когда и кто изобрел первую лампу в мире

Современный мир невозможно представить без электричества. А ведь сравнительно недавно, каких-то двести лет назад, о нем можно было только мечтать. Освещение домов в темное время суток было доступно лишь состоятельным людям: жизнь простых крестьян и горожан зависела от солнечного света. Изобретение лампочки положило конец этому неравенству. Привычный для нас прибор сконструировали далеко не сразу. Давайте вспомним, какой путь прошли изобретатели, чтобы в домах было всегда светло.

Светильники до появления электрического аналога.

Человек искал пути освещения в ночное время с тех самых пор, как стал “человеком разумным”. Если на экваторе световой день достаточно длинный, то в северных широтах зимой он составляет всего 6-7 часов. Человек — не медведь, он не может спать остальные 16-17 часов. Технология освещения жилищ во всем мире в доэлектрическую эпоху была одна:

огонь. Вначале это был просто костер в пещере. Затем, по мере цивилизации и усложнения жизненного уклада, стали появляться прообразы ламп. В огнестойкую емкость заливали подходящий состав и клали фитиль из ткани. В разных странах для этих целей использовали разные жидкости: жиры, растительные и минеральные масла, природный газ. Подобные лампы были пожароопасны и нещадно чадили. Да и свет от них был весьма тусклым.

В Средние века придумали свечи из пчелиного воска. Чадили они меньше. Использование большого количества свечей позволяло хорошо освещать помещения. Но пожароопасность никуда не ушла — необходимо было вовремя их гасить. Естественно, что использование большого количества свечей было доступно только богатым аристократам или мещанам. Простолюдинам по-прежнему оставалось довольствоваться  тусклым светом восковой свечки или керосиновой лампы.

Кто и когда первым в мире изобрел электрическую лампочку.

Все изменилось с изобретением электричества. Постепенно изобретатели нашли способ безопасно, ярко и дешево осветить дома всех людей.

В вопросе первенства изобретения лампочки, как и во многих других, отечественная и мировая точка зрения различаются. В России принято считать первооткрывателями Павла Николаевича Яблочкина и Александра Николаевича Лодыгина. Ученые придумали разные типы осветительных приборов. Яблочкин в 1875-1876 годах первым сконструировал дуговую лампу. Однако в дальнейшем ее признали неэффективной. Лодыгин же двумя годами ранее (1874 год) получил первый патент на лампу накаливания.

В мире же считается, что первая лампочка изобретена Томасом Эдисоном. Свой патент американский ученый получил в 1879 году, на пять лет позже Лодыгина. Эдисон после долгих экспериментов сконструировал прибор, горевший почти 40 часов — максимально возможный срок для того времени. Кроме этого, изобретатель добился удешевления производства, чтобы лампочку мог позволить себе каждый человек.

В вопросе первенства изобретения лампы нет однозначного ответа. Множество ученых в разных странах трудились над ней, но далеко не все патентовали свои открытия. Электрическую лампочку однозначно можно назвать коллективным детищем мирового научного сообщества.

История электрической лампочки: этапы открытия.

Рассмотрим историю создания осветительного прибора подробнее. Привычная лампа — это один из простых электротехнических приборов. Электротехника оформилась в отдельную науку почти сразу после открытия электричества во второй половине XVIII века. Историю лампочки стоит начать с изобретения химического источника тока — первого гальванического элемента. Его сконструировал итальянский ученый Алессандро Вольта в 1800 году. Почти сразу Санкт-Петербургская Академия закупила для опытов целую электрическую батарею, состоявшую из 420 пар гальванических элементов. Профессор Василий Петров несколько лет проводил с ней эксперименты. В результате в 1808 году он открыл электрическую дугу: разряд, возникающий между стержнями-электродами, разведенными на определенное расстояние. Петров предположил, что это свечение можно использовать для освещения. К такому же выводу через два года пришел английский ученый Гэмфри Деви. Электроды использовались, как металлические, так и угольные. Последние светили ярче, но быстро сгорали. Также необходимо было постоянно сдвигать электроды для поддержания необходимого расстояния. Ученым не удалось создать осветительный прибор, но их труды послужили основой для дальнейших исследований.

