Історія електролампочки

Історія електролампочки

Електрична лампочка перетворює електроенергію в світлову. Способи перетворення можуть бути різними. Хто же винайшов першу електролампочку? На це питання більшість скаже, що це був Едісон. Ймовірно, будуть і інші відповіді, але історія електролампочки – це довгий ланцюг відкриттів, зроблених в різні часи різними людьми.

З відкриттям електричного струму у XVIII ст. починається і історія сучасної електролампочки. В XIX ст. електротехніка виділилася в окрему самостійну науку і в цьому ж сторіччі вже було відомо кілька типів електроламп: газорозрядні, дугові і лампи розжарювання.

1800 рік – італійський вчений А. Вольта винайшов гальванічний елемент або стовп Вольта – хімічне джерело струму. В 1801 професору Петербурзької медико-хірургічної академії В. Петрову вдалося придбати для кабінету фізики електричну батарею з 4200 пар гальванічних елементів. Проводячи досліди з цією батареєю, в 1802 р. Петров відкрив електричну дугу, що виникає між вугільними стрижнями-електродами, зведеними на певну відстань.

Професор Петров запропонував для освітлення використовувати електричну дугу. Досліди показали, що електродуга горить яскраво тільки якщо між вугільними електродами зберігається певна відстань. Для підтримки постійної відстані між електродами потрібен був регулятор.

Кілька ламп в один ланцюг включити було неможливо. Для кожного світильника доводилося використовувати своє джерело живлення. Тому в 1856 р. винахідник А. І. Шпаковський створив освітлювальну установку з 11-ма дуговими лампами, які були забезпечені оригінальними регуляторами.

У 1869 р. ще один винахідник В. І. Чиколев застосував до дугової лампи диференціальний регулятор. Подібні регулятори використовують і досі у великих прожекторних установках. На жаль, перші регулятори горіння дуги були ненадійними.

В 1875 р. в Петербурзі в своїй майстерні фізичних приладів електротехнік П. М. Яблочков працює над створенням надійної дугової лампи. В 1876 р. через фінансовий крах вчений Яблочков переїхав до Парижу, де він продовжив роботу в фірмі з виготовлення годинників і точних приладів Breguet.

Вирішенню проблеми регулятора для дугової лампи допоміг випадок. В невеличкому паризькому кафе Яблочков продовжував думати про своє і машинально слідкував за рухами офіціанта, як той кладе ложку, виделку, ніж… Рішення було знайдено. Вчений вирішив розташувати вугільні електроди в лампі не горизонтально, як у всіх колишніх конструкціях, а паралельно. Тоді обидва електроди будуть вигоряти абсолютно однаково, відстань між ними буде постійною і складні регулятори тепер не потрібні. Звичайно це не було стовідсотковим рішенням створення недорогої і надійної лампи. При паралельному розташуванні електродів дуга може горіти не тільки на кінцях електродів, а й по всій її довжині, а швидше за все скотиться до струмопідвідних затискачів. Проблему вирішив заповненням простору між електродами ізолятором з каоліну, який поступово згорав разом з електродами. Щоб запалити лампу, між електродами нагорі помістили вугільну тоненьку перемичку, яка згоряла в момент включення і підпалювала дугу.

Електрод «+» згорав швидше. Нерівномірне згоряння електродів, пов’язаних з полярністю струму, вирішували просто – робили його товщим. Іншим рішенням цієї проблеми стало застосування змінного струму.
Конструкція дугової лампи складалася з двох вугільних стрижнів, які були розділені шаром ізоляції з каоліну і укріплені на підставці-свічнику. Електроди згорали рівномірно. Ця проста у виготовленні «електрична свічка» коштувала дешево.

У 1876 р. російський винахідник представив свій винахід на Лондонській виставці. Через рік француз Денейруз заснував Акціонерне товариство з вивчення електричного освітлення за методами Яблочкова. У створенні масового електричного освітлення Яблочков зіграв вирішальну роль. Лампи Яблочкова з’явилися в найбільш відвідуваних місцях Парижа, на площі Опери, на Авеню де ль’Опера. В магазині «Лувр» газове і рідинне тьмяне освітлення замінили матові кулі, що світилися м’яким світлом «La lumiere russe».

