Кой всъщност е измислил крушката

Отговорите на този на пръв поглед прост въпрос могат да бъдат чути различни. Американците безспорно ще настояват, че това е Едисон. Британците ще кажат, че това е техният сънародник Сван. Французите може да си припомнят „руската светлина“ на изобретателя Яблочков, който през 1877 г. започва да осветява улиците и площадите на Париж. Някой ще се обади на друг руски изобретател - Лодигин. Вероятно ще има други отговори. И така, кой е прав? Да, може би това е всичко. Историята на електрическата крушка представлява цяла верига от открития и изобретения, направени от различни хора в различно време.

Преди да пристъпя към хронологията на изобретението на електрическата крушка, бих искал да отбележа какво имаме предвид под термина "електрическа крушка". На първо място, това е източник на светлина, устройство, устройство, в което става преобразуването на електрическата енергия в светлина. Но методите за преобразуване могат да бъдат различни. През XIX век са известни няколко от тези методи. Следователно, вече тогава се появиха няколко вида електрически лампи: дъгови, нажежаеми и газоразрядни. Електрическата лампа е техническа система, т.е. съвкупността от отделните елементи, необходими за изпълнение на основната полезна функция - осветлението.

Историята на появата и развитието на електрическа лампа е неотделима от историята на електротехниката, която започва с откриването на електрически ток през 18 век. По-късно, през 19-ти век, вълна от открития, свързани с електричеството, обхвана целия свят. Верижна реакция започна, както беше, когато едно откритие отвори пътя за следващото. Електротехниката от разделението на физиката се открои като независима наука, разработването на която е работила от цяла плеяда от учени и изобретатели: французинът Андре-Мари Ампер (френски Andre Marie Ampere), германците Георг Ом (немски Георг Саймън Ом) и Хайнрих Рудолф Херц), британецът Майкъл Фарадей (Майкъл Фарадей) и Джеймс Максуел (Джеймс Максуел) и други.

Невероятният 19-ти век, който постави основите на научната и технологичната революция, променила света по този начин, започна с изобретението галванична клетка - химичен източник на ток (волтова колона). С това изключително важно изобретение италианският учен А. Волта отпразнува новата 1800 година. И вече през 1801 г. професор в Петербургската медицинска и хирургична академия Василий Петров успява да убеди началниците си да купят за физическия му кабинет мощна тогава електрическа батерия, състояща се от 4200 чифта галванични клетки. Провеждайки експерименти с тази батерия, Петров през 1802 г. открил електрическа дъга - ярък разряд, който възниква между въглеродни пръти-електроди, доведени на определено разстояние. Той предложи да се използва дъга за осветление.

При практическото изпълнение на тази идея обаче възникнаха много трудности. Експериментите показаха, че дъгата гори ярко и стабилно само на определено разстояние между електродите. А по време на изгарянето на дъгата въглеродните електроди постепенно изгарят, увеличавайки празнината на дъгата. За поддържане на постоянно разстояние между електродите беше необходим механизъм за управление.

Изобретателите са предложили различни решения. Но всички те имаха недостатъка, че беше невъзможно да се включат няколко лампи в една верига. Трябваше да използвам собствен източник на енергия за всяка лампа. Този проблем е решен през 1856 г. от изобретателя А. И. Шпаковски, създавайки осветителна инсталация с единадесет дъгови лампи, оборудвани с оригинални регулатори. Тази инсталация освети Червения площад в Москва по време на коронацията на Александър II.

През 1869 г. друг руски изобретател В. И. Чиколев прилага диференциален регулатор към дъгова лампа и я използва в мощни морски прожектори. Подобни регулатори все още се използват в големи прожекторни инсталации.За съжаление, всички контролери за изгаряне на дъги бяха ненадеждни и скъпи.

