Реферат на тему: Свеча Яблочкова. История появления первой электрической лампы

Содержание:

Введение

История электрического освещения началась в 1870 году с изобретения лампы накаливания, в которой свет производился в результате электрического тока. Самые первые осветительные приборы, работающие на электрическом токе, появились в начале XIX века, когда было открыто электричество. Эти лампы довольно неудобны, но, тем не менее, они использовались при освещении улиц.

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

Точку в развитии ламп накаливания поставил американский изобретатель Томас Альва Эдисон. Его лампы работали по тому же принципу, что и лампы Яблочкова, но весь прибор находился в вакуумной оболочке, что препятствовало быстрому окислению дуги, и поэтому лампу Эдисона можно было использовать довольно долго.

Эдисон начал работать над проблемой электрического освещения еще 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 Эдисон запатентовал свое изобретение. Первое коммерческое использование ламп Эдисона состоялось в 1880 году на корабле "Колумбия". В следующем году фабрика в Нью-Йорке была освещена лампами Эдисона. Его изобретение стало приносить много денег, сделав изобретателя очень богатым человеком. В то же время Павел Яблочков, столь же одаренный изобретатель, подаривший человечеству много полезных новинок, умер в нищете в Саратове 31 марта 1894 года.

Источники света всегда будут улучшаться со временем, пока живо человечество.

В следующей таблице показана эволюция источников света с течением времени.

Эти материалы были предоставлены известным специалистом в области светотехники г-ном Боденхаузеном (Германия), за что мы ему очень благодарны. История развития электрического освещения переживала времена застоя и подъема. Самый длинный путь лежал от щепки к свече, а потом к масляной лампе. Значительный интерес представляет история развития ламп накаливания, которые произвели революцию в светотехнике. 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 с лампами накаливания на Одесской улице в Санкт-Петербурге. В 1880 году он получил патент на лампу накаливания с металлической резьбой.

Вполне естественно, что развитие и совершенствование источников света определялось:

• Повышение энергоэффективности;
• Увеличение срока службы; - улучшение цветовых характеристик излучения (цветовая температура, индекс цветопередачи и др.).

В следующей таблице приведены некоторые характеристики источников излучения. Причем охвачена лишь небольшая группа (общее количество типов источников излучения превышает 2000).

Разработка и производство люминесцентных ламп связано с именем С. И. Вавилова, под руководством которого был разработан люминофор, преобразующий ультрафиолетовое излучение в видимый свет. В 1951 году С. И. Вавилову, В. Л. Левшину, В. А. Фабриканту, М. А. Константинову-Шлезингеру, Ф. А. Бутаеву и В. И. Долгополову была присуждена Государственная премия за разработку люминесцентных ламп. Кстати, Сергей Иванович Вавилов тоже был одним из первых, кто заложил основы светотехники в СССР. Он первым в Московском государственном техническом университете читал лекции по светотехнике, написал ряд книг по истории света и его физиологическому воздействию на человека.

Необходимо отметить вклад Н. А. Карякина в разработку высокоинтенсивных дуг с угольными электродами. Прожекторы с такими источниками света использовались во время Великой Отечественной войны, а также в киносъемках и для кинопроекций. Позже их стали заменять ксеноновыми лампами, но их значение в годы войны для СССР трудно переоценить. Н.А. Карякин и его сотрудники были удостоены Государственной премии за работы по высокоинтенсивным угольным дугам.

С целью увеличения срока службы газоразрядных ламп (причина выхода из строя, как правило, была связана с электродами) были разработаны безэлектродные люминесцентные лампы. Это могут быть высокочастотные компактные безэлектродные люминесцентные лампы, безэлектродные лампы в виде катушки, микроволновые безэлектродные серные лампы.

Одним из новых источников света, которые начали внедряться в практическое освещение (сигнальное, рекламное), являются светодиоды. С 1968 года (первое массовое производство) и по настоящее время светоотдача была увеличена с 0,2 лм до 40 лм / Вт.

Сегодня уже массово выпускаются не только монохроматические светодиоды, но и белые. По прогнозам, в 2005 году светоотдача ряда светодиодов значительно превысит 100 лм. Основными преимуществами светодиодов являются высокая интенсивность света (для некоторых типов-несколько тысяч кандел), небольшие габариты, длительный срок службы (десятки тысяч часов), малое напряжение питания (единицы вольт).

Совершенно очевидно, что в ближайшем будущем светодиоды станут серьезным конкурентом не только лампам накаливания, но и люминесцентным лампам.

История развития

До 1650 года-времени, когда в Европе возник большой интерес к электричеству,-не было известно способа легко производить большие электрические заряды. С ростом числа ученых, интересующихся изучением электричества, можно было ожидать создания все более простых и эффективных способов получения электрических зарядов. В результате огромного количества экспериментов ученые разных стран сделали открытия, позволившие создать механические электрические машины, производящие относительно дешевую электроэнергию.

