Кто придумал искусственное освещение?

Содержание

Как появилось электрическое освещение

Мы давно уже привыкли к электричеству, не можем даже представить себе, как же люди жили раньше. А ведь еще 100 лет назад свет был проведен менее чем в трети домов на всей территории огромной России. Конечно же большинство этих 30% приходилось на столицу и большие города, а в селах люди все также довольствовались лучиной да свечкой.

Давайте окунемся немного в историю, выясним в каком же веке появилось электрическое освещение, кому мы обязаны этим, таким привычным, чудом.

История развития освещения

Необходимость в искусственном освещении люди поняли еще в те далекие времена, когда обитали. в пещерах. Конечно выбор «осветительных приборов» особым разнообразием не отличался – открытый огонь. Первым изобретением этого рода, были лампы в виде кувшина с маслом, жиром внутри и фитильком. Позже появились свечи, вначале из животных жиров (III тысячелетие до н.э.), а уже в средние века стали использовать воск пчел. Естественно свет был слабым и работать при нем было, мягко говоря, не комфортно.

Шло время. Богатые дома пользовались множеством свечей. Здесь уже свет использовали не только по строгой функциональности, но и для украшения помещений. Красивейшие канделябры, многоуровневые люстры выглядели потрясающе, если не брать во внимание горячий воск, который капал на обнаженные плечи красавиц. и на высокую пожароопасность.

XIX век уже был озарён газовым освещением. Первыми здесь стали англичане. Именно Лондон в 1807 году получил “диковинку” – уличные светильники. Они немилосердно коптили, зажигать и тушить их нужно было вручную, но они стали настоящей сенсацией! А в конце века появились керосиновые лампы, которые и сейчас есть во многих домах.

«Детские годы» электричества

Многие, наверное, удивятся, но первыми электрическими светильниками были фонари «на батарейках». Источником тока выступала “дуга электрическая”, давали ее два электрода (угольные). Такая конструкция была очень громоздкой, впервые ее продемонстрировал Дэви Хэмфри (1809 г.) в Лондоне. Это была крайне непрактичная вещь, но она дала толчок другим изобретателям.

Уже детище Яблочкова, который улучшил светильник Хэмфри, пользовалась спросом по всему миру. Свечи Яблочкова освещали Михайловский манеж (Санкт-Петербург) и даже Парижскую оперу. Дуговые лампы дают достаточно яркое, приятное по спектру и световой температуре освещение.

Если говорить о том, в каком году появилось электрическое освещение, первое дата и имя что выдает память – 1879 год, Эдисон. Про Николу Теслу как-нибудь в другой раз. Но все же электрическую лампочку придумал не Эдисон, а мало известный Уоррен де ла Рю. Лампа была очень красивой, но страшно дорогой, так как изготавливалась из платины. Так что Эдисон пошел тем же путем, но нашел идеальные материалы для изготовления. Презентация ста одновременно работающих ламп произвела настоящую сенсацию, она проводилась в Нью-Джерси в 1880 году. Срок эксплуатации “чудо-длампочки” был 100 часов, а потребляла она 100 Вт. В лаборатории ученого дальше занимались усовершенствованием изделия: вначале появилась привычная нам вольфрамовая нить (1913 г.), позже внутренность лампочки стали наполнять газом.

«Лампочка Ильича»

Для многих это сочетание уже ничего не говорит, но граждане постсоветского пространства хорошо знают, что это значит. Конечно, Ильич не изобретал электрическую лампу, да и вряд ли понимал что-то в этом деле, речь идет об электрификации Советского Союза после революции.

Сказать – это большевики принесли в нашу страну освещение, стало бы преувеличением. Прогресс пришел гораздо раньше. Знать давно обустроила свои дворцы этим удобным “усовершенствованием”, а прорывом стал 1914 год, когда российское «Общество электрического освещения» (год организации 1886) купило разрешение производить лампочки у компании General Electric. Планы по распространению электричества, освещения общественных зданий, частных жилищ, улиц был грандиозен. но революция перечеркнула эти планы.

И именно большевикам было суждено провести грандиозный процесс электрификации! Знаменитый план ГОЭЛРО в действии: было электрифицировано огромное количество городов. По сравнению с 1913 годом выработка электрического тока была увеличена в семь раз, элетричество в жилых домах стало доступным и прочно вошло в обычную жизнь. Вот как появилось массовое освещение в нашей стране!

Электрические приборы в дизайне

Во все века светильники служили не только для освещения, но и играли огромное значение в украшении помещений. Чтобы убедиться в этом, посетите музеи! Глубина веков. Шикарные люстры, элегантные бра, великолепные торшеры – они действительно потрясающие. В парадных залах устанавливали множество зеркал, не только чтобы дамы любовались своей красотой, но и для более яркого освещения, ведь отраженный свет делает помещение визуально больше, а свет ярче.