Решаващата роля в прехода от експерименти с електричество към масово електрическо осветление изигра руският електроинженер Павел Николаевич Яблочков [1]. Яблочков започва работата си в Русия, като организира през 1875 г. в Санкт Петербург работилница с физически устройства. През същата година той излезе с идеята да създаде обикновена и надеждна дъгова лампа. Финансовият срив на предприятието обаче принуди Яблочков да замине за Париж през 1876 г., където продължи работата си върху дъгова лампа при известния производител на часовници и прецизни инструменти Breguet.

Проблемът беше същият - имах нужда от регулатор. Идеята дойде както винаги неочаквано. Случаят помогна. Мислейки силно за този проблем, Яблочков отиде да хапне, за да хапне в малко парижко кафене. Дойде сервитьор. Яблочков, продължавайки да мисли за своето, механично наблюдаваше как слагаше чинията, остави лъжица, вилица, нож ... И изведнъж ... Яблочков рязко се изправи от масата и отиде до вратата. Той се втурна към работилницата си. Намерено е решение! Просто и надеждно! Стигна се до него, щом погледна столовите прибори, разположени наблизо, успоредни един на друг.

Да, така трябва да се поставят въглеродните електроди в лампата - не хоризонтално, както при всички предишни дизайни, а успоредно (!). Тогава и двете ще изгорят абсолютно еднакво и разстоянието между тях винаги ще бъде постоянно. И не са необходими сложни регулатори [2].

Парижкият сервитьор дори не подозирал, че е станал съавтор на изобретението. Но кой знае, ако не беше сложил ножа и лъжицата толкова внимателно пред Яблочков, изобретателят може би не би се осветил на изобретателя. Вярно, че „върхът“ на сервитьора намери плодородна земя. В крайна сметка Яблочков търсеше своето решение дори на масата на кафето, в очакване на поръчката. Между другото, това е чудесен пример за използването на асоциативно мислене при решаване на сложен технически проблем. От друга страна, този случай е пример за решаване на технически проблем, когато идеалното устройство (в случая регулаторът) е това, което всъщност не е там, но функциите се изпълняват.

Разбира се, това беше само идея, а не цялостно решение на проблема - създаването на евтина и надеждна лампа. Трябваше много работа, за да се постигне това. На първо място, при паралелно подреждане на електродите, дъгата може да изгори не само в краищата на електродите, но и по цялата им дължина, и най-вероятно, тя ще се плъзга към тяхната основа - към токозахранващите скоби. Този проблем беше решен чрез запълване на пространството между електродите с изолатор, който постепенно изгаряше заедно с електродите.

Съставът на този изолатор все още трябва да бъде избран, което е направено с помощта на глина (каолин) за това. Как да запалим лампа? След това, в горната част, между електродите беше поставен тънък джъмпер на въглища, който изгаряше в момента на включване, запалвайки дъгата. Все още съществуваше проблемът с неравномерното изгаряне на електродите, свързан с полярността на тока. защото електродът "+" изгори по-бързо, първоначално трябваше да се направи по-дебел. Друго гениално решение на този проблем беше използването на променлив ток.

Дизайнът на дъговата лампа се оказа прост: два въглищни пръта, разделени от изолационен слой от каолин и монтирани на обикновена стойка, наподобяваща свещник. Електродите гореха равномерно, а лампата дава ярка светлина и то за достатъчно дълго време. Такава „електрическа свещ“ беше лесна за производство и беше евтина.

През 1876 г. руски изобретател представя своето изобретение на изложението в Лондон. И година по-късно предприемчивият французин Денейруз постига основаването на компанията „Общество за изследване на електрическо осветление по методите на Яблочков“. Лампите на Яблочков се появиха на най-посещаваните места в Париж, на улица Авеню дьо Опера и на площада Опера, както и в магазина на Лувъра, приглушеният газ и течното осветление бяха заменени от непрозрачни топки, които светеха с бяла, мека светлина. Започна триумфалното шествие на „La lumiere russe“ (руска светлина) по целия свят.За две години свещта Яблочкова завладяла целия Стар свят, разпространявайки се на Изток до дворците на персийския шах и крал на Камбоджа.

Фиг. 1. Павел Николаевич Яблочков и неговата свещ.

