История электрической лампочки началась в 1802 г. в Санкт-Петербурге. Именно тогда профессор физики Василий Владимирович Петров пропустил электрический ток по двум стержням из древесного угля. Между ними дугой перекинулось пламя. Обнаружились не известные ранее свойства электричества — возможность давать людям яркий свет и тепло. Как ни странно, именно эта возможность менее всего заинтересовала ученого. Он в основном обратил внимание на температуру пламени, настолько высокую, что в ней плавятся металлы. Спустя 80 лет это свойство использовал другой русский ученый Бенардос для сварки металлов.
Открытие Петрова осталось незамеченным. Спустя десять лет электрическую дугу вновь открыл англичанин Гемфри Дэви. Но до появления электрической лампы оставалось еще 60 лет.
Для того чтобы использовать электрическую дугу для освещения, было необходимо решить три задачи.
Во-первых, концы угольков, между которыми вспыхивала дуга, быстро сгорали в ее пламени. Расстояние между ними увеличивалось, и дуга гасла. Поэтому необходимо было найти способ поддерживать пламя не несколько минут, а сотни часов, т. е. создать удобный для пользования электрический светильник. Это оказалось самым трудным.
Во-вторых, нужен был надежный и экономичный источник тока. Требовалась машина, вырабатывающая дешевый электрический ток. Существовавшие в то время гальванические батареи были громоздки, и на их изготовление требовалось много дорогого цинка.
И наконец, в-третьих, нужен был способ «дробить электрическую энергию», другими словами, использовать вырабатываемый машиной ток для нескольких светильников, установленных в разных местах.
Благодаря открытию Майклом Фарадеем эффекта возникновения электрического тока в изолированном проводе при его движении в магнитном поле, были построены первые генераторы электрического тока — динамомашины.
Основной вклад в создание электрической лампочки внесли трое людей, по иронии судьбы родившихся в один и тот же 1847 год. Это были русские инженеры Павел Николаевич Яблочков, Александр Николаевич Лодыгин и американец Томас Алва Эдисон.
А. Н. Лодыгин закончил военное училище, но затем подал в отставку и поступил в Петербургский университет. Там он начал работу над проектом летательного аппарата. В России у него не было возможности построить свое изобретение, и 23-летний Лодыгин уезжает в 1870 г. во Францию. Тогда шла франко-прусская война, и молодой изобретатель хотел приспособить свое детище для военных нужд. Французское правительство приняло его предложение, и началась постройка аппарата, напоминавшего современный вертолет. Но Франция проиграла войну, и работы были остановлены. Сам Лодыгин, работая над своим изобретением, столкнулся с проблемой его освещения ночью. Эта проблема настолько его увлекла, что после возвращения в Россию Лодыгин полностью переключился на ее решение.
Лодыгин начал опыты с электрической дугой, но очень быстро от них отказался, так как увидел, что раскаленные концы угольных стержней светят ярче, чем сама дуга. Изобретатель пришел к выводу, что дуга не нужна, и начал опыты с различными материалами, накаляя их током. Эксперименты с проволокой из различных металлов ничего не дали — проволока светились лишь несколько минут, затем перегорала. Тогда Лодыгин вернулся к углю, которым пользовались для получения электрической дуги. Но он брал не толстые угольные стержни, а тонкие. Угольный стерженек помещался между двумя медными держателями в стеклянный шар, по нему пропускался электрический ток. Уголь давал свет довольно яркий, хотя и желтоватый. Угольный стержень выдерживал примерно полчаса.
Для того чтобы стержень не сгорал, Лодыгин поставил в лампу два стержня. Сперва накалялся только один и быстро сгорал, поглощая весь кислород в лампе, после этого начинал светиться второй. Поскольку кислорода оставалось очень мало, он светил примерно два часа. Теперь нужно было выкачать воздух из лампочки и исключить его просачивание внутрь. Для этого нижний конец лампы погружался в масляную ванну, через которую от источника тока к лампе шли провода. Вскоре и от этого способа пришлось отказаться, была сделана лампочка, в которой можно было менять угольные стержни после сгорания. Но неудобства возникали из-за необходимости откачивать воздух.
Лодыгин создал «Товарищество электрического освещения Лодыгин и компания». Весной 1873 г. в отдаленном районе Петербурга Пески состоялась демонстрация ламп накаливания системы Лодыгина. В двух уличных фонарях керосиновые лампы были заменены электрическими. Многие принесли с собой газеты для сравнения расстояния, на котором их можно было читать при керосиновом и электрическом освещении. Позже лампами Лодыгина освещалась витрина бельевого магазина Флорана.