В середине X1X века начался бурный рост использования электродвигателей и постоянно расширяющееся потребление электроэнергии, чему во многом способствовало изобретение П. Н. Яблочковым способа освещения с использованием так называемой "Яблочковой свечи". Ни одно из изобретений в области электротехники не получило такого быстрого и широкого распространения, как свечи Яблочкова. Это был настоящий триумф русского инженера.

Павлу Николаевичу Яблочкову принадлежит честь:

• Создание простейшей дуговой лампы - электрической свечи, которая сразу же получила широкое практическое применение, заслужила всеобщее признание и привела к прогрессу всей электротехники;
• Изобретение способов включения произвольного числа электрических свечей в цепь, питаемую одним генератором электрического тока. До изобретения П. Н. Яблочкова они вообще не умели этого делать, для каждой дуговой лампы требовалась отдельная динамомашина;
• Изобретение трансформатора;
• Внедрение в практику электроснабжения переменного тока. До П. Н. Яблочкова использование переменного тока считалось не только опасным, но и совершенно непригодным для практического применения;
• Изобретения различных видов других источников света, таких как каолиновые лампы, линейные светящиеся провода и т. д.;
• Создание большого количества электрических машин и устройств оригинальной конструкции, в том числе электрической машины без железа;
• Изобретения различных гальванических элементов, например, самозарядной батареи, известной как автоаккумулятор Яблочкова. В наше время электротехника возвращается к развитию идей П. Н. Яблочкова в этой области.

Для раздельного питания отдельных свечей от генератора переменного тока изобретатель создал специальное устройство - индукционную катушку (трансформатор), которая позволяла изменять напряжение в любой ветви цепи в соответствии с количеством подключенных свечей.

Именно появление электрического освещения различных систем привело к появлению первых электростанций. Первая такая станция-блочная станция, то есть станция на один дом, не обеспечивающая передачи энергии на большие расстояния, была создана в 1876 году в Париже для снабжения электричеством свечей Яблочкова.

А в 1881 году - первая Международная выставка электричества и Международный конгресс электриков, министр почт и телеграфов Франции, официальный спонсор выставки, писал в докладе Президенту Французской Республики: "Эта выставка будет содержать все, что относится к электричеству: на ней будут показаны всевозможные приборы и устройства, служащие для приема, передачи, распределения электрической энергии. Конгресс в Париже соберет самых выдающихся ученых-электриков. Представители замечательной науки, которая только что открыла человечеству свои огромные ресурсы и вскружила ему голову своими непрекращающимися эффектами, обсудят все результаты проведенных исследований и новейшие теории, созданные в этой области. Представители других стран, приглашенные во Францию, будут рады воспользоваться этой возможностью, чтобы, так сказать, узаконить науку об электричестве и измерить ее глубину."

Действительно, успехи электротехники были тогда часты и разнообразны. Но до 1881 года электрики разных стран использовали десятки различных единиц тока, сопротивления - не существовало стандарта на электрические единицы. Сравнивать результаты исследователей из разных стран было крайне сложно. Именно в 1881 году на Международном конгрессе электриков, приуроченном к первой Международной выставке электричества, в нашу жизнь вошли так хорошо известные нам теперь единые электротехнические единицы.

На заседании конгресса собравшиеся в штыки встретили сообщение французского физика Марселя Депре, высказавшего еретическую идею о возможности передачи электричества на большие расстояния. Это сообщение цитировалось как хорошая шутка, забавная утопия.

А год спустя на Мюнхенской Международной электротехнической выставке Марсель Депре буквально на месте показал изумленным посетителям небольшой водопад, действующий от центробежного насоса, вращаемого электродвигателем. Но это не главное - электромотор снабжался электричеством от линии электропередачи из другого города - Мисбаха, расположенного в 57 километрах от Мюнхена, где электричество тоже рождалось в водопаде.

Еще в 1879 году Павел Николаевич Яблочков говорил, что передача энергии должна осуществляться с помощью переменного тока. Несколько лет спустя, 25 августа 1891 года, Доливо-Добровольский использовал трехфазный переменный ток на электрической выставке во Франкфурте-на-Майне и продемонстрировал передачу электрической энергии на расстояние 175 километров. Это трехфазный ток, который сегодня вырабатывают станции. Одновременно с блестящим решением вопроса о передаче электрической энергии на расстояния была осуществлена и идея П. Яблочкова о централизованном производстве энергии на специальных станциях.

Использование электрической энергии

Промышленность, транспорт, сельское хозяйство, бытовое потребление (освещение, холодильники, телевизоры). Большая часть электроэнергии преобразуется в механическую энергию, 1/3-в технические цели (электросварка, плавка, электролиз и др.).

