- Что собой представляет
- Конструкционные особенности
- История открытия
- Вклад Томаса Эдисона
- Результаты работ Александра Лодыгина
- Особенности работы лампочки Лодыгина
- Лампы накаливания освещают мир
- Как Лодыгин пришёл к созданию первой лампы накаливания
- Новая эра электрического света
- Люминесцентное чудо
- Будущее за светодиодами
- Как создавались первые лампы накаливания
- Упущенные возможности развития и продвижения ламп Лодыгина
- Противостояние богача Эдисона и бедняка Лодыгина
Что собой представляет
Лампа накаливания представляет собой электрический вариант источника света, основной частью которого является низкотемпературный проводник, играющий роль нити накала. Проводник помещают в стеклянную колбу, которая прокачивается инертным газом или полностью лишена воздуха. Пропуская через тугоплавкий тип проводник электрический ток, эта лампа может излучать световой поток
Швечение лампы накаливания
Принцип работы основан на том, что при протекании электрического тока по нити накала элемент начинает светиться, нагревая вольфрамовую нить перенос еготог нить кала начинает излучать электромагнитно-тепловое излучение (закон Планка). Для создания свечения температура нити должна составлять пару тысяч градусов. Когда температура падает, световой спектр становится все более красным.
Все минусы, аваеся у лампы качения, кроются в температуре какала. Чем лучше световой поток, тем выше необходимая температура. В то же время для вольфрамовой нити характерен температурный предел, при превышении которого этот источник света постоянно выходит из строя.
Обращать внимание! Температурный предел нагрева для лампы накаливания — 3410 °С.
Конструкционные особенности
Поскольку лампу накаливания считают первым источником света, вполне естественно, что ее конструкция должна быть достаточно простой. Особенно, если сравнивать с нынешними источниками света, которые постепенно вытесняют его с рынка.
В лампе накаливания ведущими элементами считаются:
- больба лампы;
- тело накала;
- токовводы.
Обращать внимание! Первая подобная лампа имела именно такую конструкцию.
Строительство ламп накаливания
На сегодняшний день разработано несколько вариантов ламп накаливания, но такое строение характерно для самых простых и примитивных моделей.
В штатной лампочке накаливания помимо описанных выше элементов есть предохранитель, представляющий собой звено. Он состоит из ферроникелевого сплава. Его вваривают в разные изделия из двух токов. Ссылка расположена в ноге течения. Это необходимо для предотвращения разрушения стеклянной колбы при прорыве нити накала. Это связано с тем, что при прорыве вольфрамовой нити создается электрическая дуга. Она может оплавить остатки нити. А ее франгамы могут пробутить булу из стекла и следовать к воззикновению возгорания.
Предохранитель разрушает электрическую цепь. Такое ферроникелевое звено в провости в пригороде, где правняется подходит атмосферно. В данной ситуации дуга гаснет.
Такая структура и принцип работы обеспечили широкое распространение лампы накаливания в мире, но из-за высокого энергопотребления и короткого срока службы в настоящее время она применяется гораздо реже. Это связано с тем, что появились более современные и эффективные источники света.
История открытия
Ученые как из России, так и из других стран мира внесли свой вклад в создание лампы накаливания в том виде, в каком она известна сегодня.
Александр Лодыгин
До того момента, как изобретатель Александр Лодыгин из России начал работать над разработкой ламп накаливания, в его истории необходимо отметить несколько важных событий:
- в 1809 году известный изобретатель Деларю из Англии создал свою первую лампу накаливания, снабженную платиновой спиралью;
- в 1938 году, спустя почти 30 лет, бельгийский изобретатель Жобар разработал углеродную модель лампы накаливания;
- изобретатель Генри Гёбель из Германии в 1854 году уже представил первый вариант рабочего источника мира.
Лампа немецкого образца имела обугленную нить из бамбука, которая помещалась в вакуумный сосуд. В течение следующих пяти лет Генри Гёбель продолжал свои исследования и в конце концов пришел к первому экспериментальному варианту лампы накаливания.
