Меню

Ученый изобретатель электрического освещения



Успехи электрического освещения и заслуги П. Н. Яблочкова (статья из журнала «Наука и жизнь» № 39 за 1890 год)

Конечно, все читатели знают имя П. Н. Яблочкова, изобретателя электрической свечи. С каждым днём всё более выдвигается на очередь вопрос об электрическом освещении городов и больших зданий, и в этом деле имя Яблочкова занимает одно из выдающихся мест среди электротехников. Помещая в этом номере журнала его портрет, скажем несколько слов о жизни русского изобретателя, сущности и значении его изобретения.

Павел Николаевич Яблочков родился в 1847 году и первоначальное образование получил в Саратовской гимназии. По окончании в ней курса он поступил в Николаевское инженерное училище, где окончил с чином подпоручика, и затем был зачислен в один из батальонов Киевской сапёрной бригады. Вскоре он был сделан начальником телеграфа на Московско-Курской железной дороге и здесь-то основательно изучил все тонкости электротехники, что и дало ему возможность сделать изобретение, наделавшее столько шума, — электрическую свечу.

Чтобы уяснить значение этого изобретения, скажем несколько слов о системах электрического освещения.

Все приборы для электрического освещения можно разделить на две главные группы: 1) приборы, основанные на принципе вольтовой дуги, и 2) лампы с накаливанием.

Чтобы произвести свет накаливанием, электрический ток пропускают через весьма дурные проводники, которые поэтому сильно накаливаются и издают свет. Лампы с накаливанием можно разделить на два отдела: а) накаливание производится при доступе воздуха (лампы Ренье и Вердемана); б) накаливание производится в пустоте. В лампах Ренье и Вердемана ток идёт через цилиндрический уголёк; так как при доступе воздуха уголь быстро сгорает, то эти лампы весьма неудобны и нигде не применяются. Теперь употребляются исключительно лампы с накаливанием в пустоте, устройство коих, в общем, очень просто. Концы проволок соединяются посредством угольной нити и вставляются в стеклянную колбочку или пузырёк, из коего воздух выкачивается с помощью ртутного насоса почти до совершенной пустоты. Здесь достигается та выгода, что угольная нить (обыкновенно очень тонкая) хотя и накаливается весьма сильно, но может служить до 1200 и более часов, почти не сгорая, вследствие отсутствия воздуха. Все системы ламп с накаливанием в пустоте отличаются одна от другой лишь способом обработки угольной нити и формой, которую придают нитям. В лампе Эдисона нити получаются из обугленных волокон бамбукового дерева, сами же нити сгибаются в виде буквы U. В лампе Свана нити готовятся из хлопчатой бумаги и загибаются петлёй в полтора оборота. В лампе Максима нити делаются из обугленного бристольского картона и сгибаются в виде буквы М. Жерар готовит нити из прессованного кокса и сгибает их под углом. Крюто осаждает уголь на тонкую платиновую нить и т.д.

Лампы с вольтовой дугой основаны на всем известном из физики явлении вольтовой дуги, которое Гумфри Дэви впервые наблюдал ещё в 1813 году. Пропуская через два угля ток от 2000 цинкомедных пар, он получил между концами углей огненный язык дугообразной формы, которому и дал название вольтовой дуги. Для её получения необходимо сначала сблизить концы углей до соприкосновения, так как иначе дуги не будет, какова бы ни была сила тока; угли удаляются друг от друга лишь тогда, когда концы их накалятся. Это первое и весьма важное неудобство вольтовой дуги. Ещё более важное неудобство возникает при дальнейшем горении. Если ток постоянный, то тот уголь, который соединён с положительным полюсом, расходуется вдвое более, чем другой уголь, соединённый с отрицательным полюсом. Кроме того, на конце положительного угля образуется углубление (называемое кратером), а отрицательный сохраняет острую форму. При вертикальном расположении углей положительный уголь всегда ставят вверху, чтобы пользоваться лучами, отражёнными от вогнутой поверхности кратера (иначе лучи, идя вверх, пропадали бы). При переменном токе оба угля сохраняют острую форму и сгорают одинаково, но зато здесь нет отражения от верхнего угля, а потому этот способ менее выгоден.

