Kdo skutečně vynalezl žárovku

Odpovědi na tuto zdánlivě jednoduchou otázku lze slyšet jinak. Američané budou nepochybně trvat na tom, že to byl Edison. Britové řeknou, že toto je jejich krajan Svan. Francouzi si mohou připomenout „ruské světlo“ vynálezce Yablochkova, který v roce 1877 začal osvětlovat pařížské ulice a náměstí. Někdo bude volat jiného ruského vynálezce - Lodygina. Asi budou další odpovědi. Takže kdo má pravdu? Ano, možná to je všechno. Historie žárovky představuje celou řadu objevů a vynálezů různých lidí v různých časech.

Než přistoupím k chronologii vynálezu žárovky, rád bych poznamenal, co máme na mysli pod pojmem „žárovka“. Především jde o světelný zdroj, zařízení, zařízení, ve kterém dochází k přeměně elektrické energie na světlo. Metody převodu se však mohou lišit. Ve století XIX bylo známo několik těchto metod. Proto se již tehdy objevilo několik typů elektrických lamp: oblouk, žárovka a výboj plynu. Elektrická lampa je technický systém, tj. součet jednotlivých prvků nezbytných k plnění hlavní užitečné funkce - osvětlení.

Historie vzniku a vývoje elektrické lampy je neoddělitelná od dějin elektrotechniky, která začíná objevem elektrického proudu v 18. století. Později, v 19. století, se po celém světě přehnala vlna objevů souvisejících s elektřinou. Řetězová reakce začala, jak to bylo, když jeden objev otevřel cestu pro další. Elektrotechnika z oboru fyziky vynikla jako samostatná věda, na jejímž vývoji se podílela celá galaxie vědců a vynálezců: Francouz Andre-Marie Ampere (Francouz Andrej Marie Ampere), Němci Georg Om (Němec Georg Simon Ohm) a Heinrich Rudolf Hertz), Britové Michael Faraday (Michael Faraday) a James Maxwell (James Maxwell) a další.

Úžasné 19. století, které položilo základy vědecké a technologické revoluce, která tímto způsobem změnila svět, začalo vynálezem galvanický článek - zdroj chemického proudu (voltaický sloupec). S tímto nesmírně důležitým vynálezem oslavil italský vědec A. Volta nový rok 1800. A už v roce 1801 se profesorovi Petrohradské lékařské a chirurgické akademie, Vasilij Petrov, podařilo přesvědčit své nadřízené, aby si pro svou fyzickou skříňku koupili tehdy výkonnou elektrickou baterii, sestávající ze 4 200 párů galvanických článků. Při provádění experimentů s touto baterií Petrov v roce 1802 objevil elektrický oblouk - jasný výboj, který vzniká mezi uhlíkovými tyčemi a elektrodami, přivedl do určité vzdálenosti. Navrhl použít pro osvětlení oblouk.

Při praktické realizaci této myšlenky se však objevilo mnoho obtíží. Pokusy ukázaly, že oblouk hoří jasně a stabilně pouze v určité vzdálenosti mezi elektrodami. A během hoření oblouku uhlíkové elektrody postupně shoří, čímž se zvětšuje mezera v oblouku. Pro udržování konstantní vzdálenosti mezi elektrodami byl vyžadován regulační mechanismus.

Vynálezci navrhli různá řešení. Všichni však měli tu nevýhodu, že nebylo možné zapnout několik lamp v jednom okruhu. Pro každou lampu jsem musel použít svůj vlastní zdroj energie. Tento problém byl vyřešen v roce 1856 vynálezcem A. I. Shpakovským, čímž se vytvořila osvětlovací instalace s jedenácti obloukovými lampami vybavenými původními regulátory. Tato instalace osvětlila Rudé náměstí v Moskvě během korunovace Alexandra II.

V roce 1869 další ruský vynálezce V.I. Chikolev aplikoval diferenciální regulátor na obloukovou lampu a použil jej ve výkonných mořských světlometech. Podobné regulátory se stále používají ve velkých instalacích světlometů.Bohužel, všechny regulátory hoření obloukem byly nespolehlivé a drahé.

