Реферат: История изобретения и развития электрического освещения

Первымпо-настоящемумассовым потребителемэлектрическойэнергии явиласьсистема электрическогоосвещения.Электрическаялампа и по нынешнийдень осталасьсамым распространеннымэлектротехническимустройством.

В течениепервой половиныXIX в. господствующееположениезанимало газовоеосвещение, имевшее существенныепреимуществаперед лампамис жидким горючим: централизацияснабженияустановоксветильнымгазом, сравнительнаядешевизнагорючего, простотагазовых горелоки простотаобслуживания.Но по мере развитияпроизводства, роста городов, строительствакрупных производственныхзданий, гостиниц, магазинов, зрелищныхпомещений оновсе менееудовлетворялотребованиямпрактики, таккак было опаснов пожарномотношении, вредно дляздоровья, асила светаотдельнойгорелки быламала.

Особеннонедостаткигазового освещениястали сказыватьсяна крупныхпредприятияхс большим числомрабочих, занятыхна производствепо 12 — 14 часов всутки, вызываярезкое снижениепроизводительноститруда. Поэтомувполне своевременными, отвечавшимисоциальномузаказу обществабыли попыткисоздать электрическиеисточникисвета, вскоререшительновытеснившиевсе иные источники.

Развитиеэлектрическогоосвещения шлопо двум направлениям: конструированиедуговых лампи ламп накаливания.

Вполнеестественноначать историюэлектрическогоосвещения супоминанияоб опытах В. В.Петрова в 1802 г., которыми былоустановлено, что при помощиэлектрическойдуги «темныйпокой довольноясно освещенбыть может».Тогда же, в 1802 г., Дэви в Англиидемонстрировалнакал проводникатоком.

Электрическаяили «вольтова»дуга представляласобой в буквальномсмысле яркоепроявлениеэлектрическоготока и в первойполовине XIX столетияона частодемонстрироваласьв лабораторияхи на лекцияхоб электричестве.Принципиальныминедостаткамидугового источникаявляются: открытоепламя {и отсюда— пожарнаяопасность), огромная силасвета и необходимостьрегулированиядугового промежуткапо мере сгоранияуглей.

В 1844 г.французскийфизик Жан БернарФуко (1819—1868 гг.), именем которогоназваны открытыйим вихревыетоки, заменилэлектроды издревесногоугля электродамииз ретортногоугля, что увеличилопродолжительностьгорения лампы.Регулированиеоставалосьеще ручным.Такие лампымогли получитьприменениелишь в тех случаях, когда требовалосьнепродолжительноепо времени, ноинтенсивноеосвещение, например, приподсветкестекла микроскопа, при устройствесигнализациив маяках илитеатральныхэффектах.

Легкосебе представитьвосторг (а можетбыть и испуг)зрительногозала, когда вПарижскомоперном театрев 1847 г. по ходуспектакля (адавали оперуМейербера«Пророк») восходсолнца имитировалсяс помощью дуговойлампы!

Дальнейшаяистория дуговогоэлектрическогоосвещениясвязана сизобретениямиразличныхмеханическихи электромагнитныхрегуляторов.Идея дифференциальногорегулятораЧиколева, получившегоширокое применениев прожекторостроении, была использованадругими конструкторами, в частностинемецким фабрикантом3. Шуккертом.Крупносерийныйвыпуск дуговыхламп с дифференциальнымрегуляторомначали производитьв конце 70-х годовзаводы Сименса(с которымиобъединилисьзаводы Шуккерта), и такая лампастала продаватьсяпод наименованием«дуговая лампаСименса».

С 80-хгодов дифференциальныедуговые лампыстали единственнымтипом дуговыхисточниковсвета, которыеприменялисьдля освещенияулиц, площадей, гаваней, а такжедля освещениябольших помещенийпроизводственногоили общественногоназначения, они стали обычнымиисточникамисвета в прожекторнойи светопроекционнойтехнике.

Особоеместо средидуговых источниковсвета занимает«электрическаясвеча» ПавлаНиколаевичаЯблочкова (1847— 1894). Изобретение, о котором пойдетречь, не привелок массовомуи устойчивомуприменениюименно этогоисточникасвета, но онозаслуживаетособой оценкии отдельногорассказа, посколькуименно «электрическаясвеча» явиласьтем детонатором, который вызвалбурный ростэлектротехническойпромышленности.

