История электрического освещения

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. История развития

2. Использование электрической энергии

3. Павел Николаевич Яблочков биография

4. «Свеча Яблочкова»

5. Электрическое освещение

Заключение

Список используемой литературы



ВВЕДЕНИЕ

История электрического освещения началась в 1870 году с изобретения лампы накаливания, в которой свет вырабатывался в результате поступления электрического тока. Самые первые осветительные приборы, работающие на электрическом токе появились в начале XIX века, когда было открыто электричество. Эти лампы достаточно неудобными, но, тем не менее, их использовали при освещении улиц.

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

Точку в разработке ламп накаливания поставил американский изобретатель Томас Альва Эдиссон. В его лампах использовался тот же принцип, что и у Яблочкова, однако все устройство находилось в вакуумной оболочке, которая предотвращала быстрое окисление дуги, и поэтому лампа Эдиссона могла использоваться достаточно продолжительное время.

Эдиссон начал работать над проблемой электрического освещения ещё 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 Эдиссон запатентовал свое изобретение. Первое коммерческое использование ламп Эдиссона состоялось в 1880 году на корабле Columbia. АН следующий год фабрика в Нью-Йорке была освещена лампами Эдиссона. Его изобретение стало приносить большие деньги, сделав изобретателя весьма богатым человеком. В то же время Павел Яблочков, не менее одаренный изобретатель, давший человечеству много полезных новинок, умер в бедности в Саратове 31 марта 1894 года.

Источники света всегда будут совершенствоваться во времени, пока человечество живо.

В нижеследующей таблице представлено развитие источников света во времени.

Эти материалы были предоставлены известным специалистом в области светотехники господином Боденхаузеном (Германия), за что мы ему очень благодарны. История развития электрического освещении переживала времена застоя и подъема. Самым долгим был путь от лучины к свече и затем к масляной лампе. Значительный интерес представляет история развития ламп накаливания, совершивших революцию в технике освещения. 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 лампами накаливания Одесской улицы в Петербурге. В 1880 году он получил патент на лампу накаливания с металлической нитью.

Совершенно естественно, что развитие и совершенствование источников света определялось:

- повышением энергетической эффективности;

- увеличением срока службы; - улучшением цветовых характеристик излучения (цветовой температуры, индекса цветопередачи и т.д.).

В следующей таблице приведены некоторые характеристики источников излучения. Причем охвачена лишь небольшая группа (общее число типов источников излучения превышает 2 000).

Разработка и производство люминесцентных ламп связано с именем С.И. Вавилова, под руководством которого был разработан люминофор, преобразующий ультрафиолетовое излучение в видимое. В 1951 году за разработку люминесцентных ламп С.И. Вавилов, В.Л. Левшин, В.А. Фабрикант, М.А. Константинов-Шлезингер, Ф.А. Бутаев, В.И. Долгополов были награждены Государственной премией. Кстати, Сергей Иванович Вавилов был также одним из первых, кто положил начало светотехнике в СССР. Он первым в МВТУ прочитал лекции по светотехнике, написал ряд книг по истории света и его физиологическом воздействии на человека.

Необходимо отметить вклад Н.А. Карякина в развитие дуг высокой интенсивности с угольными электродами. Прожекторы с такими источниками света применялись во время Великой Отечественной войны, а также в киносъемках и для кинопроекций. Позже они стали вытесняться ксеноновыми лампами, но их значение в военные годы для СССР трудно переоценить. За работы по угольным дугам высокой интенсивности Н.А. Карякин с сотрудниками были удостоены Государственной премии.

С целью увеличения срока службы разрядных ламп (причина выхода из строя, как правило, была связана с электродами) разработаны безэлектродные люминесцентные лампы. Сюда можно отнести высокочастотные компактные безэлектродные люминесцентные лампы, безэлектродные лампы в форме витка, микроволновые безэлектродные серные лампы.

Одним из новых источников света, которые начали внедряться в практическое освещение (сигнальное, рекламное), являются светодиоды. С 1968 года (первое серийное изготовление) до настоящего времени световая отдача увеличена от 0,2 лмВт до 40 лм/Вт.

Сегодня уже выпускаются серийно не только светодиоды монохроматического излучения, но и белого цвета. По прогнозам, в 2005 году световая отдача ряда светодиодов будет заметно превышать 100 лмВт. Основные преимущества светодиодов - большая сила света (для некоторых типов несколько тысяч канделл), малые размеры, большой срок службы (десятки тысяч часов), маленькое напряжение питания (единицы вольт).

Совершенно очевидно, что в скором времени светодиоды составят серьезную конкуренцию не только лампам накаливания, но и люминесцентным лампам.

