История электрического освещения

История электрического освещения

История электрического освещения  началась в 1870 году с изобретения  лампы накаливания, в которой  свет вырабатывался в результате поступления электрического тока. Самые первые осветительные приборы, работающие на электрическом токе появились в начале XIX века, когда было открыто электричество. Эти лампы достаточно неудобными, но, тем не менее, их использовали при освещении улиц.

И, наконец, 12 декабря 1876 года русский инженер Павел Яблочков открыл так называемую "электрическую  свечу", в которой две угольные пластинки, разделенные фарфоровой вставкой, служили проводником электричества, накалявшего дугу, и служившую  источником света. Лампа Яблочкова  нашла широчайшее применение при  освещении улиц крупных городов.

Точку в разработке ламп накаливания  поставил американский изобретатель Томас  Альва Эдиссон. В его лампах использовался тот же принцип, что и у Яблочкова, однако все устройство находилось в вакуумной оболочке, которая предотвращала быстрое окисление дуги, и поэтому лампа Эдиссона могла использоваться достаточно продолжительное время.

Эдиссон начал работать над проблемой электрического освещения ещё в 1877 году. За полтора года он провел более 1200 экспериментов. 21 октября 1879 года он подключил к источнику питания лампу, которая горела два дня. В 1880 году Томас Эдиссон запатентовал свое изобретение. Первое коммерческое использование ламп Эдиссона состоялось в 1880 году на корабле Columbia. АН следующий год фабрика в Нью-Йорке была освещена лампами Эдиссона. Его изобретение стало приносить большие деньги, сделав изобретателя весьма богатым человеком. В то же время Павел Яблочков, не менее одаренный изобретатель, давший человечеству много полезных новинок, умер в бедности в Саратове 31 марта 1894 года.

Источники света всегда будут  совершенствоваться во времени, пока человечество живо.

В нижеследующей таблице  представлено развитие источников света  во времени.

Эти материалы были предоставлены  известным специалистом в области  светотехники господином Боденхаузеном (Германия), за что мы ему очень благодарны. История развития электрического освещени переживала времена застоя и подъема. Самым долгим был путь от лучины к свече и затем к масляной лампе. Значительный интерес представляет история развития ламп накаливания, совершивших революцию в технике освещения. Несмотря на то что многие изобретения не нашли практического применения, с точки зрения развития технических идей они, несомненно, заслуживают внимания.

В 1873 году А.Н. Лодыгин устроил  первое в мире наружное освещение  лампами накаливания Одесской улицы  в Петербурге. В 1880 году он получил  патент на лампу накаливания с  металлической нитью.

Совершенно естественно, что развитие и совершенствование  источников света определялось:

- повышением энергетической  эффективности;

- увеличением срока службы; - улучшением цветовых характеристик  излучения (цветовой температуры,  индекса цветопередачи и т.д.).

В следующей таблице приведены  некоторые характеристики источников излучения. Причем охвачена лишь небольшая  группа (общее число типов источников излучения превышает 2 000).

Разработка и производство люминесцентных ламп связано с именем С.И. Вавилова, под руководством которого был разработан люминофор, преобразующий  ультрафиолетовое излучение в видимое. В 1951 году за разработку люминесцентных ламп С.И. Вавилов, В.Л. Левшин, В.А. Фабрикант, М.А. Константинов-Шлезингер, Ф.А. Бутаев, В.И. Долгополов были награждены Государственной премией. Кстати, Сергей Иванович Вавилов был также одним из первых, кто положил начало светотехнике в СССР. Он первым в МВТУ прочитал лекции по светотехнике, написал ряд книг по истории света и его физиологическом воздействии на человека.

Необходимо отметить вклад  Н.А. Карякина в развитие дуг высокой  интенсивности с угольными электродами. Прожекторы с такими источниками  света применялись во время Великой  Отечественной войны, а также  в киносъемках и для кинопроекций. Позже они стали вытесняться  ксеноновыми лампами, но их значение в военные годы для СССР трудно переоценить. За работы по угольным дугам  высокой интенсивности Н.А. Карякин  с сотрудниками были удостоены Государственной  премии.

С целью увеличения срока  службы разрядных ламп (причина выхода из строя, как правило, была связана  с электродами) разработаны безэлектродные люминесцентные лампы. Сюда можно отнести высокочастотные компактные безэлектродные люминесцентные лампы, безэлектродные лампы в форме витка, микроволновые безэлектродные серные лампы.