В годините 1876-77 са получени няколко френски патента, както за дизайна на самата крушка, така и за техните захранващи системи. Производството е поставено на индустриална основа. Малка фабрика в Париж произвеждаше повече от 8000 свещи на ден и няколко десетки електрически генератори на месец. Скоро обаче всичко това благополучие стига до своя край. Свещта Yablochkova започна постепенно да се заменя с по-евтина и по-издръжлива лампа с нажежаема жичка.

Смята се, че изобретателят на лампа с нажежаема жичка е известният американски изобретател Томас Алва Едисон (Thomas Alva Edison). На 21 декември 1879 г. в Ню Йорк Хералд се появява статия за новото изобретение на Т. А. Едисон - „Светлината на Едисон“ (светлината на Едисон), за лампа с нажежаема жичка с въглеродна нишка. Няколко дни по-късно, на 1 януари 1880 г. в Menlo Park (САЩ) присъстват 3 хиляди души на демонстрация на електрическо осветление за къщи и улици. И на 27 януари същата година той получава патент на САЩ № 223898 "Електрическа лампа" (виж фиг. 2.). Всичко това е така. Но в действителност историята с този патент и с нажежаема лампа е много по-сложна и интересна.

Фиг. 2. Патент на Томас А. Едисън за електрическа лампа

Първите експерименти с светещи проводници с електрически ток са проведени в началото на XIX век от английския учен Деви (Хъмфри Дейви). Един от първите опити за прилагане на нажежаеми проводници с ток, специално за целите на осветлението, е извършен през 1844 г. от инженер дьо Молен, който свети платинена жица, поставена вътре в стъклена топка. Тези експерименти не доведоха до желаните резултати, защото платинена тел се стопи твърде бързо.

През 1845 г. в Лондон Кинг замества платината с въглищни пръчици и получава патент за използването на светещи метални и въглищни проводници за осветление.

През 1954 г., 25 години преди Едисон, германският часовникар Хайнрих Гебел представи в Ню Йорк първите лампи с нажежаема жичка с въглеродни нишки, подходящи за практическа употреба, с време на горене около 200 часа. Като конец той използва овъглена бамбукова нишка с дебелина 0,2 мм, поставена във вакуум. Вместо колба, Гьобел, поради икономии, първо използва бутилки от одеколон, а по-късно стъклени тръби. Той създаде вакуум в стъклена колба чрез напълване и изливане на живак, тоест, използвайки метода, използван при производството на барометри.

Гьобел използва създадените лампи за осветяване на своя магазин за часовници. За да подобри финансовото си положение, той обиколи Ню Йорк в инвалидна количка и покани всички да гледат звездите през телескоп. В същото време количката беше украсена с крушките си. Така Гьобел стана първият човек, използвал светлина за рекламни цели. Поради липсата на пари и връзки немският емигрант не можел да получи патент за лампата си с въглищна нишка и изобретението му било бързо забравено.

От 1872 г. Александър Николаевич Лодигин започва в Петербург експерименти върху електрическо осветление. В първите му лампи между масивните медни пръти, разположени в херметически затворена стъклена топка, беше притисната тънка пръчица въглища. Въпреки несъвършенството на лампата през същата година, банкерът Козлов, в партньорство с Лодигин, основава общество за функционирането на това изобретение. Академията на науките присъди наградата Лодигин Ломоносов от 1000 рубли.

Крушките с нажежаема жичка с въглеродна пръчка, построена от Лодигин през 1874 г., са използвани за осветяване на петербургското адмиралтейство. През 1875 г. Cohn става ръководител на партньорството, пускайки под името си подобрена лампа Lodygin, проектирана от V.F.Didrichson. В тази лампа въглищата са поставени във вакуум, а изгорелият кехлибар е автоматично заменен с друг.Три такива лампи бяха осветени за два месеца през 1875 г. от магазина за бельо на Флорент в Санкт Петербург, а също така, по предложение на П. Струве, кесоните бяха осветени под вода по време на изграждането на Александров мост през Нева.