П. Н.Яблочков былвоенным инженером, выпускникомГлавного инженерногоучилища в Петербурге.Окончание имучилища совпалоно времени споявлениемдинамомашииы, и молодой офицер, заинтересовавшисьэлектротехникой, вскоре поступилв Техническоегальваническоезаведение, вкотором готовилисьвоенные электротехники.Желая посвятитьсебя полностьюработам поэлектротехнике, Яблочков выходитв отставку изанимаетсяисследованиямив созданнойим в Москвемастерской.

Осенью1875 г. Яблочковпроводил опытэлектролизаповареннойсоли. Два угольныхэлектрода былирасположеныпараллельно, и однажды, когдаэлектроды намгновениекоснулись другдруга в нижнихсвоих частях, между нимивозниклаэлектрическаядута. Яблочковвместе со своимпомощникомкак завороженныенаблюдалисквозь толстыестекла стеклянногососуда яркоев буквальномсмысле словаявление и«предоставилиуглям горетьдо конца, а сосудутреснуть».

Увидевдлительноегорение дугимежду параллельнымистержнями, изобретательвоскликнул, обращаясь ксвоему коллеге:«Смотри, и регулятораникакого ненужно!». Изобретениебыло важным, но гениальнопростым: чтобыизбавитьсяот дорогахрегуляторовнужно простоповернуть углииз встречногоположения впараллельное.Необходимобыло несколькодней, чтобытехническидоработатьизобретение.Но П. Н. Яблочковвсю жизнь былплохим предпринимателем; его московскаямастерскаяпотерпелафинансовыйкрах и ему угрожаладолговая тюрьма.Спасая своеизобретение, он срочно переехалв Париж.

В ПарижеЯблочков познакомилсо своей идеейкрупного ученогои владельцазавода попроизводствуточных приборовБреге, и уже 23марта 1876 г. онполучил патентна ставшуюзнаменитой«электрическуюсвечу».

П. Н.Яблочков сталочень известнымчеловеком, взнак признанияего работ появилосьвыражение«русский свет».В том же 1876 г. онорганизовалкомпанию попроизводствусистем освещения, в которой велработу в качестветехническогоруководителя.Первой операциейкомпании былоосвещениеуниверсальногомагазина «Лувр»в Париже, затемипподрома и, пожалуй, самоеэффектное —освещение улицыОперы. Изобретательтеперь сталбогатым человеком.Его изобретениесовершалотриумфальноешествие повсему миру.

Длявнедрения своейсистемы в ПетербургеЯблочков уехализ Парижа, уплативкомпании всесбереженияза право эксплуатациисвоих изобретенийв России. Нодеятельностьновой компанииоказаласьнеуспешной, да и время триумфаэлектрическойсвечи быстрокончилось, появились болееудобные лампынакаливания.Яблочков пережилбольшие лишения, сопровождавшиесяморальнымипереживаниями, и умер у себяна родине, вСаратове, ввозрасте всего47 лет, оставивсемью без средств.

Новернемся сновак изобретениямЯблочкова. Однаэлектрическаясвеча моглагореть около2 часов; приустановкенесколькихсвечей в специальномфонаре, оборудованномпереключателемдля включенияочередной свечиможно былообеспечитьбесперебойноеосвещение втечение болеедлительноговремени. Изобретениеэлектрическойсвечи способствоваловнедрению впрактику переменноготока.

Электрическаятехника предшествующегопериода базироваласьисключительнона постоянномтоке (телеграфия, гальванотехника, минное дело).Дуговые электрическиелампы с регуляторамитакже питалисьпостояннымтоком. При этомположительныйэлектрод сгоралбыстрее отрицательного, поэтому егоприходилосьбрать большегодиаметра.

П. Н.Яблочков установил, что для питаниясвечи лучшеприменятьпеременныйток, в этом случаепри электродаходинаковогоразмера получаласьвполне устойчиваядуга. В связис тем, что осветительныеустановки посистеме Яблочковастали подключатьк источникампеременноготока, заметновозрос спросна генераторыпеременноготока, которыераньше не находилипрактическогоприменения.

О значенииэлектрическойсвечи в расширениипроизводстваэлектрическихгенераторовпеременноготока можносудить по следующемупримеру: еслидо появленияэлектрическойсвечи заводГрамма выпускалв течение 1870—1875гг. по несколькодесятков машинв год, то за 1876 г.выпуск генератороввозрос почтидо 1000 шт. Заводыизготовлялиэлектрическиегенераторы, специальнопредназначенныедля установокэлектрическогоосвещения идаже мощностьмашин обозначаласьпо числу питаемыхэлектрическихсвечей (например,«шестисвечнаямашина»).