Rozhodující roli při přechodu z experimentů na elektřinu na hromadné elektrické osvětlení hrál ruský elektrotechnik Pavel Nikolayevič Yablochkov [1]. Yablochkov začal svou práci v Rusku, když v roce 1875 uspořádal v Petrohradě workshop fyzických zařízení. Ve stejném roce přišel s myšlenkou vytvořit jednoduchou a spolehlivou obloukovou lampu. Avšak finanční kolaps podniku donutil Yablochkov odejít v roce 1876 do Paříže, kde pokračoval v práci na obloukové lampě u slavného výrobce hodinek a přesného nástroje Breguet.

Problém byl stejný - potřeboval jsem regulátor. Nápad přišel jako vždy nečekaně. Případ pomohl. Když Yablochkov přemýšlel o tomto problému, šel si dát sousto do malé pařížské kavárny. Přišel číšník. Yablochkov, stále přemýšlel o svém, mechanicky sledoval, jak pokládal misku, odložil lžíci, vidličku, nůž ... A najednou ... Yablochkov prudce vstal ze stolu a šel ke dveřím. Spěchal do své dílny. Řešení nalezeno! Jednoduché a spolehlivé! Přišlo k němu, jakmile se podíval na příbory ležící blízko sebe, paralelně k sobě.

Ano, takto by měly být do lampy umístěny uhlíkové elektrody - ne vodorovně, jako u všech předchozích návrhů, ale paralelně (!). Pak oba shoří úplně stejně a vzdálenost mezi nimi bude vždy konstantní. A nejsou zapotřebí žádné komplikované regulátory [2].

Pařížský číšník ani netušil, že se stal spoluautorem vynálezu. Ale kdo ví, že kdyby před nožem Yablochkovem nedal tak pečlivě nůž a lžíci, vynálezce by na vynálezce možná nepromítl. Je pravda, že „tip“ číšníka našel úrodnou půdu. Koneckonců, Yablochkov hledal své řešení i u stolu v kavárně a čekal na objednávku. Mimochodem, je to skvělý příklad použití asociativního myšlení při řešení složitého technického problému. Na druhé straně, tento případ je příkladem řešení technického problému, když ideálním zařízením (v tomto případě regulátorem) je to, co tam vlastně není, ale funkce jsou vykonávány.

Samozřejmě to byl jen nápad a ne úplné řešení problému - vytvoření levné a spolehlivé lampy. Dosažení tohoto cíle vyžadovalo hodně práce. Zaprvé, s paralelním uspořádáním elektrod, může oblouk hořet nejen na koncích elektrod, ale také po celé své délce, a nejspíše se bude klouzat k jejich základně - k proudovým svorkám. Tento problém byl vyřešen vyplněním prostoru mezi elektrodami izolátorem, který postupně spolu s elektrodami hořel.

Složení tohoto izolátoru musí být stále vybráno, což bylo provedeno za použití jílu (kaolin). Jak zapálit lampu? Nahoře mezi elektrodami byl umístěn tenký uhlíkový můstek, který v okamžiku zapnutí hořel a zapálil oblouk. Stále přetrvával problém nerovnoměrného spalování elektrod spojeného s polaritou proudu. Protože elektroda „+“ hořila rychleji, zpočátku musela být silnější. Dalším geniálním řešením tohoto problému bylo použití střídavého proudu.

Konstrukce obloukové lampy se ukázala jako jednoduchá: dvě uhlíkové tyče oddělené izolační vrstvou kaolinu a namontované na jednoduchém stojanu, připomínající svícen. Elektrody hořely rovnoměrně a lampa vydávala jasné světlo a dostatečně dlouhou dobu. Takovou „elektrickou svíčku“ bylo snadné vyrobit a bylo levné.

V roce 1876 ruský vynálezce představil svůj vynález na londýnské výstavě. A o rok později podnikavý Francouz Deneyruz založil společnost „Společnost pro studium elektrického osvětlení metodami Yablochkova“. Yablochkovovy lampy se objevily na nejnavštěvovanějších místech v Paříži, na ulici Avenue de l'Opera a na náměstí Opera, stejně jako v obchodě v Louvru, tlumené plynové a kapalné osvětlení byly nahrazeny neprůhlednými kuličkami, které zářily bílým měkkým světlem. Po celém světě začal vítězný proces „La lumiere russe“ (ruské světlo).Svíčka Yablochkova po dva roky dobývala celý starý svět a šířila se na východě k palácům perského šáha a kambodžského krále.