В 1838 году бельгийскому ученому Жобару удалось создать работающий прототип лампы с угольными электродами. Но они быстро сгорали, так как свечение проходило в воздушной среде.

В  1840 году член Петербургский Академии наук

Уоррен Деларю (англичанин по происхождению) сконструировал лампу с платиновой спиралью. Устройство работало довольно продолжительное время и успешно освещало помещение, но из-за дороговизны материалов дальше опытного образца производство не пошло.

В 1841 году ирландский ученый Фредерик де Моллейн получил первый на осветительный прибор. Устройство состояло из платиновой спирали, помещенной в вакуум.

В 1844 году американский патент получает Джон Старр. Его лампа работала на основе углеродной нити. В связи со смертью ученого исследования прекратились.

<>Спустя еще десять лет в 1854 году ученый из Германии Генрих Гебель разработал первый прототип современной лампы: в качестве электродов использовались обугленные палочки бамбука, помещенный в колбу с откачанным воздухом. Ученому удалось создать прибор, которым он освещал собственный магазин. К сожалению, Гебель не смог получить патент на свое устройство. 

В 1860 году физик-англичанин Джозеф Уилсон Суон представил свой вариант осветительного прибора. Его патентованная лампа работала в вакууме с угольным волокном. Из-за сложностей поддержания нужного разрежения технология не получила дальнейшего распространения.

Наконец, в 1874 году российский инженер Александр Лодыгин изобретает и получает патент на нитевую лампу. В качестве элемента накаливания он выбирает угольный стержень. Нить накала помещалась в герметичный стеклянный сосуд с откачанным воздухом. Такое решение сразу повысило срок службы лампы до 30 минут и позволило использовать ее вне лабораторных стен. Через год ученый Василий Федорович Дидрихсон внес важные улучшения в конструкцию Лодыгина: поместил несколько нитей накаливания в одно устройство. При перегорании одного угольного стержня следующий начинал работать автоматически.

Электротехник Павел Яблочков в 1875-1876 годах совершил открытие, которое привело к изобретению дуговых ламп. Ученый изучал свойства каолина (белой глины) и увидел, что при определенных условиях он светится на открытом воздухе. Конструкция «свечи Яблочкова», как их тогда называли, проста. Она состояла из двух параллельных угольных стержней, покрытых каолином. Стержни стояли на подставке типа подсвечника. Электроды связывала тоненькая угольная перемычка. Она сгорала в момент включения лампы, разогревая каолин, который и светился в дальнейшем. Мировая общественность проявила к изобретению Яблочкова огромный интерес. Практически сразу же его лампы стали применять для освещения улиц Парижа, а потом и других столиц. К сожалению, срок службы «свечи Яблочкова» был невелик, и постепенно их заменили лампы накаливания.

Тем временем Джозеф Уилсон Свон продолжал свои труды и в 1878 году

запатентовал новую конструкцию лампы с угольным волокном, помещенным в разреженную кислородную атмосферу.

Американский изобретатель Томас Эдисон не остался в стороне от проблемы создания лампы. Путем изучения мирового опыта и собственных многолетних экспериментов в 1879 году ученый патентует свою лампу. Вначале Эдисон использовал платиновую спираль, но затем вернулся к угольному волокну. И в 1880 году он создает лампу со сроком службы целых 40 часов. Устройство работало в герметичном корпусе с откачанным воздухом. Электроды изготавливались по специальной технологии из обугленных бамбуковых волокон. Лампа светила ярко и не мигала. Однако производство было слишком дорогим. Для удешевления Эдисон заменяет бамбук хлопковыми нитями. Попутно ученый изобретает выключатель, цоколь и патрон для лампочек. Винтовая конструкция последних позволяла быстро и безопасно заменить осветительный прибор.