През 1875 г. Дидрихсон започва да прави въглища от дърво, като извлича дървени цилиндри без въздух в графитни тигели, покрити с въглен на прах. През 1876 г., след смъртта на Кон, партньорството се разпада. По-нататъшно усъвършенстване на лампата направи Н.П. Булыгин през 1876г. В лампата му светеше краят на дълги въглища, които автоматично се изнесоха, когато краят му изгоря. Дизайнът на лампите не беше лесен и нискотехнологичен за производство и следователно не е евтин, въпреки че постоянно се усъвършенстваше.

В края на 70-те години на същия век са построени кораби за едно от северноамериканските корабостроителници за Русия и когато дойде време да ги приеме, лейтенантът на руския флот А. Н. Хотински отиде там. Той взе със себе си няколко лампи с нажежаема жичка Lodygin. Изобретението вече е патентовано във Франция, Русия, Белгия, Австрия и Великобритания. Той показа руски лампи на изобретател на име Томас Едисон, който по това време също работеше по проблема с електрическото осветление.

Сега е трудно да се установи доколко описаното обстоятелство е повлияло на изобретението на Едисон. В крайна сметка, благодарение на неговата работа, беше направен квантов скок в подобряването на лампите с нажежаема жичка. Едисон не направи никакви революционни промени в крушката на Лодигин. Лампата му беше стъклена колба с въглищна нишка, от която се изпомпва въздух, макар и много по-щателно от този на Лодигин. Но заслугата на Едисон, преди всичко в това, че той измисли и създаде свръхсистема за тази лампа и пусна нейното производство в поток, което доведе до значително намаляване на разходите. Той излезе с винтова основа за лампата и патрон за нея, измисли предпазители, ключове, първия електромер. Именно с електрическата крушка на Едисън електрическото осветление стана наистина масово, идваше в домовете на обикновените хора.

Подходът на Едисън за решаване на проблема с намирането на материал за нажежаема жичка заслужава специално внимание. Той просто преминал изчерпателно търсене на всички налични за него вещества и материали (метод за опит и грешки). Едисън опита 6000 вещества, съдържащи въглерод, от обикновени въгленни конци за шиене до храна и катран. Най-добрият беше бамбукът, от който беше направен калъфът на японския палмов вентилатор. Тази титанична работа отне около две години [3].

От другата страна на Атлантическия океан, в Англия, приблизително по същото време като Лодигин и Едисон, сър Джоузеф Уилсън Суон работи върху електрическа крушка. Като елемент на сияние той използва карбонизирана памучна нишка и също изпомпва въздух от крушката. Лебедът получава британски патент за своето устройство през 1878 г., около година преди Едисон. От 1879 г. той започва да инсталира електрически лампи в английски домове. Организирайки компанията "Лебедовата електрическа компания за светлини" през 1881 г., той започва търговското производство на лампи. По-късно Swan си партнира с Edison, за да комерсиализира единната марка Edi-Swan.

От горното следва, че електрическата лампа с нажежаема жичка в най-ранния етап има няколко изобретатели. Почти всички са имали патенти. Що се отнася до най-известния от тях - американският патент на Едисън, той е обявен за невалиден от съда до изтичане на правата за защита. Съдът призна, че лампата с нажежаема жичка е изобретена от Хайнрих Гьобел няколко десетилетия преди Едисон.

През 1890 г. Лодигин патентова в САЩ лампа с метална нишка, изработена от огнеупорни метали - осмий, иридий, родий, молибден и волфрам. Лампиновите лампи с молибденово нажежаване са изложени на изложението в Париж през 1900 г. и са толкова успешни, че през 1906 г. американската компания General Electric купува този патент от него.Най-интересното е, че компанията "Дженерал Електрик" беше организирана от самия Томас Едисън. Спорът за кореспонденцията между големите изобретатели приключи.