Obr. 1. Pavel Nikolaevič Yablochkov a jeho svíčka.

V letech 1876-77 bylo získáno několik francouzských patentů, jak pro konstrukci samotné žárovky, tak pro jejich napájecí systémy. Výroba byla postavena na průmyslovém základě. Malá továrna v Paříži produkovala více než 8 000 svíček denně a několik desítek elektrických generátorů měsíčně. Brzy se však celá tato prosperita skončila. Yablochkova svíčka začala být postupně nahrazována levnější a odolnější žárovkou.

Věří se, že vynálezcem žárovky je slavný americký vynálezce Thomas Alva Edison (Thomas Alva Edison). 21. prosince 1879 se v New York Herald objevil článek o novém vynálezu T.A. Edisona - „Edisonovo světlo“ (Edisonovo světlo), o žárovce s uhlíkovou nití. O několik dní později, 1. ledna 1880, bylo v Menlo Parku (USA) přítomno 3 000 lidí na demonstraci elektrického osvětlení domů a ulic. A 27. ledna téhož roku obdržel americký patent č. 223898 „Elektrická lampa“ (viz obr. 2.). Všechno je to tak. Ve skutečnosti je však příběh s tímto patentem a žárovkou mnohem komplikovanější a zajímavější.

Obr. 2. Thomas A. Edison patent na elektrickou lampu

První experimenty s žhavými vodiči s elektrickým proudem provedl na začátku 19. století anglický vědec Devi (Humphry Davy). Jeden z prvních pokusů o použití žhavicích vodičů proudem, konkrétně za účelem osvětlení, provedl v roce 1844 inženýr de Moleyn, který žhnul platinovým drátem umístěným uvnitř skleněné koule. Tyto experimenty nepřinesly požadované výsledky, protože platinový drát se roztavil příliš rychle.

V roce 1845 v Londýně král nahradil platinu hůlkami uhlí a získal patent na použití žhavých kovů a uhlíkových vodičů pro osvětlení.

V roce 1954, 25 let před Edisonem, německý hodinář Heinrich Gebel představil v New Yorku první žárovky s uhlíkovými vlákny, vhodné pro praktické použití, s dobou hoření asi 200 hodin. Jako nit použil zuhelnatělou bambusovou nit o tloušťce 0,2 mm, umístěnou ve vakuu. Z ekonomických důvodů použil Goebel místo lahví z kolínské vody a později skleněné zkumavky. Vytvořil vakuum ve skleněné baňce naplněním a nalitím rtuti, tj. Použitím metody používané při výrobě barometrů.

Goebel vytvořené lampy použil k osvětlení svého obchodu s hodinami. Aby zlepšil svou finanční situaci, cestoval po New Yorku na vozíku a vyzval všechny, aby se dalekohledem podívali na hvězdy. Kočárek byl zároveň vyzdoben jeho žárovkami. Goebel se tak stal první osobou, která použila světlo pro reklamní účely. Německý emigrant nemohl kvůli nedostatku peněz a spojení získat patent na lampu s uhelnou nití a jeho vynález byl rychle zapomenut.

Od roku 1872 začal Alexander Nikolaevič Lodygin v Petrohradě experimentovat s elektrickým osvětlením. V jeho prvních lampách mezi masivními měděnými tyčemi umístěnými v hermeticky uzavřené skleněné kouli byla upnuta tenká hůlka uhlí. I přes nedokonalost lampy ve stejném roce bankéř Kozlov ve spolupráci s Lodyginem založil společnost pro provoz tohoto vynálezu. Akademie věd udělila cenu Lodygin Lomonosov za 1 000 rublů.

Žárovky s uhlíkovou tyčí postavené Lodyginem v roce 1874 byly použity k osvětlení Petrohradské admirality. V roce 1875 se Cohn stal vedoucím partnerství a pod jeho jménem vydal vylepšenou Lodyginovu lampu navrženou V.F.Didrichsonem. V této lampě byly uhlí umístěny do vakua a spálený člen byl automaticky nahrazen jiným.Tři takové lampy byly osvětleny dva měsíce v roce 1875 Florentovým ložním prádlem v Petrohradě a také, na návrh P. Struveho, byli kesoni osvětleni pod vodou při stavbě mostu Alexandra přes Nevu.

