. устраивается на фирму французского академика Л.
Бреге и продолжает работу над созданием более простого и надежного регулятора. Он так его и не создает, зато придумывает, как совсем обойтись без регулятора. Это происходит совершенно случайно. Яблочков сидит в кафе и наблюдает, как официант раскладывает столовые приборы.
И тут его озаряет: электроды в лампе надо устанавливать не концами друг к другу, как раньше, а параллельно — тогда электроды будут сгорать одинаково, расстояние между ними не будет меняться, и не понадобятся регуляторы. 
Столовые приборы раскладываются параллельно друг другу
В теории все казалось гладко, но на деле пришлось преодолеть ряд трудностей:
Трудности; Решение
Когда электроды расположены параллельно, дуга горит не только на их концах, но и по всей длине, и часто скатывается к их основанию, где находятся токопроводящие зажимы.;Пространство между электродами заполняют изолятором (каолином или глиной). Он постепенно сгорает вместе с электродами, подобно воску в свече.
Поэтому электродуговую лампу называют свечой Яблочкова. Чтобы дуга ярко светила, ее надо поджечь. Но как?;Концы электродов соединяют тонкой угольной перемычкой. Когда к лампе подается ток, она загорается и поджигает дугу. Электроды по-прежнему не сгорают равномерно. Тот, на который подается «+», сгорает быстрее.;Этот электрод делают толще.
Позднее вместо этого применяют переменный ток.
В результате конструкция дуговой лампы выглядит так: два стержня укрепляются на подставке, а между ними помещается изолятор.
Такая лампа светит почти полтора часа.
Дуговые лампы появились первыми
Так как свеча Яблочкова удобна в использовании и недорога в изготовлении, в 1877 году налаживают потоковое производство этого устройства: в месяц выпускают более 8000 электросвечей и несколько десятков электрогенераторов для их питания. Свеча Яблочкова распространяется по всей Европе и на Востоке: во дворцах персидского шаха и короля Камбоджи.
Но скоро ее вытесняет лампа накаливания, которая служит дольше и стоит меньше
До сих пор идут споры, является ли Томас Эдисон изобретателем лампы накаливания или он украл эту идею. Чтобы разобраться, давайте посмотрим на факты:
1820 год
Уоррен де ла Рю (Warren De la Rue), британский химик и астроном, выкачивает из трубки воздух, помещает внутрь платиновую проволоку и пускает по ней ток. Свет есть, но изобретение не получает широкого распространения и не идет в массовое производство.
1844 год
Фредерик де-Молейнс помещает внутрь стеклянного шара платиновую проволоку и накаливает ее. Однако проволока слишком быстро плавится и не дает ожидаемых результатов.
1854 год
Генрих Гебель впервые показывает в Нью-Йорке лампу накаливания. Она устроена так: в стеклянный вакуумный сосуд помещена тонкая бамбуковая нить, на которую подается ток. Светит она около 200 часов.
1860 год
Джозеф Уилсон Суон демонстрирует лампу накаливания с углеродной нитью и получает на нее патент. Однако трудности с получением вакуума не дают ему развить массовое производство.
1872 год
А. Н. Лодыгин начинает опыты с электрическим освещением. Первая лампа представляет собой герметично закрытый стеклянный шар, в котором двумя стержнями зажата тонкая угольная палочка. Он получает на нее патент сначала в России, затем во многих странах Европы.
1875 год
В. Ф. Дидрихсон улучшает лампу Лодыгина. В ней угольки помещаются в вакууме и автоматически заменяются при сгорании.
1876 год
Н. П. Булыгин снова дорабатывает изобретение Лодыгина. В нем угольный стержень выдвигается автоматически по мере сгорания.
1878 год
Джозеф Уилсон Суон получает новый патент на лампу накаливания в Великобритании, и на следующий год его изобретение используется для освещения в домах Англии.
