Сегодня мы воспринимаем электрическое освещение как нечто само собой разумеющееся. Искусственные огни влияют на наш образ жизни, позволяя читать, заниматься делами и путешествовать в темное время суток. Но, конечно, так было не всегда — первые электрические лампы накаливания начали появляться только в XIX веке и существенно отличались от современных осветительных приборов. Но кто же стал тем изобретателем, который подарил миру первую лампочку? В ответах на этот вопрос чаще всего можно услышать имена таких выдающихся деятелей науки, как Александр Лодыгин, Павел Яблочков и Томас Эдисон. Сегодня мы погрузимся в историю создания ламп накаливания и постараемся разобраться, кто же все-таки придумал лампочку.
Лампа накаливания: что это такое?
Прежде чем перейти к истории, кратко рассмотрим, что представляет собой лампа накаливания. Основой ее конструкции является стеклянная колба, в которую заключена нить накаливания. Сегодня она чаще всего состоит из вольфрама, а в прошлые годы производители использовали и другие материалы. Как колба, так и нить конструктивно объединены с цоколем — крепежным элементом с токопроводящими контактами. При подаче тока нить моментально разогревается, до такой степени, что начинает светиться. Чтобы предотвратить окисление нити и ее преждевременное перегорание, колбу заполняют инертным газом, обычно аргоном.
Кто изобрел лампочку: краткий обзор истории
Возможности создания электрического осветительного прибора начали активно изучать с начала XIX века. Поводом к тому послужило изобретение гальванического элемента, который сконструировал итальянский физик Алессандро Вольта. Он представлял собой чередующиеся цинковые и медные пластины, обладающие разным электрическим зарядом. Пластины помещались в емкость с соленой водой, выполнявшей функцию электролита. Окислительные и восстановительные реакции приводили к выработке электричества. Подключенная к устройству с обоих концов медная проволока проводила ток, разогревалась и начинала светиться. Таким образом, гальваническую батарею Вольты можно считать первым прообразом лампы накаливания.
В 1835 году шотландский экспериментатор Джеймс Линдси организовал публичную демонстрацию работающей электрической лампочки, благодаря которой он мог в темноте «читать книгу на расстоянии полутора футов» (около 45 сантиметров). По словам современников, изобретение Линдси представляло собой стеклянную колбу, где функцию нити накаливания выполнял технический углерод, соединенный с платиновыми проводниками. Однако шотландец не стал развивать и патентовать свое изобретение, поэтому о нем сохранилось не так много достоверных данных.
Также кратко остановимся еще на двух прототипах ламп накаливания. В 1838 году бельгийский литограф Марселен Жобар разработал функционирующее устройство в виде вакуумной трубки с углеродной нитью, которое могло поддерживать слабое освещение в течение 30 минут. В 1840 году английский ученый Уоррен де ла Рю использовал для тех же целей платиновую нить. Прибор оказался более долговечным, однако из-за высокой стоимости благородного металла массовое производство так и не было начато.
Основные изобретатели лампочки
Один из первых патентов на изобретение лампы накаливания в 1860 году получил британский физик Джозеф Суон. Ему удалось разработать весьма эффективный и экономичный материал из карбонизированной (т.е. покрытой углеродом — прим. ред) бумаги. Однако у конструкции были свои минусы: колба достаточно быстро теряла герметичность, заполнялась воздухом, и нить накаливания моментально сгорала. Суон достиг успеха в экспериментах в 1881 году, однако к тому времени собственные практичные лампы накаливания миру представили два российских и один американский изобретатели: Александр Лодыгин, Павел Яблочков и Томас Эдисон. По удивительному совпадению, все они родились в 1847 году.
Изобретение лампочки в России: вклад Александра Лодыгина
Александр Лодыгин принадлежал к старинному знатному роду и, согласно семейной традиции, должен был связать свою жизнь с военной службой. Однако в 1870 году в 23-летнем возрасте он внезапно ушел в отставку и переехал в Петербург. Увлеченный идеей создания летательного аппарата с электрическим двигателем («электролета»), Лодыгин начал посещать лекции Санкт-Петербургского технологического института. Не имея достаточно знаний для практической реализации своего плана, молодой изобретатель сначала решил сосредоточиться на проблеме освещения кабины, которое, по его замыслу, также должно было быть электрическим.
Лодыгин имел представление о зарубежном опыте разработки ламп накаливания и проблемах, с которыми сталкивались изобретатели. Своей главной задачей он видел создание долговечной нити накаливания. Первоначальные опыты с проволокой из различных металлов не увенчались успехом. Тогда Лодыгин нашел информацию об опыте профессора Василия Петрова, который еще в 1802 году одновременно проводил ток по двум угольным стержням, между которыми возникала электрическая дуга — искрящийся разряд в непроводящей среде. Ученый собрал похожую конструкцию в заполненной воздухом колбе, однако стержни быстро сгорали, и при этом их светимость оказывалась ярче, нежели у самой дуги.
Несмотря на очередную неудачу, Лодыгин не стал отказываться от системы с двумя стержнями. Кроме того, он оценил перспективность использования заполненной газом колбы. В 1872 году он подал заявку на патент в России и нескольких европейских странах. В усовершенствованном устройстве угольные стержни сгорали последовательно, что увеличивало срок его службы до двух часов. В 1874 году Лодыгин не только получил патент, но и был удостоен Ломоносовской премии за изобретение лампы накаливания.
Лампы Александра Лодыгина в тестовом режиме использовали для освещения городских улиц, и люди были под впечатлением от их высокой яркости. Однако активное сопротивление производителей керосиновых фонарей и возрастающие риски политического преследования из-за дружбы с революционерами вынудили изобретателя переехать — сначала во Францию, а затем в США. Уже в эмиграции в 1893 году Лодыгин разработал нити накаливания из вольфрама, патент на которые позднее продал General Electric под руководством Томаса Эдисона.
Свеча Яблочкова: важный этап в истории освещения
Павел Яблочков с детства проявлял интерес к изобретательству. В 1858 году в возрасте 11 лет он поступил в Саратовскую гимназию, сразу во второй класс. Однако из-за тяжелого материального положения семьи позже был вынужден покинуть ее и поступить в Николаевское инженерное училище. Там он по-настоящему увлекся точными и естественными науками, в том числе темой электричества. В 1869 году он поступил на службу в Офицерскую электротехническую службу в Петербурге, где существенно улучшил свои технические познания и инженерные навыки.
Переехав в Москву, Яблочков узнал о публичных демонстрациях ламп накаливания Александра Лодыгина. Он также решил попробовать себя в этой области, но пошел другим путем и сконцентрировался на создании прибора с использованием электрической дуги (ранее от такой конструкции отказался Лодыгин). Изобретатель взял за основу прототип дуговой лампы, разработанный французским механиком Жаном Фуко. Это было сложное устройство, питающееся от громоздкой гальванической батареи и дающее тусклую электрическую дугу в течение нескольких минут. Кроме того, для поддержания стабильной дуги было необходимо постоянно подстраивать расстояние между электродами с помощью регулятора.
С 1874 по 1875 годы Яблочков буквально закрылся в своей лаборатории в попытках исправить существующие проблемы дуговой лампы. Как это часто бывает, решение пришло к изобретателю случайно. Параллельно расположенные угольные стержни, погруженные в электролитическую жидкость, всего на мгновение коснулись друг друга, но в этот момент вся лаборатория залилась ярким светом от электрической дуги. Но идею предстояло еще отточить на практике. Между тем из-за финансовых проблем Яблочков вынужден был покинуть Россию и переехать во Францию, в Париж. Именно здесь он окончательно довел до ума свое детище.
В конце 1875 года Павел Яблочков представил свое изобретение миру. Его лампа представляла собой конструкцию из двух параллельных углеродных стержней, изолированных друг от друга тонким слоем каолина — глинистого материала, который предотвращал преждевременное сгорание угля и обеспечивал дополнительную светимость при нагреве. На концах стержней располагалась соединяющая их плавкая проволока. При подаче тока проволока сгорала, и на ее месте образовывалась электрическая дуга. Угольные блоки сгорали примерно за два часа, после чего их нужно было менять. Из-за этой особенности лампа получила свое знаменитое название — «свеча Яблочкова».
Однако у ярких «свечей Яблочкова» был один недостаток — их нельзя было выключить и включить заново, так как электрического контакта между электродами после сгорания проволоки больше не было. Позже Яблочков устранил этот недостаток, начав подмешивать к изолирующей массе, разделявшей электроды, порошки металлов. При отключении тока на торце изолирующего бруска из каолина возникала тонкая полоска металла, которая при повторной подаче электричества играла роль проволоки.
«Свечи Яблочкова» широко использовали в Европе для освещения улиц и театральных фойе, в том числе, например, в 1880-х своим залитым светом залом по праву гордился знаменитый парижский мюзик-холл. Ресурса электродов хватало примерно на полтора часа горения, потом лампы приходилось менять. Нам, привыкшим к тому, что лампы в светильниках исправно горят месяцами, это представляется чем-то диким. Но людям XIX века, привыкшим менять свечи в подсвечниках, это казалось вполне естественным.