Одним из новых источников света, которые начали внедряться в  практическое освещение (сигнальное, рекламное), являются светодиоды. С 1968 года (первое серийное изготовление) до настоящего времени световая отдача увеличена  от 0,2 лм\Вт до 40 лм/Вт.

Сегодня уже выпускаются  серийно не только светодиоды монохроматического излучения, но и белого цвета. По прогнозам, в 2005 году световая отдача ряда светодиодов  будет заметно превышать 100 лм\Вт. Основные преимущества светодиодов  – большая сила света (для некоторых  типов несколько тысяч канделл), малые размеры, большой срок службы (десятки тысяч часов), маленькое напряжение питания (единицы вольт).

Совершенно очевидно, что  в скором времени светодиоды составят серьезную конкуренцию не только лампам накаливания, но и люминесцентным лампам.

НЕМНОГО ИСТОРИИ

До 1650 года - времени, когда  в Европе пробудился большой интерес  к электричеству, - не было известно способа легко получать большие  электрические заряды. С ростом числа  ученых, заинтересовавшихся исследованиями электричества, можно было ожидать  создания все более простых и  эффективных способов получения  электрических зарядов. В результате огромного количества экспериментов  учёными разных стран были сделаны  открытия, позволившие создать механические электрические машины, вырабатывающие относительно дешёвую электроэнергию.

В середине X1X века начинается быстрый рост применения электродвигателей  и все расширяющееся потребление  электроэнергии, чему немало способствовало изобретение П. Н. Яблочковым способа  освещения с помощью так называемой "свечи Яблочкова". Ни одно из изобретений в области электротехники не получало столь быстрого и широкого распространения, как свечи Яблочкова. Это был подлинный триумф русского инженера. Павлу Николаевичу Яблочкову принадлежит честь:

· создания самой простой  по принципу дуговой лампы – электрической  свечи, сразу же получившей широкое  практическое применение, заслужившей  всеобщее признание и повлекшей  за собой прогресс всей электротехники;

· изобретения способов включения  произвольного числа электрических  свечей в цепь, питаемую одним генератором  электрического тока. До изобретения  П.Н. Яблочкова этого делать совершенно не умели, каждая дуговая лампа нуждалась  в отдельной динамо-машине;

· изобретения трансформатора;

· внедрения в практику переменного тока. До П.Н. Яблочкова  применение переменного тока считали  не только опасным, но и совершенно неподходящим для практического  использования;

· изобретения различного рода других источников света, как, например, каолиновой лампы, линейных светящихся проволок и других;

· создания большого числа  электрических машин и аппаратов  оригинальной конструкции, в том  числе электрической машины без  железа;

· изобретения различных  гальванических элементов, например, самозаряжающегося  аккумулятора, известного под названием  автоаккумулятора Яблочкова. В наше время электротехника возвращается к разработке идей П.Н. Яблочкова в этой области.

Для раздельного питания  отдельных свечей от генератора переменного  тока изобретателем был создан особый прибор - индукционная катушка (трансформатор), позволявший изменять напряжение тока в любом ответвлении цепи в  соответствии с числом подключенных свечей.

Именно появление электрического освещения различных систем вызвало  к жизни первые электрические  станции. Первая такая станция –  блок-станция, то есть станция для  одного дома, не обеспечивающая передачу энергии на большое расстояние, была создана в 1876 году в Париже для  питания электричеством свечей Яблочкова.

А в 1881 году – первая Международная  выставка электричества и Международный  конгресс электриков, Министр почт и телеграфа Франции, официальный  спонсор выставки, в докладе президенту Французской республики писал: «Эта выставка будет вмещать в себя все то, что относится к электричеству: на ней будут демонстрироваться  всевозможные аппараты и приборы, служащие для получения, передачи, распределения  электрической энергии. Конгресс в  Париже соберет наиболее выдающихся ученых-электриков. Представители чудесной науки, только что раскрывшей перед  человечеством свои громадные ресурсы  и вскружившей ему голову своими беспрестанными эффектами, обсудят  все результаты произведенных исследований и новейшие теории, созданные в  этой области. Представители других стран, приглашенные во Францию, будут  рады воспользоваться этим случаем, чтобы, так сказать, узаконить науку  об электричестве и измерить ее глубину».

Действительно, успехи электротехники были тогда частыми и разнообразными. Но до 1881 года электриками разных стран  использовались десятки самых различных  единиц тока, сопротивления – не было стандарта на электрические  единицы. Сопоставить результаты исследователей разных стран было чрезвычайно сложно. Именно в 1881 году на Международном конгрессе  электриков, приуроченном к первой Международной выставке электричества, в нашу жизнь вошли столь хорошо известные нам сейчас единые электротехнические единицы.