1879 год
Томас Эдисон получает патент на электрическую лампочку. Позднее суд признает этот патент недействительным.
Идея сделать лампу накаливания принадлежит не Томасу Эдисону, и не он ее изобрел. Однако он оказывается хорошим бизнесменом и промышленником, который дает толчок развитию этой технологии. Основанная им компания General Electric (GE) начинает массовый выпуск цоколей и патронов, предохранителей, выключателей и счетчиков энергии. И для этого Эдисон объединяется со многими изобретателями.
Например, с Лодыгиным, который позднее запатентовывает в США лампу с нитью из тугоплавких материалов: осмия, иридия, родия, молибдена и вольфрама. А также с Суоном, продавая лампы накаливания под торговой маркой Edi-Swan.
Эволюция логотипов General Electric (GE)
Нельзя точно сказать, кто первым изобрел электрическую лампу. Над ее созданием одновременно работало много инженеров, и работа каждого влияла на работу других. Однако первых больших успехов в этом деле добились русские изобретатели, поэтому можно считать, что светотехника зародилась именно в России.
Россия — родина светотехники
Вам понравилась эта статья?
в своём блоге мы следим и делимся самыми яркими новостями света, дизайна и технологий
Один раз в месяц мы присылаем статьи на почту
Кто изобрел лампочку? Роль Эдисона в создании электрической лампы
Американскому изобретателю Томасу Эдисону приписывают разработку первой практичной лампочки в 1879 году. Однако история ламп накаливания не так проста, так как в ней приняли участие множество ученых, каждый из которых внес свой вклад, который в конечном итоге привел к этому достижению — доступной, долговечной и безопасной лампе накаливания, генерирующей свет в течение долгого времени.
История электрического освещения
Чтобы выяснить происхождение лампочки, нам нужно отправиться более чем на 200 лет назад в лабораторию Гемфри Дэви, выдающегося английского химика и изобретателя. В 1800 году Дэви прикрепил два провода с угольными палочками к батарее, что позволило продемонстрировать яркую дугу света между угольными электродами.
Это привело к появлению электрической дуговой лампы — первого широко используемого типа электрического света и первой коммерчески успешной формы электрической лампы.
Конечно, различные изобретатели улучшили дизайн Дэви, добавив пружинные системы, а также соли редкоземельных металлов в электроды, что позволило увеличить яркость дуги.
Лампы электрической дуги были популярны на протяжении десятилетий благодаря их высокой яркости, способной освещать огромные фабричные интерьеры или целые улицы.
В течение большей части XIX века это был единственный тип электрического освещения для больших площадей, и он был самым дешевым вариантом освещения улиц по сравнению с газовыми или масляными лампами.
Однако углеродные стержни приходилось заменять так часто, что это превращалось в работу на полный рабочий день. Более того, лампы излучали опасное ультрафиолетовое излучение, создавали шум и мерцание при горении света и представляли серьезную опасность пожара.
Многие здания, такие как театры, сгорели в результате чрезмерного нагрева и искр, создаваемых электрическими дуговыми лампами. И хотя эти лампы подходили для улиц и огромных залов, они были совершенно непрактичны для освещения домов и небольших помещений.
Мир нуждался в более совершенной технологии освещения, и многие изобретатели усердно трудились, чтобы найти идеальное решение. Слава и богатство наверняка были обещаны тем, кто добьется успеха. Но путь оказался пронизан многими проблемами.
Вакуум
В 1840 году британский физик Уоррен де ла Рю предложил новую конструкцию лампочки, которая предусматривала запуск платиновой катушки внутри вакуумной трубки, чтобы минимизировать воздействие кислорода. Однако высокая стоимость платины помешала этой конструкции получить коммерческий успех. В 1841 году Фредерик де Молейенс представил первый патент на вакуумную лампу накаливая.
Затем, в 1850 году, сэр Джозеф Уилсон Свон начал работать над лампочкой, используя нити из карбонизированной бумаги вместо платины в вакуумной стеклянной колбе.