V roce 1875 začal Didrichson vyrábět uhlí ze dřeva pomocí spalování dřevěných válců bez vzduchu v grafitových kelímcích pokrytých práškovým uhlím. V roce 1876, po smrti Kohna, se partnerství rozpadlo. Další vylepšení lampy bylo provedeno N.P. Bulygin v roce 1876. V jeho lampě zářil konec dlouhého uhlí, které se automaticky vypalovalo, jak jeho konec hořel. Konstrukce žárovek nebyla snadná a nenáročná na výrobu, a proto nebyla levná, i když se neustále zlepšovala.

Na konci 70. let stejného století byly lodě postaveny pro jednu ze severoamerických loděnic pro Rusko, a když bylo na čase je přijmout, dostavil se tam poručík ruské flotily A. N. Chotinskij. Vzal si s sebou několik lodyginských žárovek. Vynález byl již patentován ve Francii, Rusku, Belgii, Rakousku a Velké Británii. Ruským lampám ukázal vynálezci jménem Thomas Edison, který v té době také pracoval na problému elektrického osvětlení.

Nyní je obtížné zjistit, do jaké míry popsaná okolnost ovlivnila Edisonův vynález. Nakonec však díky jeho práci došlo ke kvantovému skoku ve zlepšování žárovek. Edison neprovedl žádné revoluční změny v Lodyginově žárovce. Jeho lampou byla skleněná baňka s uhlím, z níž byl vzduch čerpán, i když mnohem důkladněji než Lodyginův. Ale zásluha Edisona, především v tom, že pro tuto lampu vymyslel a vytvořil supersystém a uvedl jeho výrobu do provozu, což vedlo k významnému snížení nákladů. Přišel se základnou pro lampu a patronou pro ni, vynalezl pojistky, vypínače, první měřič energie. Bylo to díky Edisonově žárovce, že elektrické osvětlení se stalo opravdu masivním, přicházejícím do domovů obyčejných lidí.

Zvláštní pozornost si zaslouží Edisonův přístup k řešení problému nalezení materiálu pro žhavé vlákno. Prostě prošel vyčerpávajícím prohledáním všech dostupných látek a materiálů (metoda pokusů a omylů). Edison vyzkoušel 6 000 látek obsahujících uhlík, od běžných nití na uhlí po jídlo a dehet. Nejlepší byl bambus, ze kterého byl vyroben případ japonského palmového fanouška. Tato titanická práce trvala asi dva roky [3].

Na druhé straně Atlantského oceánu v Anglii, přibližně ve stejnou dobu jako Lodygin a Edison, pracoval sir Joseph Wilson Swan na žárovce. Jako prvek žáru použil karbonizované bavlněné vlákno a také čerpal vzduch z baňky. Swan obdržel britský patent na své zařízení v roce 1878, asi rok před Edisonem. Od roku 1879 začal instalovat elektrické lampy v anglických domech. Poté, co v roce 1881 zorganizoval společnost „The Swan Electric Light Company“, zahájil komerční výrobu lamp. Později se Swan spojil s Edisonem, aby komercializoval jednu značku Edi-Swan.

Z výše uvedeného vyplývá, že elektrická žárovka ve velmi rané fázi měla několik vynálezců. Téměř všechny měly patenty. Pokud jde o nejznámější z nich, americký patent Edison, byl soudem prohlášen za neplatný až do uplynutí platnosti ochranných práv. Soud uznal, že žárovku vynalezl Heinrich Goebel několik desetiletí před Edisonem.

V roce 1890 patentoval Lodygin v USA lampu s kovovým vláknem vyrobeným ze žáruvzdorných kovů - osmium, iridium, rhodium, molybden a wolfram. Lodyginové žárovky s molybdenovým vláknem byly vystaveny na pařížské výstavě v roce 1900 a byly tak úspěšné, že v roce 1906 americká společnost General Electric od něj tento patent koupila.Nejzajímavější je, že společnost „General Electric“ organizoval sám Thomas Edison. Spor o korespondenci mezi velkými vynálezci byl u konce.