Отсюда ясно видны недостатки систем с вольтовой дугой. Перед зажиганием таких ламп необходимо сблизить концы углей, а затем во всё время горения переставлять концы углей, по мере их сгорания. Словом, чуть не к каждой лампе требовалось приставить по человеку для наблюдения за горением. Ясно, что такая система совершенно непригодна для освещения, например, целых городов и даже больших зданий. Для уничтожения этих неудобств множество изобретателей занялись придумыванием механических регуляторов, так чтоб угли сами собой сближались по мере сгорания, не требуя надзора человека. Было придумано много весьма остроумных регуляторов (Серрена, Жаспара, Сименса, Грамма, Бреша, Уэстона, Канса и т.д.), но все они не много помогали делу. Во-первых, они были чрезвычайно сложны и хитроумны, во-вторых, всё-таки мало достигали цели и были очень дороги.

В то время как все придумывали лишь разные тонкости в регуляторах, г. Яблочкову пришла в голову гениальная мысль, в то же время настолько простая, что просто удивительно, как это раньше никто не напал на неё. Насколько просто открывался ларчик, видно из следующей схемы:

а_______б в_______г д_______е ж_______з

аб—вг — старая система вольтовой дуги; электрический ток шёл через а и г, дуга была между б и в; задача изобретателей была в том, чтобы регулировать расстояние между б и в, которое менялось соответственно силе тока, качеству и размерам углей аб и вг, и т.д. Очевидно, что задача была хитрая и сложная, где не обойтись без тысячи винтов и т.д.

Правая половина схемы представляет гениальное решение задачи, сделанное Яблочковым. Он расположил угли параллельно; ток входит через концы д и ж. Угли де и жз разъединены слоем непроводника; следовательно, вольтова дуга получается между концами е и з. Очевидно, что если межуточный слой из горючего материала (непроводящего электричество) и если ток переменный, то концы е и з будут сгорать равномерно, пока все угольные пластинки де и жз не догорят до конца. Не нужно никаких регуляторов, никаких приспособлений — ларчик открывался более чем просто! Но ведь главная примета всякого гениального изобретения именно в том и состоит, что оно очень просто…

Читайте также:  Освещение салона сузуки свифт

Как и следовало ожидать, в России отнеслись к изобретению Яблочкова недоверчиво, и он должен был ехать за границу. Первый опыт в больших размерах был сделан 15 июня 1877 года в Лондоне, во дворе West-India-
Docks. Опыты удались блестяще, и вскоре имя Яблочкова облетело всю Европу. В настоящее же время множество зданий в Париже, Лондоне и т.д. освещаются по системе Яблочкова. В настоящее время в Петербурге существует крупное «Товарищество электрического освещения и изготовления электрических машин и аппаратов в России» под фирмой П. Н. Яблочков-изобретатель и Ко (между прочим, товарищество берётся за устройство передвижения лодок и вагонов посредством аккумуляторов; адрес правления: С.-Петербург, Обводной канал, № 80). В настоящее время г. Яблочков сделал многие усовершенствования своей системы, и его свечи ныне таковы.

Диаметр углей — 4 миллиметра; изолирующее (межуточное) вещество носит название коломбин. Первоначально коломбин изготовлялся из каолина (фарфоровой глины), а ныне его заменили смесью равных частей сернокислой извести и сернокислого барита, которая весьма легко отливается в формы, а при температуре вольтовой дуги превращается в пары.

Выше уже было сказано, что при зажигании концы углей надо соединить. У Яблочкова концы углей в свече разъединены коломбином, и, следовательно, предстояло решить задачу относительно соединения их. Он решил её очень просто: концы свечей обмакиваются в угольное тесто, которое быстро сгорает и зажигает свечу, которая продолжает гореть уже при посредстве коломбина.

Само собой разумеется, что для свечей Яблочкова требуется переменный ток, чтобы оба угля горели равномерно.