В конце 80-х годов XIX века Лодыгин эмигрировал в США, где продолжил свои научные труды. В 1890-х годах он придумал использовать тугоплавкие металлы в качестве нити накала для лампочек. В результате экспериментов Лодыгин остановился на нитях из вольфрама и молибдена, закрученных в спираль. Также он проводил эксперименты  с газонаполнением ламп. В частности Лодыгиным была изготовлено  устройство с угольной нитью в атмосфере азота. В дальнейшем в 1906 году ученый продает идею использования вольфрамовой нити компании Эдисона. Сам Лодыгин сосредоточился на электрохимическом получении тугоплавких металлов. Данный метод отличался высокой стоимостью. Из-за этого вольфрамовые нити применялись редко, пока в 1910 году Уильям Кулидж не удешевляет их производство. С этого момента вольфрамовые спирали вытесняют все другие варианты нитей накаливания.

Годом ранее решилась проблема быстрого испарения нити в вакууме: в 1909 году американский ученый Ирвинг Ленгмюр начал заполнять колбу лампы накаливания инертными газами. Чаще всего использовался аргон. Все это привело к существенному повышению времени работы лампы накаливания.

За прошедшие сто с лишним лет их конструкция принципиально не изменилась: герметичная стеклянная колба, заполненная аргоном и вольфрамовая спираль. Несмотря на появление новых осветительных приборов (светодиодных, люминесцентных и других), лампа накаливания не сдает своих позиций и широко используется во всем мире. Тем приятнее осознавать, что к изобретению столь популярного осветительного прибора приложили руку (и голову) многие российские ученые.

---

 

Об авторе: Vamfaza « Предыдущая запись Следующая запись »

Легендарная лампа накаливания

Научно доказано, что свет, который излучает лампа накаливания считается самыми приближенными к дневному солнечному свету,  и является самым безопасными и благоприятными для зрения человека. Многие десятилетия лампа накаливания приятно соседствует с человечеством, дарит тепло и уют нашим домам.

Принцип ее  действия основан на преобразовании электрической энергии, подводимой к её нити, в энергию видимых излучений воздействующих на органы зрения человека и создающих у него ощущение света близкого к белому, дневному.

Лампа накаливания состоит из двух основных компонентов, грушевидной стеклянной прозрачной колбы и цоколя.

Стеклянная колба.

Цоколь.

 Внутри колбы имеется стеклянная трубка, по которой поднимаются два контактных провода. Эти провода, с помощью пайки соединены с вольфрамовой нитью и предназначены для подвода к ней фазы и нуля.

Под воздействием электрического тока, нить мгновенно нагревается до очень высокой температуры 2600-2700 градусов Цельсия и вызывает привычное нам свечение.

Нить лампы изготавливается из специального металла под названием вольфрам. Данный метал имеет самую высокую в мире температуру плавления 3000 градусов Цельсия, но при этом является очень пластичным. Именно за эти качества его широко применяют при изготовлении ламп освещения,  а так же в качестве нагревательных элементов при изготовлении тепловых вентиляторов и различных обогревателей.

Цоколь лампы состоит из двух контактов, один из которых является винтовой резьбой лампы.

На него, по правилам, положено подавать ноль, так как при вворачивании лампочки в патрон имеется вероятность случайного прикосновения пальцами рук винтовой резьбы. В случае подачи на резьбу цоколя фазы, существенно возрастает вероятность случайного поражения электрическим током. При подсоединении проводов к патрону ноль и фазу довольно часто меняют местами, по незнанию, либо случайно.

Второй контакт предназначен для фазы и расположен в центре цоколя.

Средний срок службы ламп накаливания общего назначения составляет 1000-1200 часов (в зависимости от условий работы). Факторами преждевременного выхода из строя  лампы накаливания могут быть: частое включение и выключение лампы, температура окружающей среды, дополнительный нагрев лампы (например, при конструктивном исполнении люстры с плафоном, которым наглухо закрывается лампа накаливания). При продолжительной работе нить под воздействием высокой температуры испаряется, тем самым, уменьшаясь в диаметре и затем перегорает. Чем выше температура нагрева нити накала, тем больше света излучает лампа, но от этого срок службы лампы уменьшается.