Основной способ получения электрической энергии сегодня основан на использовании вращающихся генераторов-динамомашин, как их называли раньше. Таким образом, электроэнергия получается не только на обычных тепловых электростанциях и гидроэлектростанциях, где генераторы приводятся в движение паром или проточной водой, но и на всех действующих атомных электростанциях.

Павел Николаевич Яблочков биография

Яблочков (Павел Николаевич) - русский инженер-электрик (1847-1894), учился в Саратовской гимназии, а затем в Николаевском инженерном училище. По окончании последнего Яблочков поступил в Киевскую саперную бригаду младшим лейтенантом, но вскоре оставил военную службу и занял должность начальника телеграфа на Московско-Курской железной дороге. Примерно в это же время Яблочков очень заинтересовался электротехникой и установил связи с обществом любителей естествознания в Москве. В 1874 году. он взялся осветить путь Императорского поезда электрическим фонарем и фактически познакомился с неудобствами регуляторов для вольтовой дуги, существовавших в то время. В 1875 году Яблочков отправился в Париж, где были созданы основные работы Яблочкова и сделаны все его открытия. Первым вопросом, который Яблочков остроумно и просто решил, был вопрос об электрическом освещении. Не надеясь, видимо, на возможность построения нормально функционирующего механического регулятора вольтовой дуги, Яблочков решил обойтись без него. Вместо того чтобы класть угли дуги друг на друга, он положил их рядом и разделил слоем изолирующего материала - каолина, который испарялся по мере того, как угли сгорали. Это устройство, нашедшее широкое применение и по сей день еще не полностью исчезнувшее, получило название "свечи Яблочкова". Яблочкову пришлось очень много работать над подбором подходящего изолирующего вещества и над методами получения подходящих углей. Однако уже в 1876 году яблочковские свечи появились в продаже и стали расходиться в огромных количествах. В основном они использовались для уличного освещения. Каждая свеча стоила около 20 копеек и горела в течение 1 1/2 часа; по истечении этого времени в фонарь вставлялась новая свеча. Впоследствии были изобретены фонари с автоматической заменой свечей - Яблочков первым попытался изменить цвет электрического света, добавив в испаряющуюся перегородку между углями различные соли металлов. Свеча Яблочкова не могла, конечно, долго держаться из-за своих существенных неудобств: недолговечности и уменьшения светящейся точки, как у горенья. Но он все же первым разрешил использовать электрическое освещение в более широком масштабе на улицах, площадях, в театрах, магазинах и т. д. В том же 1876 году во Французском физическом обществе был прочитан доклад об изобретенном Яблочковым электромагните с плоской обмоткой, после чего он был избран членом этого общества. Свечи Яблочкова тесно связаны с его работами по распределению электрической энергии. До Яблочкова был известен только один способ включения источников света в схему. Но он почти никогда не использовался из-за значительных неудобств, связанных с этим, и обычно каждый источник света питался от отдельной динамо-машины. При таком способе включения освещение, конечно, было непомерно дорогим. Яблочков придумал схему переключения, напоминающую современную параллельную коммутацию ламп: один полюс динамо-машины был соединен с землей, а от второго шел провод, к которому в разных местах были подключены обкладки конденсатора. Лампы были помещены между вторыми пластинами и землей. Таким образом, Яблочкову удалось включить в одну цепь от 4 до 5 ламп. Конечно, для выполнения такой схемы нельзя было использовать постоянный ток, и поэтому Яблочков попытался построить динамо-машину переменного тока, используя для этой цели прямое переключение. Появившиеся вскоре генераторы Грамма остановили работу Яблочкова, но в 1881 году он изобрел новый тип генератора со специально расположенным якорем. Яблочков первым применил для освещения трансформаторы, которые в приведенной выше схеме включались вместо конденсаторов. Из других изобретений Яблочкова примечателен еще один элемент, в котором главную роль играл атмосферный воздух и который до сих пор не получил должной оценки.

«Свеча Яблочкова»

В середине 19 века история науки и техники подошла к критическому периоду, когда основные усилия ведущих ученых и изобретателей - электротехников многих стран сосредоточились на одном направлении: создании более удобных источников света. Первыми это сделали в конце 1870-х годов выдающиеся русские изобретатели - П. Н. Яблочков, А. Н. Лодыгин, В. Н. Чигарев.