Первая практичная лампа
Джозеф Уилсон Суонн, известный физик и химик из Англии, в 1860 году явил миру свои первые успехи в области разработки источника света и получил патент на свои результаты. Но некоторые трудности, возникшие с созданием вакуума, показали неэффективную и недолговечную работу лампы Суона.
В России, как уже отмечалось выше, Александр Лодыгин занимался исследованиями в области эффективных источников света. В России ему удалось добиться свечения в стеклянном сосуде угольного стержня, из которого предварительно был откачан воздух. В России история открытия ламп накаливания началась в 1872 году. Именно в этом году потерпели неудачу опыты Александра Лодыгина с угольным стержнем. Через два года он получил в России патент под номером 1619, который был выдан ему на лампу накаливания. Нить он запили на стержень из угля, изъявсия в вакумной кольбе.
Ровно через год В. Ф. Дидрихсон значительно усовершенствовал тип ламп накаливания, созданный в России Лодыгиным. Усовершенствование заключалось в замене угольного стержня несколькими волосками.
Обращать внимание! В ситуации, когда один из них перегорел, происходило автоматическое включение другого.
Джозеф Уилсон Суонн, продолживший свои попытки улучшить уже существующую модель источника света, получает патент на лампы. Здесь в качестве нагревательного элемента появилось углеродное волокно. Но здесь он располагался уже в разреженной атмосфере кислорода. Такая атмосфера позволяла получить очень яркий свет.
Вклад Томаса Эдисона
В 70-х годах прошлого века изобретатель из Америки — Томас Эдисон — включился в гонку изобретателей по созданию работающей модели лампы накаливания.
Томас Эдисон
Он провел исследование в вопросе в виде элементов накаливания нитей, продробных из развиченных материалов. Эдисон в 1879 году получает патент на лампочку, оснащенную платиновой нитью накаливания. Но через год он возвращается к уже опробованному углеродному волокну и создает источник света с 40-часовым временем работы.
Обращать внимание! Одновременно с созданием эффективного источника света Томас Эдисон создал бытовой выключатель поворотного типа.
Пока лампочки Эдисона работают всего 40 часов, они начали активно вытеснять с рынка старый вариант газового освещения.
Результаты работ Александра Лодыгина
Пока Томас Эдисон проводил свои эксперименты на другом конце света, Александр Лодыгин продолжал проводить аналогичные исследования в России. В 90-х годах 19 века он изобрел сразу несколько видов ламп, ни одна из которых не была изготовлена из тугоплавких металлов.
Обращать внимание! Именно Лодыгин первым решил использовать вольфрамовую нить в качестве тела для нагрева.
Лампочка Лодыгина
Помимо вольфрама, он также предложил использовать нити из молибдена, причем скручивать их в виде спирали. Такие свои нити Лодыгин поместил их в колбы, из которых был извлечен весь воздух меняют такие активные нити, предохраняющие от оксигенного оксидния, что делало секреции службы изделий со значением продуцируемого.
Первый тип промышленной лампы, произведенной в Америке, содержал вольфрамовую нить накаливания и изготавливался по патенту Лодыгиной.
Также стоит отметить, что Лодыгин разработал газонаполненные лампы, содержащие угольные нити накала и заполненные азотом.
Таким образом, авторство первой лампочки накаливания, запущенной в серийное производство, принадлежит русскому исследователю Александру Лодыгину.
Читайте также: Лампы с датчиком движения: принцип работы и лучшие предложения на рынке
Особенности работы лампочки Лодыгина
Для современных ламп накаливания, являющихся прямыми потомками модели Александра Лодыгина, характерны:
- отличный световой поток;
- отличная цветопередача;
Цветопередача лампы накаливания
- низкий уровень конвекции и проводимости тепла;
- температура накала нити — 3400 К;
- при максимальном уровне температурного показателя тепловой коэффициент полезного действия составляет 15 %.
Кроме того, этот тип источника света потребляет при своей работе много электроэнергии, по сравнению с другими современными лампами. Благодаря конструктивным особенностям такие лампы могут работать около 1000 часов.
Но, несмотря на то, что по многим критериям оценки этот продукт уступает более совершенным современным источникам мира, он, благодаря своей дешевизне, до сих пор остается актуальным.