Для украшения изделий использовалось стекло, богатые, дорогие ткани, хрусталь, фарфор и даже драгоценные камни. Конечно, простые люди даже слова «люстра» не слышали, а подобным чудом могли любоваться в присутственных местах и церквях.

Феерию моды на осветительные приборы подарил нам XX век. Именно тогда стали использовать огромное количество материалов, разрабатывать разнообразные формы и размеры. Светильник стал частью моды!

О нашем времени и говорить нечего. Наш рынок наполнил таким разнообразием моделей, что голова кругом идет! Дизайн помещений тоже прочно привязан к организации освещения. Так что сейчас для экспериментаторов, любителей стильных интерьеров – золотое время. Помните прошлое и наслаждайтесь настоящим!

История освещения

День –это время активной жизни человека, а ночь –время вынужденного бездействия и отдыха. Однако существуют ещё границы между днём и ночью, и ночью и днём. Это, соответственно, вечер и утро. Их человек всегда пытался подчинить своим целям, и как можно глубже проникнуть в ночь, принеся в неё частичку дневного света. Этот дневной свет человек научился воссоздавать искусственным путём с помощью светильников.

Для освещения тёмных закоулков и углов своего жилища древний человек мог просто взять из костра горящую головню, и укрепить её в щель между камней. Вероятно, так и получился простейший вид факела –пучок лучины смолистых пород деревьев, пучок соломы, закреплённый на палке, и тому подобное. Древние египтяне брали полый тростник, который рос там в изобилии, и окунали его в растопленный животный жир. Далее в качестве основы для факела уже брали деревянную палку –её обматывали промоченной в горючей жидкости тряпкой и поджигали в нужный момент.

С древности факелы использовали не только в целях освещения помещений. С их помощью стихия огня становилась участником ритуалов и религиозных церемоний.
Конечно, самым известным ритуальным факелом древности является Олимпийский огонь. Его зажигали во время проведения античных игр в Олимпии у алтаря Кестии – богини семейного очага и жертвенного огня. Этот священный факел служил напоминанием о подвиге Прометея, по легенде похитившего огонь у Зевса и подарившего его людям. Особенно торжественно обставляли факелами церемонию в Афинах, где в честь Гефеста и Прометея во время праздника великих Панафиней устраивали бега с факелом –лампадодромии. Их победителем считался тот, кто прибежал первым с непогасшим факелом.

В древней Элладе факельные шествия проводились во время Элевсинских Мистерий. В этих процессиях факелы играли особую роль. Они символически выражали таинственный смысл преображения посвящённых. При этом адепты Деметры и Персефоны обегали свои поля с зажжёнными факелами в руках, очищая огнём свои нивы от влияния враждебных духов.
Такие религиозные традиции, связанные с культом огня, сохранились в течении веков и в христианскую эпоху. Например, факельные обряды во время весенних и летних празднеств бытовали среди европейских крестьян вплоть до начала двадцатого века. От древних ритуалов факелы перешли и в христианскую церковную традицию. Факелы использовались и в некоторых ритуалах католической церкви, например, на папской мессе. Кроме того, факельщики сопровождали торжественные похоронные процессии.
В средневековье, когда факел был основным средством для освещения замков, у него появился специальный кованый зажим, крепящийся на стене. Именно такое устройство, часто имеющее форму руки, и послужило прообразом светильника бра. «Бра» по-французски и означает «рука».
В конце 19-го, начале 20-го века факел был усовершенствован, и устроен по принципу свечи с толстым кручёным фитилём из пакли. Наиболее употребительным горючим материалом для пропитки пакли служила нефть.

Мини-факелом можно считать лучину. На протяжении многих столетий лучина была основным источником света в крестьянских жилищах народов севера Европы, в том числе и России. Лучина –это такая длинная щепка сухого дерева, добытая из полена. Чтобы получить больше света, одновременно жгли несколько лучин. Их закрепляли в светец особое металлическое приспособление, вбивавшееся нижним заострённым концом в чурбак или деревянную подставку, а под лучиной ставили сосуд с водой. Вода отражала и множила свет, а также предохраняла от пожара, который могли вызвать падающие угольки. Светцы чаще выковывали из металла и украшали различными завитушками, а деревянные делались резными и иногда покрывались росписью. Некоторые светцы были рассчитаны сразу на несколько лучин.

Лучины –это совершенно ничего не стоящий источник света, и, возможно, поэтому они использовались в крестьянском быту вплоть до начала двадцатого века. Неудивительно, что образ лучины прочно вошёл в народный фольклор. Наверное, всем известно выражение «жив курилка». Так обычно отзываются о человеке, который, вроде бы, исчез и з поля зрения и прекратил свою деятельность. Но на самом деле оказывается ещё живым и продолжает заниматься тем, чем занимался и раньше.