Русский инженер, один из пионеров мировой электротехники и светотехники Павел Николаевич Яблочков (14 сентября 1847 года, село Жадовка Сердобского уезда Саратовской губернии-19 (31) марта 1894 года, Саратов) окончил Техническое гальваническое училище в Санкт-Петербурге, впоследствии преобразованное в Офицерское электротехническое училище, выпускавшее военных электротехников. Технический гальванический институт был первым военно-учебным заведением в Европе, целью которого была разработка и совершенствование методов практического применения электричества в машиностроении. Одним из организаторов и руководителей этого учебного заведения был крупнейший русский ученый и изобретатель, пионер электротехники Б. С. Якоби. П. Н. После окончания Гальванического института Яблочков был назначен начальником гальванической команды в 5-м саперном батальоне. Однако, как только истек трехлетний срок службы, он ушел в запас, навсегда расставшись с армией. Яблочкову предложили должность начальника телеграфной службы на вновь введенной в строй Московско-Курской железной дороге. Уже в начале своей службы на железной дороге П. Н. Яблочков сделал свое первое изобретение: он создал "чернописный телеграфный аппарат". Подробности этого изобретения до нас не дошли.

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

Из Москвы в Крым должен был отправиться правительственный поезд. Администрация Московско-Курской железной дороги, в целях обеспечения безопасности движения, решила осветить железнодорожное полотно для этого поезда ночью и обратилась к Яблочкову как к инженеру, заинтересованному в электрическом освещении. Впервые в истории железнодорожного транспорта на паровозе был установлен прожектор с лучшей дуговой лампой с регулятором Фуко. Дуговую лампу приходилось постоянно регулировать. Электрическая дуга, дающая яркий свет, возникает только тогда, когда концы горизонтально расположенных угольных электродов расположены на строго определенном расстоянии друг от друга.

Как только он уменьшается или увеличивается, разряд исчезает. Между тем во время разряда угли выгорают, так что промежуток между ними все время растет. А для подачи углей в электродуговую лампу нужно было использовать специальный механизм-регулятор, который постоянно, с определенной скоростью, двигал бы горящие стержни навстречу друг другу. Тогда дуга не погаснет. Регулятор был очень сложным, управлялся тремя пружинами и требовал постоянного внимания. Хотя эксперимент удался, но он еще раз убедил Павла Николаевича, что такой способ электрического освещения не может быть широко применен никак. Стало ясно: нужно упростить регулятор.

Дуговой разряд в виде так называемой электрической (или вольтовой) дуги был впервые открыт в 1802 году русским ученым, профессором физики Военно-медицинской и хирургической академии в Санкт-Петербурге, а затем академиком Петербургской академии наук Василием Владимировичем Петровым. Петров так описывает в одной из своих опубликованных книг свои первые наблюдения над электрической дугой: "Если два или три уголька положить на стеклянную плитку или на скамью со стеклянными ножками... и если металл изолирован направлениями...соединен с обоими полюсами огромной батареи, если поднести их один к другому на расстоянии от одной до трех линий, то между ними возникает очень яркий белый свет или пламя, от которого эти угли загораются быстрее или медленнее и от которого темный покой довольно отчетливо освещается, возможно...".

В 1810 году такое же открытие сделал английский физик Деви. Оба они получили вольтовую дугу, используя большую батарею элементов, между концами стержней из древесного угля. Первая дуговая лампа с ручной регулировкой длины дуги была разработана в 1844 году французским физиком, который заменил древесный уголь палочками из твердого кокса. В 1848 году он впервые использовал дуговую лампу для освещения одной из площадей Парижа.

Справедливости ради стоит сказать, что попытки использовать дуговые лампы предпринимались в России и до Яблочкова. Их дуговые лампы с регуляторами были разработаны русскими изобретателями Шпаковским и Чиколевым. В 1856 году электрические лампы Шпаковского уже горели в Москве на Красной площади во время коронации Александра II. Чиколев также использовал мощный свет электрической дуги для работы мощных морских прожекторов. Автоматические регуляторы, изобретенные этими изобретателями, имели свои отличия, но сходились в одном - они были ненадежны. Лампы прослужили недолго, но стоили дорого.

Вместе с опытным инженером-электриком Н.Г. Глуховым Яблочков начал работать в мастерской по усовершенствованию аккумуляторов и динамомашин, проводя опыты по освещению большой площади огромным прожектором. В мастерской Яблочкову удалось создать электромагнит оригинальной конструкции. Он наложил обмотку медной ленты, поместив ее на край относительно сердечника. Это было его первое изобретение.

Наряду с опытами по усовершенствованию электромагнитов и дуговых ламп Яблочкова и глухих большое значение придавалось электролизу раствора хлорида натрия. Во время одного из многочисленных экспериментов по электролизу поваренной соли параллельные угли, погруженные в электролитическую ванну, случайно соприкасались друг с другом. И тут же между ними вспыхнула ослепительная электрическая дуга. Именно в этот момент ему пришла в голову идея построить дуговую лампу... без регулятора.

В октябре 1875 года Яблочков уехал за границу и привез с собой изобретенную им динамо-машину. Осенью 1875 года Павел Николаевич, в силу сложившихся обстоятельств, оказался в Париже в мастерских физических приборов Бреге. В докладе, прочитанном 17 ноября 1876 года на заседании Французского физического общества, Яблочков сообщал: "Я придумал новую лампу, или электрическую свечу, очень простой конструкции. Вместо того чтобы класть угли друг против друга, я кладу их рядом и разделяю с помощью изолирующего вещества. Оба верхних конца углей свободны”" Свеча Яблочкова состояла из двух стержней из плотного вращающегося угля, расположенных параллельно и разделенных гипсовой пластиной.

