Содержание
Из чего сделаны лампы накаливания.
Все мы знаем, что такое лампа и привыкли видеть её у себя дома в офисе. Мы редко задаёмся вопросом, а из чего же она сделана.
На первый взгляд ничего сложного. Обычная стеклянная колба, металлический патрон пару проводков и спираль накаливания.
Давайте окунёмся немного в историю.
Одним из первых искусственных источником света были масляные лампы — 10000 г. до н.э.
В 1840 году немецкий физик Грове использовал электрический ток для разогрева нити накала. В 1905 год у Ауэ р предложил лампу с вольфрамовой спиралью. 
В1909 году Ирвинг Ленгмюр наполняет колбу лампы инертным газом тем самым, уменьшает испарение вольфрама. В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж улучшает вольфрамовую нить наказа. Вольфрамовая нить вытесняет все другие нити.
Так из чего же состоит лампа накаливания?
1- стеклянная колба;
2- полость стеклянной колбы лампы, может быть вакуум, обычно это лампы до 25 Вт или заполнены инертным газом;
3- тело накала лампы (спираль), используется самый тугоплавкий металл – вольфрам. Рабочая температура спирали лампы – 1700-2900°C
4,5- электрод часть выполнена из никеля, часть из меди, часть из платинита.
6- держатель, также называют крючками. Используется металл молибден;
7- ножка лампы она же тарелка;
8- место крепления контакта электрода;
9- цоколь, соединён с колбой специальной термомастикой;
11- контакт, соединяющий один из электродов с контактной площадкой.
А теперь подытожим.
Казавшаяся на первый взгляд такой простой лампа состоит из вольфрама, молибдена, меди, железа (цоколь), олова (покрытие контактной площадки), стекла, термомастики, платинита, керамики (изолятр в цоколе).
И только теперь можно понять насколько непростая эта вешь – лампа накаливания.
ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ (от греческого λαμπάς — светоч, светильник), искусственный источник света с излучателем из тугоплавкой проволоки (обычно в виде нити или спирали), накаливаемой электрическим током. Изобретена А. Н. Лодыгиным в 1872 (патент — 1874); в качестве нити накала использовался угольный стержень, помещённый в стеклянный баллон (колбу), из которого за счёт сгорания части угля при пропускании тока удалялся кислород. В дальнейшем конструкция ламп накаливания постоянно совершенствовалась. В 1879-80 Т. А. Эдисон создал пригодную для промышленного изготовления конструкцию ламп накаливания с угольной нитью повышенной долговечности (около 40 ч), разработал для электроламп патрон и цоколь с винтовой нарезкой, а также применил откачку воздуха из баллона. В 1898-1908 в качестве тела накала испытывались металлы (Os, Та, W), а с 1909 стали применяться лампы накаливания с вольфрамовой нитью. Для снижения скорости испарения нити накала И. Ленгмюр предложил наполнять лампы накаливания инертным газом (1909). В 1912-13 появились первые лампы накаливания, наполненные азотом и инертными газами (Ar, Kr); вольфрамовую нить стали изготовлять в виде спирали. Заполнение ламп накаливания инертными газами с добавками галогенов позволило уменьшить загрязнение колбы лампы частицами распылённого металла и существенно увеличить время жизни таких ламп. Использование тела накала в форме биспирали (спирали, навитой из спирали) сократило потери теплоты через газ.
Реклама
Излучение ламп накаливания обусловлено законами теплового излучения, в том числе законом Кирхгофа, связывающим испускательную и поглощательную способности реального излучателя с испускательной способностью абсолютно чёрного тела, и законом Планка, дающим спектральное распределение излучения. Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура достигала нескольких тысяч градусов. Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение. Для получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая, в свою очередь, ограничена температурой плавления материала нити. В современных лампах накаливания применяются материалы с максимальными температурами плавления — W (3420 °С) и (реже) Оs (3027 °С). При практически достижимых температурах 2300-3300 °С лампы накаливания испускают свет, который кажется более «жёлто-красным», чем дневной свет. Для оценки качества света служит цветовая температура.