Так вот эта игровая аттестация является осколком древней игровой обрядовой формулы – в старину, причём, не только у русских, но и у французских, и немецких крестьян, существовала такая игра с зажжённой лучиной. Её передавали из рук в руки до тех пор, пока она не погаснет. Эта игра в русском варианте сопровождалась такой песней: «Жив, жив курилка, жив, жив, да не умер, а у нашего курилки ножки долгеньки, душа коротенька.» Курилкой, конечно, названа горящая лучина, поскольку в старину глагол «курить» означал тлеть, едва гореть, а также очищать дымом и очищать благовония. Ну а смысл этой старинной игры даже обряда, вполне понятен: огонь – это жизнь, а угасание лучины –умирание. Именно такой образ лучины передаёт нам известная песня «То не ветер ветку клонит»: «Извела меня кручина, подколодная змея, догорай, моя лучина, догорю с тобой и я.»

Наряду с факелом и лучиной самым распространённым источником искусственного света в жилище человека был масляный светильник. Материалом для изготовления таких светильников чаще всего служила глина, реже –бронза. А состоял этот осветительный прибор из сосуда и фитиля. В качестве топлива в светильниках использовались животный жир и масло, в первую очередь, оливковое – его заливали в сосуд.
Множество образцов подобных светильников сохранилось со времён древней Греции и Рима. В зависимости от толщины фитиля масляный светильник мог гореть от получаса до трёх часов. Свет от него исходил довольно тусклый, но вот при двух зажжённых светильниках вполне можно было читать.

В пятом веке до нашей эры грек Колимах изобрёл фитиль из так называемого кропасийского льна – несгораемого материала, напоминавшего асбест. Его добывали на острове Крит. Такой неугасимый огонь в течении семи веков горел в святилище Афины на Крополе. По этому поводу Повсаний, греческий писатель и географ второго века, сообщал:

«Золотой светильник для богини сделал Колимах, наполнивши маслом лампаду, афиняне ожидат того же дня в следующем году. Масла же в лампаде хватает на всё время от срока до срока. При этом лампада горит днём и ночью.»

Римляне освещали свои дома с помощью луцерны –такая лампа обычно изготавливалась из терракоты. Были лампы в одну, две и даже в двенадцать горелок. В больших помещениях лампы ставились на подставки или же подвешивались на цепях к потолку. Щитки масляных светильников украшались самыми различными изображениями – от подвигов богов и героев до сюжетов из гладиаторских боёв и эротических сцен. Как и рисунки на античных вазах, декоративные изображения на светильниках можно читать как подлинную энциклопедию античной жизни.

История искусственных источников света: от огня до лазеров

Разумеется, и до изобретения электрического освещения люди осознавали необходимость искусственного света и пытались «разгонять тьму». «Если у тебя спрошено будет: что полезнее, солнце или месяц? — ответствуй: месяц. Ибо солнце светит днем, когда и без того светло; а месяц — ночью», — говорил Козьма Прутков. Яркость солнечного света настолько велика, что очень мало искусственных источников света могут с ним соперничать. А вот ночью приходится довольствоваться жалким отражением солнечного света от лунной поверхности (и то не всегда). Вот и приходится человечеству изобретать заменители.

Дар Прометея

Первым искусственным источником света был огонь, который, как известно, был подарен человечеству Прометеем. В качестве стационарного источника света служил костер, в качестве переносных — факелы, конструкция которых со временем менялась: от простой головешки, вынутой из костра, до рукоятки, обмотанной паклей и пропитанной нефтью, жиром или маслом. Несмотря на то, что факел — очень древнее изобретение (считается, что ему около миллиона лет!), он применяется и поныне: его далекие потомки, работающие на газе, зажигают олимпийский огонь, а фальшфейеры и ракеты применяют для ночной маркировки и сигнализации военные, охотники и туристы.

Помимо факела в каменном веке человечество изобрело лампу — кувшин, наполненный жиром или маслом, с погруженным в него фитилем (веревочным или тканевым). В третьем тысячелетии до нашей эры появились первые свечи — бруски из перетопленного твердого животного жира (сала) с фитилем внутри. В средние века в качестве материала для свечей применяли китовый жир и пчелиный воск, в настоящее время для этих целей используется парафин. Факелы, свечи и лампы дают очень слабый свет. Спектр открытого огня сильно отличается от солнечного, под который природа «заточила» человеческий глаз. Существенная часть излучения приходится на тепловой (ИК) диапазон. Видимый свет излучают в основном частицы углерода, нагреваемые пламенем до высокой температуры (как раз эти несгоревшие частицы и образуют копоть). Спектр огня в видимом диапазоне захватывает лишь часть желтой и красной области. Работать при таком свете практически невозможно, и многие средневековые ремесленные гильдии дальновидно запрещали работу по ночам при искусственном свете, так как качество изделий при этом резко падало.

Поддайте газу!

В XIX веке широкое распространение получило газовое освещение. В 1807 году первые газовые фонари зажигаются на одной из центральных улиц Лондона — Пэлл-Мэлл. А уже к 1823 году улицы Лондона, общей протяженностью 215 миль, освещали сорок тысяч газовых фонарей (которые было принято называть рожками). Зажигались они каждый вечер вручную специальными людьми — фонарщиками. Кстати, эта должность была в некоторых странах выборной и весьма почетной.

