Как только человечество познакомилось с электричеством, пытливые умы захотели найти ему применение. И одно из первых, к чему начали приспосабливать электрический ток, было освещение. Сегодня электрическое освещение в доме требуется по умолчанию, а всего чуть больше 100 лет назад это было на грани роскоши.
Открыть или внедрить
Самый сложный шаг для любой технологии - превратиться из лабораторного эксперимента в практическое решение. То же самое произошло и с электрическим освещением: его изобретали во многих вариантах, но эти разработки так и не пошли в серию. Изобретателям не хватало настойчивости и упорства на то, чтобы запустить производство. А некоторые, сделав какое-то важное открытие, забрасывали его, считая бесполезным и не развивали. Через несколько лет его открывали заново и оказывалось, что это очень даже практическое и полезное дело.
Впервые способность тонкой проволочки нагреваться до свечения при пропускании через нее мощного тока продемонстрировал английский ученый Эбенезер Киннерсли в 1761 году. Эксперимент признали интересным, но бесполезным. Следующим был тоже англичанин, Хамфри Дэви – он, используя мощную батарею, в серии опытов 1802 года раскалял полоску платиновой фольги до неяркого свечения и даже отметил в журнале, что она дает свет, как плохонькая свечка, а потом перегорает.
И потом лет 30 почти никто не занимался этим вопросом, пока в 1841 британец Уоррен де Ла Рю не придумал комбинацию из платиновой нити и колбы, из которой откачан воздух. Так нить не окислялась и не перегорала гораздо дольше. И это была первая относительно удачная и яркая электролампа. Правда, до промышленного выпуска не дошло: платиновая нить делала такие лампы просто «золотыми», а надежных источников тока было очень мало.
Но направление было найдено. Дальше началась гонка между изобретателями, каждый из которых стремился сделать свои лампы ярче, «живучее» и дешевле. Искали новые материалы для нити и новые технологии продления ее работы.
Русский след
Следующий глобальный шаг в развитии ламп накаливания сделал русский изобретатель Александр Лодыгин. В 1872 году он изобрел и в 1874 запатентовал в России электролампу, в которой светилась раскаленная угольная нить, а колба вместо вакуума была заполнена нейтральным газом, азотом. Так Лодыгин создал принцип, по которому делаются все современные лампы накаливания. Потом, переехав в Америку, он разработал и запатентовал лампы с нитями из тугоплавких металлов – хрома, иридия, родия, рутения, осмия, молибдена и, главное, вольфрама. В 1907 он вернулся в Россию, преподавал в университетах и занимался проблемами электросварки и электрификации, после Февральской Революции окончательно уехал в Америку.
В 1900 году Всемирная Выставка в Париже была освещена лампами системы Лодыгина с нитями из молибдена. Он же предложил, чтобы увеличить длину нити, сохранив объем лампы, закручивать ее в «пружинку» и вместо откачки предложил, наоборот, нагнетать внутрь лампы нейтральный газ под давлением, чтобы раскаленный металл хуже испарялся и нить не «худела» так быстро.
Большой вклад в развитие электроламп сделал другой наш соотечественник Павел Яблочков. Открыв, что некоторые сорта керамики при нагревании начинают проводить ток, он изобрел «каолиновую лампу». Вместо металлической нити в ней светился тонкий керамический стерженек. Достоинством было то, что керамика не окислялась и не перегорала на воздухе. Но чтобы достичь рабочей температуры такую электрическую лампу надо было… поджигать спичкой, прогревая тело накаливания. В итоге Яблочков счел лампы накаливания бесперспективными и забросил разработки, сосредоточившись на том, что он считал более интересным – дуговых лампах, где мощный поток света давала электрическая дуга между электродами. Они стали известны как «свеча Яблочкова».
Терпение и труд
Томаса Эдисона нельзя было назвать гением, которого озаряют блестящие идеи. Но фантастическое упорство и острая наблюдательность, помноженные на колоссальное трудолюбие и деловую хватку, позволили ему сделать огромное количество изобретений и усовершенствований.
Так, чтобы выяснить, какой материал лучше подходит для нити, он провел более 1500 опытов. Остановившись на угольной нити, он провел еще 6000 с лишним опытов, чтобы выяснить, из каких растений получаются лучшие угольные нити. Так родилась лампа Эдисона – светила она на первых порах всего 40 часов. Зато была дешева, и очень удобна в использовании.
Но не одной лампочкой прославился Эдисон. Гораздо большая его заслуга в том, что он изобрел и наладил массовый выпуск стандартизированных ламп и унифицированных электрических компонентов: выключатели, патроны для ламп, колодки для монтажа проводов и т.д. Так из прибора исключительно ручной работы лампа накаливания стала предметом массового фабричного производства.
До сих пор, покупая лампы в магазине, мы видим на упаковке надпись: Е40, Е27, Е14, Е10. Заглавная «Е» — это от Edison, цифры – диаметр в миллиметрах, а изобретенный им резьбовой цоколь уже 100 с лишним лет остается самым популярным в мире.
Драгоценный металл
Самые первые лампы де Ла Рю «не взлетели» из-за дороговизны, платиновая нить была страшно дорога. Генеральное направление развития было задано Лодыгиным: как можно более тугоплавкое тело накаливания, которое можно раскалить сильнее и светить оно будет ярче. В 1902 году «Сименс» запатентовала танталовую нить, с 1898 по 1905 выпускались лампы с осмиевой нитью. Тяжелые тугоплавкие металлы были очень дороги, поэтому в начале ХХ века никто не выбрасывал перегоревшие лампочки. Их собирали и сдавали обратно, чтобы снова пустить металл в оборот.
Предпоследний шаг к современной лампе накаливания сделали в 1904 году венгр Шандор Юст и хорват Франьо Ханаман. Подданые Австро-Венгрии запатентовали относительно дешевый метод изготовления нити для ламп из предельно тугоплавкого металла – вольфрама. А в 1906 году американский физик Кулидж предложил еще более дешевый и надежный метод производства вольфрамовой нити и с тех пор в подавляющем большинстве ламп накаливания работает именно вольфрам. С 1913 года колбы ламп накаливания стали все чаще заполнять инертными газами, аргоном или криптоном.
А последнюю точку в эволюции лампочки, точнее, изящный иероглиф, поставил японец Дзюнити Миура, сотрудник будущей Toshiba, в 1921 году. Именно он изобрел способ, как не руками, а на станке свернуть вольфрамовую «пружинку» в еще одну спираль и так сэкономить еще больше места в лампе, увеличив ее светимость.
В итоге, к 1960 году стоимость одного ватта света в лампе накаливания подешевела по сравнению со временами Эдисона в 30 раз. А когда-то самые мощные в линейке бытовые лампы сегодня по силе света едва годятся для ночников.