Подобряването на лампата с нажежаема жичка обаче не свършва дотук. От 1909 г. започват да се използват лампи с нажежаема жичка с волфрамова нишка, монтирана на зигзаг, а през 1912–13 се появяват лампи, пълни с азот и инертни газове (Ar, Kr). И накрая, последното подобрение от началото на 20-ти век - волфрамовата нишка започва да се прави, първо под формата на спирала, а след това под формата на биспирал (спирална рана от спирала) и три-спирала. Електрическата лампа с нажежаема жичка най-накрая прие формата, която бяхме свикнали да виждаме.

И така, кой е измислил крушката? Имената вече са кръстени: Петров, Шпаковски, Чиколев, Яблочков, Едисон, Деви, Цар, Гебел, Лодигин, Сван. Ще изглежда достатъчно. Но ако вземем „Малкия енциклопедичен речник на Брокхаус и Ефрон“, публикуван в началото на 20 век, можете да прочетете: крушките с нажежаема жичка представляват стъклена капачка, от която се изпомпва въздух и където се поставя въглеродни или метални нишки, нагрявани от електрически ток. Въглищата се получават чрез овъгляване на бамбукови влакна (крушки на Едисон), коприна, памучна хартия (крушки от лебед). От края на 1890-те се появиха нови крушки с нажежаема жичка: вместо въглеродна нишка, пръчка, притисната от пожароустойчиви вещества, се подлага на нажежаема жичка: магнезия, торий, цирконий и итрий (крушка на Нернст) или конец от метален осмий (крушки на Ауер) и тантал (луковици Болтън и Феерлейн).

Явно се появиха нови имена - Nernst, Auer, Bolton, Feuerlane. Ако желаете, след като извършите по-задълбочено търсене, този списък все още може да бъде попълнен.

Вероятно е безсмислено да търсите категоричен отговор на въпроса „Кой е измислил крушката“. Много изобретатели влагат своя ум, знания, работа и талант към него. И това се отнася само за видовете крушки, които са разработени в началния етап на въвеждането на електрическо осветление: дъга и нажежаема жичка.

Още в самото начало на разработването на лампи с нажежаема жичка беше забелязано, че те имат ниска ефективност, т.е. много малък процент от енергията на електрическия ток преминава в светлинна енергия. Поради това търсенето продължи за други начини за превръщане на електрическата енергия в светлина и бяха направени опити за използването им в нови видове електрически източници на светлина. Такива източници на светлина бяха газоразрядни лампи - устройства, при които електрическата енергия се преобразува в оптично лъчение, когато електрическият ток преминава през газове и други вещества (например живак).

Първите експерименти с газоразрядни лампи започват почти едновременно с лампи с нажежаема жичка. През 1860 г. в Англия се появяват първите лампи за разреждане на живак. До началото на 20-ти век обаче всички тези експерименти бяха малко на брой и останаха само експерименти, без реално практическо приложение.

През първото десетилетие на XX век, в периода на масово въвеждане на електрическо осветление с помощта на лампи с нажежаема жичка, се засили работата по газоразрядни лампи, което доведе до редица изобретения и открития. През 1901 г. Питър Купър Хюит измисля живачна лампа с ниско налягане. През 1906 г. е изобретена живачна лампа с високо налягане. 1910 г. - отваряне на халогенния цикъл. Неоновата лампа е разработена от френския физик Жорж Клод през 1911 г. и бързо намери приложение в рекламата.

През 20-те и 40-те години работата по газоразрядните лампи продължи в много страни, което доведе до подобряването на вече известните видове лампи и до откриването на нови. Разработени са: натриева лампа с ниско налягане, флуоресцентна лампа, ксенонова лампа и други. През 40-те години започва масовото използване на флуоресцентни лампи за осветление.

По-късно са измислени и други видове електрически лами: натрий с високо налягане; халоген; компактен луминисцент; LED източници на светлина и други. Сега в света общият брой видове източници на светлина е около 2000 [4].

