Электрическая лампа

Идея электрического освещения, первого освещения без огня, возникла ещё в начале XIX в. Но из-за отсутствия источников электроэнергии широкое внедрение электроосвещения было невозможно, и города осветились газом. Первую электрическую лампу для серийного производства создал в 1879 г. американец Томас Эдисон. Он же основал фирму «Дженерал электрик», которая распространила электрическое освещение в мире.

Ослепительная дуга

Впервые электричество для освещения применил Б.С. Якоби в 1849 г.: работа его лампы основывалась на свечении электрической дуги, открытой В.В. Петровым в 1802 г. Дуговая лампа Якоби служила прожектором на башне петербургского Адмиралтейства. В 1876 г. русский изобретатель П.Н. Яблочков, работавший в Париже, усовершенствовал дуговую лампу, сделав её пригодной для массового производства. В 1877 г. «свечами Яблочкова» осветились некоторые улицы Парижа, Лондона и Берлина, а с 1878 г. Яблочков стал распространять электрическое освещение в России.

Дуговая лампа. Электрический разряд между двумя угольными стержнями (1) на открытом воздухе образовывал ярко светящую электрическую дугу (2). Угольные стержни быстро сгорали, а электрическая дуга нуждалась 1 в постоянном расстоянии между углями. В 1856 г. появились лампы с электромагнитными регуляторами (3), автоматически корректирующими это расстояние. Но лампы с регуляторами были очень дороги.

Нить, «одомашнившая» лампу

Дуговые лампы были слишком яркими и неэкономными для домашнего использования. Ещё в 1854 г. немецкий часовщик Г. Гёбель придумал экономичную и не слишком яркую электрическую лампу накаливания. Но его изобретение осталось без внимания. В 1874 г. независимо от него русский изобретатель А.Н. Лодыгин придумал свою лампу накаливания с тонким угольным стержнем в вакуумированной колбе. Подобную лампу с угольным волокном в качестве нити накаливания в 1878 г. предложил английский Дж. У. Свен (Суон).

Александр Николаевич Лодыгин

Лампа накаливания Лодыгина

Труды Эдисона

Созданием электрической лампы накаливания для серийного производства в 1876 г. занялся американский изобретатель и предприниматель Т. Эдисон. Вероятно, взяв за образец лампу Лодыгина, но не желая использовать его патент на угольный стержень, Эдисон и его помощники, перепробовав массу материалов, сделали нить накаливания из обугленного хлопкового волокна. Также в лаборатории Эдисона добились надёжного способа получения вакуума в стеклянной колбе, придумали винтовой цоколь для крепления лампы в патроне с контактом от источника тока и поворотный выключатель.

Томас Альва Эдисон

Созданные Эдисоном в 1879 г. лампы непрерывно светили по 40 часов. В 1880 г. ими осветили пароход «Колумбия», и Эдисон приступил к разработке системы подачи тока, чтобы вытеснить газовое освещение электрическим. Он совместил все детали этой системы: паровые генераторы на электростанции, провода, выключатели, розетки и лампы, и в 1882 г. на Перл-стрит в Нью-Йорке заработала первая электростанция, дающая ток на 5000 ламп Эдисона. Созданная Эдисоном компания «Дженерал электрик» занялась строительством электростанций и повсеместным внедрением электричества, а в 1887 г. Эдисон основал завод по производству ламп накаливания.

Лампа Эдисона. 1879 г.

Электротепло

Нити накаливания также используются в нагревательных приборах. Они вставляются в металлические трубки, во избежание короткого замыкания трубка и проводник изолируются друг от друга, например, керамическим порошком. Спираль через изолятор передаёт нагрев металлической трубке, которая раскаляется и отдаёт тепло. Трубчатые электронагреватели — ТЭНы — различных форм используются в нагревательных приборах, первые из которых появились ещё в XIX в.

Развитие идеи

Для своих ламп Эдисон приобретал патенты на самые передовые разработки. В 1880 г. он купил патент на использование в своих лампах угольного волокна Свена, более долговечного, но затеняющего стекло угольным налётом, а потом приобрёл у Лодыгина патент на его изобретение 1890-х гг. — использование в лампах нити из вольфрама, тугоплавкого металла с температурой плавления 3387 °С. Вольфрам — отличный проводник, раскаляющийся от прохождения тока до 3000 °С и дающий яркий свет. Для увеличения яркости длину вольфрамовой нити увеличили, свернув её в двойную спираль. Но срок жизни вольфрамовых ламп был недолог: вакуум в колбе лампы не давал металлу гореть, но не препятствовал его испарению — нить истончалась и рвалась. В 1910 г. американский химик И. Ленгмюр предложил заполнять колбы ламп газом аргоном. Газ препятствовал испарению вольфрама.

Современная лампа накаливания

Дуговые лампы сейчас работают в мощных прожекторах. Модификация дуговой лампы — люминесцентные лампы, в которых излучение создаётся дуговым разрядом в смеси газа и ртути. Так устроены некоторые современные энергосберегающие лампы.