Лампы накаливания освещают мир
Задолго до того, как Томас Эдисон запатентовал — сначала в 1879 году, а затем годом позже, в 1880 году — и начал коммерциализацию своей лампы накаливания, британские изобретатели уже продемонстрировали, что электрический свет можно получить с помощью дуговой лампы. В 1835 году был продемонстрирован первый постоянный источник электрического света, и в течение следующих 40 лет ученые всего мира работали над лампой накаливания.
Их работа была сосредоточена вокруг совершенствования нити накала (части лампы, излучающей свет при нагреве электрическим током) и атмосферы внутри колбы (независимо от того, откачивается ли из нее воздух или колба заполнена инертным газом для предотвращения окисления) и горение нити). Ранние лампы накаливания имели чрезвычайно короткий срок службы, были слишком дороги в производстве или потребляли слишком много энергии.
Когда на сцену вышли Эдисон и его исследователи из Менло-Парка, они сосредоточились на улучшении нити — сначала они протестировали углерод, затем платину, прежде чем, наконец, вернуться к углеродной нити. К октябрю 1879 года группа Эдисона изготовила лампочку с обугленной нитью из непокрытой хлопчатобумажной нити, которая могла работать в течение 14,5 часов.
Они продолжали эксперименты, пока не остановились на нити накала из бамбука, что продлило срок службы лампы до 1200 часов — эта нить накала стала эталоном для ламп Эдисона на следующие 10 лет. Эдисон внес и другие усовершенствования в конструкцию лампочки: например, он создал более совершенный вакуумный насос для полного удаления воздуха из лампочки и разработал винт Эдисона (который сейчас является стандартным патроном для лампочек).
Невозможно рассказать об истории электрической лампы, не упомянув Уильяма Сойера и Албона Мена, получивших патент на лампу накаливания в США, и Джозефа Суона, запатентовавшего свою лампу в Англии. Вечный вопрос, о котором не перестают спорить и по сей день: не ущемляли ли патенты Эдисона на лампочки патенты этих других изобретателей?
В конце концов, американская осветительная компания Эдисона объединилась с Thomson-Houston Electric Company — компанией, производящей лампы накаливания по патенту Сойера-Мэна — и образовала General Electric, а английская осветительная компания Edison объединилась с компанией Джозефа Свона и образовала Edison в Англии)
Что делает вклад Эдисона в электрическое освещение таким выдающимся, так это то, что он не остановился на улучшении лампочки — он разработал целый набор изобретений, которые сделали использование лампочек практичным. Эдисон смоделировал свою светотехнику на основе существующей системы газового освещения.
В 1882 году на виадуке Холборн в Лондоне он продемонстрировал, что электричество можно распределять от расположенного в центре генератора по ряду проводов и трубок. В то же время он сосредоточился на улучшении производства электроэнергии, разработал первую коммерческую электростанцию. ???????????????????????????????????? А чтобы отслеживать, сколько электроэнергии потребляет каждый потребитель, Эдисон разработал первый электросчетчик.
От начала до наших дней
Не надо думать, что лампу накаливания в том виде, в каком мы ее знаем сейчас, изобрели Лодыгин и/или Эдисон. И те, и другие внесли свой вклад в изобретение, а затем и в «доведение до ума» самого распространенного источника света. И далеко не только эти два студента прикладывали к этому делу свою руку.
лампа ЛОН
Самая первая попытка пропустить электрический ток по нити внутри стеклянного сосуда была предпринята англичанином Уорреном де ла Рю в 1840 г., и, как и большинство «первопроходцев», он преследовал уже забытые к настоящему времени цели и не есть задача создать источник света.
Далее эксперименты проводили еще несколько ученых из разных стран — уже после изобретения самой лампы, но работали их творения очень недолго. Одной, но не единственной причиной было то, что в стеклянном сосуде присутствовал кислород.
Томас Эдисон создал свою лампу пятью годами позже — в 1879 году. И именно он изобрел резную розетку. В названиях таких цоколей буква «Е» означает «розетка Эдисона». Конечно, тогда не было общепринятых стандартных версий, таких как Е14, Е27, Е40 или других — разрешенных, которые сейчас находятся в обращении в азиатских странах или на Североамериканском континенте (Е26, Е12 для напряжения 110 В). Эти стандарты были внедрены гораздо позже совсем другими людьми.