Конструктивно многочисленные разновидности ламп накаливания состоят из однотипных частей, различающихся размерами и формой. Типовая лампа накаливания (рис.) представляет собой стеклянную колбу, в которой на стеклянном или металлическом штенгеле с помощью держателей из молибденовой проволоки закреплено тело накала (моно или биспираль из вольфрама). Концы спирали соединены с электрическими вводами, средняя часть которых с целью создания вакуумно-плотного соединения со стеклянной лопаткой выполняется из платинита или молибдена. Для крепления к патрону лампа снабжается цоколем, прикрепляемым к колбе специальной мастикой. Большинство современных ламп накаливания являются газонаполненными; наполнение — в основном смеси инертных газов (Ar, Kr, Хе и др.) с небольшим количеством N, иногда с добавками галогенов (обычно I или Br). Азот вводится с целью исключения возникновения газового разряда в лампе. Лампы малой мощности (до 25 Вт) из экономических соображений, как правило, выполняют вакуумными (остаточное давление воздуха 10-1 мПа).
Лампы накаливания классифицируют: по областям применения (осветительные общего назначения — для внутреннего и наружного освещения; специального назначения — транспортные, метрологические, для сигнализации и индикации, для оптических систем, местного освещения и др.); по основной конструктивной форме и светотехническим свойствам колбы (прозрачные и матовые, с зеркальным куполом, шаровые, каплевидные, декоративные — в форме свечи, пламени и т.п., с рассеивающим покрытием и др.); по форме тела накала (лампы со сплошной моно или биспиралью — прямолинейной, дуговой, в виде зигзага; с телом накала, сформованным из отдельных секций или в виде плоской пластины, и др.). По габаритным размерам различают сверхминиатюрные, миниатюрные, малогабаритные, нормальные и крупногабаритные лампы накаливания (например, к сверхминиатюрным относятся лампы длиной менее 10 мм и диаметром менее 6 мм; у крупногабаритных ламп длина превышает 175 мм, а диаметр — 80 мм).
Лампы накаливания изготовляются на напряжения от долей до сотен В, мощностью от долей Вт до десятков кВт. Срок службы (средняя продолжительность горения) колеблется от 5 ч (например, самолётные фарные лампы) до 2000 ч и более. Световая отдача зависит от конструкции, напряжения, мощности и продолжительности горения лампы и составляет 10-35 лм/Вт. По световой отдаче лампы накаливания уступают разрядным источникам света, однако они проще в эксплуатации (не требуют пусковых устройств и сложной арматуры) и практически не имеют ограничений по напряжению и мощности. Лампы накаливания широко применяются в светильниках общего освещения, прожекторах, проекционных аппаратах, автомобильных и самолётных фарах, а также для кино-, фотосъёмочного и телевизионного освещения и др. С 1990-х годов лампы накаливания общего назначения постепенно вытесняются более экономичными (так называемыми энергосберегающими) компактными люминесцентными лампами со встроенным электронным пускорегулирующим аппаратом и резьбовым цоколем.
Смотри также Галогенная лампа, Зеркальная лампа.
Лит.: Гуторов М. М. Основы светотехники и источники света. 2-е изд. М., 1983; Справочная книга по светотехнике / Под редакцией Ю. Б. Айзенберга. 3-е изд. М., 2006.
Споры о том, кто был истинным изобретателем лампы накаливания, ведутся по сей день. В основном, фигурируют два имени – Томас Эдисон и Александр Лодыгин. На самом же деле, великое открытие состоялось благодаря упорной работе многих ученых.
Кто первым в мире и когда придумал и изобрел?
С древних времен люди искали способы освещения в ночное время. Например, в Древнем Египте и Средиземноморье использовались аналоги керосиновой лампы. Для этого в особые глиняные сосуды вставлялся фитиль из хлопчатобумажной ткани и наливалось оливковое масло.
Жители побережья Каспийского моря использовали похожее устройство, только вместо масла в сосуд наливали нефть. В Средние века глиняные светильники сменили свечи из пчелиного воска и сала.
Но во все времена ученые и изобретатели искали возможность создать долговечный и безопасный осветительный прибор.
После того как человечество узнало об электричестве, исследования вышли на качественно новый уровень.