К 1860 году британский изобретатель получил патент на частичную вакуумную лампу накаливания с угольной нитью.
Проблема с этим устройством заключалась в том, что ему не хватало вакуума и соответствующего электрического источника, что делало его неэффективным, лампа перегорала слишком быстро.
Позже Джозеф Свон внес некоторые улучшения. Сначала он работал с нитью из копировальной бумаги, но обнаружил, что они быстро сгорают.
Наконец, в 1878 году Свон продемонстрировал новую электрическую лампу в Ньюкасле, Англия, в которой использовалась углеродная нить, полученная из хлопка.
Электрическая лампочка Свона могла работать 13,5 часов, и его дом стал первым домом в мире, освещенным электрическим светом. В ноябре 1880 года Свон получил патент Великобритании 4933 на свое изобретение.
Американский изобретатель и бизнесмен Томас Эдисон внимательно следил за развитием событий. Он понял, что главной проблемой первоначального дизайна Свона было использование толстой углеродной нити. Эдисон считал, что она должна быть тонкой и иметь высокое электрическое сопротивление.
Он адаптировал образцы из патента 1875 года, который он приобрел у изобретателей Генри Вудворда и Мэтью Эванса, продемонстрировав свою лампу накаливания в декабре 1879 года, которая могла работать 40 часов. Использование Эдисоном более тонких нитей и лучшего вакуума дало ему преимущество в гонке.
Затем он подал в суд на Свона за нарушение патента.
К 1880 году луковицы Эдисона работали 1200 часов и были достаточно надежными. Тем не менее, этот прорыв потребовал тщательного тестирования более 3000 образцов ламп накаливания между 1878 и 1880 годами.
Более того, инженеры Эдисона в Менло-Парк протестировали более 6000 растений, чтобы определить, какой тип углерода будет гореть дольше, и, наконец, остановились на карбонизированной бамбуковой нити.
В большинстве современных ламп накаливания используются вольфрамовые нити.
Позже, исследователи Эдисона постепенно улучшали дизайн и производство нитей. В начале 20-го века команда Эдисона представила средства для улучшения нитей, которые остановили потемнение внутренних поверхностей стеклянных колб.
К сожалению для Эдисона, патент Свона оказался сильной претензией — по крайней мере, в Соединенном Королевстве. В конце концов, они объединили свои усилия и создали компанию Edison-Swan United, которая впоследствии стала крупнейшим в мире производителем лампочек.
В 1880 году Эдисон также основал компанию Edison Electric Illuminating в Нью-Йорке, которую финансировала JP Morgan.
Эта компания построила первые электростанции, которые питали новые запатентованные лампочки.
Позднее Edison Electric объединится с компаниями двух других изобретателей, Уильяма Сойера и Албона Мэна, и создала General Electric, которая и по сей день является одной из крупнейших корпораций в мире.
Итог: Эдисон был не первым изобретателем, который работал над лампочками.
Фактически, к тому времени, когда он начал работать над своими первыми проектами, лампочка уже существовала, и около 20 различных изобретателей по всему миру готовили свои патенты.
В тоже самое время много русских изобретателей работали над своими устройствами (Лодыгин, Кон, Козлов и Булыгин). Дизайн Эдисона был просто наиболее практичным, что объясняет его всемирный успех.
Как лампочка попала под суд
В конце XVIII века Антуан Лавуазье экспериментально установил существование кислорода, после чего устроил показательный «суд» над флогистоном, чьим существованием до этого момента объясняли горение. Разыгранное на публике судебное заседание завершалось торжественным сожжением виновного в научной несостоятельности Флогистона по обвинению Кислорода. Шутка учёного привлекла внимание учёных к кислородной теории, но в истории науки осталась не более чем шуткой. Кто мог предположить, что ровно через столетие физика увидит новый суд, на этот раз нешуточный, и обвиняемым на нём выступит электричество. В 1879 году Парламентская комиссия Англии всерьёз вела следствие в отношении нового способа искусственного освещения, а могущественные газоосветительные компании использовали все возможности, чтобы приговор для их нового конкурента был смертельным. О том, в чём обвиняли электричество, кто его защищал и каким было решение суда, читайте в материале «Перетока».
