Реферат: История электрического освещения
С гудением вспыхнуло яркое белое пламя и осветило комнату. Электрическое пламя! Произошло это чудо в Петербурге в 1802 году, а сотворил его профессор физики Василий Владимирович Петров. Пламя перекинулось дугой между двумя стержнями из древесного угля, по которым Петров пустил электрический ток. Обнаружились неизвестные ранее свойства электрического тока – он может дать людям электрический свет и тепло.
Ученый понимал, что сделал важное открытие. Но сначала его не интересовало, что дуга дает свет. Правда, он написал в книге о своих опытах, что вспыхнуло пламя «от которого темный покой довольно ясно освещен быть может». Однако гораздо больше его занимало другое свойство дуги: температура пламени такая высокая, что в ней плавятся металлы. Это действительно было очень важно, и спустя 80 лет русский инженер Николай Николаевич Бенардос изобрел способ сварки металлов с помощью электрической дуги.
Но, прежде всего, изобретателей привлекла головокружительная возможность, на которую Петров обратил мало внимания, создать с помощью электрического тока совершенно новый вид освещения.
Так просто теперь нажать кнопку выключателя – и комната озарится электрическим светом, или включить рубильник – и вмиг вспыхнут тысячи фонарей, освещающих улицы города. Чтобы создать эту простоту нужны были десятилетия напряженного труда, сотни изобретений, жаркие споры, удачи и разочарования …
80 лет прошло со дня открытия Петрова до появления первой годной для пользования электрической лампы. Почему же понадобилось так много времени? Ведь было уже известно, что дуга освещает «темный покой довольно ясно». Казалось, это как раз такой случай, когда научное изобретение можно сразу использовать в технике. Но это только казалось. Сначала открытие Петрова прошло незамеченным, книгу его забыли и через 10 лет электрическую дугу второй раз открыл английский физик Генфри Деви. Даже повторное открытие, о котором уже узнал весь мир, не помогло.
Чтобы использовать электрическую дугу для освещения, нужно было решить три задачи.
Концы угольников, между которыми вспыхивала дуга, быстро сгорали в ее пламени. Расстояние между угольными стержнями увеличивалось – и дуга гасла. Нужно было найти способ поддерживать пламя не на две-три минуты, а сотни часов – иначе говоря, создать удобный для использования электрический светильник: это была первая задача, она оказалась самой трудной.
Кроме того, надо было найти надежный и экономичный источник света. Гальванические батареи, которыми пользовались в начале XX века, были громоздки, и ток обходился дорого, потому что расходовалось много цинка. Нужно было изобрести машину, которая вырабатывала бы дешевый электрический ток.
И, наконец, нужно было найти способ «дробить» электрическую энергию, то есть использовать ток, который дает вырабатывающая его машина для нескольких светильников, установленных в различных местах.
Путь к созданию машины, вырабатывающей ток, проложило открытие великого английского физика Майкла Фарадея: если вращать магнит вокруг изолированного провода или провод вокруг магнита, то в этом проводе возникнет электрический ток. И тут оказалось нетрудным сделать технический вывод из открытия – создать машину, вырабатывающую электрический ток вращением магнита вокруг изолированного провода. Скоро после открытия Фарадея (оно сделано в 1831 году) были построены первые такие машины – генераторы (тогда их называли динамо-машинами).
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА
Дуговой разряд является формой разряда при большой плотности тока и сравнительно небольшом напряжении между электродами, порядка нескольких десятков вольт. Основной причиной дугового разряда является термоэлектрическая эмиссия раскаленного катода. Электроны ускоряются электрическим полем и производят ударную ионизацию молекул газа, уменьшается электрическое сопротивление газового промежутка, и его проводимость сильно возрастает. Между электродами возникает столб ярко светящегося газа (электрическая дуга). При атмосферном давлении температура катода достигает 3000 С. Бомбардировка анода электронами создает в нем углубление – кратер дуги с температурой около 40000 С при атмосферном давлении. Температура газа в канале электрической дуги 5000-60000 С. Дуговой разряд как мощный источник света используется в прожекторах, проекционной и киноаппаратуре.
ОПЫТЫ ПАВЛА НИКОЛАЕВИЧА ЯБЛОЧКОВА
Павел Николаевич Яблочков (1847-1894 гг.)
Однажды молодой инженер Павел Николаевич Яблочков (1847-1894 гг.), служивший на Курской железной дороге сделал своему начальнику неожиданное предложение: на паровозе поезда, на котором император Александр II должен был отправиться в Крым, поставить электрический фонарь для освещения пути. Фонарь представлял собой два угольных стержня, между которыми вспыхивала электрическая дуга. Механический регулятор сближал угольные стержни по мере того, как сгорали их концы. Ток давала гальваническая батарея.
Предложение Яблочкова было принято. Фонарь хорошо освещал путь, но молодой инженер не рад был, что связался с этим делом. Две ночи напролет пришлось провести ему на паровозе, не смыкая глаз и беспрерывно направлять регулятор.
Дуговой фонарь не был тогда, в начале 70-х годов, совершенной невидалью. Еще в 1856 году изобретатель Александр Шпаковский устроил в Петербурге иллюминацию с «электрическим солнцем». Пробовали дуговое освещение и в России, и во Франции, но все это были только опыты. И не только потому, что гальванические батареи – неудобный источник электрического тока. Сами угольные лампы, в сущности, никуда не годились.
Яблочкову пришлось сидеть ночи у фонаря, поставленного на паровозе, так как не существовало надежного регулятора, хотя над созданием его бились многие изобретатели. Равномерное механическое сближение углей не получалось – свет то ярко вспыхивал, то угасал.
Яблочкова давно уже потянуло к изобретательной работе. Особенно увлекало его все, что было связано с использованием электрического тока. После путешествия с фонарем на паровозе, он стал напряженно думать, как создать надежную дуговую лампу.
Ушел Яблочков со службы и чтобы совместить изобретательскую работу с заработком, открыл в Москве мастерскую физических приборов. Но талантливый изобретатель оказался очень плохим дельцом – мастерская давала одни только убытки. Яблочков так запутался в денежных делах, что решил все бросить и уехать за границу. Думал он добраться до Америки, но денег хватило только доехать до Парижа. Так он и остался.
Не с пустыми руками приехал Яблочков в Париж. Он привез одна из первых своих изобретений – новый тип электромагнита.
Была в Париже старинная и знаменитая мастерская часов, телеграфных аппаратов и физических приборов Бреге.
В эту мастерскую Яблочков поступил на службу. Владелец мастерской его электромагнитом не заинтересовался, но понял, что имеет дело с талантливым инженером. Он дал Яблочкову заработок и возможность трудиться над новыми изобретениями. Тут Яблочков и возобновил работу над созданием электрического светильника. Он еще раз просмотрел все придуманные изобретателями регуляторы, и окончательно решил, что они никуда не годятся.
Тогда Яблочков по-новому поставил задачу – построить такую лампу, которая не нуждалась бы в регуляторе. Как над регуляторами не мудри, все же нужен при нем механик, иначе яркость света все время будет меняться. А это, конечно, бессмыслица – при каждой лампе держать механика!
Упорно, днем и ночью, думал Яблочков, как обойтись без регулятора. И так случилось, что идея пришла внезапно, задача была решена в одно мгновение.
И каким же простым оказалось решение! Могло показаться удивительным, что никому раньше оно не пришло в голову. Чтобы вспыхнула электрическая дуга, угольные стержни располагали один против другого. Регулятор был нужен для сближения стержней, по мере того, как сгорали их концы. Но ведь можно поставить угли параллельно, разделив их прослойкой тугоплавкого вещества, которое не проводит тока. Ни один против другого, а рядом. Тогда угли будут сгорать равномерно. Прокладка между ними сыграет примерно ту же роль, что и стеарин в свече, и никакие механизмы, никакие регуляторы не нужны.
Вот и весь секрет изобретения, которое скоро весь мир узнал под именем «свечи Яблочкова».
Для прослойки между электродами Яблочков выбрал каолин – белую глину, из которой делают фарфор. Дело в том, что он уже прежде, незадолго до изобретения свечи, делал опыты с каолином и другими сортами глины – пробовал помещать огнеупорные материалы в электрическую дугу, чтобы поддерживать с их помощью расстояние между угольными стержнями. Опыт не получился, но, вероятно, именно он родил мысль о параллельном расположении стержней с каолиновой прокладкой между ними.
Уже через месяц после того, как изобретателя осенила эта блестящая идея, лампа была сконструирована, и Яблочков получил на нее патент! Это было в 1876 году! Свою электрическую свечу Яблочков поместил в стеклянный шар, и для зажигания ее придумал простое устройство: стержни сверху соединялись тонкой угольной нитью. Когда в лампу пускали ток, нить раскалялась, быстро сгорали, и между стержнями вспыхнула дуга.
Изобретение имело огромный успех. Магазины, театры, одна из лучших улиц Парижа были освещены свечами Яблочкова. В Лондоне они осветили набережную Темзы и доки, в которых ремонтировались корабли. Яблочков стал одним из самых популярных людей в Париже, и газеты называли его изобретение «русским светом».