Однако газовое освещение было не слишком эффективным. Главная проблема заключалась в том, что газовое пламя, горящее при недостаточном притоке кислорода, дает яркий свет, но при этом сильно коптит, а чистое некоптящее пламя (при избытке кислорода) практически невидимо. Но в 1885 году Уэлсбах предложил использовать калильную сетку, представляющую собой мешочек из ткани, пропитанный раствором неорганических веществ (различных солей). При прокаливании ткань сгорала, оставляя тонкий «скелет», ярко светящийся при нагревании под действием пламени. В конце XIX века появились керосиновые лампы, их можно встретить и до сих пор. Многие из них оснащены калильными сетками (теперь уже металлическими или асбестовыми).

Первые шаги электричества

Первым электрическим источником света был, как это ни странно, «фонарик на батарейках». Правда, свет излучала не лампа накаливания, а электрическая дуга между угольными электродами, а батареи занимали целый стол. В 1809 году сэр Хэмфри Дэви продемонстрировал дуговой свет в Королевской академии наук в Лондоне. Генераторов в то время не было (Фарадей открыл явление электромагнитной индукции лишь в 1832 году), и батареи были единственным источником электропитания.

В 1878 году наш соотечественник Павел Яблочков усовершенствовал конструкцию, поставив электроды вертикально и разделив их слоем изолятора. Такая конструкция получила название «свеча Яблочкова» и использовалась во всем мире: например, Парижский оперный театр освещался с помощью таких «свечей».

Электрическая дуга давала яркий и достаточно сбалансированный по спектру свет, что позволяло использовать его очень широко. К 1884 году крупные американские города освещали более 90 тыс. дуговых ламп.

Горячие нити

Большинство людей связывают изобретение ламп накаливания с именем Эдисона. Однако, несмотря на все его заслуги в этой области, изобретателем лампы был все же не он.

Первая лампа накаливания больше напоминала ювелирное изделие или произведение искусства как по трудоемкости, так и по стоимости. Задолго до Эдисона, в 1820 году, Уоррен Де ла Рю поместил платиновую проволочку в стеклянный сосуд, из которого был откачан воздух, и пропустил по ней ток. Лампа получилась удачной, но… платиновой! Она была настолько дорогой, что о широком ее использовании не могло быть и речи.

Множество изобретателей экспериментировали с различными материалами, но лишь в 1879 году Джозеф Свен и Томас Эдисон независимо друг от друга разработали лампу накаливания с угольной нитью. Для своего изобретения Эдисон устроил массовую грандиозную презентацию: в канун нового, 1880 года он использовал 100 своих ламп, чтобы осветить улицы, лабораторию и станцию городка Менло-Парк (Нью-Джерси). Поезда ломились от желающих посмотреть на это чудо, и Пенсильванской железной дороге даже пришлось пустить дополнительные составы. Лампы Эдисона работали около ста часов, потребляли 100 Вт и давали световой поток в 16 кандел (для сравнения — современная 100-ваттная лампа накаливания дает свет силой порядка 100−140 кандел).

Дальнейшее совершенствование ламп происходило по двум направлениям: угольная нить была заменена в 1907 году на вольфрамовую, а с 1913 года лампы стали газонаполненными (сначала их заполняли азотом, потом перешли на аргон и криптон). Оба усовершенствования были сделаны в лабораториях компании General Electric, основанной Томасом Эдисоном.

Хорошо знакомая читателям нашего журнала современная лампа накаливания дешева, широко используется в быту, однако нельзя сказать, что свет ее идеален: он смещен в сторону красной и ИК-областей спектра. Эффективность также оставляет желать лучшего: ее КПД составляет всего 1−4%. В этом смысле лампа накаливания — скорее отопительный, а не осветительный прибор.

Лампы с начинкой

У обычных ламп накаливания, кроме низкого КПД, есть еще один серьезный недостаток. Вольфрам при работе постепенно испаряется с раскаленной поверхности нити и оседает на стенках колбы. Колба приобретает «тонированный» вид, что ухудшает светоотдачу. А за счет испарения вольфрама с поверхности нити жизнь лампы сокращается.

А вот если в газ, наполняющий колбу, добавить пары, например, йода, картина меняется. Атомы испаренного вольфрама соединяются с атомами йода, образуя йодид вольфрама, который не оседает на стенках колбы, а разлагается на раскаленной поверхности нити накаливания, возвращая вольфрам в нить, а пары йода — обратно в колбу. Но есть одно условие: температура стенок колбы тоже должна быть достаточно высокой — около 250 °C. Именно поэтому колбы галогенных ламп такие компактные и, естественно, горячие!

Галогенные лампы, за счет высокой температуры нити, дают более белый свет и имеют более длительное время жизни по сравнению с обычными лампами накаливания.

