Aniks-lift.ru

Подъемное оборудование
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

История создания лампы накаливания

История создания лампы накаливания

Сегодня, пользуясь всеми удобствами электричества и не представляя свою жизнь без интернета, тяжело поверить, что относительно недавно не было не только электрических приборов, но и вообще искусственного света. Неудивительно, что изобретение лампы накаливания было практически чудом в глазах людей. Ведь раньше для освещения помещений люди использовали открытый огонь.

Принцип действия и особенности конструкции

При нагреве до определенной температуры металл начинает светиться. Это свойство и используется в лампах накаливания. При этом пришлось решить несколько проблем, которые препятствовали созданию эффективного осветительного элемента. Во-первых, нужно было подобрать материал, который при накаливании не расплавится. В результате спираль изготавливается из вольфрама – самого дешевого из тугоплавких металлов. Во-вторых, процесс нагрева ускоряет окислительные процесс, который оказывает негативное влияние на состояние металла. Значит, необходимо было предотвратить контакт раскаленной спирали с кислородом, т. е. с воздухом.

В результате получилась конструкция лампы, которая преодолевает все проблемы и в то же время поражает своей простотой:

  • грушевидная колба из стекла с прикрепленным к узкой части металлическим цоколем. На нем имеется резьба, при помощи которой устройство вкручивается в патрон. В некоторых моделях резьба отсутствует, но имеются другие решения, соответствующие условиям эксплуатации;
  • внутри колбы имеется стеклянная ножка, с впаянными двумя электродами. Своими верхними концами они крепятся к краям спирали, а нижними – к цоколю. Причем один припаян к корпусу, а второй – к контакту на его дне;
  • вольфрамовая спиралевидная струна крепится к электродам и держателям (ножкам), изготовленным из тугоплавкого металла (молибдена). Они не дают спирали провиснуть при нагреве и оборваться. В зависимости от назначения ламп накаливания спиралей может быть несколько, а значит количество контактов и поддерживающих ножек увеличивается соответственно.

Из колбы откачивают воздух и заполняют ее инертным газом либо оставляют вакуумную среду. Этим решается проблема окисления. Проходя через вольфрамовую спираль, электрический ток разогревает ее. Причем происходит это незаметно для человеческого глаза и световой поток в результате накала проводника распространяется практически мгновенно.

Как устроена лампочка накаливания.

На заре открытия

Угольный стержень лампы

В основе работы первых ламп накаливания был положен принцип свечения проводников, когда через них пропускается электрический ток. О самом этом свойстве подобных материалов было известно задолго до изобретения лампочки. Проблема была в том, что очень долго изобретатели не могли найти подходящий материал для спирали накаливания, который обеспечил бы длительное и эффектное, да к тому же ещё и недорогое освещение.

Читайте так же:
Крышка стола своими руками

Предыстория появления ламп накаливания:

Бамбуковый стержень лампы

  • 1840 год. Английский изобретатель Де ла Рю придумывает первую лампу накаливания, где в качестве материала для спирали использована платина.
  • 1841 год. Ирландец Ф. Де Моллен получает патент на лампу со спиралью из платины, помещённой в вакуум. Это был первый из патентов именно на электрическую лампу.
  • 1844 год. Американец Дж. Старр получил сначала американский, а затем и английский патент на лампу накаливания, где в качестве спирали использована угольная нить.
  • 1854 год. Немецкий изобретатель Генрих Гёбель разработал первую из современных ламп с обугленной нитью из бамбука в качестве спирали, которую он погрузил в сосуд с вакуумом.
  • 1860 год. Британский физик и химик Дж. У. Суон запатентовал вакуумированный сосуд. Но в те годы получить вакуум было непросто, и эти сложности привели к техническим проблемам: его лампочка горела недолго и не отличалась эффективностью.