За два роки свічку Яблочкова поширили на Схід до палаців перського шаха і короля Камбоджі. На конструкцію лампочки і на системи живлення для неї у 1876-77рр. було отримано кілька французьких патентів. Виробництво поставили на промислову основу. Завод в Парижі за добу виробляв понад 8000 свічок і кілька десятків на місяць електричних генераторів. Свічку Яблочкова незабаром замінили більш дешевою і довговічною лампою розжарювання.

Вважають, що винахідником лампи розжарювання був Thomas Alva Edison. 21 грудня 1879 в газеті «New York Herald» опублікували статтю «Edison’s light» про нову лампу розжарювання з вугільною ниткою. 3000 чоловік 1 січня 1880 р. були присутні в Менло-Парку (США) на демонстрації електричного освітлення для будинків та вулиць. 27 січня того ж року було отримано патент США №223898 «Electric-Lamp».

Досліди з розжарюванням провідників електричним струмом проводилися вже на початку XIX століття англійським ученим Humphry Davy. Потім застосувати розжарювання провідників струмом з метою освітлення проводив в 1844 році інженер де-Молейн. Він розжарював платиновий дріт, який поміщав всередину скляної кулі. Ці експерименти не приносили бажаного результату. Платиновий дріт занадто швидко переплавлявся.

У 1845 році в Лондоні Кінг замінив платину вугільними паличками і отримав патент «Застосування розжарених металевих і вугільних провідників для освітлення».

У 1954 р., за чверть століття до лампочки Едісона, німецький годинникар Генріх Гебель представив у Нью-Йорку першу підходящу для практичного застосування лампу розжарювання з вугільними нитками. Термін горіння лампи Гебеля – близько 200 годин. Він застосував обвуглену бамбукову нитку товщиною 0,2 мм, вміщену в вакуум. Замість колби Гебель використовував флакони від одеколону, а пізніше скляні трубки. Шляхом заповнення і виливання ртуті він створював вакуум у скляній колбі. Цей метод застосовували при виготовленні барометрів.

Гебель цими лампами освітлював свій магазин годинників. На візку він роз’їжджав по Нью-Йорку і пропонував бажаючим подивитися в підзорну трубу на зірки. Коляску свою прикрашав лампочками. Таким чином, Гебель став першою людиною, хто використовував світло в цілях реклами. Через відсутність зв’язків і грошей емігрант з Німеччини не зміг отримати патент на лампу з вугільною ниткою. Про його винахід забули.

З 1872 р. О.М.Лодигін у Петербурзі проводив досліди по/з електричному освітленню. Перші лампи Лодигіна представляли собою герметично закриту скляну кулю, між масивними мідними стержнями якої була затиснута тонка паличка вугілля. В цьому ж році банкір Козлов в товаристві з Лодигіним засновують товариство для експлуатації винаходу. Академія наук присудила Лодигіну премію Ломоносова в 1000 рублів.

Лампи розжарювання Лодигіна в 1874 р. застосували для освітлення Адміралтейства в Петербурзі. У 1875 р. на чолі товариства став Кон. Під своїм ім’ям він випустив вдосконалену лампу з вугільною ниткою Лодигіна, спроектовану В. Ф. Дідріхсоном. У цій лампі вуглинки поміщали у вакуумі, а вугіллячко, що перегорає, автоматично замінювалося іншим. В 1875 р. протягом двох місяців трьома такими лампами освітлювали магазин білизни Флорана в Петербурзі. За пропозицією П. Струве при будові Олександрійського мосту через Неву ними освітлювали під водою кесони.

У 1875 р. вуглинки з дерева для лампи Дідріхсон почав виготовляти обвуглюючи дерев’яні циліндрики без доступу повітря в графітових тиглях, в які засипав вугільний порошок. Після смерті Кона у 1876 році товариство розпалося. Подальші удосконалення лампи були розроблені Н.П. Булигіним в 1876 р. Кінець довгої вуглинки лампи розжарювання Булигіна по мірі обгорання висувався автоматично. Конструкція цієї лампи була непростою, надтехнологічною у виготовленні, а тому і недешевою.

Наприкінці 70-х років того ж століття лейтенант флоту Росії А. Н. Хотинський, мандруючи до Північної Америки в службових цілях, узяв з собою кілька ламп розжарювання Лодигіна. На цей винахід вже було видано патент у Австрії, Бельгії, Великобританії, Росії та Франції. Офіцер показав лампи Лодигіна винахіднику Томасу Едісону, який тоді також вже працював над проблемою електричного освітлення.

Лампа Едісона також представляла собою скляну колбу з вугільною ниткою, повітря з якої викачане набагато ретельніше ніж в лампі Лодигіна. Заслуга Едісона полягає насамперед у тому, що він створив надсистему для цієї лампи і поставив її виробництво на промисловий потік, що призвело до суттєвого здешевлення собівартості. Для лампи Едісон придумав гвинтовий цоколь і патрон, винайшов вимикачі, перший лічильник енергії, запобіжники. Саме з лампочкою Едісона електричне освітлення прийшло в будинки простих людей і стало дійсно масовим.

Особливої уваги заслуговує підхід Едісона до знаходження матеріалу для нитки розжарювання шляхом перебору методом проб і помилок всіх доступних речовин, від звичайних швейних ниток, покритих вугіллям, до смоли і продуктів харчування. Він перебрав понад 6 000 речовин, що містять вуглець. Бамбук, з якого був зроблений футляр японського пальмового віяла, виявився кращим. На цю роботу винахідних витратив близько двох років.

В Англії в той же час над електричною лампочкою працював Sir Joseph Wilson Swan. В якості елемента розжарення Сван використовував обвуглену бавовняну нитку і з колби також викачував повітря. Sir Joseph Wilson Swan в 1878 р., приблизно за рік до Едісона, отримує Британський патент на свій винахід. Електричні лампи в англійських будинках починає встановлювати з 1879 р. А в 1881 році він організовує компанію «The Swan ElectricLight Company» і починає комерційне виробництво ламп. Пізніше Едісоном і Сван об’єднаються для комерційної експлуатації єдиної торгової марки «Edi-Swan».

Отже, у електричної лампи розжарювання було кілька винахідників. Майже всі вони мали патенти. Американський патент Едісона до закінчення терміну дії охоронних прав був визнаний судом недійсним. Суд визнав, що лампа розжарювання за кілька десятиліть до Едісона була винайдена Генріхом Гебелем.

У 1890 р. Лодигін в США запатентував лампу з ниткою з тугоплавких металів – вольфраму, молібдену, осмію, іридію, родію. Лампа Лодигіна з молібденовою ниткою мала шалений успіх і була виставлена на виставці в Парижі у 1900 р. В 1906 році американська компанія «General Electric», яка організована самим Томасом Едісоном, купила у Лодигіна цей патент. На цьому суперечка винахідників електролампи було закінчено.

Проте вдосконалення лампи розжарювання не закінчилося. З 1909 стали застосовувати лампи розжарювання із зигзагоподібною вольфрамовою ниткою. В 1912-13 роках з’явилися лампи, наповнені інертними газами (Ar, Kr) і азотом. І останнє удосконалення початку XX ст. – вольфрамову нитку почали виготовляти у вигляді спіралі, біспіралі (спіралі, навитої зі спіралі) і триспіралі. Електрична лампа розжарювання набула сучасного вигляду.

Прізвища Петрова, Шпаковського, Чиколева, Яблочкова, Едісона, Деві, Кінга, Гебеля, Лодигіна і Свана належать до когорти винахідників лампи розжарювання.

Але в Малому енциклопедичному словнику Брокгауза і Ефрона початку XX століття, можна прочитати: «Лампочки розжарювання представляють собою скляний ковпачок, з якого викачане повітря, і де поміщається вугільна або металева нитка, що розжарюється електричним струмом. Вугільну нитку видобувають обвуглюванням волокон бамбука (лампочка Едісона), шовку, бавовняного паперу (лампочка Свана). З кінця 1890-х рр. з’явилися нові лампочки розжарювання: замість вугільної нитки накалюванню піддається спресований стержень з вогнестійких речовин: окису магнію, торію, цирконію і ітрію (лампочка Нернста) або нитка з металевого осмію (лампочка Ауера) і танталу (лампочка Больтона і Фейерлейна)».

Ще на самому початку історії лампи розжарювання було відмічено, що вона має низький ККД, тобто дуже малий відсоток електричної енергії струму переходить в світлову. Тому пошуки тривали. Такими джерелами світла стали газорозрядні лампи-прилади, в яких електрична енергія перетворюється в оптичне випромінювання при проходженні електричного струму через гази та інші речовини (наприклад, ртуть).

Перші експерименти з газорозрядними лампами починалися практично одночасно з лампами розжарювання. В Англії у 1860 році з’явилися перші ртутні розрядні лампи, але до початку XX століття всі ці експерименти були нечисленними і залишалися тільки експериментами, без реального практичного застосування.

У першому десятилітті XX століття, в період масового впровадження електричного освітлення за допомогою ламп розжарювання, інтенсифікуються роботи над газорозрядними лампами, що призводить до низки винаходів і відкриттів. У 1901 році Peter Cooper Hewitt винаходить ртутну лампу низького тиску. У 1906 році винайдена ртутна лампа високого тиску. 1910 відкриття галогенного циклу. Неонова лампа була розроблена французьким фізиком Georges Claude в 1911 році і дуже швидко знайшла застосування в рекламних цілях.

У 20 40-ті роки роботи над газорозрядними лампами тривали в багатьох країнах, що призводило до вдосконалення вже відомих типів ламп і до відкриття нових. Було розроблено натрієву лампу низького тиску, люмінесцентну лампу і ксенонову лампу та інші. У 40-ві роки почалося масове застосування люмінесцентних ламп для освітлення. Пізніше були винайдені й інші типи електричних ламп: натрієві високого тиску, галогенні, компактні люмінесцентні, світлодіодні джерела світла та інші. Зараз у світі загальне число типів джерел світла налічується близько 2000.

Але вже відомі джерела світла продовжують удосконалюватися. 1983 створення компактних люмінесцентних ламп, які стали розміром зі звичайну лампу розжарювання. Для їх включення не потрібно спеціальної пускової апаратури, вони підключаються до стандартного патрона для ламп розжарювання, і при однаковій кількості вироблюваного світла ці лампи споживають у кілька разів менше електроенергії і служать у декілька разів довше. І, не дивлячись на їх поки ще більшу вартість, в останні роки такі енергозберігаючі лампочки знаходять все більше застосування, ніж традиційна лампа розжарювання.

Майже одночасно, дві американські фірми Technical Consumer Products (TCP) і O ZONELite випустили на ринок флуоресцентні енергозберігаючі лампочки з новими властивостями. Як стверджують їх виробники, лампи Fresh2 та O-ZONELite (обидві назви зареєстрованими торговими марками) крім освітлення приміщення також усувають неприємні запахи, очищають повітря, вбивають бактерії, віруси і грибки.

Секрет у тому, що ці лампочки покриті двоокисом титану (TiO2), при опроміненні флуоресцентним світлом виникає фотокаталітична реакція. В ході цієї реакції випускаються негативно заряджені частки електрони, а на їх місці залишаються позитивно заряджені «дірки». Завдяки появі комбінації плюсів і мінусів на поверхні лампочки, що містяться в повітрі молекули води, перетворюються на дуже сильні окислювачі радикали гідроокису (HO), через що ці лампочки і володіють такими незвичайними і чудовими властивостями.

Обидві газорозрядні флуоресцентні енергозберігаючі лампи Fresh2 і O-ZONELite мають спіралеподібну форму. Таку форму зробили для збільшення світловіддачі. Більш висока ціна, яка поки ще стримує поширення цих ламп, але вона компенсується 8-10 кратною тривалістю і 3-5 кратним ККД і при більш масовому виробництві ціна поступово буде знижуватися.

Найперспективнішим наразі видається напрямок, пов’язаний з використанням світлодіодних джерел світла, тому що вони мають ще більший ККД, ніж газорозрядні лампи.

Перші промислові світлодіоди з’явилися ще в 60-х роках XX століття. Невелика потужність світлодіодів не дозволяла їх використовувати для освітлення. Вони знайшли застосування в якості індикаторів в різних електронних пристроях (в мікрокалькуляторах, в годинниках та інших побутових і наукових приладах).

Насьогодні у сучасних світлодіодів найвищий відсоток перетворення електричної енергії в світлову, тому не можна було не спробувати використовувати світлодіоди в якості джерел світла. Спочатку вони знайшли застосування в ручних електричних ліхтариках. Це були ліхтарики невеликої потужності, проте були мініатюрними, що дозволяло їх використовувати навіть в якості брелоків.

Проблем у світлодіодних лампочок звичайно ще багато. Багато з них успішно вирішуються і успіхи вже в наявності, тим більше що зараз в цей напрямок вкладає гроші великий капітал і у продажу вже з’явилися енергозберігаючі світлодіодні лампи.

Залишити коментар