Zlepšení žárovky však nekončilo. Od roku 1909 se začaly používat žárovky s klikatým wolframovým vláknem a v letech 1912–13 se objevily lampy naplněné dusíkem a inertními plyny (Ar, Kr). A konečně, poslední vylepšení na začátku 20. století - wolframové vlákno začalo být vyráběno nejprve ve formě spirály a poté ve formě bispiru (spirálová rána ze spirály) a tri-spirály. Elektrická žárovka nakonec nabrala formu, na kterou jsme byli zvyklí.

Takže kdo vynalezl žárovku? Jména jsou již pojmenována: Petrov, Shpakovsky, Chikolev, Yablochkov, Edison, Devi, King, Gebel, Lodygin, Svan. Vypadalo by to dost. Ale vezmeme-li „Brockhaus a Efron Small Encyclopedic Dictionary“ zveřejněný na začátku 20. století, můžete si přečíst: Žárovky představují skleněné víčko, ze kterého je čerpán vzduch a kde je umístěno uhlíkové nebo kovové vlákno zahřívané elektrickým proudem. Dřevěné uhlí se získává spálením bambusových vláken (cibule Edison), hedvábí, bavlněného papíru (cibule Swan). Od konce 90. let objevily se nové žárovky: namísto uhlíkového vlákna se žhnoucí z ohnivzdorných látek vystaví žhavení: magnézie, thoria, zirkonia a yttria (Nernstova žárovka) nebo nitě z kovových osmium (Auerovy žárovky) a tantalu (Boltonovy a Feuerleinovy ​​žárovky).

Zjevně se objevila nová jména - Nernst, Auer, Bolton, Feuerlane. Pokud si přejete provést podrobnější vyhledávání, lze tento seznam stále doplňovat.

Pravděpodobně je zbytečné hledat jednoznačnou odpověď na otázku „Kdo vynalezl žárovku“. Mnoho vynálezců k tomu přidalo svou mysl, znalosti, práci a talent. A to platí pouze pro typy žárovek, které byly vyvinuty v počáteční fázi zavádění elektrického osvětlení: oblouk a žárovka.

I na samém začátku vývoje žárovek bylo zaznamenáno, že mají nízkou účinnost, tj. velmi malé procento energie elektrického proudu přechází na světelnou energii. Proto pokračovalo hledání dalších způsobů přeměny elektrické energie na světlo a byly učiněny pokusy o jejich využití v nových typech elektrických světelných zdrojů. Takovými světelnými zdroji byly plynové výbojky - zařízení, ve kterých se elektrická energie přeměňuje na optické záření, když elektrický proud prochází plyny a jinými látkami (například rtutí).

První experimenty s plynovými výbojkami začaly téměř současně s žárovkami. V roce 1860 se v Anglii objevily první rtuťové výbojky. Až do začátku 20. století však bylo všech těchto experimentů málo a zůstaly pouze experimenty, bez skutečné praktické aplikace.

V první dekádě 20. století, v období hromadného zavádění elektrického osvětlení pomocí žárovek, došlo k intenzifikaci prací na plynových výbojkách, což vedlo k řadě vynálezů a objevů. V roce 1901 vynalezl Peter Cooper Hewitt nízkotlakou rtuťovou lampu. V roce 1906 byla vynalezena vysokotlaká rtuťová lampa. 1910 - otevření halogenového cyklu. Neonová lampa byla vyvinuta francouzským fyzikem Georgesem Claudem v roce 1911 a rychle našla uplatnění v reklamě.

Ve 20. a 40. letech pokračovaly práce na výbojkách v mnoha zemích, což vedlo ke zlepšení již známých typů žárovek a objevování nových. Byly vyvinuty: nízkotlaká sodíková výbojka, zářivka, xenonová výbojka a další. Ve 40. letech začalo masivní používání zářivek pro osvětlení.

Později byly vynalezeny další typy elektrických lám: vysoký tlak sodíku; halogen; kompaktní luminiscenční; LED světelné zdroje a další. Nyní je na světě celkový počet typů světelných zdrojů asi 2000 [4].