Последние служили как для связывания углей, так и для их изоляции, позволяя электрической дуге образовываться только между верхними концами углей. Когда угли сверху горели, гипсовая пластина плавилась и испарялась, так что кончики углей всегда выступали на несколько миллиметров над пластиной.

Простота конструкции свечи и легкость обращения с ней были просто поразительны, особенно по сравнению со сложным управлением. Это обеспечило свече оглушительный успех и быстрое распространение. 23 марта Павел Николаевич получил на нее французский патент за № 112024, содержащий краткое описание свечи в ее первоначальных формах и изображение этих форм. Этот день стал исторической датой, поворотным пунктом в истории развития электротехники и светотехники, звездным часом Яблочкова. "Русский свет" (так называлось изобретение Яблочкова) освещал улицы, площади и помещения многих городов Европы, Америки и даже Азии. "Из Парижа, - писал Яблочков, - электрическое освещение распространилось по всему миру, достигнув дворца персидского шаха и дворца короля Камбоджи.")

15 апреля 1876 года в Лондоне открылась выставка физических инструментов. Там же демонстрировала свою продукцию и французская компания Breguet. Бреге прислал на выставку в качестве своего представителя Яблочкова, который тоже участвовал в выставке самостоятельно, выставив на ней свою свечу. Весенним днем изумленный Лондон ахнул, когда изобретатель устроил публичную демонстрацию своего детища. На низких металлических столбах (пьедесталах) Яблочков поставил четыре свои свечи, завернутые в асбест и установленные на большом расстоянии друг от друга.

Лампы были соединены проводами с динамо - машиной в соседней комнате. Повернув ручку, включился ток, и сразу же очень яркий, чуть голубоватый электрический свет залил огромную комнату. Большая аудитория была в восторге.

Так Лондон стал местом первого публичного показа нового источника света и первого триумфа русского инженера.

Во время пребывания во Франции Павел Николаевич работал не только над изобретением и усовершенствованием электрической свечи, но и над решением других практических задач. Только в первые полтора года - с марта 1876 по октябрь 1877-он подарил человечеству ряд других выдающихся изобретений и открытий. Apple спроектировала первый генератор переменного тока, первой применила переменный ток в промышленных целях, создала трансформатор переменного тока (30 ноября 1876 года датой получения патента считается дата рождения первого трансформатора) и впервые применила статистические конденсаторы в цепи переменного тока. Открытия и изобретения русского инженера, увековечившие его имя, позволили Яблочкову первым в мире создать систему расщепления света, основанную на использовании переменного тока, трансформаторов и конденсаторов.

В России первое испытание электрического освещения по системе Яблочкова было проведено 11 октября 1878 года, то есть незадолго до приезда изобретателя на родину. В этот день были освещены казармы Кронштадтской учебной бригады, площадь возле дома, занимаемого командиром Кронштадтского морского порта. Эксперименты прошли успешно. Через две недели, 4 декабря 1878 года, Яблочковские свечи (8 шаров) впервые осветили Большой театр в Петербурге. "Когда вдруг включили электрический свет, - писало" Новое время " в номере от 6 декабря, - по залу мгновенно разлился яркий белый свет, но не режущий глаз, а мягкий, в котором краски и краски женских лиц и туалетов сохранили свою естественность, как при дневном свете. Эффект был потрясающий."

Вскоре после приезда изобретателя в Санкт-Петербург было создано акционерное общество "Товарищество электрического освещения и производства электрических машин и аппаратов П. Н. Яблочкова-изобретатель и Ко". Свечи Яблочкова, выпускавшиеся парижским, а затем петербургским заводом компании, зажигались в Санкт-Петербурге, Москве и Московской области, в Киеве, Нижнем Новгороде, Гельсингфорсе (Таллине), Одессе, Харькове, Николаеве, Брянске, Архангельске, Полтаве, Красноводске и других городах России.

И все же электрическое освещение в России не так широко распространено, как за рубежом. Причин тому было много: русско-турецкая война, которая отвлекла на себя много денег и внимания, техническая отсталость России, инертность, а иногда и предвзятость городских властей. Создать сильную компанию с привлечением крупного капитала не представлялось возможным, нехватка средств ощущалась постоянно. Немаловажную роль (в очередной раз) сыграла неопытность в финансовых и коммерческих делах руководителя предприятия. Павел Николаевич часто отсутствовал по делам в Париже и в правлении, как писал В. Н. Чиколев в "Воспоминаниях старого электрика": "недобросовестные администраторы нового товарищества стали бросать деньги десятками и сотнями тысяч, благо они давались легко!" Изобретатель был очень разочарован. Если бы он мог, подобно Эдисону, пустить свои изобретения в промышленный оборот с расчетом на использование средств для продолжения опытов, мир, вероятно, получил бы от П. Н. Яблочкова много других полезных изобретений. 

