litceysel.ru
добавить свой файл
1
Изобретение электрической лампочки.


Её устройство


Изобретатель электрической лампочки

Изобретатель электрической лампочки потратил огромное количество времени на ее изобретение. По слухам, он провел 2000 экспериментов, прежде чем создать ее.

На пресс-конференции, посвященной новому изобретению, один весьма настойчивый журналист спросил:

— Скажите, мистер Эдисон, каково это — терпеть неудачу две тысячи раз подряд, пытаясь создать одну лампочку?

— Молодой человек, — ответил Эдисон, — я отнюдь не ошибался две тысячи раз, создавая эту лампочку. Я обнаружил одну тысячу девятьсот девяносто девять способов, как НЕ следует делать лампочку.


1874 год. Русский инженер Александр Лодыгин получил патент на изобретение электрической угольной лампочки накаливания. Впоследствии он предложил заменить угольный стержень вольфрамовым и сегодня используемым в электрических лампочках.


История обычной электрической лампочки, или говоря по-научному, лампы накаливания, к сожалению, очень похожа на истории многих других изобретений, сделанных в России. Заставить светиться угольный стержень в стеклянном сосуде с откачанным воздухом сумел еще в 1872 году русский ученый А. Н. Лодыгин. Но создать надежную, достаточно долговечную и недорогую лампочку, и наладить ее производство сумел все тот же американец Томас Эдисон в 1878 году. Кстати, в его первых лампочках в роли светящейся нити накаливания выступала обугленная стружка японского бамбука. Привычные нам вольфрамовые нити появились значительно позже.

У Эдисона все шло в дело: думая над тем, как сделать телеграфную ленту более прочной, он изобрел вощение бумаги. Такая бумага потом пригодилась для заворачивания конфет (Фото: АР)


Пришествие Эдисона подготавливалось семью веками западной истории. Не только и даже не столько историей изобретательства, сколько развитием активного отношения к жизни. Роджер Бэкон и Вийяр де Гонкур, Колумб и Франклин - все они трудились ради того, чтобы в 1847 году в захолустном американском городке Порт-Херон появился на свет Томас Альва Эдисон. Понятно, что этот "Наполеон изобретательства" не состоялся бы без фундаментальных трудов Фарадея по физике, но в не меньшей степени в его самореализации сыграло роль то, что для любой, самой дерзкой идеи молодой изобретатель немедленно находил спонсоров, готовых рискнуть своими деньгами. Например, нищим подростком Эдисон задумал печатать газету прямо в поезде Порт-Херон - Детройт во время движения и продавать ее пассажирам, собирая на остановках местные новости. Сразу нашлись люди, ссудившие наглецу деньги на приобретение крохотного печатного станка, и другие, пустившие его со станком в багажный вагон.

До Эдисона изобретения делались либо учеными, для которых они были побочным продуктом их открытий, либо практиками, совершенствовавшими то, с чем работали. Именно "кудесник из Менло-Парка" превратил изобретательство в самостоятельную профессию. Его распирало от идей, и каждая разработка мгновенно давала множество побегов, в свою очередь требовавших разработки. Всю свою долгую жизнь Эдисон спал не больше пяти часов в сутки и совершенно не заботился о личном комфорте - когда он уже в зените славы посетил Европу, то был сильно разочарован щеголеватостью и ленью тамошних изобретателей.

Эдисона толкал вверх могучий дух американского капитализма. Он разбогател в двадцатидвухлетнем возрасте, когда придумал для бостонской биржи котировочный "тиккер". Его величайшим изобретением была электрическая лампочка (в России именно ее позднее называли "лампочкой Ильича"), благодаря которой удалось электрифицировать всю Америку, а потом и весь мир.

У себя в Менло-Парке, штат Нью-Йорк, Эдисон построил небольшую электростанцию для нужд собственной лаборатории, однако энергии оказалось больше, чем ему требовалось, и тогда изобретатель согласился, протянув провода, продавать ее соседям-фермерам. Эти люди, небось, и не отдавали себе отчета в том, что стали первыми в мире платными потребителями электричества. Эдисон никогда не хотел быть предпринимателем, но зачастую, нуждаясь в чем-то для своей работы, он открывал в Менло-Парке какое-нибудь маленькое производство, которое потом разрасталось до огромных масштабов и начинало жить своей отдельной жизнью.


Трудно придумать такую область, в которой Эдисон не совершил бы никаких изобретений. Дуплексный и квадруплексный телеграф, фонограф, телефонная трубка, кинопроектор и кинопленка, рудничный светильник, непрерывное производство цемента и т.д., и т.д. Было подсчитано, что каждый год он делал в среднем по сорок крупных изобретений, мелких же и вовсе не счесть. Впрочем, почему же не счесть - им было получено в общей сложности 1092 патента. Самый первый из них, датированный 1868 годом, так никогда и не был применен на практике. Эдисон запатентовал электрическую систему точного подсчета голосов на выборах, а Конгресс отказался от ее внедрения: сенаторы решили, что ситуации, когда нужна будет такая точность, сложиться на выборах просто не может.

Осветительные электроустановки.

Лампа накаливания электрическая, источник света, в котором преобразование электрической энергии в световую происходит в результате накаливания электрическим током тугоплавкого проводника. Впервые световую энергию таким способом получил русский учёный А. Н. Лодыгин в 1872, пропуская электрический ток через угольный стержень, помещенный в замкнутый сосуд, из которого был откачан воздух. В 1879 американский изобретатель Т. А. Эдисон создал удобную для промышленного изготовления, достаточно долговечную конструкцию Л. н. с угольной нитью. В 1898-1908 в качестве тела накала испытывались металлы (Os, Та, W), и с 1909 стали применяться Л. н. с зигзагообразно расположенной вольфрамовой нитью. В 1912-13 появились Л. н., наполненные азотом и инертными газами (Ar, Kr); вольфрамовую нить стали изготовлять в виде спирали. Дальнейшее совершенствование Л. и. велось в направлении улучшения световой отдачи путём повышения температуры тела накала при сохранении срока службы лампы. Заполнение Л. н. высокомолекулярными инертными газами с добавками галогенов (см. Иодная лампа) позволило уменьшить загрязнение колбы лампы частицами распылившегося вольфрама и снизило скорость его испарения. Использование тела накала в форме биспирали (спирали, навитой из спирали) и триспирали сократило потери тепла через газ.


Все многочисленные разновидности Л. н. состоят из однотипных частей, различающихся размерами и формой. Устройство типичной Л. н. показано на рисунке. Внутри колбы на стеклянном или металлическом штенгеле с помощью держателей из молибденовой проволоки закреплено тело накала (спираль из вольфрама). Концы спирали прикреплены к концам вводов; средняя часть вводов с целью создания вакуумноплотното соединения со стеклянной лопаткой выполняется из платинита или молибдена. В процессе вакуумной обработки колба лампы наполняется инертным газом, после чего штенгель заваривается с образованием носика. Для защиты носика, а также для крепления в патроне лампа снабжается цоколем, прикрепляемым к колбе цоколёвочной мастикой.

Л. н. классифицируют по областям применения (осветительные общего назначения, для фар и др.), по основной конструктивной форме и светотехническим свойствам колбы (зеркальные лампы, декоративные, с рассеивающим покрытием и др.), по форме тела накала (лампы с плоской спиралью, биспиралью и др.). По габаритным размерам различают сверхминиатюрные, миниатюрные, малогабаритные, нормальные и крупногабаритные Л. н.; например, к сверхминиатюрным лампам относятся Л. н. с длиной < 10 мм и диаметром <6 мм, у крупногабаритных ламп длина > 175 мм, а диаметр >80 мм.

Л. н. изготовляются на напряжения от долей до сотен в, мощностью до десятков квт. Например, прожекторная лампа мощностью 10 квт имеет длину 475 мм и диаметр 275 мм. Увеличение напряжения на Л. н. против номинального на 1% повышает световой поток на 4%, но снижает срок службы на 15%. Кратковременное включение на напряжение, превышающее номинальное на 15%. выводит лампу из строя. Срок службы Л. н. колеблется от 5 ч (например, самолётные фарные лампы) до 1000 ч и более (например, транспортные лампы), поэтому лампы должны устанавливаться в местах, обеспечивающих лёгкость их замены. Световая отдача Л. н. зависит от конструкции, напряжения, мощности и продолжительности горения и составляет 10-35 лм/Вт.


По световой отдаче Л. и. уступают газоразрядным источникам света(люминесцентная лампа), однако Л. н. проще в эксплуатации (не требуют пусковых устройств и сложной арматуры) и для них практически нет ограничений по напряжению и мощности. Ежегодное производство Л. н. в мире достигает 10 млрд. штук, количество разновидностей более 2 тыс.

Люминесцентная лампа, газоразрядный источник света, световой поток которого определяется в основном свечением люминофоров под воздействием ультрафиолетового излучения разряда; видимое свечение разряда не превышает нескольких %. Л. л. широко применяются для общего освещения, при этом их световая отдача и срок службы в несколько раз более, чем у ламп накаливания того же назначения. Наиболее распространённой разновидностью подобных источников является ртутная Л. л.. Она представляет собой стеклянную трубку с нанесённым на внутреннюю поверхность слоем люминофора. В торцы трубки введены вольфрамовые спиральные электроды; для повышения эмиссионной способности на электроды наносится оксидная суспензия, изготовляемая из карбонатов или перекисей щёлочноземельных металлов. В лампу вводят каплю ртути и некоторое количество инертного газа (Ar, Ne и др.), который способствует увеличению срока службы лампы и улучшению условий возбуждения атомов ртути. При подключении Л. л. к источнику переменного тока между электродами лампы возникает электрический ток (десятые доли а), возбуждающий свечение атомов ртути. Давление ртутных паров в Л. л. зависит от температуры стенок лампы и составляет при нормальной рабочей температуре 40 °С примерно 0,13-1,3 н/м2 (10-2-10-3 мм рт. ст.). Такое низкое давление обеспечивает интенсивное излучение разряда в ультрафиолетовой области спектра (преимущественно с длиной волны m 184,9 и 253,7 нм), которое и возбуждает свечение люминофорного слоя ламп.

Наиболее распространённым люминофором является галофосфат кальция, активированный Sb и Mn. Изменяя соотношение активаторов, можно получить люминофоры разных марок и изготавливать лампы разной цветности. В СССР максимальную световую отдачу имеют лампы ЛБ (белого света) - 75 - 80 лм/вт. Световая отдача ламп ЛХБ (холодно-белого света) около 65 лм/вт. Для обеспечения наиболее правильной цветопередачи освещаемых объектов используют лампы ЛДЦ (Лампа дневного света). Лампы с диффузноотражающим слоем (рефлекторные лампы) имеют пониженный общий световой поток, но почти вдвое большую силу света в отражаемом покрытием направлении. Срок службы ламп превышает 10 тысяч ч. Мощности Л. л. колеблются от 4 до 200 вт; длина от 136 до 2440 мм; по конфигурации различают лампы: прямые, U-oбразные, W-oбразные, кольцевые, панельные, свечеобразные.


Широкое распространение получают Л. л. с амальгамами In, Cd и других элементов. Более низкое давление паров ртути над амальгамой даёт возможность расширить температурный диапазон оптимальных световых отдач до 60 °С вместо 18-25 °С для чистой ртути.

При повышении температуры окружающей среды сверх допускаемой нормы (25 °С для чистой ртути и 60 °С для амальгам) возрастают температура стенок и давление паров ртути, а световой поток снижается. Ещё более заметное уменьшение светового потока наблюдается при понижении температуры, а значит, и давления паров ртути. При этом резко ухудшается и зажигание ламп, что делает невозможным их использование при температурах ниже 0 °С без утепляющих приспособлений. В связи с этим представляют интерес безртутные Л. л. с разрядом низкого давления в инертных газах. В этом случае люминофор возбуждается излучением с m от 58,4 до 147 нм. Поскольку давление газа в безртутных Л. л. практически не зависит от окружающей температуры, неизменными остаются и их световые характеристики.

Световая отдача Л. л. повышается при увеличении размеров (длины) за счёт снижения доли анодно-катодных потерь в общем световом потоке. Для Л. л. характерны малая поверхностная яркость ламп и пульсация светового потока при работе ламп на переменном токе (стробоскопический эффект). Снижение пульсаций достигается равномерным включением ламп в три фазы питающей сети. Срок службы ламп ограничен дезактивацией и распылением катодов. Отрицательно сказываются на сроке службы колебания напряжения питающей сети и частые включения и выключения ламп. Световая отдача снижается в процессе горения.

Будучи газоразрядным прибором, Л. л. имеет падающую вольтамперную характеристику, что требует применения пуско-регулирующих аппаратов (ПРА) - индуктивных или ёмкостных. Для повышения термоэмиссии и обеспечения тем самым зажигания ламп катоды в пусковой период должны быть прогреты. Это достигается включением их в сеть последовательно с ПРА с помощью стартера (стартерные схемы) или с помощью трансформаторов накала (бесстартерные схемы).

Л. л. широко применяются в качестве источников света: например, ЛБ и ЛХБ - для общего освещения; ЛТБ (тепло-белого света) - для освещения помещений, богатых бело-розовыми тонами; ЛСР (синего света рефлекторные) - в электрофотографических копировально-множительных аппаратах; лампы из увиолевого стекла, частично прозрачного для ультрафиолетового излучения, - для профилактического облучения людей.