электрический яблочков лампа



Таблица 1 Развитие источников света во времени

10000 г. до н. э.	Масляные лампы и факелы.
4000 г. до н. э	Горящие камни в Малой Азии.
2500 г. до н. э	Серийное производство глиняных ламп с маслом.
500 г. до н. э	Первые свечи в Греции и Риме.
1780 г.	Водородные лампы с электрическим зажиганием.
1783 г.	Лампа с сурепным маслом и плоским фитилем.
1802 г.	Свечение накаленной проволоки из платины или золота.
1802 г.	Дуга В.В. Петрова между угольными стержнями.
1802 г.	Свечение тлеющего разряда в опытах В.В. Петрова.
1811 г.	Первые газовые лампы.
1816 г.	Первые стеариновые свечи.
1830 г.	Первые парафиновые свечи.
1840 г.	Немецкий физик Грове использует для подогрева нити накала электрический ток.
1844 г.	Старр в Америке делает попытку создать лампу с угольной нитью.
1845 г.	Кинг в Лондоне получает патент "Применение накаленных металлических и угольных проводников для освещения".
1854 г.	Генрих Гобель создает в Америке первую лампу с угольной нитью и освещает ею витрину своего магазина.
1860 г.	Появление первых ртутных разрядных трубок в Англии.
1872 г.	Освещение лампочками А.Н. Лодыгина в Петербурге Одесской улицы, аудиторий Технологического института и других помещений.
1874 г	П.Н. Яблочков устраивает первую в мире установку для освещения железнодорожного пути электрическим прожектором, установленным на паровозе.
1876 г	Изобретение П.Н. Яблочковым свечи из двух параллельных угольных стержней.
1877 г.	Макссим в США сделал лампу без колбы из платиновой ленты.
1878 г.	Сван в Англии предложил лампу с угольным стержнем.
1880 г.	Эдисон получает патент на лампу с угольной нитью.
1897 г.	Нернст изобретает лампу с металлической нитью накаливания.
1901 г.	Купер-Хьюит изобретает ртутную лампу низкого давления.
1903 г.	Первая лампа накаливания с танталовой нитью, предложенная Больтеном.
1905 г.	Ауэр предлагает лампу с вольфрамовой спиралью.
1906 г.	Кух изобретает ртутную дуговую лампу высокого давления.
1910 г.	Открытие галогенного цикла.
1913 г.	Газонаполненная лампа Лангье с вольфрамовой спиралью.
1931 г.	Пирани изобретает натриевую лампу низкого давления.
1946 г.	Шульц предлагает ксеноновую лампу.
1946 г.	Ртутная лампа высокого давления с люминофором.
1958 г.	Первые галогенные лампы накаливания.
1960 г.	Первые ртутные лампы высокого давления с йодистыми добавками.
1961 г.	Натриевые лампы высокого давления.
1982 г.	Галогенные лампы накаливания низкого напряжения.
1983 г	Компактные люминесцентные лампы.

Таблица 2. Некоторые характеристики источников излучения

Тип источника излучения	Мощность, Вт	Световой поток, лм	Световая отдача, лмВ	Срок службы, час
Вакуумные и газонаполненные лампы накаливания общего назначения	15-1 000	85-19 500	5-19,5	1 000
Галогенные лампы накаливания общего назначения	1 000-2 000	22 000-440 000	22	2 000-3 000
Ртутные разрядные люминесцентные лампы	15-80	600-5 400	40-65	1 000-15 000
Ртутные лампы высокого давления	80-2 000	3 400-120 000	40-60	10 000-15 000
Ртутные лампы сверхвысокого давления	120-1 000	4 200-53 000	35-53	100-800
Металлогалогенные лампы	250-3 500	19 000-350 000	75-100	2 000-10 000
Натриевые лампы низкого давления	85-140	6 000-11 000	70-80	20 000
Натриевые лампы высокого давления	50-1 000	25 000-47 000	100-115	10 000-15 000
Ксеноновые лампы	50-10 000	35 700-2 088 000	18-40	100-800



1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ

До 1650 года - времени, когда в Европе пробудился большой интерес к электричеству, - не было известно способа легко получать большие электрические заряды. С ростом числа ученых, заинтересовавшихся исследованиями электричества, можно было ожидать создания все более простых и эффективных способов получения электрических зарядов. В результате огромного количества экспериментов учёными разных стран были сделаны открытия, позволившие создать механические электрические машины, вырабатывающие относительно дешёвую электроэнергию.

В середине X1X века начинается быстрый рост применения электродвигателей и все расширяющееся потребление электроэнергии, чему немало способствовало изобретение П. Н. Яблочковым способа освещения с помощью так называемой "свечи Яблочкова". Ни одно из изобретений в области электротехники не получало столь быстрого и широкого распространения, как свечи Яблочкова. Это был подлинный триумф русского инженера. Павлу Николаевичу Яблочкову принадлежит честь:

· создания самой простой по принципу дуговой лампы - электрической свечи, сразу же получившей широкое практическое применение, заслужившей всеобщее признание и повлекшей за собой прогресс всей электротехники;

· изобретения способов включения произвольного числа электрических свечей в цепь, питаемую одним генератором электрического тока. До изобретения П.Н. Яблочкова этого делать совершенно не умели, каждая дуговая лампа нуждалась в отдельной динамо-машине;

· изобретения трансформатора;

· внедрения в практику переменного тока. До П.Н. Яблочкова применение переменного тока считали не только опасным, но и совершенно неподходящим для практического использования;

· изобретения различного рода других источников света, как, например, каолиновой лампы, линейных светящихся проволок и других;

· создания большого числа электрических машин и аппаратов оригинальной конструкции, в том числе электрической машины без железа;

· изобретения различных гальванических элементов, например, самозаряжающегося аккумулятора, известного под названием автоаккумулятора Яблочкова. В наше время электротехника возвращается к разработке идей П.Н. Яблочкова в этой области.

Для раздельного питания отдельных свечей от генератора переменного тока изобретателем был создан особый прибор - индукционная катушка (трансформатор), позволявший изменять напряжение тока в любом ответвлении цепи в соответствии с числом подключенных свечей.

Именно появление электрического освещения различных систем вызвало к жизни первые электрические станции. Первая такая станция - блок-станция, то есть станция для одного дома, не обеспечивающая передачу энергии на большое расстояние, была создана в 1876 году в Париже для питания электричеством свечей Яблочкова.

А в 1881 году - первая Международная выставка электричества и Международный конгресс электриков, Министр почт и телеграфа Франции, официальный спонсор выставки, в докладе президенту Французской республики писал: «Эта выставка будет вмещать в себя все то, что относится к электричеству: на ней будут демонстрироваться всевозможные аппараты и приборы, служащие для получения, передачи, распределения электрической энергии. Конгресс в Париже соберет наиболее выдающихся ученых-электриков. Представители чудесной науки, только что раскрывшей перед человечеством свои громадные ресурсы и вскружившей ему голову своими беспрестанными эффектами, обсудят все результаты произведенных исследований и новейшие теории, созданные в этой области. Представители других стран, приглашенные во Францию, будут рады воспользоваться этим случаем, чтобы, так сказать, узаконить науку об электричестве и измерить ее глубину».

Действительно, успехи электротехники были тогда частыми и разнообразными. Но до 1881 года электриками разных стран использовались десятки самых различных единиц тока, сопротивления - не было стандарта на электрические единицы. Сопоставить результаты исследователей разных стран было чрезвычайно сложно. Именно в 1881 году на Международном конгрессе электриков, приуроченном к первой Международной выставке электричества, в нашу жизнь вошли столь хорошо известные нам сейчас единые электротехнические единицы.

На заседании конгресса слушатели в штыки встретили сообщение французского физика Марселя Депрэ, высказавшего еретическую мысль о возможности передачи электроэнергии на большие расстояния. Это сообщение котировалось в качестве неплохой шутки, забавной утопии.

А уже через год, на Мюнхенской международной электрической выставке, Марсель Депрэ продемонстрировал буквально наповал пораженным посетителям небольшой водопад, действующий от центробежного насоса, вращаемого электромотором. Но не это главное - электромотор снабжался электроэнергией от линии передачи из другого города - Мисбаха, расположенного в 57 километрах от Мюнхена, где электроэнергия рождалась тоже в водопаде.

Еще в 1879 году Павел Николаевич Яблочков заявил, что передачу энергии надо вести при помощи переменного тока. Спустя несколько лет, 25 августа 1891 года, Доливо-Добровольский на электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне применил трехфазный переменный ток и продемонстрировал передачу электрической энергии на расстояние 175 километров. Именно трехфазный ток вырабатывают станции и в наши дни. Одновременно с блестящим решением вопроса о передаче электрической энергии на расстояния получила практическое осуществление и идея П.Н. Яблочкова о централизованном производстве энергии на специальных станциях.

2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Промышленность, транспорт, сельское хозяйство, бытовое потребление (освещение, холодильники, телевизоры). Большая часть электроэнергии превращается в механическую, 1/3 -- технические цели (электросварка, плавление, электролиз и т. п.).

Главный способ получения электрической энергии и в наши дни основан на применении вращающихся генераторов - динамо, как их называли раньше. Таким путем получается электроэнергия не только на обычных тепловых электростанциях и гидростанциях, где генераторы приводятся в движение паром или текущей водой, но и на всех действующих атомных электростанциях.

3. ПАВЕЛ НИКОЛАЕВИЧ ЯБЛОЧКОВ

Яблочков (Павел Николаевич) - русский электротехник (1847 - 1894), обучался в саратовской гимназии, а затем в Николаевском инженерном училище. По окончании последнего Яблочков поступил подпоручиком в киевскую саперную бригаду, но вскоре оставил военную службу и принял место начальника телеграфа на Московско-Курской железной дороге. Около этого времени Яблочков сильно заинтересовался электротехникой, завязал сношения с обществом любителей естествознания в Москве. В 1874 г. он взялся освещать электрическим светом путь Императорскому поезду и на деле ознакомился с неудобствами существовавших в то время регуляторов для вольтовой дуги. В 1875 г. Яблочков уехал в Париж, где были произведены главные работы Яблочкова и сделаны все его открытия. Первый вопрос, который остроумно и просто разрешил Яблочков, был вопрос об электрическом освещении. Не надеясь, по-видимому, на возможность построения правильно действующего механического регулятора вольтовой дуги, Яблочков решил обойтись без него. Вместо того чтобы помещать угли дуги друг над другом, он поместил их рядом и разделил слоем изолирующего вещества - каолина, испарявшегося по мере сгорания углей. Это приспособление, нашедшее себе обширное применение и по сей час еще не совсем исчезнувшее, получило название "свечи Яблочкова". Очень много пришлось поработать Яблочкову над выбором подходящего изолирующего вещества и над методами получения подходящих углей. Однако уже в 1876 г. свечи Яблочкова появились в продаже и начали расходиться в громадном количестве. Они получили, главным образом, применение для уличного освещения. Каждая свеча стоила около 20 копеек и горела 1 1/2 часа; по истечении этого времени приходилось вставлять в фонарь новую свечу. Впоследствии были придуманы фонари с автоматической заменой свечей - Яблочков первый пытался менять окраску электрического света, прибавляя в испаряющуюся перегородку между углями различные металлические соли. Свеча Яблочкова не могла, конечно, долго удержаться ввиду ее значительных неудобств: недолговечности и понижения светящейся точки по мере горения. Но все же она явилась первой, позволившей применить в более широких размерах электрическое освещение на улицах, площадях, в театрах, магазинах и т. п. В том же 1876 году во французском физическом Обществе был прочитан доклад об изобретенном Яблочковым электромагните с плоской обмоткой, после которого он был избран членом этого общества. С свечей Яблочкова тесно связаны его работы над распределением электрической энергии. До Яблочкова был известен лишь один способ включения источников света в цепь. Но он почти никогда не применялся вследствие значительных связанных с ними неудобств, и обыкновенно каждый источник света питался от отдельной динамо-машины. При таком способе включения освещение, конечно, стоило непомерно дорого. Яблочков придумал схему включения, напоминающую современное параллельное включение ламп: один полюс динамо-машины присоединялся к земле, а от второго шел провод, к которому в разных местах присоединялись обкладки конденсаторов. Лампы помещались между вторыми обкладками и землей. Таким образом Яблочкову удавалось включать в одну цепь от 4 до 5 ламп. Конечно, для выполнения такой схемы нельзя было пользоваться постоянным током, и вот Яблочков попытался построить динамо переменного тока, пользуясь для этого коммутированием постоянного. Появившиеся скоро альтернаторы Грамма остановили работы Яблочкова, однако еще в 1881 г. он изобрел новый тип альтернатора с особенно устроенным якорем. Яблочков был первый, применивший для освещения трансформаторы, которые в вышеописанной схеме включались у него вместо конденсаторов. Из других изобретений Яблочкова замечателен еще элемент, в котором главную роль играл атмосферный воздух и который не получил еще надлежащей оценки до сих пор.

4. «СВЕЧА ЯБЛОЧКОВА»

В середине XIX века история науки и техники подошла к критическому периоду, когда главные усилия ведущих ученых и изобретателей - электротехников многих стран сосредоточились на одном направлении: создании более удобных источников света. Раньше всего это удалось осуществить в конце 1870-х годов выдающимся русским изобретателям - П.Н. Яблочкову, А.Н. Лодыгину и В.Н. Чигареву.

Русский инженер, один из пионеров мировой электротехники и светотехники Павел Николаевич Яблочков (14 сентября 1847, село Жадовка, Сердобского уезда Саратовской губернии -- 19 (31) марта 1894, Саратов) закончил Техническое гальваническое заведение в Петербурге, впоследствии преобразованное в Офицерскую электротехническую школу, выпускавшую военных инженеров-электриков. Техническое гальваническое заведение было первым в Европе военным учебным заведением, ставившим своей задачей развитие и усовершенствование методов практического применения электричества в инженерном деле. Одним из организаторов и руководителей этого учебного заведения являлся крупнейший русский ученый и изобретатель, пионер электротехники Б.С. Якоби. П.Н. Окончив Гальваническое заведение, Яблочков был назначен начальником гальванической команды в 5-й саперный батальон. Однако едва только истек трехлетний срок службы, он уволился в запас, расставшись с армией навсегда. Яблочкову предложили место начальника службы телеграфа на только что вступившей в эксплуатацию Московско-Курская железная дороге. Уже в начале своей службы на железной дороге П.Н. Яблочков сделал свое первое изобретение: создал “чернопишущий телеграфный аппарат”. Подробности этого изобретения до нас не дошли.

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

От Москвы в Крым должен был следовать правительственный поезд. Администрация Московско-Курской дороги в целях безопасности движения задумала осветить этому поезду железнодорожный путь ночью и обратилась к Яблочкову как инженеру, интересующемуся электрическим освещением. Впервые в истории железнодорожного транспорта на паровозе установили прожектор с лучшей по тому времени дуговой лампой с регулятором Фуко. Дуговую лампу нужно было непрерывно регулировать. Электрическая дуга, дающая яркий свет, возникает лишь тогда, когда концы горизонтально расположенных угольных электродов находятся друг от друга на строго определённом расстоянии.

Чуть оно уменьшается или увеличивается, разряд пропадает. Между тем во время разряда угли выгорают, так что зазор между ними всё время растёт. И чтобы применить угли в электрической дуговой лампе, требовалось использовать специальный механизм-регулятор, который бы постоянно, с определённой скоростью подвигал выгорающие стержни навстречу друг другу. Тогда дуга не погаснет. Регулятор был очень сложный, действовал с помощью трех пружин и требовал к себе непрерывного внимания. Хотя опыт удался, но он еще раз убедил Павла Николаевича, что широкого применения такой способ электрического освещения получить никак не может. Стало ясно: нужно упрощать регулятор.

Дуговой разряд в виде так называемой электрической (или вольтовой) дуги был впервые обнаружен в 1802 году русским учёным профессором физики Военно-медико-хирургической академии в Петербурге, а впоследствии академиком Петербургской Академии наук Василием Владимировичем Петровым. Петров следующими словами описывает в одной из изданных им книг свои первые наблюдения над электрической дугой: «Если на стеклянную плитку или на скамеечку со стеклянными ножками будут положены два или три древесных угля... и если металлическими изолированными направлятелями...сообщенными с обоими полюсами огромной батареи, приближать оные один к другому на расстояние от одной до трёх линий, то является между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются и от которого тёмный покой довольно ясно освещен быть может... ».

В 1810 году то же открытие сделал английский физик Деви. Оба они получили вольтову дугу, пользуясь большой батареей элементов, между концами стерженьков из древесного угля. Первую дуговую лампу с ручным регулированием длины дуги сконструировал в 1844 году французский физик Древесный уголь он заменил палочками из твердого кокса. В 1848 году он впервые применил дуговую лампу для освещения одной из парижских площадей.

Справедливости ради надо сказать, что попытки использования дуговых ламп предпринимались в России и до Яблочкова. Свои дуговые лампы с регуляторами разработали русские изобретатели Шпаковский и Чиколев. Электрические лампы Шпаковского в 1856 уже горели в Москве на Красной площади во время коронации Александра II. Чиколев же использовал мощный свет электрической дуги для работы мощных морских прожекторов. Придуманные этими изобретателями автоматические регуляторы имели отличия, но сходились в одном -- были ненадёжны. Лампы горели совсем недолго, а стоили дорого.

Совместно с опытным электротехником Н.Г. Глуховым Яблочков начал заниматься в мастерской усовершенствованием аккумуляторов и динамо-машины, проводил опыты по освещению большой площади огромным прожектором. В мастерской Яблочкову удалось создать электромагнит оригинальной конструкции. Он применил обмотку из медной ленты, поставив ее на ребро по отношению к сердечнику. Это было его первое изобретение.

Наряду с опытами по усовершенствованию электромагнитов и дуговых ламп Яблочков и Глухов большое значение придавали электролизу растворов поваренной соли. Во время одного из многочисленных опытов по электролизу поваренной соли параллельно расположённые угли, погруженные в электролитическую ванну, случайно, коснулись друг друга. Тотчас между ними вспыхнула ослепительно яркая электрическая дуга. Именно в эти минуты зародилась у него мысль о постройке дуговой лампы... без регулятора.

В октябре 1875 года Яблочков отправляется за границу и везет 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, в высшей степени простой конструкции. Вместо того чтобы помещать угли друг против друга, я их размещаю рядом и разделяю посредством изолирующего вещества. Оба верхних конца углей свободны”. Свеча Яблочкова состояла из двух стержней, изготовленных из плотного роторного угля, расположенных параллельно и разделенных гипсовой пластинкой.

Последняя служила и для скрепления углей между собой и для их изоляции, позволяя вольтовой дуге образовываться лишь между верхними концами углей. По мере того как угли сверху обгорали, гипсовая пластинка плавилась и испарялась, так что кончики углей всегда на несколько миллиметров выступали над пластинкой.

Простота устройства свечи, удобство обращения с нею были просто поразительны, особенно по сравнению со сложными регуляторами. Это и обеспечило свече громкий успех и быстрое распространение. 23 марта Павел Николаевич взял на нее французский патент за № 112024, содержащий краткое описание свечи в ее первоначальных формах и изображение этих форм. Этот день стал исторической датой, поворотным пунктам в истории развития электро- и светотехники, звездным часом Яблочкова. «Русский свет» (так называли изобретение Яблочкова) засиял на улицах, площадях, в помещениях многих городов Европы, Америки и даже Азии. «Из Парижа, - писал Яблочков,- электрическое освещение распространилось по всему миру, дойдя до дворца шаха Персидского и до дворца короля Камбоджи»).

15 апреля 1876 года в Лондоне открывалась выставка физических приборов. На ней показывала свою продукцию и французская фирма Бреге. Своим представителем на выставку Бреге направил Яблочкова, который участвовал на выставке и самостоятельно, экспонировав на ней свою свечу. В один из весенних дней изумленный Лондон ахнул, когда изобретатель провел публичную демонстрацию своего детища. На невысоких металлических столбах (постаментах) Яблочков поставил четыре своих свечи, обернутых в асбест и установленных на большом расстоянии друг от друга.

К светильникам подвел по проводам ток от динамо-машины, находившейся в соседнем помещении. Поворотом рукоятки ток был включен в сеть, и тотчас обширное помещение залил очень яркий, чуть голубоватый электрический свет. Многочисленная публика пришла в восторг.

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

В годы пребывания во Франции Павел Николаевич работал не только над изобретением и усовершенствованием электрической свечи, но и над решением других практических задач. Только за первые полтора года - с марта 1876 по октябрь 1877 - он подарил человечеству ряд других выдающихся изобретений и открытий. П.Н. Яблочков сконструировал первый генератор переменного тока, первым применил переменных ток для промышленных целей, создал трансформатор переменного тока (30 ноября 1876 года, дата получения патента, считается датой рождения первого трансформатора) и впервые использовал статистические конденсаторы в цепи переменного тока. Открытия и изобретения русского инженера, обессмертившие его имя, позволили Яблочкову первому в мире создать систему дробления света, основанную на применении переменного тока, трансформаторов и конденсаторов.

В России первая проба электрического освещения по системе Яблочкова была проведена 11 октября 1878 года, то есть незадолго до приезда изобретателя на Родину. В этот день были освещена казармы Кронштадтского учебного экипажа, площадь у дома, занимаемого командиром Кронштадтского морского порта. Опыты прошли успешно. Спустя две недели, 4 декабря 1878 года, свечи Яблочкова (8 шаров) впервые осветили в Петербурге Большой театр. Когда "внезапно зажгли электрический свет, - писало "Новое время" в номере от 6 декабря, - по зале мгновенно разлился белый яркий, но не режущий глаз, а мягкий свет, при котором цвета и краски женских лиц и туалетов сохраняли свою естественность, как при дневном свете. Эффект был поразительный".

Вскоре после приезда изобретателя в Петербург была учреждена акционерная компания "Товарищество электрического освещения и изготовления электрических машин и аппаратов П.Н. Яблочков-изобретатель и Ко". Свечи Яблочкова, изготовляемые парижским, а затем петербургским заводом общества, зажглись в Петербурге, Москве и Подмосковье, в Киеве, Нижнем Новгороде, Гельсингфорсе (Таллин), Одессе, Харькове, Николаеве, Брянске, Архангельске, Полтаве, Красноводске и других городах России.

И все же электрическое освещение в России такого широкого распространения, как за границей, не получило. Причин для этого было много: русско-турецкая война, отвлекавшая много средств и внимания, техническая отсталость России, инертность, а подчас и предвзятость городских властей. Не удалось создать и сильную компанию с привлечением крупного капитала, недостаток средств ощущался все время. Немаловажную роль (в который раз) сыграла и неопытность в финансово-коммерческих делах самого главы предприятия. Павел Николаевич часто отлучался по делам в Париж, а в правлении, как писал В.Н. Чиколев в "Воспоминаниях старого электрика", "недобросовестные администраторы нового товарищества стали швырять деньги десятками и сотнями тысяч, благо они давались легко!" Изобретатель был сильно разочарован. Умей он, как Эдисон, пускать свои изобретения в промышленный оборот с расчетом использовать средства для продолжения экспериментов, мир, вероятно, получил бы от П.Н. Яблочкова немало и других полезных изобретений.

1 августа 1881 года в Париже открылась Международная электротехническая выставка, которая показала, что свеча Яблочкова, его система освещения, сыгравшие великую роль в электротехнике, начали терять свое значение. У свечи появился сильный конкурент в лице лампы накаливания, которая могла гореть 800-1000 часов без замены. Ее можно было много раз зажигать, гасить и снова зажигать. К тому же она была и экономичнее свечи.

Яблочков переключился целиком на создание мощного и экономичного химического источника тока. Проводя эксперименты с хлором, Павел Николаевич сжег себе слизистую оболочку легких и с тех пор стал задыхаться. В ряде схем химических источников тока Яблочков впервые предложил для разделения катодного и анодного пространства деревянные сепараторы. Впоследствии такие сепараторы нашли широкое применение в конструкциях свинцовых аккумуляторов.

Возвращение «свечи Яблочкова»

Никто из производителей автомобилей сейчас уже не применяет в качестве головного освещения вакуумные лампы накаливания. Прослужив человечеству несколько десятилетий, они заняли почетное место в технических музеях и лишь изредка встречаются в магазинах запчастей.

На смену пришли галогенные лампы накаливания. Применение галогенов позволило значительно увеличить срок службы нити накаливания и, вследствие этого, изготавливать лампы большей мощности. До сих пор в подавляющем большинстве выпускаемых автомобилей для головного света применяются галогенные лампы накаливания.

Но прогресс не стоит на месте, история делает новый виток и вот уже Вольтова дуга укрощена и, заключенная в стеклянную колбу, свеча Яблочкова вновь привлечена к работе.

Разумеется, электроды, их положение, материалы уже очень далеки от своих предшественников начала XX века, но принцип остался тем же - электрическая дуга в качестве источника света. Принципиально новая газоразрядная лампа представляет собой колбу малого объема из кварцевого стекла с двумя электродами, заполненную хлоридами некоторых металлов и ксеноном (отсюда и название - ксеноновый свет).

5. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Электрическое освещение, преобразование электроэнергии в свет в целях создания гигиенически благоприятных, комфортных и безопасных условий для зрительного восприятия.

Внутреннее освещение

На изложенных общих принципах должно базироваться освещение любого внутреннего помещения. Однако в таких общественных помещениях, как магазины и театры, где не ставятся крайне ответственные задачи зрительной работы и где воздействие на воображение и привлекательность более приоритетны, чем комфортность и эффективность зрительного восприятия, качество освещения имеет менее важное значение. Оно весьма существенно там, где приходится иметь дело с очень ответственными задачами зрительной работы, - в операционных, учреждениях, механических цехах, школьных классах, студенческих аудиториях.

В качестве источников света для внутреннего освещения применяются в основном лампы накаливания и газоразрядные лампы (люминесцентные, ртутные и др.). Большинство учреждений, школ и общественных зданий освещается люминесцентными лампами или лампами накаливания, тогда как во многих производственных помещениях, особенно с высокими потолками, используются ртутные, а также люминесцентные лампы. Но во всех случаях источники света должны быть закрыты экранами, исключающими прямую блескость, а там, где это возможно, - и отраженную. В одном из конструктивных вариантов светильник с минимальной прямой и отраженной блескостью посылает почти весь свой выходной световой поток вверх, на потолок, который выполняет роль вторичного источника большой площади с малой яркостью.

