Лампа накаливания

Лампа накаливания – это электрический осветительный прибор, принцип действия которого основан на нагреве до высоких температур нити из тугоплавкого металла. Тепловой эффект тока известен достаточно давно. С течением времени он вызывает столь сильный нагрев, что нить начинает светиться. И хотя у нас в стране такие вещички носят имя Ильича, на самом деле даже продвинутые историки не могут однозначно дать ответ, кто же является изобретателем лампы накаливания.

Конструкция ламп накаливания

Перед тем, как окунуться с головой в историю создания ламп накаливания, изучим строение прибора:

  • Рабочей частью лампы накаливания является вольфрамовая нить. Удельное сопротивление этого металла в три раза выше, нежели у меди. Это не очень высокий показатель. Но вольфрам выбран в качестве разогреваемого тела за свою тугоплавкость, а сечение нити уменьшено до предела, чтобы повысить электрическое сопротивление. Температура, при которой металл растает, зашкаливает за 3000 градусов Цельсия.
  • Колба лампы накаливания из стекла и обычно содержит какой-нибудь инертный газ. Это позволяет уберечь спираль от сгорания без необходимости создавать вакуум (что привело бы к отрицательному давлению на колбу и понижению механической прочности всей конструкции).

    Лампочка накаливания

    Лампочка накаливания

  • Спираль лампы накаливания подпирается молибденовыми держателями и питается током от никелевых электродов. Материалы выбраны сообразно назначению. Молибден также весьма тугоплавкий, тогда как никель имеет температуру ликвидуса пониже, зато обладает низким коэффициентом теплового расширения. В результате место контакта со спиралью не претерпевает высоких механических деформаций, что положительно влияет на срок службы лампы накаливания.
  • Электроды посредством медных проводников соединяются с контактными площадками цоколя. Редко лампа накаливания снабжается собственным плавким предохранителем. Он также находится внутри цоколя.

История создания ламп накаливания

Не все знают, что спирали далеко не сразу стали изготавливать из вольфрама. До того применялись графит, бумага и даже бамбук. В общем и целом можно сказать, что очень много людей шло к созданию лампы накаливания.

К нашему большому сожалению, мы не можем привести здесь список из 22-х имён учёных, которых историки так или иначе относят к процессу развития этого изобретения. И не совсем правильно было бы приписывать все заслуги Эдисону. И сегодня, несмотря на все усилия, лампы накаливания далеки от совершенства. Превышение амплитуды питающего напряжения всего на 10% от номинала сокращает срок службы приборов в 4 раза. В то же время снижение этого параметра закономерно урезает отдачу светового потока: на 40% при том же относительном изменении характеристик питающей сети в меньшую сторону.

Что касается пионеров, то их дела обстояли гораздо хуже. Джозеф Сван (Joseph Swan), в частности, не мог добиться достаточной разрежённости воздуха в колбе лампы накала. Насосы (ртутные) того времени просто не позволяли сделать ничего подобного. И нить сгорала под действием сохранившегося внутри кислорода.

Вся суть ламп накала в доведении спирали до высокой степени нагрева, когда тело начинает светиться. Сложностей добавляло отсутствие в середине XIX века высокоомных сплавов – квота преобразования силы электрического тока в тепло сильно растёт с увеличением сопротивления проводящего материала.

Все усилия учёных мужей, таким образом, можно свести к следующим направлениям:

