Виды ламп и история их создания

В 1801 году английский физик сэр Хампфри Дэви показал, что нить из платины способна излучать свет. Правда, образец испарялся слишком быстро, не удавалось извлечь из процесса пользу. Сегодня поговорим о видах ламп и истории создания. Пробежимся по иностранным ресурсам. Надеемся, обзор про историю и разновидности ламп освещения получится интересным.

Лампочки накала

Первыми в истории стали лампы накала. До Томаса Альвы Эдисона изобретатели предпринимали попытки получить работающие приборы, идя по стопам сыра Хампфри Дэви, но успешными действия назвать оказывалось сложно. Сложность заключалась в мгновенном окислении материала нити накала атмосферным кислородом. Гораздо проще получалось с молниями. В 1809 году сэр Хампфри Дэви получил разряд между двумя стержнями из углерода. Подобный прототип разрядных ламп использовался ещё недавно, причём успешно. Изобретение, продемонстрированное в 1810 году Королевскому институту Великобритании, называлось – дуговая лампа.

Классическая лампочка

Классическая лампочка

Нечто похожее на электрический фонарь сделал Джеймс Боэмен Линдсэй в 1835 году. Он изучал иные решения, вдобавок осталось мало сведений о деятельности изобретателя, но зафиксированы его попытки читать книгу с большого расстояния. Линдсэй добивался результата, освещая книгу. Потом внимание светила науки устремилось на беспроводной телеграф, где точки и тире фиксировались длительностями свечения. Расстояние оказывалось потрясающее по тем временам, а скорость мгновенной.

Пятью годами позже преимущества электричества пришлись по душе британскому учёному Варрену де ля Ру, догадавшемуся поместить нить из платины в вакуумную колбу. Его изобретение основывалось на догадках, что высокая температура плавления платины означает: спираль не просто испаряется, а сгорает, окисляется. Следовательно, требуется изолировать нить от кислорода. Создавалась почти лампочка накала, если не считать отсутствия цоколя с резьбой. Коммерческий эффект от использования платины в качестве источника освещения явно не обещал стать заоблачным.

В 1841 году дизайн первых лампочек накала слегка изменился. В детище Фредерик де Молейна виделся гибрид между изобретениями сэры Хампфри Дэви: мелкая угольная крошка призывалась светиться между двумя электродами из платины, заключёнными в вакуумную колбу. Налицо попытки снизить стоимость устройства лампочек накала. Пока, наконец, в 1845 году гениальный американец Джон Веллингтон не догадался сделать нити полностью из углерода (что сегодня используется в карбоновых нагревателях). Изобретение не добавило учёному лет жизни, работы по созданию лам накала продолжил Роберт Нуди, демонстрирующий новинки, большинство сегодня доступны для обозрения в музее замка Блуа.

Варианты форм ламп накала

Варианты форм ламп накала

Наш соотечественник Александр Николаевич Лодыгин в 1872 году изобрёл лампочку накала и двумя годами позже взял на устройство патент. Быстро убедившись, что железо и угольные стержни мало дают в этом плане, русский изобретатель продолжал исследования. Судьба сложилась так, что Лодыгин покинул Россию, по причине преследования со стороны правительства движения революционеров. С 1883 года наравне с прочими направлениями занимался производством первых ламп накаливания во Франции. Работал над вещами из области строительства и техники. Лодыгину впервые пришла идея в качестве нити накала использовать тугоплавкие металлы (вольфрам, хром, титан), работающие и сегодня.

В результате патенты оказались перекуплены американской корпорацией Дженерал Электрик. А изобретатель лампочки накала вернулся в Россию с кипой чертежей и изобретений. Работал преподавателем, но после революции эмигрировал в США, где и умер. Между тем, мир не стоял на месте. Не стоит думать, что первая электрическая лампочка появилась на свет силами единственного учёного. Множество людей работали в указанном направлении. К примеру, с 1854 года над нитями из карбонизированного бамбука работал Хайнрих Гёбель. В качестве колбы для лампы накала использовалась бутылка с откачанным воздухом. Упомянутого человека считают изобретателем первого удобоваримого варианта светильника.

Кто в действительности изобрёл лампочку накала

Множество историков считают, что всерьёз плюсы и минусы ламп накала допустимо рассматривать, начиная с работ Джозефа Вилсона Свана. Английский физик в 1850 году начал работы над (!) бумажными нитями накала, покрытыми угольной пылью. К 1860-му году созрело первое дельное устройство, к недостаткам относятся:

  1. Высокие требования к качеству создания вакуума в колбе лампы накала.
  2. Малое время жизни прибора.
  3. Неэкономный расход энергии.
Свет от лампы накаливания

Свет от лампы накаливания

Обратите внимание, что среди недостатков ламп накала уже отсутствует высокая цена. К счастью, в середине 70-х появились новые улучшенные вакуумные насосы, что позволило Свану продолжать работы. В 1878 году учёный демонстрирует собственные наработки на лекциях в Ньюкасле, но берет патент на новое устройство лампочек накала лишь два года спустя – в 1880 году. Основным новшеством явилось полное удаление кислорода из колбы, нить нагревалась добела, не сгорая. Спираль проявляла низкое сопротивление, требовались чрезвычайно толстые медные провода для снабжения устройства энергией.