За изобретение первых электрических ламп, подходящих для коммерческого использования, мы должны благодарить трех ученых из разных стран. Независимо друг от друга они проводили свои эксперименты и в итоге добились результата, перевернувшего мир.
ВАЖНО! В 70-е годы XIX века было получено три патента на новейшие устройства – угольные лампы накаливания в вакуумных колбах.
В 1874 г. выдающийся ученый Александр Николаевич Лодыгин запатентовал свою лампу накаливания в России.
В 1878 г. Джозеф Уилсон Суон подал заявку на британский патент.
В 1879 г. американский патент получил изобретатель Томас Эдисон.
Именно Эдисон создал первую промышленную компанию по производству ламп накаливания. Большой заслугой стало то, что он сумел добиться длительной продолжительности работы – более 1200 часов – благодаря использованию карбонизированного бамбукового волокна.
В начале 80-х годов XIX века Эдисон и Суон организовали в Британии совместную компанию. Она так и называлась «Эдисон и Суон». В то время она стала самым крупным производителем электрических ламп.
В 90-е годы Александр Лодыгин переехал в Америку, где и предложил использовать вольфрамовую или молибденовую спираль. Это был очередной технологический прорыв. Лодыгин продал свой патент компании General Electric, которая начала производить электрические лампы с вольфрамовой нитью.
А уже в 1920 году один из работников компании Уильям Дэвид Кулидж рассказал миру, как можно производить вольфрамовую нить в промышленных масштабах. В том же году другой ученый из General Electric по имени Ирвинг Ленгмюр предложил наполнять колбу лампочки инертным газом.
Именно это значительно повысило период работы лампы накаливания, а также увеличило светоотдачу.
Этими устройствами человечество пользуется по сей день.
История создания электрической лампочки
Конечно, история создания лампы неотделима от развития такой науки, как электротехника. Она берет начало с открытия в XVIII веке электрического тока. Это открытие поспособствовало тому, что выдающиеся ученые со всего мира занялись изучением и развитием электротехники, которая к тому времени выделилась в самостоятельную науку.
- XIX век стал веком глобальных открытий. В 1800 году был изобретен гальванический элемент – химический источник тока. Его еще называют вольтовым столбом в честь итальянского ученого Алессандро Вольта.
- В следующем году в Санкт-Петербурге руководство Петербургской медико-химической Академии приобрело электрическую батарею. Это мощное устройство было куплено в кабинет профессора Василия Петрова. Состояла батарея из 420 пар гальванических элементов. Целый год профессор Петров проводил с ней эксперименты, пока в 1908 году не открыл знаменитую электрическую дугу. Она представляет собой разряд, возникающий между угольными стержнями-электродами, разведенными на определенное расстояние. Тогда же и было предложено использовать электрическую дугу как источник света.
- Первым шагом к созданию современных ламп накаливания стало изобретение в 1809 году первой лампы с платиновой спиралью в основе. Сделал это англичанин Деларю.
- Через несколько десятилетий, в 1854 году немецкий ученый Генрих Гебель создал похожее устройство. Главным отличием было то, что он использовал обугленную бамбуковую нить, помещенную в вакуумный сосуд. То есть, этот вариант был уже гораздо ближе к известной всем нам электрической лампе. Гебель продолжал совершенствовать свое изобретение еще пять лет, создав устройство, которое называют первой практической лампой. К сожалению, получить патент он не мог, т. к. был эмигрантом без денег и связей. Тем не менее, он использовал свое изобретение для освещения принадлежавшего ему магазина часов.
Что касается массового электрического освещения, то здесь несомненный вклад внес наш соотечественник, выдающийся ученый Павел Николаевич Яблочков. Свои эксперименты он начал в России, а затем продолжил в Париже после эмиграции. Именно он создал простую, недорогую и долговечную «электрическую свечу». В 1876 году ученый представил свое изобретение на выставке в Лондоне. В том же году лампы, созданные Яблочковым стали появляться сначала на самых посещаемых улицах Парижа, а затем распространились на весь мир.
НА ЗАМЕТКУ! Отличительной чертой «свечи Яблочкова» было то, что для нее не требовалось вакуума. Нить накала, изготовленная из каолина, не перегорала и не теряла своих свойств на открытом воздухе.