Холодный свет

Эти лампы — прямые потомки электрической дуги. Только разряд в них происходит между двумя электродами в емкости, заполненной различными газами. В зависимости от давления (низкого —

Лучи прожекторов

Еще один вид газоразрядных ламп — HID (High Intensity Discharge — газоразрядные лампы высокой интенсивности, или дуговые газосветные лампы). Здесь люминофор не применяется, а газ при протекании электрического тока и возникновении дугового разряда излучает свет в видимой области спектра. В качестве заполняющего газа обычно применяются пары ртути, натрия или галиды металлов.

Ртутные дуговые лампы высокого давления применяются в прожекторах при освещении стадионов и других крупных объектов, они дают очень яркий бело-голубой свет (УФ отсеивается фильтрами). Мощность ртутных ламп может составлять десятки киловатт. Металл-галидные лампы — разновидность ртутных, они имеют скорректированную цветопередачу и увеличенную эффективность.

Натриевые дуговые лампы низкого давления хорошо знакомы всем нам: именно они стоят в уличных фонарях, дающих теплое «янтарное» свечение. Они хороши тем, что имеют отличную эффективность, большое время жизни (более 25 тыс. часов) и очень дешевы.

Кстати говоря, хорошо знакомый автомобилистам «ксенон» (которым оснащаются современные автомобили представительского класса) — газоразрядные лампы сверхвысокого давления.

Огни реклам

Традиционно рекламные вывески, сделанные из гнутых газонаполненных труб, называют неоновыми. Это тоже газоразрядные лампы, но на другом типе разряда — тлеющем. Интенсивность свечения в них не очень велика. В зависимости от газа, закачанного внутрь, они могут светиться разными цветами (собственно неоновые — красно-оранжевые).

Светодиоды

Говоря об автономных источниках света, нельзя не упомянуть о светодиодах. Это полупроводниковые приборы, генерирующие (при прохождении через них электрического тока) оптическое излучение. Излучение светодиода воспринимается человеческим глазом как одноцветное. Цвет излучения определяется используемым полупроводниковым материалом и легирующими примесями. В силу высокого КПД и низких рабочих токов и напряжений, светодиоды — отличный материал для изготовления автономных источников света.

Лазер

Лазер был разработан независимо американским физиком Таунсом и нашими соотечественниками Басовым и Прохоровым в 1960 году. Лазер дает мощный узкий пучок монохроматического (одной длины волны) излучения. Для общего освещения лазер не используют, но для специальных применений (например, световые шоу) ему нет равных. В зависимости от типа используемого рабочего тела и принципов, излучение лазера может иметь различные цвета. В быту чаще всего используются полупроводниковые лазеры — близкие родственники светодиодов.

История развития искусственного освещения

Свет – одна из главных потребностей человека, поэтому когда нет естественного освещения, мы используем искусственное. Многовековая история искусственного освещения тесно связана с технологическим процессом, развитием дизайна и технологий изготовления материалов.

400 000 лет до н.э. древний человек находит огонь, в то время переносным светильником служил факел, сделанный из связки веток. Вслед за кострами, факелами и лучинами появились масляные светильники.

Продолжительной была эпоха свечных светильников. Первые свечи появились в Китае в 200 году до н.э. Их изготавливали из жира кита с фитилем из рисовой бумаги. Через некоторое время начали использовать и другие материалы, такие как сало, рапсовое масло и пчелиный воск.

Это продолжалось до 18 века, пока швейцарский химик Ами Аргант не изобрел «Аргандову лампу», которая имела трубчатый фитиль и большее пламя.

В 1792 году Уильям Мердок начал использовать газ, полученный из угля, для освещения дома, и в 1807 году в Лондоне появилась первая улица, освещенная газовыми фонарями. Их устанавливали на столбах, а тушили и зажигали вручную каждое утро и вечер.

В 1846 году врач и геолог Абрахам Геснер получил керосин из угля и обнаружил, что он легко воспламеняется и горит намного ярче, чем масло.

Первые керосиновые лампы изобрели независимо друг от друга Игнатий Лукасевич (Польша) и Эдвин Диетц (США) в 1853 году.

В начале 19 века Сэр Гемфри Дэви дал начало электрическому освещению. Он провел опыт с батареей и платиновой проволокой, в процессе которого проволока сверкнула. Это привело к изобретению лампы накаливания. Впоследствии многие ученые пытались её усовершенствовать. В 1840 году англичанин Деларю производит первую лампу накаливания (с платиновой спиралью). В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал первую «современную» лампу: обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде.

11 июля 1874 года российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент №1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд. В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает несколько типов ламп с нитями накала из тугоплавких металлов. Он предложил применять в лампах нити из вольфрама (именно такие применяются во всех современных лампах) и молибдена и закручивать нить накаливания в форме спирали. Он предпринял первые попытки откачивать из ламп воздух, что сохраняло нить от окисления и увеличивало их срок службы во много раз. Первая американская коммерческая лампа с вольфрамовой спиралью впоследствии производилась по патенту Лодыгина. Также им были изготовлены и газонаполненные лампы (с угольной нитью и заполнением азотом).