Значительномуразвитиюэлектротехникиспособствовалатакже и разработкаЯблочковымнесколькихвесьма эффективныхсистем «дробленияэлектрическойэнергии», обеспечивавшихвозможностьвключения вцепь, питаемуюодним генератором, несколькихдуговых ламп.Среди способов«дробления», предложенныхЯблочковым, два получилипрактическоеприменение: секционированиеобмотки якорягенератора(в результатеполучилосьнескольконезависимыхцепей, в которыевключалисьсвечи) и применениеиндукционныхкатушек. Первичныеобмотки катушеквключалисьпоследовательнов цепь, а вовторичнуюобмотку в зависимостиот ее параметровмогли подключатьсяодна, две и болеесвечей.

Еслипервичная цепьпиталась постояннымтоком, то предусматривалосьвключение внее специальногопрерывателядля наведенияЭДС во вторичныхобмотках катушек.ФактическиЯблочков использовалиндукционнуюкатушку в качестветрансформатора.Но значениеэлектрическойсвечи этим неисчерпывается.

Изобретениедешевого приемникаэлектрическойэнергии, доступногодля широкогопотребителя, потребовалорешения ещеодной важнейшейэлектротехническойпроблемы —централизациипроизводстваэлектрическойэнергии и сераспределении.Яблочков первымуказал на то, что электрическаяэнергия должнараспределятьсяподобно тому, как доставляютсяк потребителямгаз и вода.

Дальнейшийпрогрессэлектрическогоосвещения былсвязан с изобретениемлампы накаливания, которая оказаласьболее удобнымисточникомспета, имеющимлучшие экономическиеи световыепоказатели.

Самаяранняя по временилампа накаливанияпостроенаангличаниномДеларю в 1809 г. Вэтой лампенакаливаласьплатиноваяспираль, находящаясяв стекляннойтрубке. Следующийшаг сделан в1838 г., когда бельгиецЖобар сталнакаливатьугольные накаливанияДеларю стержнив разреженномпространстве.Эта лампа была, конечно, дешевле, но срок ее службыбыл незначительным.

После1840 г. предлагалисьмногочисленныеконструкцииламп накаливания: с телом накалаиз платины, иридия, угляили графитаи т.д. В 1854 г. по улицамНью-Йорка разъезжалнемецкий эмигрантГебель, на повозкекоторого находилисьподзорная трубаи лампа накаливания.Последняяслужила дляпривлеченияпублики, котораяприглашаласьвзглянуть черезподзорную трубуна кольца Сатурна.Замечательнымбыло то, чтоисточникомсвета в лампеГебеля служилообугленноебамбуковоеволокно. Нитьбыла помешенав верхнюю частьзакрытойбарометрическойтрубки, т.е. вразреженноепространство.Медные проводникиподходили книти накаласквозь стекло.Лампа Гебелямогла горетьв течение несколькихчасов.

В 1860 г.изобретательСван (Англия)впервые применилдля лампы накаливанияобугленныеполоски толстойбумаги илибристольскогокартона, накалявшиесяв вакууме. В1870—1875 гг. развернулисьработы русскогоотставногоофицера АлександраНиколаевичаЛодыгина (1847—1923).Он решил построитьлетательныйаппарат тяжелеевоздуха, приводящийсяв движениеэлектричеством(«электролет»).Вполне естественно, что освещатьсяэтот аппаратдолжен былэлектричеством.Дуговая лампапо разнымсоображениямне подошла, иА. Н. Лодыгинстал конструироватьлампу накаливанияс тонким угольнымстерженьком, заключеннымв стеклянномбаллоне.

Стремясьувеличить времягорения, Лодыгинпредложилустанавливатьнесколькоугольных стерженьков, расположенныхтак, чтобы присгорании одногоавтоматическивключалсяследующий.Первая публичнаядемонстрацияламп Лодыгинасостояласьа 1870 г., а в 1874 г. онполучил русскуюпривилегию(авторскоесвидетельство)на свою лампу.Затем он запатентовалсвое изобретениев несколькихстранах ЗападнойЕвропы.

Постепенноон усовершенствоваллампы. Еслипервые лампыработали 30 — 40 мин, то со временем, когда он применилвакуумныеколбы, срокслужбы увеличилсядо несколькихсотен часов.За изобретениелампы накаливанияА. Н. Лодыгинбыл удостоенЛомоносовскойпремии ПетербургскойАкадемии наук.