Лампы накаливания бывают также и газонаполненными, и вакуумными. У газонаполненных колба заполнена инертным газом (смесью азота, аргоном или ксеноном). У вакуумных ламп накаливания, из внутреннего объёма колбы удалён воздух. Газонаполненные лампы, при нормальных условиях, имеют светоотдачу большую, чем вакуумные, так как находящийся в колбе под давлением газ препятствует испарению нити накала, что позволяет повысить её рабочую температуру. Недостатком газонаполненных ламп является некоторая дополнительная потеря в них тепла нити накала через конвекцию газа, заполняющего внутренний объём колбы. В целях снижения тепловых потерь газонаполненные лампы заполняют металлотеплопроводниковыми газами, так же изменяют конструкцию нити накала для снижения тепловых потерь. Нити накала ламп выполняют в виде плотной винтообразной (миноспирали) или двойной спирали (биспирали).

Основной недостаток ламп накаливания низкая светоотдача, всего 2-4% энергии превращается в световые излучения, а остальная переходит в тепло излучаемое лампой.

КАК УСТРОЕНА СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЛАМПА

ОТ ЛУЧИНЫ ДО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Электрическая лампочка знакома всем. Но хорошо ли вы знаете её устройство?

Внешний вид современной газонаполненной лампы накаливания приведён на рисунке 21. Основные части этой лампы: стеклянный баллон, цоколь и ножка с вольфрамовой нитью.

Рис. 21. Внешний вид современной газонаполненной лампы.

Стеклянный баллон служит внешней оболочкой элек­трической лампочки; в нём помещается ножка с нитью накала. Баллон заполнен инертным газом. При помоши цоколя электрическая лампочка укрепляется в патроне осветительной сети. Через цоколь электрический ток по­ступает к вольфрамовой нити.

Баллоны у разных ламп различны по форме (ом. рис. 22). Все они имеют обычно довольно тонкие стенки, за исключением некоторых специальных ламп, например ламп для освещения под водой.

Рис. 22. Различные лампы накаливания.

Если вы внимательно посмотрите на баллон электри­ческой лампы накаливания, то заметите на нём несколько цифр, например такие: 220 V, 40 у, П-49. Что это значит?

Первая цифра 220 V говорит о том, что лампочка предна­значена для работы при напряжении электрического тока в 220 вольт. Такое напряжение в сети электрического тока существует обычно в сельских местностях. В городах на­пряжение в сети чаще всего 127 вольт. Для такого тока выпускаются другие лампочки. Если в сеть напряжением 127 вольт включить лампу, рассчитанную на напряжение 220 вольт, она будет светить очень тускло, даст мало света. Наоборот, если мы включим в сеть 220 вольт лампу, рассчитанную на 127 вольт, она сразу же перегорит.

Вторая цифра на баллоне 40 w означает, что электри­ческая мощность, потребляемая лампой, равна 40 ваттам.

Две последние цифры — П-49 — указывают дату из­готовления лампочки — февраль 1949 года.

Ножка для вольфрамовой нити накаливания у обыч­ной осветительной лампочки состоит из стеклянной па­лочки (см. рис. 21), тарелочки, стеклянной трубочки и двух металлических проволочек-проводников, соединённых с вольфрамовой спиральной нитью. Все части ножки скре­плены друг с другом лопаточкой — так называют верх­нюю сплющенную часть тарелочки.

Нижняя часть тарелочки соединена с баллоном — она герметически закрывает его узкое горло. Стеклянная па­лочка, соединённая с лопаточкой, 6 своей верхней части имеет металлические держатели для вольфрамовой нити. Это — тонкие упругие проволочки с петлеобразными крюч­ками на концах. Концы спирали накаливания соединены с металлическими проволочками ножки. Эти проволочки соединяют нить накаливания через цоколь с источником электрического тока. Одна из них припаивается к метал­лическому стаканчику цоколя, а другая — к металличе­скому кружку цоколя (см. рис. 21), отделённому от ста­канчика стекловидным изоляционным слоем. Когда элек­трическая лампочка вставляется в патрон, один из проводов осветительной сети соединяется с металлическим стаканчиком цоколя, а другой — с его металлическим кружком. Так при включении лампы электрический ток проходит через вольфрамовую спираль, спираль сильно разогревается и излучает свет.