На заседании конгресса  слушатели в штыки встретили  сообщение французского физика Марселя  Депрэ, высказавшего еретическую мысль о возможности передачи электроэнергии на большие расстояния. Это сообщение котировалось в качестве неплохой шутки, забавной утопии.

А уже через год, на Мюнхенской международной электрической выставке, Марсель Депрэ продемонстрировал буквально наповал пораженным посетителям небольшой водопад, действующий от центробежного насоса, вращаемого электромотором. Но не это главное – электромотор снабжался электроэнергией от линии передачи из другого города – Мисбаха, расположенного в 57 километрах от Мюнхена, где электроэнергия рождалась тоже в водопаде.

Еще в 1879 году Павел Николаевич Яблочков заявил, что передачу энергии  надо вести при помощи переменного  тока. Спустя несколько лет, 25 августа 1891 года, Доливо-Добровольский на электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне применил трехфазный переменный ток и продемонстрировал передачу электрической энергии на расстояние 175 километров. Именно трехфазный ток вырабатывают станции и в наши дни. Одновременно с блестящим решением вопроса о передаче электрической энергии на расстояния получила практическое осуществление и идея П.Н. Яблочкова о централизованном производстве энергии на специальных станциях.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Промышленность, транспорт, сельское хозяйство, бытовое потребление (освещение, холодильники, телевизоры). Большая часть электроэнергии превращается в механическую, 1/3 — технические цели (электросварка, плавление, электролиз и т. п.).

Главный способ получения  электрической энергии и в  наши дни основан на применении вращающихся  генераторов – динамо, как их называли раньше. Таким путем получается электроэнергия не только на обычных  тепловых электростанциях и гидростанциях, где генераторы приводятся в движение паром или текущей водой, но и  на всех действующих атомных электростанциях.

«СВЕЧА ЯБЛОЧКОВА»

В середине XIX века история  науки и техники подошла к  критическому периоду, когда главные  усилия ведущих ученых и изобретателей  – электротехников многих стран  сосредоточились на одном направлении: создании более удобных источников света. Раньше всего это удалось  осуществить в конце 1870-х годов  выдающимся русским изобретателям  – П.Н. Яблочкову, А.Н. Лодыгину и  В.Н. Чигареву.

Русский инженер, один из пионеров мировой электротехники и светотехники Павел Николаевич Яблочков (14 сентября 1847, село Жадовка, Сердобского уезда Саратовской губернии — 19 (31) марта 1894, Саратов) закончил Техническое гальваническое заведение в Петербурге, впоследствии преобразованное в Офицерскую электротехническую школу, выпускавшую военных инженеров-электриков. Техническое гальваническое заведение было первым в Европе военным учебным заведением, ставившим своей задачей развитие и усовершенствование методов практического применения электричества в инженерном деле. Одним из организаторов и руководителей этого учебного заведения являлся крупнейший русский ученый и изобретатель, пионер электротехники Б.С. Якоби. П.Н. Окончив Гальваническое заведение, Яблочков был назначен начальником гальванической команды в 5-й саперный батальон. Однако едва только истек трехлетний срок службы, он уволился в запас, расставшись с армией навсегда. Яблочкову предложили место начальника службы телеграфа на только что вступившей в эксплуатацию Московско-Курская железная дороге. Уже в начале своей службы на железной дороге П.Н. Яблочков сделал свое первое изобретение: создал “чернопишущий телеграфный аппарат”. Подробности этого изобретения до нас не дошли.

Свою изобретательскую деятельность П.Н. Яблочков начал с попытки  усовершенствовать наиболее распространенный в то время регулятор Фуко. Весной 1874 года ему представилась возможность  практически применить электрическую  дугу для освещения.

От Москвы в Крым должен был следовать правительственный  поезд. Администрация Московско-Курской  дороги в целях безопасности движения задумала осветить этому поезду железнодорожный  путь ночью и обратилась к Яблочкову  как инженеру, интересующемуся электрическим  освещением. Впервые в истории  железнодорожного транспорта на паровозе установили прожектор с лучшей по тому времени дуговой лампой с  регулятором Фуко. Дуговую лампу  нужно было непрерывно регулировать. Электрическая дуга, дающая яркий  свет, возникает лишь тогда, когда  концы горизонтально расположенных  угольных электродов находятся друг от друга на строго определённом расстоянии.