1 августа 1881 года в Париже открылась Международная электротехническая выставка, показавшая, что свеча Яблочкова, его осветительная система, сыгравшая большую роль в электротехнике, стала терять свое значение. Свеча имела сильного конкурента в лице лампы накаливания, которая могла гореть 800-1000 часов без замены. Его можно много раз зажигать, гасить и снова зажигать. Кроме того, он был более экономичным, чем свеча.

Яблочков полностью переключился на создание мощного и экономичного химического источника тока. Проводя опыты с хлором, Павел Николаевич обжег слизистую оболочку легких и с тех пор начал задыхаться. В ряде схем химических источников тока Яблочков впервые предложил деревянные сепараторы для разделения катодного и анодного пространств. Впоследствии такие сепараторы получили широкое применение в конструкции свинцовых аккумуляторов.

Возвращение "Свечи Яблочкова"

Ни один из производителей автомобилей в настоящее время не использует вакуумные лампы накаливания в качестве головного освещения. Прослужив человечеству несколько десятилетий, они заняли почетное место в технических музеях и лишь изредка встречаются в магазинах запасных частей.

Их заменили галогенные лампы накаливания. Использование галогенов позволило значительно увеличить срок службы нити накала и, как следствие, производить лампы большей мощности. До сих пор подавляющее большинство выпускаемых автомобилей используют галогенные лампы накаливания в качестве головного света.

Но прогресс не стоит на месте, история делает новый поворот, и вот уже Вольтова дуга укрощена и, заключенная в стеклянную колбу, свеча Яблочкова снова приведена в действие.

Конечно, электроды, их расположение и материалы уже очень далеки от своих предшественников в начале XX века, но принцип остается прежним - электрическая дуга как источник света. Принципиально новая газоразрядная лампа представляет собой малообъемную колбу из кварцевого стекла с двумя электродами, заполненную хлоридами некоторых металлов и ксеноном (отсюда и название- ксеноновая лампа).

Электрическое освещение

Электрическое освещение, преобразование электричества в свет с целью создания гигиеничной, комфортной и безопасной среды для зрительного восприятия.

Внутреннее освещение.

Освещение любого внутреннего пространства должно основываться на общих принципах, изложенных выше. Однако в общественных местах, таких как магазины и театры, где не ставятся чрезвычайно сложные задачи визуальной работы и где воздействие на воображение и привлекательность важнее комфорта и эффективности визуального восприятия, качество освещения менее важно. Это очень важно там, где приходится заниматься очень важными задачами визуальной работы - в операционных, учреждениях, механических цехах, школьных классах, студенческих аудиториях.

В качестве источников света для внутреннего освещения в основном используются лампы накаливания и газоразрядные лампы (люминесцентные, ртутные и др.).Большинство учреждений, школ и общественных зданий освещаются люминесцентными лампами или лампами накаливания, в то время как во многих промышленных помещениях, особенно с высокими потолками, используются ртутные и люминесцентные лампы. Но во всех случаях источники света должны быть закрыты экранами, исключающими прямые блики и, по возможности, отраженные блики. В одном из вариантов конструкции лампа с минимальным прямым и отраженным блеском направляет почти весь свой выходной свет вверх, к потолку, который выступает в качестве вторичного источника большой площади с низкой яркостью.

Еще одним важным способом повышения качества внутреннего освещения является использование матовой отделки с высокой отражательной способностью для потолка, стен, пола и мебели. Это превращает потолок, стены, пол и мебель во вторичные источники света большой площади, что не только увеличивает коэффициент использования света в помещении, но и увеличивает долю рассеянного света, а также устраняет резкие тени.

Исследования оптимальных условий освещения для помещений, требующих комфорта, привели к следующим выводам: потолки лучше всего делать белыми с высоким коэффициентом отражения, около 85%; коэффициент отражения стен должен составлять 40-60% (возможен широкий диапазон приятных оттенков); коэффициент отражения мебели должен составлять около 35%, пола - не менее 20%. Эти требования подразумевают, в частности, что окна должны быть снабжены мягкими шторами, задернутыми на ночь, а поверхность стола должна иметь достаточно высокий коэффициент отражения, чтобы она не контрастировала по яркости с белой бумагой. Высокие коэффициенты отражения способствуют созданию идеальных условий для зрительной работы.

Наружное освещение.

Общие принципы, изложенные выше, применимы и к наружному освещению. Рекомендуемое количество света здесь обычно меньше, так как задачи визуальной работы менее ответственны и высокий уровень освещенности экономически неоправдан. Качество освещения также менее существенно, особенно при очень низком уровне освещенности, но прямые блики должны быть устранены или сведены к минимуму.