Этапы развития

Если вас по-прежнему интересует кто придумал лампу накала, то обратите внимание на хронологию, которая представлена в таблице:

Дата в годахСобытие, связанное с развитием лампы накала
1803Петров из России получил вольтовую дугу, используя мощную батарею.
1808Г. Дэви (Англия) тоже использовал дуговой разряд для освещения, но недолго.
1838Жобар из Бельгии изобрел лампу, которая была оснащена угольными стержнями.
1840Английский астроном Деларю представил свое изобретение в виде лампы с платиновыми проводниками.
1841Благодаря стараниям Ф. Молейна из Англии появились устройства с платиновыми стержнями и углеродным наполнителем.
1845Кинг заменил проводники из платины на угольные электроды.
1854Г. Гебель изобрел прототип современной лампочки с нитью накала из обугленного бамбука.
1860Д. Свон (Англия) представил лампочку, где в качестве проводников использовалась углеродная бумага.
1874А. Лодыгин получил право на осветительное устройство с угольными электродами.
1875Дидрихсон занялся оптимизацией лампочки Лодыгина.
1875 – 1876П. Яблочков изобрел каолиновую лампочку.
1878Д. Свон запатентовал прибор с угольной нитью.
1879Т. Эдисон получил права на лампу с платиновыми электродами.
1890Лодыгин запатентовал устройство с молибденовой и вольфрамовой спиралью.
1904Ш. Юст, Ф. Ханаман закрепили за собой права на лампочку с вольфрамовой спиралью (аналогичную лампочке Лодыгина).
1906В. Кулидж предложил выпускать лампочки с вольфрамовыми проводниками в форме зигзага, двойной или тройной спирали.
Читайте так же:
Как починить лазерный уровень

Как видите, история развития лампы с нитью накала длинная, в ее создании участвовали изобретатели из разных стран.

Жерар Деларю и Генрих Гебель

В 1840 году астроном из Англии Ж. Деларю изобрел конструкцию, которая состояла из вакуумной трубки и платиновой спирали внутри нее. Его открытие стало первой в мире лампочкой, где нить накала представлена в форме спирали. Прибор излучал яркое свечение и мог использоваться практически при любой температуре. Однако его себестоимость была высокой, а срок службы коротким, поэтому она не была популярной.

Генрих Гебель

В 1854 году Г. Гебель сконструировал первый прототип лампы накала. Это устройство с вакуумной колбой и элементом накаливания из обугленного бамбука. Вместо колбы использовались флаконы от парфюмов. Вакуумная среда создавалась за счет добавления и выливания ртути. Этот прибор был хрупким, недолговечным, но уже более практичным, чем его предшественники.

Русский ученый Александр Лодыгин

Во второй половине 18 века известный ученый А. Лодыгин изобрел и запатентовал нитевой источник света с угольными электродами. В качестве нагревательного элемента использовали спирали из вольфрама или молибдена. Чтобы продлить срок эксплуатации лампочки, изобретатель предложил откачать из нее воздух, тогда проводники будут медленнее окислятся. Эти осветительные элементы сразу же начали использовать для освещения улиц и зданий в России.

Это интересно! Первые лампочки, которые продавались в Америке, изготавливались по патенту А. Лодыгина. Кроме того, ученый изобрел угольные осветительные устройства, колба которых заполнена азотом.

Чуть позже лампочку Лодыгина усовершенствовал В. Дидрихсон, который установил в колбу несколько последовательно сгорающих нитей.

Изобретатель Павел Яблочков

Во время создания электрической свечи П. Яблочков заметил, что каолин (вид белой глины) хорошо проводит ток при нагревании. Тогда он изобрел электролампочку, где нить накала была сделана из каолина. Этот прибор отличается от других тем, что может работать даже под воздействием кислорода. Перед этим открытием П. Яблочков работал над дуговыми лампами во Франции.