Суровое газовое освещение
Стоит подробней остановиться на том, каким было освещение крупных городов Европы в XIX веке. Свечные лампы использовались в домах аристократов и нуворишей, для обычного люда они были дороги. Масляные лампы сильно коптили и применялись в основном в нежилых помещениях, например, в маяках. С середины века в быт европейцев прочно вошли газовые горелки: светильный газ выигрывал и по стоимости, и по длительности горения, и по световой силе. На выбор домовладельцев предлагались газовые рожки различных модификаций, самой «продвинутой» из которых была газокалильная лампа – со специальной металлической сеткой, ярко светившейся при накаливании. Мощность такой горелки достигала 50 свечей, что примерно соответствует современной 25-ваттной лампочке. Обычная же бытовая газовая горелка, используемая в жилых домах, давала количество света равное максимум пятнадцати свечам. Малая световая сила была не самым большим недостатком газового освещения (к тому же более мощного тогда и не существовало). Гораздо обременительнее были последствия постоянного горения газа, в первую очередь выделение большого объёма углекислого газа при одновременном сокращении количества кислорода. Недостаток кислорода приводил к тому, что водород, из которого на треть состоял светильный газ, быстро выгорал, углерод при этом успевал выгореть лишь частично. В результате горелка быстро покрывалась копотью, начинала чадить, и мебель, обои, шторы и ковры неизбежно со временем покрывались сажей. Кроме того, выгоревший водород связывался с кислородом и образовывал водяные пары, воздух в комнатах быстро насыщался влагой. Запотевшие окна стали обычным явлением в городах с газовым освещением. Самым популярным домашним растением стал фикус, поскольку только он мог выносить подобную атмосферу. Когда в помещении становилось окончательно нечем дышать, приходилось распахивать окна и проветривать. Зимой, особенно в северных странах, это означало выпустить на улицу драгоценное тепло, которое обходилось недёшево. Естественно, многие предпочитали сидеть в полутьме, нежели замерзать в собственном доме. Характеристика газового освещения была бы неполной без упоминания постоянного мерцания, исходившего от пламени горелки и быстро утомлявшего глаза. О безопасности не стоит и говорить: подробные инструкции, как вести себя в случае угрозы взрыва газа, были неотъемлемой частью книг по домоводству, а постоянные визиты газовых служб и контролёров – рутинной частью жизни. И тем не менее, несмотря на все недостатки, газовое освещение успешно просуществовало весь XIX век, не имея в крупных городах хоть сколько-нибудь заметных конкурентов. К концу столетия сформировалась целая отрасль, обеспечивавшая выработку из угля светильного газа, его хранение, централизованное распределение, производство систем подачи газа, горелок, приборов учета. Акции газовых компаний считались выгодным вложением и росли в цене вместе с уровнем урбанизации европейских стран. Это продолжалось до того момента, как в 1876 году мир не облетела новость об изобретении «русского света» – «электрической свечи» Павла Яблочкова. Через год она уже осветила первые улицы Парижа и Лондона (в России, как известно, лампы Яблочкова загорелись на год позже, осветив казармы Кронштадта), через два – перешагнула Атлантику и завоевала весь мир.