Летом 1873 г. «Товариществом Лодыгин и компания» был организован вечер, где были показаны фонарь для освещения комнаты, сигнальный фонарь для железных дорог, подводный фонарь, уличный фонарь. Каждый фонарь мог зажигаться и гаситься отдельно от остальных.
Академия наук присвоила Лодыгину Ломоносовскую премию за то, что его изобретение приводит к «полезным, важным и новым практическим применениям».
Признание важности его труда вдохновило Лодыгина. Он совершенствовал свою лампочку, а его мастерская выпускала все новые ее разновидности. Но «Товарищество» для изготовления и продажи лампочек Лодыгина было основано прежде, чем удалось сделать новую лампочку, которая бы выдержала конкуренцию со старыми способами освещения. Мастерскую закрыли, «Товарищество» распалось, о лампочках Лодыгина на некоторое время забыли. А. сам изобретатель поступил слесарем на завод.
В это же время собственную конструкцию лампы разрабатывал Яблочков. Работая на Курской железной дороге, Павел Николаевич предложил поставить на паровозе поезда Александра II электрический фонарь для освещения пути. Он представлял собой два угольных стержня, между которыми вспыхивала электрическая дуга. По мере сгорания стержней их сближал механический регулятор. Ток давала гальваническая батарея. Молодому изобретателю пришлось две ночи напролет провести на паровозе, беспрестанно подправляя регулятор.
Яблочков ушел со службы и открыл в Москве мастерскую физических приборов. Но мастерская несла убытки, и ему пришлось уехать за границу, в Париж. Там он поступил на работу в мастерскую Бреге и возобновил работу над созданием электрического светильника. Его занимала одна проблема: как построить лампу, не нуждающуюся в регуляторе. Решение оказалось простым: вместо того, чтобы располагать стержни один против другого, их надо было поставить параллельно, разделив прослойкой тугоплавкого вещества, не проводящего электрический ток. Тогда угли будут сгорать равномерно, а прокладка будет играть ту же роль, что и воск в свече. Для прослойки между электродами Яблочков выбрал каолин — белую глину, из которой делают фарфор.
Спустя месяц после появления этой блестящей идеи лампа была сконструирована, и Яблочков получил на нее патент. Это было в 1876 году. Свою электрическую свечу он поместил в стеклянный шар. Для ее зажигания использовалось простое устройство: стержни сверху соединялись тонкой угольной нитью. Когда в лампу пускали ток, нить раскалялась, быстро сгорала и между стержнями вспыхивала дуга.
Изобретение имело огромный успех. Магазины, театры, улицы Парижа были освещены «свечами Яблочкова». В Лондоне ими осветили набережную Темзы и корабельные доки. Яблочков стал одним из самых популярных в Париже людей. Газеты называли его изобретение «русским светом».
«Русский свет» не имел успеха только на родине изобретателя в России. Французские изобретатели предложили Яблочкову купить у него право на изготовление его свечи для всех стран. Прежде чем дать согласие, Яблочков предложил бесплатно свой патент русскому военному министерству. Ответа не последовало. И тогда изобретатель согласился взять миллион франков у французов. После грандиозного успеха свечи Яблочкова на Парижской выставке 1878 г., которую посетило много русских, ею заинтересовались и в России. Один из великих князей, побывав на выставке, обещал Яблочкову помощь в организации производства его ламп в России.
Ради возможности работать на родине изобретатель, возвратив миллион франков, выкупил право на производство своих свечей и уехал в Петербург.
Там образовалось общество «Яблочков и компания», которое построило завод электрических аппаратов и при нем лабораторию для изобретателя. Для широкого распространения электрического освещения Яблочкову было необходимо решить все три задачи, о которых было сказано выше.
Для этого уже были все предпосылки. Изобретатели предлагали много конструкций машин, вырабатывавших электрический ток. Свой генератор создал и Яблочков. Кроме того, он нашел способ питать током много ламп, поэтому его завод предлагал не только «свечи», но и брал на себя устройство электрического освещения полностью. Яблочков осветил в Петербурге Литейный мост, площадь перед театром и некоторые заводы.
Между Яблочковым и Лодыгиным долго шел творческий спор о путях развития электрического освещения. Яблочков считал, что отказ от дуги — ошибка Лодыгина и лампочки накаливания не смогут быть прочными и экономичными. Лодыгин, в свою очередь, упорно совершенствовал лампочку накаливания.