Дорожное освещение.

Основное назначение дорожного освещения-обеспечение хорошей видимости в ночное время, что необходимо для безопасного и удобного передвижения пешеходов и транспортных средств.

При проектировании дорог обычно учитываются такие факторы, как интенсивность движения, рельеф местности, статистика дорожно-транспортных происшествий, типы транспортных средств, ожидаемые скорости движения, правила парковки, конструктивные характеристики (габариты, материалы), наличие специальных участков - перекрестков, развязок, мостов, путепроводов, подъездных путей. Источниками света на городских улицах и магистралях являются в основном газоразрядные лампы.

Прожектор.

применяется для наружного освещения зданий, а также для освещения стадионов, парковок и других открытых мест массового скопления людей. В больших масштабах такое освещение впервые было использовано на Панамерикано-Тихоокеанской международной выставке в Сан-Франциско в 1915 году, где общая потребляемая мощность составила около 8 МВт. С появлением более совершенных источников света стало возможным освещать прожекторами многие виды спортивных сооружений - для игры в бейсбол, футбол, теннис.

Электрические источники света.

Существует два основных типа электрических источников света - лампы накаливания и газоразрядные лампы. Среди газоразрядных ламп особое место занимают люминесцентные лампы.

Лампы накаливания.

В лампах накаливания свет излучается металлической проволокой (нитью), раскаленной проходящим через нее током.

Устройство лампы.

Типичная бытовая лампа накаливания (общего назначения) состоит из следующих частей (рис. 1): нити накала в виде спирали из вольфрамовой проволоки, стеклянного цилиндра (который откачивается и заполняется инертным газом) и колпачка, который является объединяющей и силовой частью лампы и имеет контакты для подключения нити накала к источнику питания. Все три конструкции могут быть разных размеров и разной формы в зависимости от назначения - лампа общего назначения, с внутренним отражателем, дисплей, для уличного освещения, автомобильные фары, фонарик, фотографическая лампа-вспышка. В бытовых лампах с тремя режимами накаливания есть две нити накала, которые можно включать как отдельно, так и вместе, получая разную яркость. Средний срок службы большинства бытовых ламп при номинальном напряжении составляет 750-1000 часов.

Лампа накаливания. 1-нить накала (в некоторых лампах установлена вертикально-вдоль оси стеклянной опорной ножки); 2-основание; 3-стеклянный цилиндр

Газоразрядные лампы.

В газоразрядных лампах электричество преобразуется в свет, когда электрический ток проходит через газ или пар металла. Цвет светового излучения зависит от типа газа, его давления и типа люминофора, нанесенного на внутренние стенки стеклянного цилиндра лампы. Газоразрядные лампы заполняются инертными газами (неон, аргон, криптон или ксенон), а также парами ртути или натрия.

Ртутные лампы.

Ртутные лампы типа, применяемые в промышленности, состоят из следующих частей: кварцевой дуговой разрядной трубки, заполненной аргоном и парами ртути; наружной стеклянной колбы (с внутренним люминофорным покрытием), окружающей дуговую разрядную трубку, закрывающей ее от воздействия потоков окружающего воздуха и предотвращающей окисление; основания, на котором держится вся лампа и имеются электрические контакты для подачи питания. Размеры и форма этих конструктивных элементов могут быть различными в зависимости от типа ламп - общего назначения (с прозрачной колбой, с люминесцентным покрытием, с корректированным цветом, рефлекторные, полурефлекторные лампы), ультрафиолетовых, солнечных и фотохимических ламп. Средний срок службы ртутных ламп общего назначения составляет 6000-12 000 часов. После включения ртутной лампы и установления в ней дугового разряда ток разряда через сам ртутный пар непрерывно увеличивается. Поэтому он должен быть ограничен внешним балластным устройством.

Ртутная газоразрядная лампа - типовая конструкция 40-ваттной лампы с люминофорным покрытием. 1-внешняя колба; 2-рабочий электрод; 3-токопроводящие стойки; 4 - кварцевая дуговая разрядная трубка; 5-рабочий электрод; 6-пусковой электрод; 7-опорные траверсы дуговой разрядной трубки; 8-пусковые резисторы; 9-опорные элементы; 10-внутреннее люминофорное покрытие.

После включения ртутной лампы и установления в ней дугового разряда ток разряда через сам ртутный пар непрерывно увеличивается. Поэтому он должен быть ограничен внешним балластным устройством.

Преимущества и недостатки

Ртутные лампы характеризуются высокой светоотдачей (в 2-3 раза большей, чем у ламп накаливания общего назначения), длительным сроком службы и компактностью, поэтому они хорошо подходят для регулирования светового потока. Их недостатками являются высокая стоимость лампы и вспомогательного оборудования, голубовато-зеленый оттенок свечения и медленный перезапуск. Цвет ртутной лампы корректируется путем нанесения внутреннего люминофорного покрытия.

