В останні десятиліття XIX століття в життя багатьох європейських міст увійшло електричне освітлення.
З'явившись спочатку на вулицях і площах, воно дуже скоро проникло в кожен будинок, в кожну квартиру і зробилося невід'ємною частиною життя кожної цивілізованої людини. Це було одне з найважливіших подій в історії техніки, що мало величезні і різноманітні наслідки. Бурхливий розвиток електричного освітлення призвело до масової електрифікації, перевороту в енергетиці і великим зрушенням у промисловості. Однак усього цього могло і не статися, якби зусиллями багатьох винахідників не було створено таке звичайне і звичне для нас пристрій, як електрична лампочка. У числі найбільших відкриттів людської історії їй, безсумнівно, належить одне з найпочесніших місць.
У XIX столітті набули поширення два типи електричних ламп: лампи розжарювання і дугові. Дугові лампочки з'явилися трохи раніше. Світіння їх засновано на таке цікаве явище, як вольтова дуга. Якщо взяти два дроти, підключити їх до досить сильного джерела струму, з'єднати, а потім розсунути на відстань кількох міліметрів, то між кінцями провідників стає щось на зразок полум'я з яскравим світлом. Явище буде гарніше і яскравіше, якщо замість металевих проводів взяти два загострених вугільних стержня. При досить великій напрузі між ними утворюється світло сліпучої сили.
Вперше явище вольтової дуги спостерігав в 1803 році російський вчений Василь Петров. У 1810 році той же відкриття зробив англійський фізик Деві. Обидва вони отримали вольтову дугу, користуючись великою батареєю елементів, між кінцями стерженьков з деревного вугілля. І той, і інший писали, що вольтова дуга може використовуватися з метою висвітлення. Але колись треба було знайти більш підходящий матеріал для електродів, оскільки стрижні з деревного вугілля згорали за кілька хвилин і були малопридатні для практичного використання. Дугові лампи мали і інше незручність - в міру вигоряння електродів треба було постійно посувати їх назустріч один одному. Як тільки відстань між ними перевищувало якийсь допустимий мінімум, світло лампи ставав нерівним, вона починала мерехтіти і гасла.
Першу дугову лампу з ручним регулюванням довжини дуги сконструював в 1844 році французький фізик Фуко. Деревне вугілля він замінив паличками з твердого коксу. У 1848 році він вперше застосував дугову лампу для освітлення однієї з паризьких площ. Це був, короткий і досить дорогий досвід, так як джерелом електрики служила потужна батарея. Потім були придумані різні пристосування, керовані годинниковим механізмом, які автоматично зсовували електроди в міру їх згоряння.
Зрозуміло, що з точки зору практичного використання бажано було мати лампу, що не ускладнену додатковими механізмами. Але чи можна було обійтися без них? Виявилося, що так. Якщо поставити дві жарини не друг проти друга, а паралельно, до того ж так, щоб дуга могла утворюватися тільки між двома їх кінцями, то при цьому пристрої відстань між кінцями вугілля завжди зберігається незмінним. Конструкція такої лампи здається дуже простий, однак створення її вимагало великої винахідливості. Вона була придумана в 1876 році російським іелектротехніком Яблочкова, який працював в Парижі в майстерні академіка Бреге.
Свічка Яблочкова складалася з двох стержнів, виготовлених з щільного роторного вугілля, розташованих паралельно і розділених гіпсової платівкою. Остання грала двояку роль, так як служила і для скріплення вугілля між собою і для їх ізоляції, дозволяючи вольтової дузі утворюватися лише між верхніми кінцями вугілля. У міру того як вугілля зверху обгорає, гіпсова платівка плавилася і випаровувалася, так що кінчики вугілля завжди на кілька міліметрів виступали над платівкою.