Одним из важных недостатков системы Яблочкова было то, что свечи было необходимо часто менять, когда они сгорали. Теперь и этот недостаток устранён — устройством подсвечников на несколько свечей. Лишь только догорает первая свеча, загорается вторая, затем третья и т.д. Для освещения Лувра (в Париже) г. Кларио придумал к системе Яблочкова особый автоматический коммутатор.

Свечи Яблочкова превосходны при освещении мастерских, верфей, магазинов, железнодорожных станций и т.д. В Париже, кроме Лувра, по системе Яблочкова освещаются магазины «du Printemps», Континентальная гостиница, Ипподром, мастерские Фарко, Гуэна, завод в Иври и т.д. В Москве по этой же системе освещаются площадь у храма Христа Спасителя и Каменный мост, многие фабрики и заводы и т.д.

В заключение нельзя ещё раз не припомнить истории этого изобретения без чувства крайней горечи. Как это ни прискорбно, но в России нет места русским изобретателям, пока они не получат заграничного клейма. Изобретатель остроумнейшего способа электрической спайки металлов, г.Бенардос, долго и безуспешно толкался в двери русских капиталистов, пока не добился успеха в Париже. Яблочков и поныне «прозябал бы в неизвестности», если бы не побывал в Лондоне и Париже. Даже Бабаев получил клеймо годности в Америке…

Русский свет Павла Яблочкова

Нет пророка в своём отечестве. Эти слова как нельзя лучше резюмируют жизнь изобретателя Павла Яблочкова. По уровню научно-технического прогресса Россия второй половины XIX века в некоторых областях заметно отставала от ведущих европейских стран и США. Поэтому соотечественникам было легче поверить, что всё гениальное и передовое приходит издалека, нежели рождается в умах учёных, работающих рядом с ними.

Когда Яблочков изобрёл дуговую лампу, он первым делом хотел найти ей применение в России. Но никто из русских промышленников не воспринял изобретение всерьёз, и Яблочков отправился в Париж. Там он усовершенствовал конструкцию при поддержке местного инвестора, и успех пришёл почти сразу.

После марта 1876 года, когда Яблочков получил патент на свою лампу, «свечи Яблочкова» стали появляться на главных улицах европейских столиц. Пресса Старого Света возносит нашего изобретателя. «Россия — родина электричества», «Вы должны видеть свечу Яблочкова» — такими заголовками пестрят европейские газеты того времени. La lumiere russe («русский свет» — так лампы Яблочкова называли французы) стремительно распространялся по городам Европы и Америки.

Вот он — успех в современном понимании. Павел Яблочков становится знаменитым и богатым человеком. Но люди того поколения мыслили иначе — и далеко не понятиями житейского успеха. Заграничная слава была не тем, к чему стремился русский изобретатель. Поэтому после завершения Русско-турецкой войны он совершил неожиданный для нашего современного восприятия поступок. Выкупил у французской компании, которая инвестировала его работы, за один миллион франков (!) право применять своё изобретение в родной стране и отправился в Россию. К слову, колоссальная сумма в миллион франков — это и было всё состояние, накопленное Яблочковым за счёт популярности его изобретения.

Яблочков думал, что после европейского успеха его будет ждать тёплый приём и на родине. Но он ошибся. К изобретению Яблочкова теперь относились, конечно, с бóльшим интересом, чем до его отъезда за границу, но промышленники и на этот раз были не готовы по достоинству оценить свечу Яблочкова.

К моменту публикации материала о Яблочкове в дореволюционной «Науке и жизни» la lumiere russe начал тускнеть. В России дуговые лампы так и не получили широкого распространения. В передовых странах у них появился серьёзный конкурент — лампа накаливания.