Въпреки такъв огромен брой видове електрически лампи, изобретателната мисъл не стои неподвижна. Вече известните източници на светлина продължават да се подобряват. Пример за подобно подобрение е създаването през 1983 г. на компактни флуоресцентни лампи, които са с размерите на обикновена лампа с нажежаема жичка. Те не изискват специално пусково оборудване, за да ги включат, те са свързани към стандартен патрон за лампи с нажежаема жичка и най-важното е, че със същото количество генерирана светлина тези лампи консумират няколко пъти по-малко електроенергия и издържат няколко пъти по-дълго. През последните години все повече се използват такива енергоспестяващи крушки, въпреки все още по-високата им цена от традиционните крушки с нажежаема жичка.

Находчивата мисъл обаче не спира дотук. Почти едновременно две американски фирми Technical Consumer Products (TCP) и O · ZONELite пуснаха флуоресцентни енергоспестяващи крушки с неочаквани нови свойства. Според тези производители техните крушки Fresh2 [5] и O · ZONELite [6] (и двете имена са регистрирани търговски марки), освен че осветяват помещението, премахват и неприятни миризми, пречистват въздуха, убиват бактерии, вируси и гъбички. Не е ли чудо?

Тайната е, че крушките са покрити с титанов диоксид (TiO2), който при излагане на флуоресцентна светлина произвежда фотокаталитична реакция. В хода на тази реакция се освобождават отрицателно заредени частици - електрони, а позитивно заредените „дупки“ остават на мястото си. Поради появата на комбинация от плюсове и минуси на повърхността на крушката водните молекули, съдържащи се във въздуха, се превръщат в много силни окислители - хидроксидни радикали (HO), поради което тези крушки имат такива необичайни и прекрасни свойства.

Фиг. 3. Fresh2 и O • ZONELite газоразрядни флуоресцентни енергоспестяващи лампи

Както се вижда от фигура 3, тези крушки са дори много сходни на външен вид и техните характеристики са приблизително еднакви. Спиралната форма на двете лампи е забележителна. Техните създатели направиха това, за да увеличат светлинната мощност, точно както техните предшественици - създателите на лампи с нажежаема жичка. Всъщност историята се движи по спирала.

Може да се заключи, че газоразрядните лампи през последните години набират все по-голяма популярност дори при битово осветление, измествайки лампи с нажежаема жичка. Те консумират по-малко енергия, освен това са лесни за работа и все още могат да имат редица прекрасни и полезни свойства. По-високата цена, която все още ограничава разпространението на тези лампи, се компенсира с 8-10 пъти по-дълъг експлоатационен живот и 3-5 пъти по-голяма ефективност. А с по-масовото производство цената постепенно ще намалее. И ако вземем предвид непрекъснато нарастващите енергийни и екологични проблеми, които причиняват увеличение на цената на електроенергията и налагат да се предприемат строги мерки, ще стане ясно, че перспективите за компактните флуоресцентни лампи са най-ярки. И през следващите години те на практика нямат алтернатива.

Но нищо не стои неподвижно. Въпреки че последните 100 години в развитието на осветителните технологии преминаха под победния поход на газоразрядни лампи, се появиха и други видове светлинни източници. Най-обещаващата посока изглежда изглежда използването на LED източници на светлина, както те имат дори по-голяма ефективност от разрядните лампи.

Първите индустриални светодиоди се появяват през 60-те години на XX век. Малката мощност обаче не им позволи да се използват за осветление. Те са намерили приложение като индикатори в различни електронни устройства, по-специално, микрокалкулатори, часовници и други домакински и научни устройства.

Щеше да продължи така, ако човечеството не беше срещнало проблема с енергоспестяването. Оказа се, че към днешна дата светодиодите имат най-висок процент преобразуване на електрическа енергия в светлинна енергия. Беше невъзможно да не се опитаме да използваме светодиоди като източници на светлина. Първоначално те намериха приложение в ръчни електрически фенерчета. В допълнение, това бяха малки фенерчета, които не светиха много, но бяха миниатюрни, което позволяваше да се използват дори като дрънкулки.

Разбира се, LED крушките имат много повече проблеми. Много от тях се решават успешно, още повече, че големият капитал инвестира много пари в тази посока. И успехът вече е очевиден - енергоспестяващите LED лампи вече се появиха в продажба.