Свічки Яблочкова привернули до себе загальну увагу і наробили багато шуму. У 1877 році з їх допомогою було вперше влаштовано вуличне електрику на Avenue de L'Opera в Парижі. Всесвітня виставка, що відкрилася в наступному році, дала можливість багатьом електротехнікам познайомитися з цим чудовим винаходом. Під назвою «російський світ» свічки Яблочкова використовувалися пізніше для вуличного освітлення в багатьох містах світу. Ці лампи цікаві ще й тим, що вимагали для себе виключно змінного струму, так як швидкість згоряння позитивного і негативного електродів в них була неоднаковою і при постійному струмі треба було робити позитивний електрод товщі. Саме для Яблочкова Грам виготовив свій перший генератор змінного струму. Але поряд з достоїнствами свічки Яблочкова мали свої недоліки. Головна незручність полягала в тому, що вугілля в них згорали дуже швидко - свічка середньої величини світила не більше двох годин.
Цей недолік, втім, був притаманний і багатьом іншим дуговим лампам. Не раз у винахідників була думка зробити висновок вольтову дугу в позбавлену кисню атмосферу. Адже завдяки цьому лампа могла б горіти значно довше. Довгий час ці спроби не вдавалися, так як намагалися викачати повітря цілком з усієї лампи. Американець Джандус перший придумав поміщати під купол не всю лампу, а тільки її електроди. При виникненні вольтової дуги кисень, укладений в посудині, швидко вступав в реакцію з розпеченим вуглецем, так що незабаром всередині судини утворювалася нейтральна атмосфера. Хоча кисень і продовжував чинити через зазори, вплив його сильно послаблювалося, і така лампа могла безперервно горіти близько 200 годин.
Але навіть в такому удосконаленому вигляді дугові лампи не могли отримати досить широкого поширення. Вольтова дуга являє собою дуже сильне джерело світла. Яскравість її горіння неможливо зменшити нижче певної межі. Тому дугові лампи використовувалися для освітлення великих залів, вокзалів або площ. Але вони були абсолютно непридатні для застосування в маленьких житлових або робочих приміщеннях.
Набагато зручніше в цьому сенсі були лампочки розжарювання. Пристрій їх всім відомо: електричний струм, проходячи через тонку нитку, розпалює її до високої температури, завдяки чому вона починає яскраво світитися. Ще в 1820 році французький вчений Деларю виготовив першу таку лампу, в якій розжарюються тілом служила платинова дріт. Після цього протягом півстоліття лампи розжарювання майже не використовувалися, оскільки не могли знайти відповідного матеріалу для нитки. Спочатку найбільш зручним здавався вугілля. У 1873 році російський електротехнік Лодигін зробив лампочку з ниткою з роторного вугілля. Він же перший почав відкачувати з балона повітря. Зрештою йому вдалося створити першу лампочку розжарювання, що отримала деяке практичне застосування, але вона залишалася ще дуже недосконалою. У 1878 році американські електротехніки Сойєр і Ман знайшли спосіб виготовляти маленькі вугільні дуги невеликого перерізу шляхом обвуглювання картону в графітовому порошку. Ці дуги укладали в скляні ковпачки. Однак і ці лампочки були дуже недовговічні.