Читайте также:  Наземные встраиваемые светильники для уличного освещения

Разработка ламп накаливания велась с начала XIX века. Одним из основоположников этого направления был англичанин Деларю, который ещё в 1809 году получал свет, пропуская ток через платиновую спираль. Позже наш соотечественник — отставной офицер Александр Лодыгин — создал лампу накаливания с несколькими угольными стержнями — при сгорании одного автоматически включался другой. Путём постоянной доработки Лодыгину удалось поднять ресурс своих ламп с получаса до нескольких сотен часов. Именно он одним из первых стал откачивать воздух из баллона лампы. Талантливый изобретатель Лодыгин был неважным предпринимателем, поэтому в истории электрического освещения ему принадлежит довольно скромная роль, хотя сделал он, несомненно, очень много.

Самым же известным персонажем в истории электричества стал Томас Алва Эдисон. И следует признать, что слава к американскому изобретателю пришла заслуженно. После того как в 1879 году Эдисон начал заниматься разработкой лампы накаливания, он провёл тысячи экспериментов, израсходовав на исследовательскую работу более 100 тысяч долларов — фантастическая сумма по тем временам. Инвестиции оправдались: Эдисон создал первую в мире лампу накаливания с продолжительным сроком работы (около 1000 часов), подходящую для серийного производства. При этом Эдисон подошёл к делу системно: помимо самой лампы накаливания он разработал в подробностях системы электрического освещения и централизованного электроснабжения.

Что же касается Яблочкова, то в последние годы жизни он вёл довольно скромную жизнь: пресса о нём забыла, не обращались к нему и предприниматели. На смену грандиозным проектам обустройства мировых столиц пришла более скромная работа по созданию системы электроосвещения в Саратове — городе, где прошла его юность и где он жил теперь. Здесь Яблочков и умер в 1894 году — безвестным и небогатым.

Долгое время считалось, что дуговые лампы Яблочкова — тупиковая ветвь в области эволюции искусственного освещения. Однако в какой-то момент яркость дуговых ламп оценили автомобильные компании. Свеча Яблочкова возродилась на новом технологическом уровне — в виде газоразрядных ламп. Ксеноновые лампы, которые устанавливаются в фары современных автомобилей, — это в некотором роде сильно усовершенствованная свеча Яблочкова.

ПОЧЕМУ ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ ПОБЕДИЛА?

Дуговые лампы — предшественники ламп накаливания — светили очень ярко, но обладали малым электрическим сопротивлением. Это требовало большой силы тока и весьма постоянного режима напряжения. Поэтому изначально каждую дуговую лампу снабжали электричеством от отдельного источника: параллельное соединение нескольких ламп считалось невозможным, так как выключение или расстройство одной лампы выводило из строя остальные. Кроме того, для питания нескольких десятков параллельно включённых ламп требовались подводящие провода неимоверной толщины.

Одним из первых эту проблему решил Яблочков. Он заменил постоянный ток на переменный и ввёл в цепь конденсаторы и трансформаторы. Когда свою долговечную лампу накаливания в качестве конкурента дуговой лампе предложил Лодыгин, Яблочков не принял её за серьёзного соперника. Но лампа Эдисона уже была воспринята иначе. Если первые угольные лампы накаливания имели сопротивление 1—4 Ом, то Эдисон увеличил этот показатель в несколько десятков раз. Так была решена проблема дробления электрического света.

Источник

Ученый изобретатель электрического освещения

Система электрического освещения впервые по-настоящему стала потребителем электрической энергии в массовом масштабе. С момента изобретения и начала массового применения систем электрического освещения человечество стало нуждаться в больших объемах электрической энергии. Ведь до сих пор электрическая лампочка — это самое распространённое электротехническое устройство. Как же развивалась история электрического освещения? Приятно осознавать, что начало этому положили русские исследователи XIX века.

Электрическая дуга В.В. Петрова

Осенью 1802 года В.В.Петров, профессор физики, первый в мире электрохимик и электротехник, проводил опыты при помощи построенной им батареи гальванических элементов. Во время исследования сопротивления угля он взял два угольных стержня, соединив их разными зарядами. Один взял с положительным плюсом, а другой с положительным минусом батареи. Затем приблизил угли один к другому. Сблизившись, концы углей разогрелись так, что начали светиться. Немного отодвинув их друг от друга, учёный увидел яркое изогнутое пламя. Так была открыта электрическая дуга. Оказалось, что сведенные на определённом расстоянии угольные стержни-электроды дают яркий разряд в форме электрической дуги. Так появились первые осветительные приборы на электрическом токе.