Битва на Темзе
Реакция газовых компаний была ожидаемо резкой. Они обрушили все свои финансовые, административные и коммуникационные ресурсы на неокрепшую ещё электроэнергетическую отрасль. Газеты пугали своих читателей сказками об идущих от электрических лампочек парах ядовитого газа, губительном невидимом излучении, ослепляющем действии яркого света. Мало просвещенное в вопросах электротехники общество готово было верить этим выдумкам, замешанным на малой толике научной правды, тем более что часть «грехов», в которых газовики обвиняли электричество, имела под собой основание. В частности, дороговизна нового вида энергии и неизбежные неудобства в городах, решившихся перекапывать улицы для прокладки электролиний. Справедливости ради надо заметить, что сторонники электричества, поставившие на его развитие не только идейные воззрения, но и капиталы, не оставались в долгу и, не стесняясь, преувеличивали в прессе даже самые невинные просчёты газовщиков. Очевидные преимущества электрического освещения, его удобство и эффективность, в итоге оказались выше всяких споров. Однако в конце XIX века ещё оставалась страна, в которой электрогазовые битвы затянулись и приняли нешуточный оборот: в Англии для решения спора об уличном освещении потребовалось вмешательство облечённой судебной властью Парламентской комиссии. Дело в том, что наибольшее распространение газовое освещение получило именно в Лондоне: во второй половине XIX века столица Британии потребляла почти столько же газа, сколько вся Германия. В конце 1870-х годов с тем же энтузиазмом, с которым ранее внедрялись газовые светильники, английские предприниматели принялись оборудовать дома и улицы «русским светом». Иногда на одной и той же улице устанавливалось и газосветильное, и электрическое оборудование. Столкновение интересов стало происходить слишком часто, и в 1879 году, накопив более трех десятков обращений, Парламентская комиссия решила провести открытое судебное заседание, чтобы детально разобраться в тех обвинениях, которые друг другу адресовали газовые и электроосветительные компании. В качестве свидетелей суд призвал виднейших учёных, в частности, профессора лондонского Королевского института Джона Тиндаля, сэра Уильяма Томпсона лорда Кельвина, основателя компании Siemens доктора Вернера Сименса. Формально комиссия должна была вынести заключение, что такое электричество и как само по себе, и как товар, и как его применение должно учитываться в законодательстве. В законах были прописаны требования к производству и к потреблению газа и воды, а каким образом регламентировать электричество, получаемое с помощью других энергетических ресурсов, и главное, кто должен им владеть, никто не знал. Газовые компании настаивали на том, что если и предстоит заменить газовое освещение электрическим, то этот процесс должны контролировать именно они. Чем это грозило, гадать не приходится. Благодаря лоббированию со стороны газовых компаний, заседание Парламентской комиссии из чисто законотворческого мероприятия превратилось в настоящий суд над электрическим освещением, тем более что у комиссии были полномочия вызывать свидетелей, проводить дознание и требовать доказательств. Помещение, в котором проходили заседания комиссии, было увешано диаграммами и чертежами, изображавшими схемы работы электрических осветительных систем. В качестве «вещественных улик» судьям были предъявлены новейшие электрические приборы, демонстрация которых составляла одну из главных частей судебного процесса. Центральное место на столе вещественных доказательств занимала «свеча» Яблочкова. Сам изобретатель в то время находился в России, на слушаниях не присутствовал и узнал об их проведении постфактум. Следствие велось следующим образом: председатель высочайшей комиссии лорд Плейфэйр зачитывал вопросы, а приглашённые свидетели на них отвечали. Господин Тиндаль был вынужден прочесть целую лекцию о физике электрических процессов, доктор Сименс дал подробное описание множества электрических машин. Но в основном вопросы комиссии лежали в практической плоскости и, подсказанные злопыхателями, порою звучали не только алогично, но и просто анекдотично. В частности, благородные дамы, как стало известно комиссии, жаловались на то, что электрические лампы