7.3. Лампы накаливания

Изучение теплового действия электрического тока дает второй способ получения света электрическим путем, а именно нагреванием твердого тела при помощи тока до каления.

Мысль таким способом пользоваться электрическим током для освещения появилась в начале 80-х годов XIX века. В 1837 г. Жобар в Брюсселе предложил доводить током до каления и свечения угольную палочку в безвоздушном пространстве. В 1840 г. Грове устроил первую электрическую лампу накаливания, в которой телом нагрева служила платиновая проволока. В 1859 г. проф. Фермер осветил, как он сам утверждал, свой дом в Ньюпорте 42 лампами накаливания и, таким образом, устроил первую домашнюю установку электрического освещения. Первые опыты с электрическими лампами накаливания позволили определить их несомненное преимущество в сравнении с дуговыми, особенно в решении проблемы «дробления электрического света» и использовании маломощных ламп для бытового освещения. Получение слабых источников света при помощи дуговых ламп оказалось невозможным. Лампы накаливания имели лучшие экономические и световые показатели (в особенности после замены угольных нитей вольфрамовыми).

В России первым изобретателем лампы накаливания был инженер Александр Лодыгин, разработавший в 1870–1875 гг. несколько таких ламп.

Его первая лампа представляла собой герметически закупоренный стеклянный цилиндр. Сквозь его крышки были пропущены металлические проводники. Горела первая лампа Лодыгина всего 30–40 мин. Стремясь увеличить время горения, Лодыгин предложил устанавливать несколько угольных стерженьков, расположенных так, чтобы при сгорании одного автоматически включался следующий. Первая публичная демонстрация лампы Лодыгина состоялась в 1870 году.

Александр Николаевич Лодыгин (1847–1923) – известный русский электротехник, изобретатель лампы накалывания. Вначале он экспериментировал с железной проволокой. Потерпев неудачу, он воспользовался угольным стержнем, помещенным в стеклянный баллон. Позже Лодыгин первым предложил использовать в качестве нити накала вольфрамовую проволоку. Именно вольфрам используется в современных электрических лампах. Кроме того, Лодыгин конструировал приборы электрического отопления, электрические печи для плавки металлов из руд и другие электрические устройства. 

Впоследствии, в 1893–1894 гг., живя уже в Соединенных Штатах Америки, Лодыгин запатентовал лампу накаливания с нитями из тугоплавких металлов, в том числе с вольфрамовой нитью. Это был прообраз лампы накаливания, известной теперь всему миру.

Рис. 7.9. Лампа накаливания Эдисона

Томас Алва Эдисон (1847–1931) – американский изобретатель в области электротехники и предприниматель, основатель крупных электротехнических компаний. В течение жизни Эдисона Бюро патентов в США выдало ему 1093 патента – такого количества никогда не получал ни один человек. 

В конце 70-х годов XIX века за решение задачи производства небольших электрических ламп накаливания с нескольких сторон принялись в Англии и Америке.

В 1878 г. к проблеме электрического освещения обратился великий американский изобретатель Томас Эдисон.

Ознакомившись с лампой Лодыгина, Эдисон заинтересовался проблемой электрического освещения. При этом он понимал, что электрическим светильникам нужно было выдержать конкуренцию в цене, яркости, удобстве и надежности с газовым рожком. Проведя огромное количество опытов и перепробовав более шести тысяч разновидностей материалов, Эдисон определил наиболее надежный на то время материал для нитей накаливания, которым оказался уголь. В 1879 году им была предложена достаточно хорошая конструкция вакуумной лампы с угольной нитью и винтовым цоколем. Через год Эдисон завершил практическую разработку своих ламп накаливания (рис. 7.9) и устроил их презентацию на пароходе «Колумбия», развесив на нем 115 зажженных ламп. Поняв, что задача практически решена, в последний день 1879 года он устроил шоу. На заказанных Эдисоном специальных поездах три тысячи человек прибыли поглядеть на сотни электрических лампочек, которые горели в его мастерской и на окрестных дорогах. Энергия к ним подводилась от центральной динамомашины по подземным кабелям.

Эдисон изобрел патрон к электрической лампочке и увеличил разряжение в баллоне, что позволило значительно продлить срок службы ламп. Однажды в качестве нити накаливания он использовал бамбуковые волокна, выяснив, однако, что нити необходимо придать возможно большее сопротивление.

27 января 1880 года Эдисон получил патент на новую конструкцию электрической осветительной лампы с патроном, что повлекло за собой резкое падение акций газовых компаний. Но планы Эдисона были значительно шире, чем просто усовершенствование электрической лампы накаливания. «Все это настолько ново, – говорил Эдисон, – что каждый шаг делаешь в потемках. Нужно создавать специальную динамомашину, лампы, проводники и думать о тысяче вещей, о которых еще никто никогда не слышал». Им были изобретены винтовой цоколь лампы, поворотный выключатель, предохранитель с плавкой вставкой и штепсельное соединение. Образованная для реализации идеи массового электрического освещения корпорация получила название «Эдисон дженерал электрик компани».

В 1881 г. в Париже состоялись международный электротехнический конгресс и крупная электрическая выставка, на которой Эдисон продемонстрировал свои электрические лампочки накаливания. С этого времени освещение накаливанием начало быстро распространяться. Электрические лампочки накаливания стали очень удобны для освещения жилых помещений, фабричных и заводских цехов; получили возможность работать при ярком электрическом освещении водолазы.

Количество излучаемого света в современных лампах накаливания зависит от рабочей температуры вольфрамовой спирали, которая нагревается электрическим током. Самый яркий свет излучается при температуре нагрева 2700°С.