Русские учёные В.Чиколев и А.Шпаковский также проводили исследования в этом направлении .

Но, к сожалению, открытие Петрова было забыто. Учёные-иностранцы, служившие тогда в русской Академии наук, не способствовали продвижению изучения данного явления. Дело ещё и в том, что труды свои он писал на русском языке. Будь они на латыни, их бы знал весь мир. А через 8 лет, в 1810 году, учёный из Англии Генфри Дэви получил снова электрическую дугу, и его признали первооткрывателем. Он назвал её «вольтовой» дугой.

«Свеча Яблочкова»

Продолжил работу над созданием электрического светильника П.Н.Яблочков. Однажды, поработав с дуговым фонарём , молодой инженер понял, что его сложно регулировать. При таком фонаре постоянно должен находиться механик, чтобы поддерживать неустойчивое напряжение. Угольные лампы не были практичными.

Тогда Яблочков поставил перед собой такую задачу: построить лампу, которую не надо регулировать. И, представьте, это ему удалось! Мало того, задачу регулировки углей в дуговой лампе он решил гениально просто, поставив угольные стержни не друг против друга, а параллельно. При этом разделил их прослойкой тугоплавкого вещества, что не проводит ток. Казалось, всё просто, но это был настоящий прорыв в науке. Именно 70-е годы XIX века считают по-настоящему началом электрического освещения.

Весь мир узнал об этом изобретении, получившем название «Электрическая свеча Яблочкова» . В 1876 году в Лондоне русский изобретатель демонстрировал необыкновенную электрическую свечу. По форме она была похожа на обычную стеариновую, но горела ярчайшим светом. Дешёвая и простая, с ярким ровным светом «свеча Яблочкова» завоевала мир. В 1880 году «русский свет» использовался во многих городах мира, а также в Москве, Петербурге, Полтаве, Нижнем Новгороде.

Читайте также:  Металлические опоры освещения завод

В дальнейшем совершенствуя своё изобретение П.Н.Яблочков использовал не постоянный, а переменный ток. Он стал первым человеком, применившим практически переменный ток в электротехнике.

Лампа Лодыгина

Работа по развитию электрического освещения продолжалась. Уже было известно, что, проходя по проводнику, ток нагревает его. Именно это свойство электрического тока использовали изобретатели новых электрических ламп. Это были лампы накаливания.

Русский электротехник А.Н.Лодыгин первым создаёт удобную конструкцию электрической лампы. Она выглядела так: две медные проволочки, которые соединены с источником тока, впаяны в небольшой стеклянный шар. Между ними закреплён тонкий угольный стерженёк. Он раскалялся и светился ярко благодаря большому сопротивлению току, когда тот пропускался через медные проволочки. Чтобы стерженёк быстро не сгорал из стеклянного шара откачивался воздух. Интересно то, что изначально Лодыгин, воплощая мечту детства, работал над геликоптером. Решая проблему, как освещать его ночью, изобретатель увлёкся созданием лампы накаливания. Геликоптера не получилось, но зато работа по лампе накаливания оказалась успешной. Академия наук присудила А.Н.Лодыгину почётную награду — Ломоносовскую премию. Это вдохновило учёного на новые исследования. Он показал, что такие лампы можно применять в разных условиях: на фонарях в шахтах, в сигнальных железнодорожных фонарях, на подводных лодках. Так, фонарь Лодыгина был применён, когда строили подводные части моста через Неву.

В 1890 году учёный выступил с предложением изготовлять лампы накаливания с металлическими нитями, при этом используя тугоплавкие металлы (вольфрам, осмий, молибден, палладий, иридий). В 1900 году на Всемирной выставке демонстрировались лампы накаливания Лодыгина с металлической нитью. После 1910 года нашли практическое применение лампы с вольфрамовой нитью, когда был открыт способ протяжки таких нитей.