Читайте так же:
Автоматические станки для производства

Идея параллельного размещения электродов возникла у изобретателя во время посещения местного кафе. Это произошло, когда П. Яблочков наблюдал, как официант размещает столовые приборы.

При параллельном размещении элементов накаливания существовал риск перегорания токопроводящих зажимов. Чтобы избежать этого Яблочков добавил в конструкцию изолятор, который постепенно выгорал вместе с проводниками. В качестве изолятора использовалась белая глина. Благодаря перемычке из угля между нитями накала источник света загорался, а генератор переменного тока использовали, чтобы неравномерность выгорания проводников снизилась.

Такие лампочки недорого стояли и светили на протяжении 1.5 часов, поэтому их широко применяли для освещения улиц вместо свеч.

Американец Томас Эдисон

Во второй половине 1870 года началась исследовательская работа Т. Эдисона. Ведущий изобретатель тестировал лампы накалывания с проводниками из разных материалов, но безуспешно.

Томас Эдисон

Это интересно! Ближе к концу 70-х гг. к Эдисону в руки попали лампочки Лодыгина. По одной из версии, их привез русский лейтенант Хотинский. Это помогло американцу сделать прорыв в развитии ламп накала.

Эдисон пригласил к сотрудничеству Ф. Аптона, который предложил сосредоточить внимание на недочетах предыдущих изобретений. В 1879 году ученый получил патент на устройство с платиновыми электродами. Еще спустя год он открыл угольный прибор, который работал без перерыва 40 часов. Кроме того, Эдисон стал первооткрывателем поворотного выключателя.

Он внес незначительные изменения в изобретение Лодыгина: выкачал больше воздуха из колбы, сконструировал винтовой цоколь, который более известен под названием цоколь Эдисона, патрон и предохранители. Он снизил себестоимость прибора и организовал его массовое производство. Новые осветительные элементы вытеснили старые газовые. В 1880 году он увеличил срок бесперебойной работы лампы до 1200 часов.

Устройство

Современная лампа накаливания, несмотря на кажущуюся простоту, на самом деле воплощает в себе множество изобретений и открытий. Для изготовления спирали накаливания в настоящее время кроме дорогостоящего вольфрама используют осмий или их соединение. Колба перестала быть просто вакуумной – очень часто ее стали заполнять инертным газом (аргон, криптон, ксенон и).

Подобное решение позволило устранить давление атмосферы на вакуумированную колбу, а также увеличить суммарную продолжительность работы лампы. Дело в том, что электрический ток, проходящий по вольфрамовой спирали, вызывает ее нагрев и свечение. При нагреве до столь высоких температур (до 2900°С) в безвоздушной колбе вольфрам начинает интенсивно испаряться и оседать на стекле. Стекло постепенно теряет прозрачность, и интенсивность светоотдачи уменьшается, а продолжительность работы нити падает.

Читайте так же:
Как подключить эл плиту на кухне

Устройство лампы накаливания

Все мы знаем, как неприятно смотреть на яркий свет прозрачной лампы накаливания, поэтому промышленностью выпускаются не только прозрачные колбы, но и матовые. Благодаря этому, свет получается немного рассеянным и более мягким, хотя при этом незначительно теряет в интенсивности. Выбор качественной лампы накаливания – не такая простая задача, как может показаться на первый взгляд. У многих в домах до сих пор горят лампочки с пятилетним и более стажем работы, а бывает, что совсем недавно купленная лампа перегорает. Устройство обыкновенной лампы накаливания показано на рисунке:

где: 1 — стеклянная колба; 2 — наполненная инертным газом полость колбы; 3 — спираль накаливания; 4, 5 — электроды; 6 — дополнительные опоры спирали; 7 — стеклянная ножка; 8 — внешний токопровод; 9 — цоколь; 10 — изолятор цоколя; 11 — нижний контакт цоколя.

История создания ламп накаливания

Спирали далеко не сразу стали изготавливать из вольфрама. Применялись графит, бумага, бамбук. Много людей шло параллельным путем, создавая лампы накаливания.