Для закрепления лампочки в патроне металлический стаканчик цоколя обычно имеет винтовую нарезку. Но бывают цоколи и другого устройства. На рисунке 23 по­казан, например, цоколь со штыковым затвором. Лампа

С таким цоколем вставляется в особый патрон (с вырезами для штифтов и пружиной) и поворачивается. При этом штифты цоколя прижимаются к вырезам патрона пружи­ной и лампа крепко удерживается в патроне. Лампы с таким цоколем применяют там, где осветительные устрой­ства подвергаются постоянной тряске. Таковы, например, автомобильные лампы.

Небольшая стеклянная трубочка, входящая в состав ножки, необходима при изготовлении электролампы. Она предназначена для выкачивания воздуха из баллона и для заполнения его газом. На рисунке 21 ясно видно небольшое отверстие, через которое производятся эти операции. Когда лампа заполнена газом, трубочку запаивают.

Производство электрических ламп — одно из самых автоматизированных про­изводств. Почти все операции произво­дятся здесь при помощи машин-автоматов.

Интересно изготовление тонких вольф­рамовых нитей. На завод поступает вольф­рамовая проволока диаметром обычно Рис. 23. Цоколь около одного миллиметра. Из неё необхо — со штыковым димо получить нить толщиной всего в затвором. 20—30 микронов[44]). Для этого разогретая проволока протягивается через особые, так называемые волочильные машины. Каждая такая машина имеет отверстие — глазок (фильер), через кото­рый и протягивается разогретая проволока. Проходя через всё меньшие глазки, проволока становится всё тоньше и тоньше. Для того чтобы получить тончайшую вольфрамо­вую нить диаметром 20—30 микронов, проволоку толщи­ной в один миллиметр пропускают более чем через 40 глазков.

Вольфрам — очень твёрдый металл. Поэтому глазки волочильных (машин, применяющихся на электроламповых заводах, сделаны из алмаза или заменяющих его сверх­твёрдых материалов.

Наша электроламповая промышленность выпускает теперь многие миллионы самых разнообразных ламп на­каливания. Помимо всем известных ламп, которые мы видим на каждом шагу, есть и необычные, редкие элек­
трические лампы. Таковы, например, лампы-гиганты, при­меняемые для специальных целей, например для морских маяков. Самая большая из таких ламп имеет высоту бо­лее метра; мощность её 50 тысяч ватт. Существуют и лампы-карлики. Самая маленькая из таких ламп исполь­зуется в медицине — для освещения внутренних органов человека при операциях и обследованиях. По своим раз­мерам она меньше горошины!

Нить накала этой лампочки-малютки трудно увидеть — настолько она тонка.

М Иллионы электричских огней горят в городах и кол­хозах нашей Родины. С каждым годом жизнь совет­ских людей становится ярче, лучше, богаче. Непрерывный рост производства тесно связан с электрификацией страны, с …

Сейчас, когда лампы нового, холодного света начинают всё больше входить в нашу жизнь, у многих возникает вопрос: а чем лучше эти новые лампы, не вредны ли они для глаз? Такое …

Н А возможность создания светильников холодного света указывал ещё великий русский учёный М. В, Ломоносов. «Надо подумать,— писал он,— о безвредном свете гниющих деревьев и светящихся червей. Затем нужно написать, …

Как повысить срок жизни ретро лампочки накаливания?

Итак, как же сберечь свои вложения в теплый ламповый ретро свет? 

Вообще ретро лампочки работают дольше, чем обычные лампочки накаливания, и мы сейчас поясним почему. С другой стороны, они как правило дороже, так что для них важно увеличить время жизни максимально. 

Бум! (c) неизвестен

Сначала общие соображения, которые относятся в основном к физическому состоянию самой лампочки.

1) Чем лучше, качественнее и дороже лампочки, тем дольше они работают. Датские работают дольше китайских, швейцарские дольше датских. У дорогих лампочек аккуратнее намотана нить, меньше натянута, сама нить более качественная, в ней меньше неоднородностей (смотри дальше). В общем, такие лампочки лучше. Соответственно и работают, даже по номинальному сроку, в 2-2,5 раза дольше.

2) Рисунок нити накаливания. Если для Вас рисунок, создаваемый нитью накаливания, принципиального значения не имеет, выбирайте не squirrel cage, а спираль или комок. Потому что в таких рисунках больше поддерживающих нить ножек, меньше провисаний и нить дольше живет.