В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает улучшенный метод производства вольфрамовой нити. Сплав вольфрама с рением используется в лампах накаливания и сейчас.

С этого момента началось триумфальное шествие электрического освещения во всем мире. Но эволюция искусственного освещения не прекратилась. Теперь ученые старались сделать источник света не только ярче, но и долговечнее.

В 30-ых годах ХХ века были разработаны модификации натриевых газоразрядных ламп, источником света в которых служил газовый разряд паров натрия, чуть позднее они были вытеснены ртутными лампы, которые работали дольше, но также содержали в своем составе ядовитые вещества, на этот раз – ртуть.

В 40-х годах в Германии появились ксеноновые галогенные лампы, представленные фирмой Osram, используемые в сценическом освещении. Параллельно с этим велся поиск такого решения, которое позволило бы не использовать вакуумную колбу и сделать лампу долговечнее.

В 1907 году британский экспериментатор Генри Раунд впервые открыл и описал электролюминесценцию.

Эти опыты были позже, независимо от Раунда, повторены в 1923 году советским физиком О. В. Лосевым, который, экспериментируя в Нижегородской радиолаборатории с карборундом и стальной проволокой, обнаружил в точке контакта слабое свечение. Значение этого наблюдения тогда не было оценено и не исследовалось в течение нескольких десятилетий.

В 1961 году Робертом Байардом и Гари Питтманом из компании Texas Instruments был открыт и запатентован инфракрасный светодиод, а практически применяться он стал с 1962 года, с легкой руки Ника Холоньяка, «отца современного светодиода». Его бывший студент, Джордж Крафорд, в 1972 году изобрёл первый в мире жёлтый светодиод и улучшил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в 10 раз. За этим последовали исследования Жака Панкова в лаборатории RCA, после которых началось уже промышленное производство светодиодов.

В начале 1990-х исследователи японской корпорации Nichia Chemical Industries, смогли изобрести дешевый синий светодиод. За открытие дешевого синего светодиода им была присуждена Нобелевская премия по физике в 2014 г. Синий светодиод, в сочетании с зеленым и красным, дает белый свет с высокой энергетической эффективностью, что позволило в дальнейшем создать, среди прочего, светодиодные лампы и экраны со светодиодной подсветкой. Так, эволюция искусственного освещения привела к появлению принципиально новых источников света, бесшумных, компактных, экологически чистых и экономичных светодиодные ламп и светильников .

Долгое время светодиоды были недоступны массовому потребителю из-за высокой стоимости, но сейчас у всех есть возможность насладиться тем комфортом, который дает светодиодное освещение. К настоящему моменту учеными разработано множество разнообразных светодиодных светильников: это светильники для дома, офиса, уличного освещения, производства и ландшафтного дизайна.

Качество LED стремительно шагнуло вперед, и вы сами можете убедиться в этом на примере продукции компании HTF Светодиодное освещение.

Эволюция источников света

Со времен изобретения первой угольной лампы накаливания прошло около 180 лет. Революция в мире освещения того времени уже давно осталась позади и мало кто задумывается, как все начиналось. Со временем технологии менялись: лампу с угольной спиралью сменила лампа накаливания с платиновой спиралью, затем лампа с обугленной бамбуковой нитью в вакуумированном сосуде и великое множество других модификаций ламп. Каких только материалов не было испробовано для создания более эффективной лампы накаливания, однако это не принесло существенных результатов. В современных лампах накаливания используется спираль из вольфрама, но и этот редкий материал позволяет добиться, что всего 5% энергии преобразуется в свет. Глобальный переворот пришелся лишь на эпоху энергосберегающих и светодиодных ламп. Основанные на совершенно ином принципе свечения, данные лампы позволили человечеству в разы улучшить качество освещения и сократить на него расходы.

Давайте же попробуем отследить всю историю источников света и существующие в наше время типы ламп.

В наши дни все лампы можно поделить на три основные группы: накаливания, газоразрядные и светодиодные. Люди «старой закалки» наотрез отвергают последние два вида, что напрасно. Но пойдем по порядку.

Лампы накаливания

Лампа накаливания представляет собой электрический источник света, светящимся телом которого служит проводник, нагреваемый протеканием электрического тока до высокой температуры. Все лампы накаливания можно разделить на пять видов:

К преимуществам ламп накаливания можно отнести их низкую стоимость, небольшие размеры, мгновенность включения, отсутствие токсичных компонентов, работа при низкой температуре окружающей среды. Но их недостатки, все же, не сопоставимы с современными требованиями к источникам света. К ним относятся: низкая эффективность (КПД не более 5%), короткий срок службы, резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения, цветовая температура в пределах от 2300 до 2900 К, высокая пожароопасность.