Люминесцентные лампы.

Люминесцентные лампы состоят из следующих основных частей (рис. 3): стеклянного цилиндра, двух плинтусов (с выходными контактами) на обоих концах цилиндра и двух предварительно нагретых катодов (электронных излучателей) из вольфрамовой нити накала или стальной трубки. Баллон заполняется парами ртути и инертным газом (аргоном); на внутренние стенки баллона наносится люминофорное покрытие, которое преобразует ультрафиолетовое излучение газового разряда в видимый свет. Конструкция лампы, типична для наиболее распространенных 40-ваттных ламп.

Люминесцентная лампа-типичная конструкция лампы с холодным катодом, рассчитанная на токи ниже среднего. 1 - ртуть; 2 - штампованная стеклянная ножка с электрическими выводами; 3-трубка для накачки (при изготовлении); 4-выводные штифты; 5-торцевая панель; 6-катод с эмиттерным покрытием. Трубка заполнена инертным газом и парами ртути. Внутренние стенки трубки покрыты люминофором

Лампа работает следующим образом. Электрод на одном конце лампы испускает электроны, которые летят с большой скоростью вдоль лампы, пока не столкнутся с встреченным атомом ртути. При этом они выбивают электроны атома на более высокую орбиту. Когда выброшенный электрон возвращается на свою прежнюю орбиту, атом испускает ультрафиолетовое излучение. Последний, проходя через люминофор, превращается в видимый свет.

Типы ламп.

Люминесцентные лампы делятся на две группы по типу электродов: с нагретыми катодами и с холодными катодами. В лампах с предварительно нагретыми катодами, рассчитанных на большие токи (1-2 А), как правило, используются спиральные активированные вольфрамовые нити. В лампах с холодными катодами предусмотрены цилиндрические электроды с покрытием из эмиттерных материалов, рассчитанные на более низкие токи. Средний срок службы ламп с предварительно нагретыми катодами зависит от наработки на пуск: 7500 часов при 3 часах наработки на пуск и более 18000 часов при непрерывной работе. Для ламп с холодными катодами срок службы не зависит от количества пусков и достигает 25 000 часов.

Лампы с предварительно нагретыми катодами делятся по способу их пуска на лампы с предварительным нагревом, быстрым и мгновенным пуском. Как и все другие газоразрядные приборы, лампы с предварительно нагретыми катодами не могут быть подключены к источнику питания без балластного устройства, ограничивающего ток. Лампы с предварительным нагревом также нуждаются в стартере; при запуске такой лампы стартер замыкается, а последовательно соединенные катоды подключаются к источнику питания, так что через них проходит ток. После того, как катоды нагрелись достаточно, чтобы испустить электроны, стартер автоматически открывается, и лампа загорается. При благоприятных условиях весь запуск занимает несколько секунд. В лампах быстрого пуска катоды постоянно нагреваются, и разряд происходит при увеличении напряжения. Пускатели не требуются, а время пуска значительно меньше, чем у предварительно нагретых ламп. Мгновенный запуск ламп не требует прогрева катодов или стартера. Просто на катод подается повышенное напряжение, которое вызывает эмиссию электронов и зажигание разряда в лампе.

Заключение

В отличие от люминесцентных ламп (в которых свет излучается при возбуждении люминофора ультрафиолетовым излучением газового разряда), в электролюминесцентных лампах, изобретенных в 1936 году, электричество преобразуется непосредственно в свет с помощью специальных люминофоров. Лампа представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из слоя люминофора (сульфида цинка, активированного медью или свинцом) и двух электропроводящих пластин, одна из которых прозрачна. Цвет света лампы (синий, зеленый, желтый или розовый) зависит от частоты питающего напряжения, а яркость зависит от частоты и напряжения. Электролюминесцентные лампы пока не обладают большой светоотдачей

Список литературы

1. Епанешников М. М. Электрическое освещение. М., 1973
2. Кнорринг Г. М. и др. Справочник по проектированию электрического освещения. Л., 1976
3. Лозовский Л. И. Проектирование электрического освещения. Минск, 1976
4. Кунгс Я. А., Фаермарк М. А. Экономия электрической энергии в осветительных установках. М., 1984
5. Г. Малинин, Изобретатель "Русского мира". - Саратов: Приволж.кН.Изд-во, 1984.
6. Колтун М. М. Солнце и человечество М.: Наука 1981
7. Карцев В. П. "Приключения великих уравнений". М.: Знание, 1986.
8. Дягилев Ф. М. "Из истории физики и жизни ее создателей", М. Просвещение, 1986.
9. Журнал "Наука и техника", 10.08.2001.