Лодыгин, как и Яблочков, тоже был плохимпредпринимателем, организовалтовариществодли эксплуатациисвоего изобретения, оно увлеклоськоммерческимиоперациямии развалилось, Лодыгин уехалво Франциюискать болееудачного местадля своей работы.Он возвращалсяпотом в Россию, снова уезжал.Предложил в90-х годах в качестветела накалав лампах вольфрамовуюнить, и новыелампы Лодыгинадемонстрировалисьна Парижскойвыставке 1900 г.В 1916 г. он уехалв США, где и умерв 1923 г.

Большевсего известности, почестей исланы в связис электрическойлампой выпалона долю Эдисона.Но Эдисон неизобрел лампу.Он сделал нечтобольшее: Эдисонразработалво всех деталяхсистему электрическогоосвещения исистему централизованногоэлектроснабжения.

В 1879 г.Эдисон заинтересовалсяпроблемойэлектрическогоосвещения.Выходец издостаточнообеспеченнойсемьи голландскихэмигрантов, будущий великийизобретательне получил даженачальногоофициальногообразования: через несколькомесяцев занятийв школе он былпризнан ограниченными неспособнымучеником. Дальнейшимобразованиемон обязан своейматери, педагогупо профессии, и самостоятельнымзанятиям.

С 12-летнеговозраста он, как в свое времяФарадей, сталсамостоятельнозарабатывать, продавая газетыи журналы. Некотороевремя спустяЭдисон сталтелеграфистом.К 1879 г. он был ужеизвестен какизобретательавтоматическогосчетчика голосов, как авторусовершенствованияв областимногократнойтелеграфиии в конструкциителефонногоаппарата Белла, как изобретательфонографа.

Естьдостаточноубедительныесведения о том, что Эдисонхорошо знализобретениясвоих предшественниковв областиэлектрическогоосвещениянакаливанием, в том числе иработы А. Н.Лодыгина. Оннаходился такжепод впечатлениемуспехов «электрическойсвечи» Яблочкова.Впрочем, самЭдисон любилповторять, чтовсегда, когдаон хотел сделатьчто-то новое, он тщательноизучал все, чтобыло сделанопо данномупредмету донего, к этомувремени Эдисонимел уже прекраснуюлабораториюв Менло-Парке(США) и способныхпомощников.

Егоэмиссары разъехалисьпо всему мирув поисках наиболееподходящегорастительноговолокнистогоматериала дляизготовленияугольных нитей.Эдисон сразупоставил передсобой две задачи: лампа должнасоздаватьумереннуюосвещенность; каждая лампадолжна горетьсовершеннонезависимоот других. Такон пришел квыводу о необходимостииметь нитьвысокогосопротивления, что позволитвключать лампыпараллельно(а не последовательно, как до этогопоступали слюбыми электрическимилампами).

12 апреля1879 г. Эдисон получилпервый патентна лампу с платиновойспиралью высокогосопротивления, а затем — налампы с угольныминитями (27 января1980 г.). Эдисон разработалсистему откачкибаллонов, технологиюкреплениявводов и угольнойнити. 1 января1880 г. Эдисон устроилпубличнуюдемонстрациюв Менло-Парке.

Длятого чтобысистема освещениястала коммерческой, Эдисон долженбыл придуматьмножествоустройств иэлементов: цоколь и патрон, поворотныйвыключатель, плавкие предохранители, изолированныепровода, крепящиесяна роликах, счетчик электрическойэнергии и, взаключение, построил в 1882г в Нью-Йоркена Пирльстритпервую центральнуюэлектростанцию.

Эдисонпревратилэлектрическуюэнергию в товар, продаваемыйвсем желающим, а электрическуюустановку —в системуцентрализованногоэлектроснабжения.В 1889 г. на Международнойвыставке вПариже чествовалидвух самыхзнаменитыхинженеров века— Эйфеля и Эдисона.В кафе на Эйфелевойбашне был данторжественныйобед, на котором71-летний композиторШарль Гуноисполнил специальносочиненнуюторжественнуюкантату (собственноручнонаписанныйэкземпляр ееон преподнесжене и дочериЭдисона).

Ужев 80-е годы начинаетсябыстрое развитиеэлектрическогоосвещения, всеболее расширяющеесямассовое производстволамп накаливания, вызвавшеедальнейшееразвитиеэлектромашиностроительнойпромышленности, электроприборостроения, электроизоляционнойтехники, а такжесовершенствованиеспособов производстваи распределенияэлектрическойэнергии