показывали их буквально в невыгодном свете: кожа под его яркими лучами казалась менее свежей. Доктор Сименс, которому судьи адресовали это замечание, согласился, что синий спектр в электрическом свете преобладает и при соединении с теплыми, желтоватыми оттенками кожи даёт зелёный цвет, однако этого эффекта можно избежать с помощью золотистых отражателей. Этот факт должен был порадовать не только дам, но и рыночных торговцев: они отмечали, что электрическое освещение портит вид рыбы (хотя, возможно, яркий свет не позволял скрадывать недостатки товара). Беспокойство вызвало и применение электрических ламп в магазинах одежды – свет мог искажать цвет платьев. Сименс возразил, что электричество как раз максимально приближено к дневному свету в отличие от других видов освещения. Но комиссию больше убедило даже не это, а то, что в Париже, законодателе мод, электрические лампы уже давно используются в модных домах. «Не будет ли электрическая лампа выделять слишком много тепла?» – беспокоились судьи. – «Что вы, – заверяли учёные, – тепло «русской свечи» ничто по сравнению с тем, которое даёт газовая горелка». «Что делать с тем, что яркий свет лампы опасен для зрения, смотреть на него нет никакой возможности?» – «Так не смотрите, – говорили учёные, – ведь солнечный свет ещё ярче, но ни у кого не вызывает нареканий, а, кроме того, лампы, конечно, стоит вешать вверху, а не на уровне глаз». «Правда ли, что электрические лампы производят веселящий газ?» – «В очень малых количествах, совсем не заметных окружающим». «Будут ли лампы коптить?» – «Совсем нет, и мебель, шторы и картины, наконец, приобретут приличный вид». «Правда ли, что электричество дороже газа?» – «Безусловно, но оно даёт и больше света», – отмечали инженеры. В ходе дискуссии о стоимости освещения произошёл весьма неприятный курьёз для газовых компаний. Войдя в азарт, один из их представителей заявил, что стоимость электричества не стоит сравнивать с текущей ценой на газ, так как фактически она ещё ниже: использование побочных продуктов – кокса и дёгтя – более чем на половину окупает затраты на производство газа. Это признание вызвало бурю возмущения среди лондонцев, недоумевавших, почему они платят довольно высокую цену, если газовые операции обходятся компаниям так дёшево. Газовым компаниям с трудом удалось усмирить недовольных плательщиков, а в рамках суда пришлось переключиться с нападок на электричество на требование отдать его развитие в руки газовиков. Разбирательства продлились с апреля по июнь 1879 года. За этот период комиссия собиралась десять раз, чтобы заслушать показания сторон. В заключении суд указал на несомненное экономическое преимущество электрического освещения, сославшись на следующие расчеты: количество энергии, которое позволяет газовой горелке давать свет, равный 12 свечам, электрическим лампам достаточно, чтобы выдать световую силу в 1600 свечей. Суд заключал, осторожно ссылаясь на мнение учёных, что индустриальное будущее именно за электрическим освещением, хотя это и будет сопровождаться сложностями, связанными с внедрением нового вида устройств в жизнь городов. Безусловно, электрическое освещение может использоваться и в общественных местах, таких как большие магазины, площади, вокзалы и фабричные цеха. По сути, английский парламент сказал только то, что согласен на дальнейшее развитие электрического освещения. Но и этого было достаточно, чтобы вселить уверенность в инвесторов и обратить их взоры и капиталы на электрические компании. Вторым важным результатом судебного разбирательства стал отказ предоставить газовым компаниям эксклюзивное право на владение электроосветительными предприятиями на основании малой осведомлённости первых в вопросах электричества. Единственным преимуществом газового освещения перед электрическим была признана дешевизна, но этот факт не стал решающим, учитывая убедительные доводы учёных относительно стремительного развития электротехнической отрасли с неизбежным удешевлением всех её продуктов.
При подготовке материала использованы: Report From The Select Committee on Lighting by Electricity, R. H. Parsons Early Days of The Power Station Industry, К. Коути «Добрая старая Англия», С. Чернов «Бейкер-стрит и окрестности», Б. Хасапов «Процесс над… электролампочкой».