Бессильны привести список 22 имен ученых, называемых зарубежными писателями авторами изобретения. Неправильно приписывать заслуги Эдисону, Лодыгину. Сегодня лампы накаливания далеки от совершенства, стремительно теряют маркетинговую привлекательность. Превышение амплитуды питающего напряжения на 10% (половину пути – 5% – РФ проделала в 2003 году, подняв вольтаж) номинала сокращает срок службы вчетверо. Снижение параметра закономерно урезает отдачу светового потока: 40% теряется при эквивалентном относительном изменении характеристик питающей сети в меньшую сторону.

Пионерам гораздо хуже. Джозеф Сван (Joseph Swan) отчаялся добиться достаточной разреженности воздуха колбы лампы накала. Насосы (ртутные) того времени неспособны выполнить задачу. Нить сгорала посредством сохранившегося внутри кислорода.

Смысл ламп накала довести спирали до степени нагрева, тело начинает светиться. Сложностей добавляло отсутствие в середине XIX века высокоомных сплавов – квота преобразования силы электрического тока сформирована увеличенным сопротивлением проводящего материала.

Усилия ученых мужей ограничивались следующими направлениями:

  1. Выбор материала нити. Критериями выступали одновременно высокое сопротивление, устойчивость к горению. Волокна бамбука, являющегося изолятором, покрывали тонким слоем проводящего графита. Малая площади проводящего слоя угля повышало сопротивление, давая нужный результат.
  2. Однако древесная основа быстро воспламенялась. Вторым направлением считаем попытки создать полный вакуум. Кислород известен с конца XVIII века, ученые мужи быстро доказали: элемент участвует в горении. В 1781 году Генри Кавендиш определил состав воздуха, начиная разрабатывать лампами накала, слуги науки ведали: земная атмосфера разрушает нагретые тела.
  3. Важно передать напряжение нити. Шла работа, преследующая цели создания разъемных, контактных частей цепи. Понятно, тонкий слой угля снабжен большим сопротивлением, как подвести электричество? Трудно поверить, пытаясь достичь приемлемых результатов, использовали ценные металлы: платина, серебро. Получая приемлемую проводимость. Недешевыми путями удавалось избежать нагрева внешней цепи, контактов, нить накалялась.
  4. Отдельно отметим резьбу цоколя Эдисона, используемую поныне (Е27). Удачная идея, легшая в основу быстро заменяемых лампочек накала. Прочие способы создания контакта, наподобие пайки, мало годятся. Соединение способно распасться, разогретое действием тока.
Читайте так же:
Зу для кальциевых автомобильных аккумуляторов

Лампа Эдисона

Стеклодувы XIX века достигли профессиональных высот, колбы изготавливали запросто. Отто фон Герике, конструируя генератор статического электричества, рекомендовал сферическую колбу залить серой. Материал застынет – стекло разбить. Получался идеальный шар, при трении собирал заряд, отдавая стальному стержню, проходящему через центр конструкции.

Мощность ламп и срок службы

Современные лампы накаливания могут работать при напряжении от долей единицы до нескольких сотен вольт. Их мощность может составлять десятки киловатт. Если увеличить напряжение на 1 %, световой поток повысится на 4 %. Однако при этом срок службы сократится на 15 %. Если включить лампу на короткий срок на напряжение, которое превышает на 15 % номинальное, она будет выведена из строя. Именно поэтому так часто перепады напряжения вызывают перегорание лампочек. От пяти часов до тысячи и более колеблется срок их службы. Например, на короткое время рассчитаны самолетные фарные лампы, а транспортные могут работать очень долго. В последнем случае их следует устанавливать в местах, которые обеспечивают легкость замены. Сегодня световая отдача ламп зависит от напряжения, конструкции, продолжительности горения и мощности. Она составляет около 10-35 лм/Вт.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector