Работать над идеей лампы, позволявшей поставить электричество на службу человеку для освещения жилищ, общественных пространств и фабрик, начали ещё полтора века назад, однако серьезных успехов ученым удалось добиться только в самом конце XIX века.
Изобретение лампы накаливания — а речь именно о ней — позволило значительно увеличить продолжительность рабочего дня и обеспечило возможности для новой промышленной революции. Это изобретение приписывают Томасу Эдисону, однако, справедливости ради, следует сказать, что Эдисон лишь подвел черту под изобретениями и усовершенствованиями своих предшественников — закончил работу поколений изобретателей. Расскажем о том, как это было.
И вспыхнул свет
Итак, задолго до того, как Эдисон запатентовал и начал продажи своей лампочки, британские исследователи продемонстрировали, что свет можно «взять в плен». Это произошло в 1835 году, когда была представлена первая дуговая лампа. После этого направление научно-технического прогресса было предопределено — вопрос был лишь в том, кому первым удастся создать лампу накаливания.
Ученые экспериментировали с материалом нити и корпуса, пытались понять, как продлить срок службы лампы за счёт заполнения атмосферы внутри колбы различными веществами (пришли в итоге к инертным газам, но этот путь потребовал десятилетий экспериментов). Ранние лампочки были очень недолговечными, прожорливыми и дорогостоящими в производстве — газ и даже свечи обходились куда как дешевле.
Эдисон работал как раз над нитью. Он и его коллеги перепробовали множество материалов, от углерода до платины, и в итоге остановились на углероде — а, вернее, на хлопковой нити, подвергнутой карбонизации, которая служила почти 15 часов. Следующим этапом стала нить из бамбука — её срок службы довели до 1200 часов, что стало стандартом на долгие годы. Тогда же был разработан насос для откачки воздуха из колбы и современный патрон — его назвали винтом Эдисона.
Параллельно в США трудились такие изобретатели, как Сойер и Мэн, а в Великобритании патент получил Джозеф Свон. Сейчас они бы сожрали друг друга в судах, но в ту пору законодательство об авторских правах было ещё недостаточно совершенным, поэтому Эдисон, Мэн, Сойер и Свон объединили усилия, основав две совместные компании — одну в США, другую — на Британских островах (первая получила название General Electric, вторая — Ediswan).
Но если изобретателей было много, а лампочек ещё больше, почему же все помнят только Эдисона? Дело в том, что он не просто изобрел лампу накаливания — он сделал её удобной и практичной. В 1882 году он разработал свою систему освещения на основе модели с газом и показал на лондонском виадуке Холборн, что электричество может распределяться централизовано, при помощи трубок и проводов. В то же время он продолжал работу над устройствами генерации, разработав и построив первую коммерческую электростанцию. А чтобы следить, кто сколько электричества потратил, он сделал и запатентовал электросчетчик (все современные приборы, что аналоговые, что цифровые — можно сказать, правнуки счётчика Эдисона).
Новая эра электрического света
Но и без Эдисона работа не стояла на месте — технологию считали перспективной во всём мире, а потому дорабатывали. Следующим серьезным изменением стало внедрение нити из вольфрама в 1904 году: такие лампы давали более яркий свет, да и служили в разы дольше.
А в 1913 году Ирвинг Ленгмюр в результате многочисленных экспериментов выяснил, как ещё больше увеличить яркость свечения лампы и сократить энергопотребление: вместо того, чтобы откачивать из колбы воздух, он решил наоборот, закачать внутрь газ. Подходил не любой, а только такой, что не вступал в реакцию с горящей нитью — например, азот.
За следующие полстолетия что только ни вытворяли с лампочкой в погоне за удешевлением и ростом эффективности, однако к 1950 году эффективность преобразования энергии в свет по-прежнему не превышала 10-12% — всё остальное уходило в тепло. Требовались принципиально другие подходы и решения.
Стекло и электричество
Что интересно, эксперименты в этом направлении начались ещё в XIX веке, их вели два немецких естествоиспытателя, Гейсслер и Плюкер. Удалив из стеклянной трубки воздух и пустив по ней ток, они сумели добиться выработки света — это изобретение было прототипом газоразрядной лампы и получило название трубы Гейсслера.
Эффективность, впрочем, тоже оставляла желать лучшего, поэтому технология не получила распространения вплоть до второго десятилетия XX века, когда ученые начали экспериментировать с другими материалам — неоном и натрием.
Эксперименты с люминесцентными лампами параллельно проводили Эдисон и Тесла, но коммерческого успеха первым добился Питер Купер Хьит, представив ртутные лампы с сине-зеленым светом. В их основе лежал принцип прохождения тока через пары ртути с одновременным подключением балласта — прибора, регулирующего движение тока через лампу.
Впрочем, из-за специфического света в быту такие лампы не использовались, даже в промышленной эксплуатации зашли плохо.
В начале 1930-х проводились эксперименты с трубками, заполненными неоном и покрытыми специальным материалом, трансформирующим ультрафиолет в белый свет — люминофором. Серия исследований вызвала интерес американского военно-морского флота: военные, как это часто бывает, дали изобретателям денег, оценив перспективы новой технологии со своей колокольни. Всего через год новую лампу уже показывали на Всемирной выставке в Нью-Йорке, где она произвела фурор, и не прошло и десяти лет, как почти все лампы накаливания на заводах и в учреждениях США были заменены на люминесцентные линейного типа.
Люминесцентное чудо
Дело было за малым — поставить промышленную технологию на гражданские рельсы, сделать её массовой и позволить использовать лампочки нового типа дома! Импульсом к этому послужил нефтяной кризис, вызванный войной 1973 года на Ближнем Востоке.
Уже через год начались эксперименты по уменьшению балласта и его интеграции в лампу, ученым даже удалось получить патент — но не начать производство. Лишь в 1976 г. Эдуарду Хаммеру из GE пришла мысль согнуть трубку в спираль — так получился первый компактный светильник на люминофоре. Правда, и тут технология пока была только «на перспективу»: серийное производство обходилось бы слишком дорого, и компания пока не придумала способа её удешевить.
Первые такие лампы такого типа поступили в продажу в середине восьмидесятых, но цена — от 20 до 50 долларов за штуку — была неподъёмной. Плюс ККЛ только назывались компактными, а на деле они не подходили к бытовым осветительным приборам, жрали кучу электричества и регулярно перегорали от перепадов напряжения.
Преодолеть эти трудности получилось к середине девяностых: новые лампы стали в 3 раза экономнее лампочек накаливания и вдобавок превзошли их по сроку службы (в 8-10 раз больше, чем раньше). Сами технологии производства также стали доступнее, так что стоимость ламп снизилась до 1-2 долларов за штуку — или до 140-250 рублей, если ориентироваться на российские магазины.
Будущее за светодиодами
Но светлое (во всех смыслах) будущее сейчас прочат не лампам накаливания и не люминесцентным, а светодиодам. Для того, чтобы трансформировать электрический ток в свет, им нужно совсем немного — полупроводник крошечного размера (иногда всего несколько миллиметров!), а свет излучается в необходимом направлении, так что КПЛ ламп такого типа выше, а сами они не нуждаются в рассеивании и отражении света.
История таких ламп началась в лабораториях GE в 1962 году — тогда Ник Холоньяк младший изобрел красный светодиод, затем появились желтые и зеленые, а дальше семейство полупроводниковых светодиодов стало расти как на дрожжах.
ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ на наш YouTube канал!
Ставьте ПАЛЕЦ ВВЕРХ и ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ на Дзен канал
Читайте также: