История электрического освещения уходит корнями в позапрошлый век. Ученые еще в начале 18 столетия обнаружили, что за счет нагревания различных материалов электроэнергией можно получить яркий свет. Но развитие технологий было на низком уровне, поэтому разработка долговечной и безопасной лампочки заняла почти век. За это время было проведено множество экспериментов. В наши дни также ведется работа по усовершенствованию ламп, не так давно появились новые варианты, которые становятся все популярнее.
Источники света до появления электричества
Человек с самых ранних времен старался обеспечить освещение в темное время суток. Причем, на первых порах оно служило еще и защитой от хищников. Что касается развития источников света, можно выделить несколько основных этапов:
- Костер. Самый первый и самый простой вариант, который разжигали в пещере или самодельном убежище и поддерживали постоянно, так как добывать огонь самостоятельно в тот период еще не умели.
- Лучины. Со временем люди заметили, что некоторые смолистые породы дерева горят намного ярче и дольше остальных. Их стали использовать для освещения, раскалывая на небольшие лучины и поджигая по мере сгорания, что позволяло экономить материал и обеспечивать свет в течение долгого времени.
- Первые светильники были примитивны по своей конструкции. В емкость с маслом, природной смолой либо животным жиром опускался небольшой фитиль, который горел долгое время. Со временем стали использоваться продукты нефтепереработки, что еще больше увеличило эффективность. Появились факелы и другие варианты, пропитанные горючими веществами.
- Воск и парафин позволили изготавливать свечи, которые помогали освещать помещение долгое время. Чаще всего воск собирался и использовался при повторном изготовлении свечей.
- Следующим этапом развития стали масляные, а затем и нефтяные лампы. Конструкция представляла собой фитиль, который пропитывался в емкости и за счет специальной системы понемногу извлекался для равномерного горения. Чтобы защитить пламя и сделать свет ровнее, сверху использовалось защитное стекло.
Керосиновые лампы были одними из самых эффективных и безопасных. - Газовые лампы широко использовались для уличного освещения в Великобритании и некоторых других странах. За счет удобства доставки газа и простоты подключения удалось получить достаточно мощный источник света, который легко зажигать и тушить.
Кстати! Все источники света, предшествующие электрическим, были небезопасны. Поэтому нередко являлись причиной пожаров, иногда даже выгорала значительная часть городов.
Этапы развития освещения
После изобретения электричества многим ученым стало понятно, что для повышения эффективности освещения нужно увеличить температуру нагреваемого элемента. Сделать это проще всего именно за счет электроэнергии. Ток позволяет раскалить некоторые материала до такой температуры, что они начинают светиться, причем для всех подобных вариантов присущи общие признаки:
- Яркость свечения прямо пропорциональна степени нагрева.
- Излучение имеет сплошной спектр.
- Максимальная насыщенность освещения зависит только от температуры нагреваемого тела.
Первым электрическую дугу для освещения предложил использовать российский ученый В. Петров в 1802 г. В том же году британский исследователь Г. Дэви предложил свой вариант источника света, который работал за счет подачи электроэнергии на полоски из платины.
Работы продолжались на протяжении десятилетий, но все варианты не получили особого распространения из-за сложности конструкции и высокой цены платины.
Угольная нить
Первым ученым, получившим патент на лампу с недорогой угольной нитью, стал американец Д. Старр в 1844 г. Он предложил конструкцию, которая позволяла заменять угольный элемент, так как он работал всего пару часов. В течение десятков лет многие исследователи совершенствовали конструкцию, пока в в 1879 Томас Эдисон не запатентовал лампу, которая знакома всем. При этом многие считают, что в своих исследованиях он применял наработки российского ученого Лодыгина.
Первые варианты работали в течение нескольких часов. Затем появились модели, срок службы которых составлял 40 часов, что было фантастическим показателем на тот момент. Эдисон с командой исследователей продолжал усовершенствовать лампочку, что позволило обеспечить ресурс в 1200 часов.
Еще большего успеха добился французский ученый Шайе, который в конце 19 века разработал еще более долговечную и яркую лампу с угольной нитью. Предприятие, открытое в США, процветало на протяжении полутора десятков. Но Шайе не успел вовремя перестроиться и новое поколение ламп с вольфрамом вытеснило угольную разновидность с рынка.
Кстати! В пожарной части города Ливермор штата Калифорния в США горит «вечная» лампочка с угольной нитью, которой уже 113 лет.
Лампа накаливания
В конце 19 столетия российский исследователь Лодыгин стал проводить эксперименты с использованием тугоплавких металлов – молибдена и вольфрама. Именно он решил скручивать нить накала в спираль, так как это повышало сопротивление материала, увеличивало яркость свечения и продлевало срок работы. В итоге, он продал патент на нить накала из вольфрама компании Томаса Эдисона General Electric, которая и довела технологию до совершенства.
Сотрудник американской компании Ирвинг Ленгмюр для продления срока службы вольфрамовой нити и улучшения показателей свечения предложил заполнять колбу инертным газом. Это обеспечило большой ресурс и позволило выпускать недорогую и качественную продукцию, которая дошла практически в неизменном виде до нашего времени.
Галогенные лампы – усовершенствованный вариант, в котором использованы пары благородных металлов. Благодаря им повышается яркость свечения, а также значительно продлевается срок службы.
Люминесцентные лампы
Развитие электрического освещения привело к тому, что исследователи стали искать другие варианты, которые обеспечивали бы хорошую яркость с увеличенным КПД. Ведь в лампах накаливания основная часть энергии уходит на нагрев спирали и выделяется в виде тепла.
Первым предложил использовать конструкцию в современном виде американский ученый Э. Гермер в 1926 году. Позже патент приобрела компания Дженерал Электрик, которая доработала некоторые элементы устройства и в 1938 году запустила этот тип ламп в промышленное производство.
Принцип работы отличается от стандартных вариантов, тут свечение происходит за счет дугового разряда, образующегося между двумя электродами, расположенными в разных концах колбы. Внутреннее пространство заполнено смесью из инертного газа и паров ртути, благодаря чему образуется ультрафиолетовое излучение. Чтобы преобразовать его в видимый глазу свет, стенки колбы изнутри покрывают люминофором. Меняя состав покрытия можно добиваться разных характеристик света.
За счет такого принципа работы обеспечивается такая же интенсивность освещения, как в лампе накаливания, но затраты электроэнергии снижаются в 5 раз. При этом освещение рассеянное, что обеспечивает больший комфорт для зрения и лучшее светораспределение в помещении. При правильной установке и эксплуатации срок службы в несколько раз больше, чем у классических изделий.
Но есть у этого варианта и недостатки, самый главный – наличие паров ртути внутри, что создает опасность при повреждении и требует отдельной утилизации ламп. Они плохо переносят постоянные включения и выключения, их лучше использовать в местах, где освещение работает в постоянном режиме.
Компактные люминесцентные лампы под стандартный патрон имеют все достоинства стандартных моделей в виде трубок. Их можно использовать как альтернативу лампам накала без какой-либо доработки системы.
Светодиодные источники
Этот вариант появился сравнительно недавно, но по темпам обгоняет другие разновидности и распространяется все больше с каждым годом. Источником света выступают светодиоды белого цвета, когда были разработаны сверх-яркие варианты, это направление стало перспективным как для помещений, так и для уличного освещения.
Решение имеет много преимуществ, которые и обеспечивают его популярность:
- Самое низкое энергопотребление. В сравнении с лампой накаливания разница составляет почти 90%. За счет установки светодиодного освещения можно экономить электричество.
- КПД намного выше, так как энергия не тратится на нагревание спирали или дуговой разряд.
- Срок службы при нормальных условиях работы может превышать 50 000 часов. Это намного больше, чем у любого другого вида.
- Светодиоды могут давать свет с разной цветовой температурой, что позволяет подобрать подходящее решение для любых целей. При этом мерцания почти нет, что снижает нагрузку на зрение.
- Можно приобрести как светильники, так и лампочки под стандартный патрон.
Есть у светодиодов и определенные недостатки. Прежде всего это требовательность к качеству теплоотвода. Если он не справляется с отведением излишков тепла, работа светодиодов нарушается, а ресурс существенно снижается. В продаже встречается много некачественной продукции с диодами, которые не обеспечивают нормальное качество света.
В видео подробно рассказывается история и эволюция освещения.
Электрическое освещение прошло несколько этапов в своем развитии. И нужно отметить, что все варианты лампочек кроме разновидности с угольной нитью используются до сих пор. И несмотря на развитие технологий и появления светодиодных источников света ведущую роль до сих пор играют лампы накаливания, объем их ежегодного производства превышает все остальные вместе взятые.