Несмотря на то, что в 1890-х годах Лодыгин решил использовать вольфрамовую спираль (параллельно с ней он ввел и молибденовую спираль), в те годы существовало множество вариаций нитей из других материалов. Вплоть до радиоактивных — например, из оксида тория.
Кроме Лодыгина вольфрамовую нить запатентовали еще генгерский учёный Шандор Юст и его хроватский коллега Франьо Ханаман. Шёл уже 1904 год. Отметим, что Эдисон так и не получил патента на такую штуку. В 1910 году Уильям Кулидж, учёный корпорации General Electric (который, кстати, всё тот же Лодыгин продал свой патент на вольфрамовую нить в 1906 году), изобрел более лёгкий способ производства вольфрамовой нити. Это позволило отказаться от использования альтернативных материалов при производстве нитей.
И только в 1913 году еще один американский ученый, Ирвин Ленгмюр, еще из той же GE додумался заполнить стеклянную колбу лампы инертным газом, в первую очередь аргоном. Это значительно увеличило срок службы лампы и, возможно, окончательно превратило ее в то, что мы знаем и по сей день.
В связи с планом ГОЭЛРО и массовым внедрением в Советском Союзе электрического освещения появилось выражение «лампа Ильича» — неофициальный неофициальный синоним лампы накаливания. Но на самом деле это не так: таким выражением первоначально называли не источник света, а простейшую самодельную люстру — одиночную лампу, установленную в карболитовый патрон, подвешенную к потолку на проволоке, без плафона и цепь. Это прозвище закрепилось за самой лампой гораздо позже, когда в домах простых горожан появились более-менее приличные люстры.
Купить рекламу Отключить
Лампа накаливания прошла всю историю СССР и осталась после него. И только в 2000-х их начали вытеснять энергосберегающие (компактные люминесцентные), а в 2010-х — светодиодные лампы, потребляющие гораздо меньше электроэнергии при той же светоотдаче. Однако и они несовершенны: для специальных ламп зачастую практически невозможно найти прямой аналог из числа светодиодов, а светодиодные лампы с меньшим напряжением встречаются значительно реже, чем давно известные лампы накаливания МО.
Энергосберегающие лампы, равнозначные МО и тем более специальным (щитовым, железнодорожным, судовым и им подобным) лампам, вообще не появлялись на рынке, за исключением отдельных единичных случаев, о которых никто не помнил, кроме одного и полтора несчастных копателя.
Как Лодыгин пришёл к созданию первой лампы накаливания
Александр Николаевич Лодыгин
Лодыгин Александр Николаевич вполне мог сделать блестящую военную карьеру. Учился в Воронежском кадетском корпусе, затем закончил кадетское училище в Москве. Однако в 1870 году он отказался от военной службы и переехал в Петербург. Там Лодыгин загорелся идеей использовать электричество для приведения в движение машин с воздушным потоком.
Изобретатель составил план создания экрана — машины, которая летала бы по воздуху на электричестве. Но на родине его старания не оценили. Вот почему его план был принят во Франции. Лодыгина пригласили в Париж, но вдруг его ширма стала не нужна. Тогда студент переключился на идею электрического уличного освещения. Он пришел к программированию гандиозной идеи — освещать город своими фонарями.
Новая эра электрического света
Пока Эдисон работал над всей системой освещения, другие изобретатели продолжали вносить небольшие усовершенствования, совершенствуя процесс производства нити накала и повышая эффективность лампы. Следующее большое изменение в лампе накаливания произошло с изобретением вольфрамовой нити накаливания в 1904 году. Новые лампы накаливания с вольфрамовой нитью работали дольше и давали более яркий свет по сравнению с лампами накаливания с угольной нитью.
В 1913 году Ирвинг Ленгмюр обнаружил, что наличие в колбе инертного газа, например азота, удваивает ее эффективность. В течение следующих 40 лет ученые продолжали внедрять усовершенствования, снижающие стоимость и повышающие эффективность лампы накаливания. Но к 1950-м годам исследователи все же выяснили, как преобразовать около 10% энергии, потребляемой лампой накаливания, в свет, и начали сосредотачивать свою энергию на других решениях в области освещения.