3) Транспортировка. ретро лампочки Эдисона надо возить в вертикальном положении и как можно меньше трясти. Лучше проедут — дольше проработают.

4) Поменьше циклов включения-выключения. Пиковые напряжения бывают именно при включении, так что лучше не щелкать выключателем постоянно.

Теперь о технической стороне дела.

Сразу ответ: используйте диммер!

А теперь объяснения.

Время службы лампочки зависит, в основном, от двух факторов. Во-первых, от испарения материала нити накаливания во время работы – нить накаляется, металл испаряется. Во-вторых, и в большей степени, от возникающих в нити неоднородностей. Рассмотрим оба фактора.

По поводу температуры и испарения материала нити ламп накаливания.

В лампах накаливания почти вся подаваемая в лампу энергия превращается в излучение. Потери за счёт теплопроводности и конвекции малы. Человеческий глаз, однако, видит только узкий диапазон длин волн этого излучения — диапазон видимого излучения. Основная мощность потока излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне и воспринимается в виде тепла. В обычной лампочке накаливания, при температуре нити в 2700 K (обычная лампа на 60 Вт) световой КПД составляет около 5 %, и имеет срок службы примерно 1000 часов.

Долговечность и яркость в зависимости от рабочего напряжения.

С возрастанием температуры КПД лампы накаливания возрастает, но при этом существенно снижается её долговечность. При температуре нити 3400 K срок службы всего лишь несколько часов. Как показано на рисунке сверху, при увеличении напряжения на 20 %, яркость возрастает в два раза. Одновременно с этим срок службы уменьшается на 95 %. Соответственно, уменьшение напряжения питания хотя и понижает КПД, но зато увеличивает долговечность.

Именно этот эффект мы и наблюдаем в ретро лампочках, в которых температура нити накаливания значительно ниже. Стандартно называемое время наработки на отказ для таких лампочек составляет от 2000 часов, что в 2 раза больше.

По поводу неоднородностей в нити накаливания.

Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что, в свою очередь, ведёт к ещё большему нагреву участка нити и интенсивному испарению материала в таких местах, таким образом, получается дополнительное утоньшение участков нити. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, лампа выходит из строя.

Наибольший износ нити накала происходит при резкой подаче напряжения на лампу, поэтому значительно увеличить срок её службы можно используя разного рода устройства плавного запуска. При включении лампы пусковой ток превышает номинальный в 10—15 раз, именно поэтому лампы перегорают обычно в момент включения. Для защиты питающей сети от бросков тока, возникающих в момент перегорания нити лампы при включении, многие лампы, например, бытовые, снабжаются встроенным плавким предохранителем — один из проводников, соединяющих цоколь лампы с выводом из стеклянного баллона делают тоньше другого, что легко увидеть, рассмотрев лампу, и именно он является плавким предохранителем. Так бытовая лампа мощностью 60 Вт в момент включения потребляет свыше 700 Вт, а 100-ваттная — более киловатта. По мере прогрева нити лампы её сопротивление возрастает, а мощность падает до номинальной.

Для снижения пускового тока широко используются автоматические или ручные диммеры. Это оказывает самый благотворный эффект на долговечность работы лампочек.

Может это и не ретро лампочка, но все равно красиво.

Резюмируем:

Долговечность лампы зависит от температуры нити накаливания в рабочем режиме и от ее (нити) равномерности. Для ретро лампочек проблемы с температурой значительно менее выражены, чем для обычных, по сути, проблемы нет; а проблемы с неравномерностью нити накаливания проще всего уменьшить с помощью использования диммера.

Кроме того, долговечность лампы зависит от общей аккуратности. Покупайте качественное; перевозите аккуратно; включайте нечасто.

Интересный лайфхак: Перегоревшую лампу, колба которой сохранила целостность, а нить разрушилась лишь в одном месте, можно починить путём встряхиваний и поворотов, таких, чтобы концы нити вновь соединились. При прохождении тока концы нити могут сплавиться и лампа продолжит работу. При этом однако может выйти из строя (расплавиться/обломиться) предохранитель, входящий в состав лампы. Не знаем, сработает ли это с ретро лампочками, т.к. как мы уже говорили, температура накала нити у них ниже.