  1. Выбор материала нити. Критериями служили одновременно высокое сопротивление и устойчивость к горению. Так например, волокна бамбука, самого по себе являющегося изолятором, покрывали тонким слоем проводящего графита. За счёт весьма малой площади проводящего слоя угля сопротивление резко возрастало, что и приводило к нужным результатам.
  2. Однако древесная основа быстро воспламенялась. Поэтому вторым направлением можно считать попытки создать полный вакуум. Кислород был известен с конца XVIII века, и учёные мужи быстро доказали, что именно этот элемент участвует в горении. В 1781 году Генри Кавендиш определил состав воздуха, и к моменту начала работ над лампами накала было понятно, что земная атмосфера пагубно влияет на тела, нагретые до высокой температуры.
  3. Очень важно было передать все напряжение нити. В соответствии с этим шла работа над разъёмными и контактными частями цепи. Понятно, что тонкий слой угля имеет большое сопротивление, но как подвести туда электричество? Сейчас в это трудно поверить, но для достижения приемлемых результатов широко использовались такие ценные металлы, как платина, имеющие сравнительно высокую проводимость. Только таким образом удавалось избежать нагрева внешней цепи и контактов, в то время как нить накалялась в значительной степени.
  4. Отдельно можно отметить резьбовой цоколь Эдисона, используемый и поныне. Это очень удачная идея, лёгшая в основу быстро заменяемых лампочек накала. Прочие способы создания контакта, наподобие пайки, практически не годятся в этом случае. Не говоря о том, что такое соединение может распасться под действием высокой температуры.
Лампа Эдисона

Лампа Эдисона

Стеклодувы в XIX веке уже достигли определённых высот, поэтому с колбами особых проблем не возникало. Ещё Отто фон Герике при конструировании генератора статического электричества рекомендовал в сферическую колбу залить серы. А когда материал застынет, стекло следовало разбить. Так получался идеальный шар, который при трении собирал заряд на стальном стержне, проходящем через центр всей конструкции.

Читайте также:  Кабель СИП

Пионеры отрасли

Вы можете во многих источниках прочесть, что идея использовать электричество в целях освещения впервые была реализована сэром Гемфри Дэви. Вскоре после создания вольтова столба он уже вовсю экспериментировал с металлами. Выбрал именно платину за её высокую температуру плавления – все прочие материалы на воздухе быстро окислялись. То есть, попросту сгорали. Источник света даже в первом приближении не был ярким, но дал основу для сотен других наработок, показав, что именно нужно делать, чтобы получить конечный результат: осветить что-либо при помощи электричества.

Это произошло в 1802 году, в котором учёному исполнилось 24 года, а чуть позже, в 1806, Гемфри Дэви представил на суд общественности вполне работоспособный разрядный осветительный прибор, в конструкции которого ведущую роль занимали два угольных стрежня. Следует отнести короткую жизнь столь блистательного светила на небосводе науки, давшего миру представление о хлоре, йоде и ряде щелочных металлов, на постоянные эксперименты. Чего стоят, хотя бы, опыты по вдыханию угарного газа или работы с оксидом азота (мощным отравляющим веществом)? Мы отдали честь столь блистательным подвигам, но то же самое сократило жизнь учёного до 50-ти лет.

Осветительные приборы Дэви

Осветительные приборы Дэви

И то, что Гемфри забросил на целое десятилетие исследования осветительных приборов, можно списать на его вечную занятость – недаром и сегодня Дэви называют отцом электролиза – а также и насущными потребностями. Трагедия 1812-го года в Felling Colliery наложила глубокий отпечаток на сердца многих. Сэр Гемфри Дэви был одним из тех, кто занялся разработкой безопасного источника света для шахтёров. Понятно, что электричество для этих целей подходило мало по той простой причине, что не существовало мощных и надёжных источников энергии. И чтобы рудничный газ не взрывался время от времени, применялись самые разные меры, наподобие металлической сетки-диффузора, препятствующей распространению пламени.

Таким образом, сэр Гемфри Дэви сильно опередил своё время. Лет примерно на 70. И только в конце XIX века лавинообразно начали одна за другой появляться новые конструкции, призванные вырвать человечество из вечной тьмы, благодаря использованию электричества. Одним из первых Дэви отметил зависимость сопротивления материалов от температуры, что позволило несколько позже Георгу Ому получить свой знаменитый закон для участка цепи. А ещё через полвека это открытие было положено в основу создания Карлом Вильгельмом Сименсом первого электронного термометра.

6 октября 1835 года Джеймс Боумэн Линдсей продемонстрировал лампочку накала, окружённую стеклянной колбой для защиты от действия атмосферы. Как выразился сам изобретатель, можно было читать книгу в темноте на расстоянии полутора футов от подобного источника. Джеймс Боумэн, таким образом, по мнению общепризнанных источников является автором идеи защиты нити накала при помощи стеклянной колбы. Но так ли это?