История создания лампы Эдисона
Во многих материалах по истории создания ламп пишут, что первым, кто ее изобрел, стал американский бизнесмен и инженер Томас Эдисон. Как мы смогли убедиться, это утверждение весьма далеко от истины, однако недооценивать заслуги этого изобретателя также ни в коем случае нельзя. Наличие предпринимательской жилки и одновременная тяга к экспериментам позволили ему вписать свое имя в историю развития электричества.
В 1878 году Эдисон открыл компанию Edison Electric Light Company (в будущем — General Electric). Он верил в коммерческий потенциал ламп накаливания, а потому стремился устранить два ключевых препятствия на пути к успеху: недолговечность и необходимость в высокой силе тока. Как и Джозеф Суон, он убедился в непрактичности карбонизированной бумаги и переключился на эксперименты с растительными нитями накаливания, покрытыми углеродом. Перепробовав множество трав и тростников, изобретатель остановился на варианте с бамбуковой нитью.
В 1879 году Эдисон обратился к канадским изобретателям Генри Вудворду и Мэтью Эвансу и выкупил у них патент на лампу накаливания с возможностью параллельного соединения в электрической цепи. В том же году он подал заявку на собственный патент. Новая лампа с нитью накаливания из бамбуково-угольного волокна служила порядка 40 часов, в десятки раз превосходя по этому показателю все предыдущие достижения изобретателей. Кроме того, команде Эдисона с помощью преобразователей удалось существенно снизить требования к силе тока, что обеспечивало лампочкам высокую экономичность. Превосходные технические характеристики и продуманная коммерческая политика привели к тому, что всего за пару лет лампы Эдисона распространились по всему миру, вытеснив абсолютное большинство других осветительных приборов.
Будущее технологии ламп накаливания
Будущее технологии ламп накаливания находится под большим вопросом. Во всем мире активно распространяются более энергоэффективные осветительные приборы: галогеновые и светодиодные лампы. Однако далеко не все ученые согласны с таким положением дел, и исследования возможностей ламп накаливания продолжаются. Например, в 2023 году группа китайских специалистов представила новую систему рециркуляции фотонов на основе светоотражающих элементов из наноматериалов. Прототип лампы накаливания нового типа в 1,5 раза превысил показатель энергоэффективности и оказался в 3 раза более долговечным по сравнению со светодиодными лампами.
Преимущества и недостатки ламп накаливания
Преимущества ламп накаливания:
- низкая цена;
- простая установка;
- теплый свет;
- высокий световой поток;
- возможность регулировки яркости реостатом.
Недостатки ламп накаливания:
- низкий КПД;
- высокое энергопотребление;
- короткий срок службы;
- хрупкость;
- пожароопасность.
Что нужно знать о принципе действия лампы накаливания?
Во время работы лампы накаливания всего около 5% электричества преобразуется в видимый свет. Порядка 90% энергии переводится в тепло, и еще несколько процентов излучается в виде инфракрасного света, который человеческий глаз не способен улавливать. При теплой погоде эта особенность ламп создает дополнительную нагрузку на системы охлаждения, еще больше увеличивая энергопотребление. Однако в холодном климате побочное тепло является скорее преимуществом и способствует более быстрому обогреву помещений.
Вопрос-ответ
Кто первым в мире придумал электрическую лампочку?
У электрической лампочки нет единственного общепризнанного изобретателя. Значительный вклад в создание лампочек внесли следующие специалисты:
- Джеймс Линдси — создал первый рабочий прототип лампы накаливания;
- Марселен Жобар — начал использовать вакуумную трубку и углеродную нить накаливания;
- Джозеф Суон — разработал экономичные варианты конструкции;
- Александр Лодыгин — начал заполнять стеклянную колбу газом и довел срок службы лампочки до двух часов;
- Павел Яблочков — представил первую в мире яркую дуговую лампу (свечу Яблочкова) со сменными угольными стержнями;
- Томас Эдисон — представил коммерчески успешный вариант лампы накаливания с возможностью параллельного соединения в сети и сроком службы до 40 часов.
Лампочка Ильича: что это?
В 1920 году в рамках знаменитого плана электрификации России (план ГОЭЛРО) в подмосковной деревне Кашино была открыта электростанция для обслуживания жителей сельской местности. Ее строительство инициировал лично Владимир Ильич Ленин, который приезжал и на открытие станции. Вскоре в советском речевом обиходе появилось выражение «лампочка Ильича». Считается, что после отъезда Ленина благодарные жители Кашина начали называть так невиданные ранее ими лампы накаливания, принесшие в деревенские избы электрический свет.
Изображение на обложке: Freepik