И, конечно, говоря об истории электротехники, нельзя не вспомнить ученых, перевернувших мир – Александре Лодыгине и Томасе Эдисоне. Именно они, проводя эксперименты независимо друг от друга, в 70-е годы XIX века создали электрическую лампу.
Александр Лодыгин – изобретатель из России
В 1872 году в Санкт-Петербурге Александр Николаевич Лодыгин приступил к опытам по электрическому освещению.
Его первые лампы представляли собой тонкую угольную палочку, зажатую между объемными стрежнями из меди. Все это находилось в закрытом стеклянном шаре.
Это было еще несовершенное устройство, тем не менее, они начали активно использоваться для освещения зданий и улиц Петербурга.
В 1875 году в товариществе с Коном была выпущена усовершенствованная электрическая лампа. В ней угольки заменялись автоматически, кроме того, они располагались в вакууме. Эта разработка принадлежит электротехнику Василию Федоровичу Дитрихсону.
В 1876 году другой исследователь, Булыгин также внес коррективы. В его разработке уголек выдвигался по мере сгорания.
В конце 70-х годов лампа накаливания, созданная Лодыгиным и запатентованная в России, Франции, Великобритании, Австрии и Бельгии, попала, наконец, и в США. Лейтенант Хотинский отправился к побережью Америки, чтобы принять корабли, построенные для Российского флота. Именно Хотинский посетил лабораторию и показал «лампу Лодыгина» и «свечу Яблочкова» американскому исследователю Томасу Эдисону.
Доподлинно неизвестно, как это повлияло на ход мыслей Эдисона, который и сам в то время работал над созданием искусственного освещения. Как бы то ни было, именно Эдисон довел конструкцию лампы накаливания до качественно нового уровня, а также популяризовал ее, организовав массовое производство. Это помогло значительно снизить стоимость, что позволяло покупать лампу даже беднякам.
Александр Лодыгин также не останавливался в своем рвении усовершенствовать лампу накаливания. После переезда в США, в 1890 году, Лодыгин получил еще один патент – на лампу с металлической нитью из тугоплавких металлов — осьмия, иридия, родия, молибдена и вольфрама. Это был настоящий прорыв в области электротехники. Изобретение имело оглушительный успех, и в 1906 году патерн на него был куплен компанией General Electric. К слову, компания эта принадлежала Томасу Эдисону.
Создание лампочки Эдисоном
Во всем мире принято считать, что электрическую лампочку изобрел ученый Томас Альва Эдисон.
На протяжении многих лет Эдисон ставил эксперименты в области электротехники. В течение почти двух лет он искал идеальный вариант для нити накаливания.
Исследователь провел эксперименты более чем с шестью тысячами углеродсодержащих материалов. Методично перебирая и исследуя разнообразные вещества, Эдисон пришел к выводу, что лучшим вариантом является японский бамбук, из которого создан футляр для веера.
В 1879 году появилась первая заметка в газете, гласящая об изобретении Томасом Эдисоном лампы накаливания с угольным стержнем. Названа она была «Эдисоновский свет». Такая лампа могла непрерывно гореть в течение сорока часов. В том же году Эдисон запатентовал свое изобретение.
Нельзя сказать, что Эдисон внес значительные изменения в лампу накаливания, созданную Лодыгиным.
Как выглядел вариант лампы Эдисона?
Это также была стеклянная колба, из которой был полностью выкачан воздух. Горел в ней так же угольный тонкий стержень. Но именно Эдисон создал условия для максимально комфортной работы ламп накаливания. Он изобрел такие вещи, как винтовой цоколь, патрон, счетчики энергии, а также выключатели и предохранители.
Более того, организовав собственное производство, он поставил на поток изготовление электрических лампочек и механизмов электрический системы. Несмотря на то что лампа накаливания была создана задолго до получения патента американским ученым, именно благодаря Эдисону электрическое освещение получило столь широкое распространение.
Патент Эдисона на лампу накаливания вскоре (еще до окончания срока действия) был призван недействительным.
Говоря о великом изобретении – лампе накаливания – нельзя называть только одно имя. Без сомнения, у нее было несколько выдающихся изобретателей, каждый из которых внес неоценимый вклад в развитие электротехники.