Еще один важный способ повышения качества внутреннего освещения - применение матового отделочного покрытия с высокой отражающей способностью для потолка, стен, пола и мебели. Это превращает потолок, стены, пол и мебель во вторичные источники света большой площади, благодаря чему не только повышается коэффициент использования света в помещении, но и увеличивается доля рассеянного света, а также устраняются резкие тени.

Исследования условий оптимального освещения помещений, требующих комфортности, привели к следующим выводам: потолки лучше всего делать белыми с высоким коэффициентом отражения, порядка 85%; коэффициент отражения стен должен составлять 40-60% (при этом возможен широкий спектр приятных оттенков); коэффициент отражения мебели должен составлять около 35%, пола - не менее 20%. Эти требования подразумевают, в частности, что на окнах должны быть предусмотрены неяркие занавеси, задергиваемые в темное время суток, а поверхность стола должна иметь достаточно высокий коэффициент отражения, чтобы по яркости она не контрастировала с белой бумагой. Высокие коэффициенты отражения способствуют созданию идеальных условий для зрительной работы.

Наружное освещение

Изложенные выше общие принципы относятся и к наружному освещению. Рекомендуемое количество света здесь обычно меньше, так как задачи зрительной работы менее ответственны и высокий уровень освещенности экономически неоправдан. Качество освещения тоже менее существенно, особенно при очень низких уровнях освещенности, но прямая блескость должна устраняться или сводиться к минимуму.

Освещение дорог.

Главная цель освещения дорог - обеспечение хорошей видимости в ночное время, необходимой для безопасного и удобного движения пешеходов и транспорта.

При проектировании дорог обычно учитываются такие факторы, как интенсивность движения, рельеф, статистика дорожно-транспортных происшествий, типы транспортных средств, ожидаемые скорости движения, правила парковки, строительные характеристики (размеры, материалы) и наличие особых участков - пересечений, развязок, мостов, путепроводов, подъездных путей. Источниками света на улицах городов и автомагистралях служат в основном газоразрядные лампы.

Заливающий свет.

применяется для наружного освещения зданий, а также для освещения стадионов, автомобильных стоянок и других открытых многолюдных зон. В широких масштабах такое освещение впервые было применено на Панамерикано-Тихоокеанской международной выставке в Сан-Франциско в 1915, где полная затрачиваемая на это мощность составляла около 8 МВт. С появлением более совершенных источников света стало возможно освещение заливающим светом многих видов спортивных сооружений - для игры в бейсбол, футбол, теннис.

Электрические источники света

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

Лампы накаливания

В лампах накаливания свет испускает металлическая проволочка (нить), раскаленная добела проходящим по ней током.

Устройство лампы.

Типичная бытовая лампа накаливания (общего назначения) состоит из следующих частей (рис. 1): нити накала в виде спирали из вольфрамовой проволочки, стеклянного баллона (который откачивается и заполняется инертным газом) и цоколя, который является объединяющей и силовой деталью лампы и имеет контакты для подключения нити накала к электропитанию. Все эти три элемента конструкции могут быть разного размера и различной формы в зависимости от назначения - лампа общего назначения, с внутренним отражателем, витринная, для уличного освещения, для автомобильных фар, для карманного фонаря, фотографическая лампа-вспышка. В бытовых лампах с тремя режимами накаливания имеются две нити накала, которые можно включать по отдельности и вместе, получая разную яркость. Средний срок службы большинства бытовых ламп при номинальном напряжении составляет 750-1000 ч.

Рис. 1 Лампа накаливания. 1 - нить накала (в некоторых лампах монтируется вертикально - вдоль оси стеклянной опорной ножки); 2 - цоколь; 3 - стеклянный баллон

Газоразрядные лампы

В газоразрядных лампах электроэнергия преобразуется в свет при прохождении электрического тока через газ или пары металла. Цвет светового излучения зависит от рода газа, его давления и от вида люминофора, нанесенного на внутренние стенки стеклянного баллона лампы. Газоразрядные лампы наполняются инертными газами (неоном, аргоном, криптоном или ксеноном), а также парами ртути или натрия.

Ртутные лампы.

Ртутные лампы типа применяемых в промышленности состоят из следующих частей (рис. 2): кварцевой трубки дугового разряда, наполненной аргоном и парами ртути; наружной стеклянной колбы (с внутренним люминофорным покрытием), окружающей трубку дугового разряда, закрывающей ее от воздействия потоков окружающего воздуха и предотвращающей окисление; цоколя, на котором держится вся лампа и имеются электрические контакты для подвода напряжения питания. Размеры и форма этих конструктивных элементов могут быть разными в зависимости от типа лампы - общего назначения (с прозрачной колбой, с люминесцентным покрытием, с исправленной цветностью, рефлекторная, полурефлекторная лампы), ультрафиолетовые, солнечного света и фотохимические лампы. Средний срок службы ртутных ламп общего назначения составляет 6000-12 000 ч. После того как ртутная лампа включена и в ней установился дуговой разряд, ток разряда через пары ртути сам по себе непрерывно нарастает. Поэтому его приходится ограничивать внешним балластным устройством

Рис. 2 Ртутная газоразрядная лампа - типичная конструкция 40-Вт лампы с люминофорным покрытием. 1 - наружная колба; 2 - рабочий электрод; 3 - токопроводящие стойки; 4 - кварцевая трубка дугового разряда; 5 - рабочий электрод; 6 - пусковой электрод; 7 - опорные траверсы трубки дугового разряда; 8 - пусковые резисторы; 9 - опорные элементы; 10 - внутреннее люминофорное покрытие.