Изготавливая лампы, следили, чтобы воздух был полностью удалён из баллона лампы . Для этого его заполняли газом, который не действовал на раскалённую нить (аргоном или азотом).

Лампа Томаса Эдисона

Лампочки Лодыгина служили мало, быстро сгорали. Необходимо было проделать множество опытов, чтобы получить прочную нить накаливания. Но денег у русского ученого не было. И тут появляется Томас Эдисон, знаменитый американский изобретатель. К нему попала лапочка Лодыгина от одного русского офицера, который привез её в Америку. Эдисону сразу стало понятно, что изобретение Лодыгина — самый лучший способ освещения. Он взялся совершенствовать лампу Лодыгина. В отличие от русских изобретателей Эдисон был хорошим коммерсантом, видел выгоду в разработке идеи. Кроме того, у него было много денег и помощников. Набравшись терпения, он с помощниками провёл более 6000 опытов для того, чтобы найти прочный материал для угольных нитей. Используя достижения в области электрического освещения, он увеличил разрежение в баллоне, применил в качестве нити накаливания бамбуковые обугленные волокна. Позже бамбуковое волокно было заменено вольфрамовой нитью (это усовершенствование уже в лампу Эдисона внёс тот же Лодыгин). С тех пор во всём мире для электрических ламп нити делаются из вольфрама (его температура плавления по шкале Цельсия 3380 градусов.

Томас Эдисон создал патрон к лампе, выключатель. Кстати, этими приспособлениями мы пользуемся до сих пор. Он решил проблему дробления энергии, построил генератор (динамо-машину). Благодаря этому стало возможным питать электрическим током несколько независимых друг от друга лампочек. Также он изобрёл счётчик электроэнергии. Это позволяло у каждого потребителя на дому определять количество используемой энергии.

Это далеко не все изобретения Томаса Эдисона, которые позволили широко использовать электрическое освещение. Эдисона не случайно называют отцом современного электрического освещения.

Лампы дневного света

Развитие электрического освещения продолжалось. Используя уже накопленные знания, учёные совершенствовали лампочки для освещения. Так появились лампы дневного света. Они дают свет не нагреваясь. Сначала были цветные газосветные лампы. Для обычного освещения они не подходили, но для световых реклам оказались удобными. В стеклянную трубочку с двух сторон вставлялись металлические пластинки, электроды, а к ним подводился ток. Цвет свечения зависел от газа, которым наполнялась трубка. Например, неон давал красный цвет, а аргон — синий. В трубке мог светится не газ, а пары металла. Пары натрия давали жёлтый цвет, а ртути — фиолетовый.

Можно по цвету световой рекламы определить, чем заполнены трубки .

Затем появились лампы с ультрафиолетовыми лучами. Советский учёный С.И.Вавилов в своей лаборатории изобрёл светящийся порошок. Этим порошком полупрозрачной, тонкой плёнкой изнутри покрываются стенки стеклянной трубки с электродами. Плёнка начинает светится под воздействием тока. В этом свете намного больше ультрафиолетовых лучей, чем у лампочек накаливания, хотя желтых лучей меньше. Поэтому её свет считается ближе к дневному. И ещё, лампы дневного света имеют преимущество, они потребляют меньше тока, а это значит, что освещение стоит дешевле.

Наша современность

Электрическое освещение продолжает совершенствоваться. На смену лампе накаливания Лодыгина приходят другие, современные лампы. Сегодня для освещения жилых помещений и других объектов используются галогенные лампы накаливания, энергосберегающие флуоресцентные лампы .
Лампочки прогрессируют, появляются новинки. Учёные продолжают работу. Например, китайцы заменили вольфрамовую нить углеродными нанотрубками. Исследования показывают, что нанолампочка в чём-то лучше. У «стеклянных осветителей» появляются неожиданные возможности. Это и устранение неприятных запахов, и способность к борьбе с грибками, бактериями. Отдельные разработчики говорят о лампочке, которая освежает воздух. Электрическое освещение продолжает развиваться. Это бесспорно!

Источник