В 19 веке два немца — стеклодув Генрих Гайсслер и врач Юлиус Плюкер — обнаружили, что могут производить свет, удаляя почти весь воздух из длинной стеклянной трубки и пропуская через нее электрический ток.
Это изобретение стало известно как трубка Гейсслера. Типа газоразрядных ламп эти лампы не пользовались популярностью до начала 20 века, когда исследователи стали искать пути увеличения эффективности освещения. Газоразрядные лампы стали основой многих технологий освещения, в том числе неоновых ламп, натриевых ламп низкого давления (тип, используемый в наружном освещении, например, в уличных фонарях) и люминесцентных ламп.
И Томас Эдисон, и Никола Тесла экспериментировали с люминесцентными лампами в 1890-х годах, но никто из них никогда не производил их для коммерческих целей. В этой области большего успеха добился Питер Купер Хьюитт: его революционное изобретение в начале 1900-х годов стало одним из предшественников люминесцентной лампы. Хьюитт создал сине-зеленый свет, пропустил электрический ток через пары ртути и включил балласт (устройство, подключенное к лампочке, которое регулирует протекание тока через трубку). Хотя лампы Cooper Hewitt были более эффективными, чем лампы накаливания, у них было мало подходящих применений из-за цвета света.
К концу 1920-х и началу 1930-х годов европейские исследователи проводили эксперименты с неоновыми трубками, покрытыми люминофором (материалом, поглощающим ультрафиолетовый свет и преобразующим невидимый свет в полезный белый свет). Эти открытия высвободили исследовательские программы по люминесцентным лампам в Соединенных Штатах, и к середине и концу 1930-х годов американские осветительные компании продемонстрировали люминесцентные лампы военно-морскому флоту США и на Всемирной выставке в Нью-Йорке в 1939 году.
Эти лампы работали дольше и были примерно в три раза эффективнее ламп накаливания. Необходимость энергосберегающего освещения американских военных заводов привела к быстрому внедрению люминесцентных ламп, и к 1951 году линейные люминесцентные лампы давали больше света в США.
Люминесцентное чудо
Другой дефицит энергии — нефтяной кризис 1973 года — вынудил светотехников разработать люминесцентную лампу, которую можно было бы использовать в жилых помещениях. В 1974 году исследователи из Сильвании начали исследовать, как уменьшить размер балласта и встроить его в лампу. Хотя они разработали патент на свою лампочку, они не смогли найти способ ее производства.
Два года спустя, в 1976 году, Эдвард Хаммер из General Electric придумал, как согнуть люминесцентную лампу в спираль, создав первую компактную люминесцентную лампу. Как и Sylvania, General Electric отложила этот проект, потому что новое оборудование, необходимое для массового производства этих ламп, было слишком дорогим.
Первые компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) появились на рынке в середине 1980-х по розничной цене 25-35 долларов, но цены могли сильно различаться в зависимости от региона из-за различных рекламных кампаний, проводимых коммунальными предприятиями. Потребители указывали на высокую цену как на препятствие номер один при покупке компактных люминесцентных ламп. Были и другие проблемы — многие компактные люминесцентные лампы в 1990-х были большими и громоздкими, плохо вписывались в лампы, имели низкую светоотдачу и непостоянную работу.
С 1990-х годов улучшение характеристик КЛЛЛ, цены, эффективности (они потребляют примерно на 75% меньше энергии, чем лампы накаливания) и срока службы (они служат примерно в 10 раз дольше) сделали их жизнеспособным вариантом как для арендаторов, так и для домовладельцев. Спустя почти 30 лет после первого появления КЛЛ на рынке их цена упала и, например, модель ENERGY STAR стоит всего 1,74 доллара за лампу при покупке в упаковке из четырех штук.
Будущее за светодиодами
Светодиоды – одна из самых быстро развивающихся технологий освещения в наши дни. Они используют полупроводник для преобразования электричества в свет, часто занимают небольшую площадь (менее 1 квадратного миллиметра) и излучают свет в определенном направлении, что снижает потребность в отражателях и рассеивателях.