Лампы накаливания постепенно остаются в прошлом, но отдадим должное истории, проложившей тропу от истоков к современным источникам освещения:

1838-1854 гг. — первые лампы, работающие от электрического тока. Изобретатели: бельгиец Жобар, англичанин Деларю, немец Генрих Гебель.

11 июля 1874 года российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд.

В 1876 году российский изобретатель и предприниматель Павел Николаевич Яблочков разработал электрическую свечу и получил на неё французский патент. Свеча Яблочкова оказалась проще, удобнее и дешевле в эксплуатации, чем угольная лампа Лодыгина. Изобретение Яблочкова можно отнести также к разрядным лампам.

В 1879 году американский изобретатель Томас Эдисон патентует лампу с платиновой нитью. В 1880 году он возвращается к угольному волокну и создаёт лампу с временем жизни 40 часов. Одновременно Эдисон изобрёл патрон, цоколь и выключатель. Несмотря на столь непродолжительное время жизни его лампы вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение.

В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и Франьо Ханаман получили патент на использование в лампах вольфрамовой нити. В Венгрии же были произведены первые такие лампы, вышедшие на рынок через венгерскую фирму Tungsram в 1905 году.

В 1906 году Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании General Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама патент находит только ограниченное применение.

В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает улучшенный метод производства вольфрамовой нити. Впоследствии вольфрамовая нить вытесняет все другие виды нитей.

Остающаяся проблема с быстрым испарением нити в вакууме была решена американским учёным Ирвингом Ленгмюром, который, работая с 1909 года в фирме General Electric, придумал наполнять колбы ламп инертным газом, что существенно увеличило время жизни ламп.

Газоразрядные лампы

Опыты по созданию свечения в заполненных газом трубках начались в 1856 году. Свечение большей частью было в невидимом диапазоне спектра. И лишь в 1926 году Эдмунд Джермер предложил увеличить операционное давление в пределах колбы и покрывать колбы флуоресцентным порошком, который преобразовывает ультрафиолетовый свет, испускаемый возбуждённой плазмой, в однородный белый свет. В результате, началась эпоха газоразрядных ламп.

В настоящее время Э.Джермер признан как изобретатель лампы дневного света. General Electric позже купила патент Джермера, и к 1938 году довела лампы дневного света до широкого коммерческого использования.

1927-1933 гг. — венгерский физик Дэнис Габор, работая в компании Siemens&Halske AG (сегодня компания Siemens), разработал ртутную лампу высокого давления, которая сегодня повсеместно используется в уличном освещении.

Серьезный вклад в совершенствование флуоресцентного порошка, позже названного люминофором, сделал в 30-х годах прошлого века советский физик Сергей Иванович Вавилов.

1961 год — создание первых натриевых ламп высокого давления. В конце 70-х годов прошлого века компания General Electric первой выпустила на рынок натриевые лампы, а немного позже и металлогалогенные.

В начале 80-х годов появились первые компактные люминесцентные лампы (КЛЛ).

В 1985 году компания OSRAM первой представила лампу со встроенным электронным ПРА.

Все многообразие газоразрядных ламп можно представить следующей схемой:

Самые популярные из этой группы, пожалуй, компактные люминесцентные лампы. Они позволяют экономить электроэнергию до 5 раз по сравнению с лампами накаливания, при этом срок их службы составляет около 8 лет. Корпус данной лампы нагревается в незначительной степени, что позволяет использовать их повсеместно. Кроме того, люминесцентные лампы могут иметь различные цветовые температуры и различные варианты внешнего вида.

Но, к сожалению, КЛЛ обладают несколькими недостатками, к которым относятся:

  • Значительное снижение срока службы при работе в сетях с перепадами напряжения, а также при частых включениях и выключениях.
  • Спектр такой лампы — линейчатый. Это приводит не только к неправильной цветопередаче, но и к повышенной усталости глаз.
  • Компактные люминесцентные лампы содержат 3-5 мг ртути.
  • Использование выключателей с подсветкой приводит к периодическому, раз в несколько секунд, кратковременному зажиганию ламп (в качественных лампах невидимому для глаз), что приводит к скорому выходу из строя лампы.
  • Обычные компактные люминесцентные лампы несовместимы с диммерами. Стоимость диммируемых ламп примерно в 2 раза выше.

По этим причинам вопрос о новых технологиях при изготовлении источников света оставался открытым. В свет широко шагнули светодиодные лампы.

Светодиодные лампы

Светодиодные источники света основаны на эффекте свечения полупроводников (диодов) при пропускании через них электрического тока. Малые размеры, экономичность и долговечность позволяют изготавливать на основе светодиодов любые световые приборы. В наши дни светодиоды занимают значительную долю рынка источников света и используются повсеместно.

Первое сообщение об излучении света твёрдотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом из Marconi Company. Примечательно, что эта компания впоследствии стала частью General Electric и существует по сей день.