Недостатком свечи Яблочкова был слишком сильный свет, который она давала — не менее 300 свечей. При этом она излучала столько тепла, что в небольшой комнате было невозможно дышать.
Поэтому свечами Яблочкова пользовались для освещения улиц и больших помещений: театров, заводских цехов, морских портов.
В свою очередь, лампочки накаливания не нагревали сколь-нибудь заметно помещение. Их можно было делать любой силы. Несмотря на различия во взглядах, Яблочков и Лодыгин относились друг к другу с уважением, вместе работали в научном обществе, организовывали журнал «Электричество». На заводе Яблочкова изготавливали и лампочки Лодыгина, который к тому времени внес усовершенствования в свое изобретение: вместо угольных стержней стал использовать угольные нити. Новая лампочка потребляла меньше тока и служила несколько сот часов.
Около двух лет завод Яблочкова был завален заказами, во многих русских городах появилось электрическое освещение. Затем количество заказов сократилось, и завод начал хиреть. Изобретатель разорился, был вынужден снова уехать в Париж. Там он поступил на работу в то самое общество, которое основал и которому вернул миллион франков.
На парижской выставке 1881 г. свеча Яблочкова была признана лучшим способом электрического освещения. Но их стали использовать все реже, и вскоре сам изобретатель потерял к ним интерес.
После того как закрылся завод Яблочкова, Лодыгину не удалось наладить в России широкое производство своих ламп. Он уехал сначала в Париж, затем в Америку.
Он узнал, что там изобретенная им лампочка носит имя Эдисона. Но русский инженер не стал доказывать свой приоритет, а продолжал работу над усовершенствованием своего изобретения.
Говоря о вкладе Эдисоне в развитие электрической лампочки, следует отметить, что перед созданием своей лампочки в его руках побывала лампочка Лодыгина. Поскольку электрический свет должен был выдержать конкуренцию с газовым рожком, Эдисон до тонкостей изучил газовую промышленность. Он разработал план центральной электростанции и схему линий подвода тока домам и фабрикам. Затем, подсчитав стоимость материалов и электроэнергии, определил цену лампы в 40 центов. После этого Эдисон начал работу над лампой с угольной нитью накаливания, помещенной в стеклянный шар, из которого выкачан воздух. Он нашел способ выкачивать воздух из баллона лучше, чем это удавалось другим изобретателям. Но главное было найти материал для угольной нити, который бы обеспечил долгий срок службы. Для этого он перепробовал около шести тысяч растений из разных стран мира. В конце концов он остановился на одном из видов бамбука.
После этого в ход пошла реклама. Газеты сообщили, что усадьба Эдисона, Менло-парк, будет иллюминирована электрическими лампочками. Семьсот лампочек произвели на многочисленных посетителей ошеломляющее впечатление. Эдисону пришлось много поработать над дополнительными изобретениями — генераторами, кабелями. Он работал также над снижением цены лампочки и остановился лишь, когда она стала стоить 22 цента. Несмотря на все это, Эдисон получил патент не на изобретение лампочки, а лишь на усовершенствование, поскольку приоритет оставался за Лодыгиным.
Сам Лодыгин в Америке вернулся к опытам с нитью из тугоплавких металлов. Он и нашел самый подходящий материал для нити, использующийся до сих пор — вольфрам. Вольфрамовая нить дает яркий белый свет, требует гораздо меньше тока, чем угольная, и может служить тысячи часов.
Не были забыты и дуговые лампы. Их используют там, где необходим источник света во много тысяч свечей: в прожекторах, маяках, на съемочных площадках. Причем изготавливают их не по методу Яблочкова, а по отвергнутой им схеме — с регулятором, сближающим угольные стержни.
В XX веке у лампочек накаливания появился конкурент — газосветные лампы, или лампы дневного света. Они наполнены газом и дают свет, не нагреваясь. Сначала появились цветные газосветные лампы. В стеклянную трубку с обоих концов вплавлялись металлические пластины — электроды, к которым подводился ток. Трубка наполнялась газом или парами металла. Под воздействием тока газ начинал светиться. Аргон дает синий цвет, неон — красный, ртуть — фиолетовый, а пары натрия — желтый. Эти лампы нашли применение в рекламе.
Позже были созданы лампы, свет которых приближается к солнечному. Их основа — ультрафиолетовые лучи. Их преимуществом является меньшее, по сравнению с лампами накаливания, потребление тока.