У 1879 році за удосконалення електричної лампочки взявся знаменитий американський винахідник Едісон. Він розумів: для того, щоб лампочка світила яскраво і довго і мала рівний немиготливий світло, необхідно, по-перше, знайти відповідний матеріал для нитки, і, по-друге, навчитися створювати в балоні сильно розріджений простір. Було зроблено безліч експериментів з різними матеріалами, які ставилися з властивим для Едісона розмахом. Підраховано, що його помічники випробували не менше 6000 різних речовин і з'єднань, при цьому на досліди було витрачено понад 100 тисяч доларів. Спочатку Едісон замінив ламкий паперовий вугіллячко міцнішим, приготованим з вугілля, потім став робити досліди з різними металами і нарешті зупинився на нитки з обвуглених бамбукових волокон. У тому ж році в присутності трьох тисяч чоловік Едісон публічно демонстрував свої електричні лампочки, освітивши ними свій будинок, лабораторію і кілька прилеглих вулиць. Це була перша лампочка з тривалим терміном служби, придатна для масового виробництва. Але оскільки виготовлення ниток з бамбука виявилося досить дорогим, Едісон розробив новий спосіб вироблення їх з спеціальним чином оброблених волокон бавовни. Спочатку хлопок поміщали в гарячий хлорно-цинковий розчин, де він поступово розчинявся. Отриману рідину згущували за допомогою насоса до тістоподібного стану і видавлювали через тонку трубку в посудину зі спиртом. Тут вона перетворювалася в тонку нитку і намотувалася на барабан. Отриману нитку шляхом декількох проміжних операцій звільняли від хлорно-цинкового розчину, сушили, розрізали, укладали в v-образні форми і обвуглюється в печі без доступу повітря. Потім на нитки напилювали тонкий шар вугілля. Для цього їх поміщали під ковпак, заповнений світильним газом, і пропускали через них струм. Під дією струму газ розкладався, і на нитки осаджувався тонкий шар вуглецю. Після всіх цих складних операцій нитка була готова для вживання.
Процес виготовлення лампочки теж був дуже складним. Нитка поміщали в скляну ковпачок між двома платиновими електродами, вплавленними в скло (дорогий платиною доводилося користуватися тому, що вона мала однаковий зі склом коефіцієнт теплового розширення, що було дуже важливо для створення герметичності). Нарешті, за допомогою ртутного насоса з лампочки викачували повітря, так що в ній залишалося не більше однієї мільярдної того повітря, який містився в ній при нормальному тиску. Коли викачування закінчувалося, лампочку запаювали і насаджували на цоколь з контактами для вкручування в патрон (і патрон, і цоколь, а також багато інших елементів електричного освітлення, що збереглися без змін до наших днів - вимикачі, запобіжники, електричні лічильники і багато іншого - були також винайдені Едісоном). Середня довговічність лампочки Едісона становила 800-1000 годин безперервного горіння.
Майже тридцять років лампочки виготовлялися описаним вище способом, але майбутнє було за лампочками з металевою ниткою. Ще в 1890 році Лодигін придумав замінити вугільну нитку металевим дротом з тугоплавкого вольфраму, що мала температуру розжарення 3385 градусів. Однак промислове виготовлення таких лампочок почалося тільки в XX столітті.
Російський винахідник глянув по-новому на лампу розжарювання і запропонував альтернативу її подальшого використання.
Російський винахідник, старший науковий співробітник Московського авіаційного інституту Юрій Макаров вважає, що електрична лампа розжарювання ще не вичерпала себе і її варто модернізувати, завдяки чому вона буде досить ефективна, дешева і довговічна.
Незважаючи на свою простоту і дешевизну, лампа розжарювання, іменована в народі «лампочкою Ілліча», має дуже серйозним недоліком - для освіти світлового потоку вона використовує тільки 5% споживаної енергії, а все інше перетворює в тепло. Однак цей техніко-технологічний шедевр російського винахідника Лодигіна, який продав в 1906 році свій патент на вольфрамову нитку американської компанії General Electric, справно служить людям більш століття.
Для організації масового випуску нових ламп розжарювання з абсолютно нешкідливою термічної люмінесценцією потрібно лише мінімальна модернізації існуючого лампового виробництва, впевнений винахідник. Вартість однієї нової лампочки за розрахунками Юрія Макарова не перевищить 10 рублів.
1. Світлодіодна лампа «Оптолюкс»
2. Компактна люмінесцентна лампа
3. Звичайна лампа розжарювання (60 Вт) і компактна люмінесцентна лампа (11 Вт) однаковою світловіддачі, праворуч - експериментальна лампа Макарова (в ній сітка з люмінофором поміщена зовні світильника, що не дає їй можливість нагріватися до оптимальної температури) потужністю 60 Вт
Джерело: Наука і життя