Выходит, Сван решил задачу обустройства освещения путём применения ламп накала. В конечном итоге, предложил в качестве основы для нити брать хлопок (вместо бумаги). Дом Свана в Лоу Фелл стал первым в мире освещённым при помощи электричества. Историки отмечают Джозефа за первопроходство в коммерческом выпуске лампочек накала, что обусловило дальнейший интерес к теме научных кругов и массовых слоёв общества. Савойский театр творчества в Вестминстере стал первым публичным заведением, где использовался электрический генератор (на 88 кВт) для иллюминации зала. Задействовали 1200 лампочек накала, изготовленных по конструкции, предложенной Сваном.

Как отмечали очевидцы, достоинством новой методики стало отсутствие необходимости сжигать газ. Перестал тратиться кислород, а тепла выделялось намного меньше. Вдобавок, наблюдатели заметили относительную пожаробезопасность устройств. Для демонстрации указанного качества лампочку накала разбили (прямо в люстре) во время представления, и 29 декабря 1881 года Таймс отметила описанный способ освещения более перспективным, нежели газовые рожки. Лампочки накала быстро завоевали популярность на военном флоте и в шахтах, где по понятным причинам использовать горение считалось невыгодным. Историки отмечают полную независимость исследований Свана от занятий Эдисона.

Эдисон со своим изобретением

Эдисон со своим изобретением

Параллельно взят канадский патент на лампочки накала Генри Вудвардом. Его изделия отличались особой формой колбы и заполнялись инертным азотом. Это сильно уменьшало требования к прочности стеклянной части лампочки накала. В коммерческое использование изобретения Генри Вудварда не вошли. Однако оказались замечены Эдисоном, который за 5000 долларов выкупил канадский патент. Чтобы найти деньги, Эдисон взял гранд, сообщив прессе, что уже изобрёл новые лампочки накала, а теперь попросту изыскивает средства на выпуск продукции.

Первая проба Эдисона на карбоновой нити длилась 13,5 часов. Уже к 1880 году изобретатель берет патент на лампочку накала и нитью из бамбука, способной работать в 100 раз дольше. Именно Эдисон понял, что нить нужно делать из тугоплавких металлов с высоким сопротивлением, чтобы уменьшить ток питания. Рабочее напряжение 110 В, рекомендованное Эдисоном, и сегодня используется в США. Патент США под номером 223898 описывал ряд форм создания нити, в конечном итоге применялся бамбук, покрытый угольной пылью. Приводим возможные варианты, согласно изложению Эдисона:

  • Хлопок.
  • Лен.
  • Бумага.
  • Древесные шплинты.

Интересно, зачем в качестве нити накала предлагалось использовать экзотические материалы. А электроды для подведения электричества применялись платиновые. По нынешним временам лампочка накала стоила бы целое состояние. Причина проста — сопротивление нити уже оказывалось малым, а металлы с высоким сопротивлением на тот момент не использовались в ходу. Новый патент (1883 года), с которым возникли сложности при согласовании, использовал в качестве спирали по-прежнему углерод. В конечном итоге, чтобы избежать конфликтов со Сваном, Эдисон предложил последнему создать компанию Эдисван для сбыта продукции на территории Великобритании.

Первая металлическая спираль для лампочек накала, изготавливаемая из осмия, запатентована австрийским учёным Карлом Ауэром фон Вельсбахом. Рабочая версия устройства вышла к 1898 году. В 1897 году светильник с керамическим глобаром представлен немецким химиком Волтером Нернстом. Эффективнее углердного в два раза, он оказался вытеснен с прилавков идущими вслед лампочками накала с металлической нитью. В ходе недолгих потуг друг за другом выданы рецепты крыть карбоновые нити слоем проводника, потом появился вольфрам, используемый и поныне, Отметим, исследования Эдисона легли в основу создания электронных ламп, благодаря которым ныне развивается вся наукоёмкая техника.

Газоразрядные лампы

В своё время лампы накаливания наполнялись соединениями брома или йода для предотвращения сгорания спирали. Газоразрядные основываются принципиально на других законах физики. Любопытно, что эффект свечения ртутного барометра замечен ещё в 1675 году французским астрономом Жаном Пикаром. Спустя 30 лет первый вариант газоразрядной лампы продемонстрирован Фрэнсисом Хоксби. Идея состояла в том, чтобы после вакуумирования в стеклянный шар, заряженный статическим электричеством, подать небольшое количество ртути. Света хватало для чтения.

Пока наш соотечественник Василий Петров описывал феномен электрической дуги, сэр Хампфри Дэви в 1802 году демонстрировал Королевскому институту угольные стержни. Дальнейшие исследования в области газоразрядных ламп низкого давления проводились Генрихом Гейслером, в 1857 году создавшим художественные источники света разных оттенков на базе газового наполнителя. Вакуум необходим для облегчения процесса ионизации. В качестве среды разряда использовались аргон, неон, пары ртути и воздух.

Яркими потомками ламп Гейслера стали электронные диоды, триоды и пр. В ходе опытов с газоразрядными лампами Иоганн Гитторф заметил, что движение носителей образуется в полном вакууме. Так родилось знание о катодных лучах, образованных электронами. Дальнейшее развитие источники получили в люминесцентных лампах дневного света, где пары ртути излучают в инфракрасном диапазоне, а видимый спектр получается за счёт накачки энергией люминофора.

Предысторию указанные виды электрических ламп берут сотни лет назад. Долгое время люди замечали, что отдельные горные породы в силу неизвестных причин мерцают. Впервые явление описано сэром Джорджем Стоуком на примере флюорита. Полярностью описанные разновидности лампочек обзавелись, имея прекрасные технические характеристики, к примеру, малое потребление энергии. А недостатки оставались очевидны до последнего времени: большие размеры, необходимость в наличии драйвера (источника питания).