После того как ртутная лампа включена и в ней установился дуговой разряд, ток разряда через пары ртути сам по себе непрерывно нарастает. Поэтому его приходится ограничивать внешним балластным устройством.

Достоинства и недостатки.

Ртутные лампы отличаются высоким световым КПД (в 2-3 раза большим, чем у ламп накаливания общего назначения), большим сроком службы и компактностью, благодаря чему они хорошо подходят для регулирования светового потока. Их недостатки - высокая стоимость лампы и вспомогательного оборудования, синевато-зеленый оттенок свечения и медленный повторный пуск. Цветность ртутной лампы исправляется применением внутреннего люминофорного покрытия.

Люминесцентные лампы.

Люминесцентные лампы состоят из следующих основных деталей (рис. 3): стеклянного баллона, двух цоколей (с выводными контактами) на обоих концах баллона и двух подогревных катодов (электронных эмиттеров) из вольфрамовой нити или стальной трубки. Баллон наполнен парами ртути и инертным газом (аргоном); на внутренние стенки баллона нанесено люминофорное покрытие, преобразующее ультрафиолетовое излучение газового разряда в видимый свет. Конструкция лампы, представленная на рис. 3, типична для самых распространенных 40-Вт ламп.



Рис. 3 Люминесцентная лампа - типичная конструкция лампы с холодными катодами, рассчитанной на токи ниже средних. 1 - ртуть; 2 - штампованная стеклянная ножка с электровводами; 3 - трубка для откачки (при изготовлении); 4 - выводные штырьки; 5 - концевая панелька; 6 - катод с эмиттерным покрытием. Трубка наполнена инертным газом и парами ртути. Внутренние стенки трубки покрыты люминофором

Лампа действует следующим образом. Электрод на одном из концов лампы испускает электроны, которые с большой скоростью летят вдоль лампы, пока не произойдет столкновение со встретившимся атомом ртути. При этом они выбивают электроны атома на более высокую орбиту. Когда выбитый электрон возвращается на прежнюю орбиту, атом испускает ультрафиолетовое излучение. Последнее, проходя через люминофор, преобразуется в видимый свет.

Типы ламп.

Люминесцентные лампы делятся на две группы соответственно типу электродов: с подогревными катодами и с холодными катодами. В лампах с подогревными катодами, которые рассчитываются на большие токи (1-2 А), как правило, используются спиральные активированные вольфрамовые нити накала. В лампах же с холодными катодами предусматриваются цилиндрические электроды с покрытием из эмиттерных материалов, и они рассчитываются на меньшие токи. Средний срок службы ламп с подогревными катодами зависит от наработки на один пуск: 7500 ч при 3 ч наработки на один пуск и более 18 000 ч в непрерывном режиме. Для ламп же с холодными катодами срок службы не зависит от числа пусков и достигает 25 000 ч.

Лампы с подогревными катодами по способу их пуска делятся на лампы с предварительным прогревом, быстрого и моментального пуска. Как и все другие газоразрядные приборы, лампы с подогревными катодами нельзя присоединять к источнику питания без балластного устройства, ограничивающего ток (рис. 4). Лампы с предварительным прогревом нуждаются также в стартере; при пуске такой лампы замыкается стартер, и катоды, соединенные последовательно, подключаются к сети питания, так что по ним проходит ток. После того как катоды разогреются настолько, что могут эмиттировать электроны, стартер автоматически размыкается, и лампа загорается. В благоприятных условиях весь пуск занимает несколько секунд. В лампах быстрого пуска катоды нагреваются постоянно, а разряд возникает при повышении напряжения. Стартеры не требуются, и время пуска значительно меньше, чем у ламп с предварительным прогревом. В лампах моментального пуска не требуется ни прогрева катодов, ни стартера. Просто на катод подается повышенное напряжение, которое вызывает эмиссию электронов и зажигание разряда в лампе.

Рис. 4 Люминесцентная лампа с подогревными катодами, рассчитанная на большие токи



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В отличие от люминесцентных ламп (в которых свет испускается при возбуждении люминофора ультрафиолетовым излучением газового разряда), в электролюминесцентных лампах, изобретенных в 1936, электроэнергия преобразуется непосредственно в свет благодаря применению специальных люминофоров. Лампа представляет собой многослойную конструкцию из слоя люминофора (цинк-сульфидного, активированного медью или свинцом) и двух электропроводящих пластин, одна из которых прозрачна. Устройство электролюминесцентных ламп двух типов показано на рис. 5. Цвет свечения лампы (синий, зеленый, желтый или розовый) зависит от частоты напряжения питания, а яркость - от частоты и напряжения. Электролюминесцентные лампы пока что не отличаются большой световой отдачей



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУТЫ

1. Епанешников М.М. Электрическое освещение. М., 1973

2. Кнорринг Г.М. и др. Справочная книга для проектирования 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. Малинин Г. Изобретатель "русского света". - 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 творцов", М. Просвещение, 1986г.

9. «Наука и техника», журнал, 10.08.2001 г.

Размещено на Allbest.ru

...