Navzdory tak velkému počtu typů elektrických lamp není vynalézavá myšlenka v klidu. Již známé světelné zdroje se stále zlepšují. Příkladem takového zlepšení je vytvoření kompaktních zářivek v roce 1983, které se staly velikostí obyčejných žárovek. Nevyžadují pro jejich zapnutí speciální startovací zařízení, jsou připojeny ke standardní kazetě pro žárovky, a co je nejdůležitější, při stejném množství generovaného světla tyto lampy spotřebují několikrát méně elektřiny a vydrží několikrát déle. V posledních letech se tyto energeticky úsporné žárovky stále více používají, a to i přes jejich stále vyšší náklady než tradiční žárovky.

Vynalézavá myšlenka však nekončí. Téměř současně dvě americké firmy Technical Consumer Products (TCP) a O · ZONELite uvedly na trh zářivkové energeticky úsporné žárovky s neočekávanými novými vlastnostmi. Podle těchto výrobců jejich žárovky Fresh2 [5] a O · ZONELite [6] (oba názvy jsou registrovanými obchodními značkami), kromě osvětlení místnosti také eliminují nepříjemné pachy, čistí vzduch, ničí bakterie, viry a houby. Není to zázrak?

Tajemství spočívá v tom, že žárovky jsou potaženy oxidem titaničitým (TiO2), který po vystavení fluorescenčnímu záření vytváří fotokatalytickou reakci. Během této reakce se uvolňují záporně nabité částice - elektrony a na jejich místě zůstávají pozitivně nabité „díry“. Díky výskytu kombinace plusů a mínusů na povrchu baňky se molekuly vody obsažené ve vzduchu proměňují ve velmi silná oxidační činidla - hydroxidové radikály (HO), a proto mají tyto žárovky takové neobvyklé a úžasné vlastnosti.

Obr. 3. Fresh2 a O • ZONELite plynové výbojky úsporné zářivky

Jak je vidět na obrázku 3, tyto žárovky jsou dokonce velmi podobné, a jejich vlastnosti jsou přibližně stejné. Spirálový tvar obou lamp je pozoruhodný. Jejich tvůrci to udělali, aby zvýšili světelný výkon, stejně jako jejich předchůdci - tvůrci žárovek. Ve skutečnosti se historie pohybuje ve spirále.

Lze konstatovat, že plynové výbojky v posledních letech získávají stále větší oblibu i při domácím osvětlení, které vytlačují žárovky. Spotřebovávají méně energie, snadno se ovládají a stále mohou mít řadu úžasných a užitečných vlastností. Vyšší cena, která stále omezuje distribuci těchto žárovek, je kompenzována 8 až 10krát vyšší životností a 3 až 5krát vyšší účinností. A s větší hromadnou výrobou bude cena postupně klesat. A pokud vezmeme v úvahu stále rostoucí energetické a environmentální problémy, které způsobují zvýšení nákladů na elektřinu a nutí přijmout přísná opatření, bude zřejmé, že vyhlídky na kompaktní zářivky jsou nejjasnější. A v příštích letech nemají prakticky žádnou alternativu.

Ale nic nezůstane v klidu. Přestože posledních 100 let ve vývoji osvětlovací techniky prošlo vítězným pochodem plynových výbojek, objevily se i jiné typy světelných zdrojů. Nejslibnějším směrem se nyní jeví použití LED světelných zdrojů, jak mají ještě větší účinnost než výbojky.

První průmyslové LED se objevily v 60. letech XX. Století. Malá síla jim však neumožňovala použití na osvětlení. Našli uplatnění jako indikátory v různých elektronických zařízeních, zejména v mikrokalkulačkách, hodinkách a jiných domácích a vědeckých zařízeních.

Takto by to pokračovalo, kdyby se lidstvo nesetkávalo s problémem úspory energie. Ukázalo se, že k dnešnímu dni mají LED nejvyšší procentuální přeměnu elektrické energie na světelnou energii. Bylo nemožné nezkoušet LED diody používat jako zdroje světla. Zpočátku našli uplatnění v ručních elektrických svítilnách. Kromě toho se jednalo o malé svítilny, které příliš nesvítily, ale byly miniaturní, což jim umožňovalo používat i jako drobnosti.

LED žárovky mají samozřejmě mnohem více problémů. Mnoho z nich se úspěšně řeší, zejména proto, že velký kapitál investuje do tohoto směru hodně peněz. A úspěch je již patrný - energeticky úsporné LED žárovky se již objevily v prodeji.