Они также являются наиболее эффективными лампами на рынке. КПД лампочки, также называемая световой отдачей, представляет собой меру излучаемого света (люменов), деленную на потребляемую мощность (ватты). Лампа со 100-процентной экспистацией упровезения энергии в свет будет иметь КПД 683 лм/Вт. Для сравнения, лампа накаливания мощностью от 60 до 100 Вт имеет эффективность 15 лм/Вт, эквивалентная КЛЛ имеет эффективность 73 лм/Вт, а современные сменные лампы на основе светодиодов, представленные на рынке, варьируются от 70 лм/Вт до 100 Вт. 120 лм/Вт при средней эффективности 85 лм/Вт.
Как создавались первые лампы накаливания
Конечно, Лодыгин был вовсе не первым ученым, которому пришла в голову идея создания ламп для освещения. До него этим занимались зарубежные ученые, но они использовали электрические дуги. Лодыгин же пошёл по иному пути. Он создал стеклянный шар, внутри которого к угольному стержню была прикреплена пара медных стержней. Но лампочки с угольной нитью яйл недногальными, они светили лить больше продуха. Александр Николаевич продолжал экспериментировать.
Создать более совершенную лампу ему помог один из подмастерьев — Василий Дидрихсон. Он первым понял, что внутри стеклянного сосуда должен быть вакуум. А еще он предложил поместить внутрь светильника несколько нитей. Это позволило увеличить срок службы до 1000 часов. Александр Николаевич открыл компанию «Русское товарищество электрического объявления». После этого он стал активно рекламировать первые лампы накаливания. Для этого в 1873 году в Петербурге установили семь огромных фонарей. Чтобы посмотреть на них, люди даже покупали специальные билеты!
Александр Лодыгин получил патент на создание своих рук у себя на родине и в ряде стран Европы. Но это не сильно помогло ему в ведении бизнеса. Своих денег не обнаружил, и правительство России не стремилось поддержать студента. Так что вскоре начались проблемы.
Упущенные возможности развития и продвижения ламп Лодыгина
К 1875 году дела компании Лодыгина прошли под откос. В это время Павел Яблочков создал дугообразную угольную лампу и получил на нее патент. Она обладала более совершенной конструкцией и была менее затратной в производстве. Яблочков вложил в раскрутку своего детища огромную сумму, так что о его лампе заговорили повсюду. А Лампы Лодыгина постепенно стали забывать. Кроме того, были некоторые проблемы с патентами.
Поскольку компания изобретателя быстро разорилась, Лодыгину не на что было продлевать свои патенты. Но учёный не стал отчаиваться. Он уехал во Францию, а затем переехал в Америку, при этом проживая в этих двух странах. Он смог улучшить свои лампы и изобрел вольфрамовые лампы накаливания. В них угольные нити были заменены тонкими вольфрамовыми нитями. Беда была в том, что Лодыгину нечем было платить за патенты на вольфрамовые нити и способы их получения. Что случилось с Томасом Эдисоном.
Лампа накаливания Лодыгина с шаровой колбой. Москва, Политехнический музей
Противостояние богача Эдисона и бедняка Лодыгина
Томас Эдисон
Живя в США, Лодыгин стал обладателем патента на лампу накаливания с вольфрамовой нитью. Об этом даже была опубликована статья в американском научном журнале в 1890 году. Однако, несмотря на незаурядный ум, Лодыгин так и не смог развить бизнес по производству и продаже ламп. Продлить свой патент ему не удалось, он продал его в 1906 году. И покупателем, наконец, оказалась компания «Дженерал Электрик». В еја состав входят продукты деятельности до руководства Томаса Эдисона.
Эдисон также вел разработки в области усовершенствования ламп накаливания с различными нитями накала. В то же время он был крупным предпринимателем. Заполучив патент Лодыгина за гроши, Эдисон сумел все устроить так, что стал изобретателем лампы с вольфрамовой нитью. Но не все с ним согласились. Французские журналы опубликовали несколько разоблачающих статей. «Правде» они мало помогли против широкомасштабной рекламной кампании Эдисона. Через некоторое время о вкладе Лодыгина все забыли, а Томаса Эдисона стали считать отцом электрической лампы.