Джеймс Боумен Линдсей

Джеймс Боумен Линдсей

Мы склонны утверждать, что именно в этом месте мировая история немного запуталась. На самом деле, первый эскиз подобного устройства датируется 1820-м годом. Но приписывается почему то Уорену де ла Ру. Которому в тот период было… 5 лет от роду. Кто-то заметил эту несуразицу и поменял дату… на 1840 год. Ну, не может же детсадовец сделать столь великое изобретение. Причём как-то забылось впопыхах про демонстрации Джеймса Боумэна. А все дело в том, что многие из исторических книг (если мы не ошибаемся, одна из них 1961 года авторства Льюиса) именно так и трактовали неведомо уже откуда взявшуюся картинку. Видимо, автор ошибся, потому что другой источник, 1986 года Джозефа Стоера, относит это изобретение на счёт Августа Артура де ла Рива (1801 года рождения). Что гораздо лучше соотносится с действительностью и демонстрацией Джеймса Боумэна пятнадцатью годами позже.

Читайте также:  Электрический потенциал

Это прошло незамеченным в русскоязычном домене, но в английских источниках проблема трактуется следующим образом: имена де ла Ру и де ла Рив явно перепутаны, причём относиться могут, как минимум, к четырём личностям. Физики Уорен де ла Ру и Август Артур де ла Рив уже упомянуты, причём первый в 1820 году ещё ходил в детсад, образно говоря. Кроме того фигурировать в истории могут отцы упомянутых мужей, а именно: Томас де ла Ру (1793 – 1866) и Чарльз Гаспар де ла Рив (1770 – 1834). Один неизвестный нам джентльмен (или леди) провёл целое исследование на своём сайте, где убедительно доказал, что ссылка на фамилию де ла Ру несостоятельна, и сослался на целую гору научной литературы начала XX и конца XIX века.

Наконец, тот же неизвестный потрудился просмотреть все патенты Уорена де ла Ру, а набралось их в сумме девять штук. И ни один не был никак связан с лампами накала описываемой конструкции. Но и Август Артур де ла Рив, начавший публикацию научных трудов в 1822 году, с трудом может быть заподозрен в изобретении стеклянном колбы. Хотя бывал и в Англии – родине лампочки накала – и исследовал, среди прочего, электричество. Все желающие могут написать автору статьи на англоязычном сайте по электронной почте ejcov@frognet.net. Как пишет он сам – с удовольствием примет к сведению любую информацию по данному вопросу.

Кто же изобрёл лампочку накала?

Достоверно известно, что в 1879 году Эдисон запатентовал (US Patent 223898) свою первую лампочку накала. И мы, потомки, точно знаем об этом событии. Что касается более ранних публикаций, то их авторство, напротив, вызывает сомнение. Мы до сих пор не уверены в том, кто именно подарил миру коллекторный двигатель, а сэр Гемфри Дэви отказался брать патент на изобретённый им безопасный фонарь для шахты, сделав таким образом своё изобретение общедоступным. Но иногда подобные прихоти, как мы видим, создают немалую путаницу. И теперь мы не можем точно сказать, кто именно первым придумал помещать нить накала в стеклянную колбу, обеспечив тем самым работоспособность всей конструкции, используемой и по сей день повсеместно. За коллекторный двигатель, кстати, тоже никто не получает отчислений с каждой произведённой единицы продукции.

Почему лампы накаливания выходят из моды

Лампа накаливания использует вторичный принцип производства света. В первую же очередь нагревается до высокой температуры нить. КПД таких устройств весьма мал, а это значит, что большая часть энергии расходуется впустую. Современные нормы диктуют стране беречь энергию. Вот почему в моде сейчас разрядные и светодиодные лампочки. Но это не значит, что так же будут забыты сэр Гемфри Дэви, де ла Ру, де ла Рив, Эдисон и многие, многие другие, приложившие руку к тому, чтобы вырвать человечество из тьмы.