В 1923 году Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиолаборатории показал, что свечение диода возникает вблизи p-n-перехода. Полученные им два авторских свидетельства на «Световое реле» (первое заявлено в феврале 1927 г.) формально закрепили за Россией приоритет в области светодиодов, утраченный в 1960-гг. в пользу США после изобретения современных светодиодов, пригодных к практическому применению.

В 1961 году Роберт Байард и Гари Питтман из компании Texas Instruments открыли и запатентовали технологию инфракрасного светодиода.

В 1962 году Ник Холоньяк в компании General Electric разработал первый в мире практически применимый светодиод, работающий в световом (красном) диапазоне.

В 1972 году Джордж Крафорд (студент Ника Холоньяка), изобрёл первый в мире жёлтый светодиод и улучшил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в 10 раз.

В 1976 году Т. Пирсол создал первый в мире высокоэффективный светодиод высокой яркости для телекоммуникационных применений, изобретя полупроводниковые материалы, специально адаптированные к передачам через оптические волокна.

Светодиоды оставались чрезвычайно дорогими вплоть до 1968 года (около $200 за штуку). Компания Monsanto была первой, организовавшей массовое производство светодиодов, работающих в диапазоне видимого света и применимых в индикаторах.

Компании Hewlett-Packard удалось использовать светодиоды в своих ранних массовых карманных калькуляторах.

К преимуществам светодиодных ламп можно отнести:

  • Высокий КПД.
  • Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие спирали и иных чувствительных составляющих).
  • Длительный срок службы, более 40 тыс. часов.
  • Малые размеры.
  • Безопасность — не требуются высокие напряжения.
  • Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.
  • Отсутствие ядовитых составляющих (ртуть и др.) и, следовательно, лёгкость утилизации.

Основные недостатки светодиодов в первую очередь связаны с их высокой стоимостью. Так, например, отношение цена/люмен у сверхъярких светодиодов в 50-100 раз больше, чем у обычной лампы накаливания. Помимо этого можно выделить еще два момента:

  • Светодиоду необходим постоянный номинальный рабочий ток. Из-за этого появляются дополнительные электронные узлы, повышающие себестоимость системы освещения в целом.
  • Относительно низкая предельная температура: мощные осветительные светодиоды требуют внешнего радиатора для охлаждения, потому что имеют конструкционно неблагоприятное соотношение своих размеров к выделяемой тепловой мощности (они слишком маленькие) и не могут рассеять столько тепла, сколько выделяют (несмотря даже на более высокий КПД, чем у ламп прочих видов).

На сегодняшний день специалисты сходятся во мнении, что за светодиодами ближайшее будущее в освещении. Более эффективной и практичной технологии в настоящее время не существует.

Учитывая возрастающую потребность человечества в искусственном освещении можно предположить, что появятся и новые, более эффективные технологии. Но придут они уже на замену светодиодов, которые в ближайшие годы станут такой же обыденностью как когда лампы-то накаливания.

История искусственного освещения

Тысячи Эдисонов

Кто изобрел электрическую лампочку? Обыкновенно на этот вопрос отвечают: американский ученый Эдисон. Но это неверно. Эдисон был только одним из многих работников в деле изобретения искусственного освещения, которое используется в наше время.

Лампы настоящего времени сильно различаются с лампой прошлого. Найти в них одинаковые черты практически не возможно.

Когда-то на улицах городов не было ни одного фонаря, а в домах люди проводили вечера при свете сальной свечи или тусклой и коптящей масляной лампы. Если бы мы сравнили эту старинную масляную лампу, которая напоминала чайник, с нашей электрической лампочкой, мы не нашли бы между ними никакого сходства. А между тем от этого уродливого чайника к электрической лампочке ведет длинный ряд превращений, длинная цепь небольших, но очень важных изменений. Тысячи изобретателей, в течение сотен лет трудились для того, чтобы сделать наши лампы ярче и лучше.

Костер посреди комнаты

Некрасивая масляная лампа была очень изящной и хорошо придуманной вещью по сравнению с теми лампами, которые были до нее. А были и такие времена, когда вообще никаких ламп не существовало.

Для освещения одной комнаты, было достаточно разжечь всего одну щепку.

Полторы тысячи лет назад на месте теперешнего Парижа мы нашли бы грязный городок Лютецию, состоящий сплошь из деревянных хижин, крытых соломой или черепицей. Войдя в один из этих домов, мы увидели бы огонь, разложенный посреди единственной комнаты. Дым, несмотря на то что в крыше было отверстие, не хотел уходить из комнаты и нестерпимо ел глаза и легкие. Этот первобытный очаг служил людям того времени и лампой, и кухонной плитой, и печкой. Зажигать огонь посреди деревянной постройки было делом очень опасным. Не мудрено, что пожары случались тогда очень часто. Огня боялись, как злого, жадного врага, который только и ждет, как бы напасть на дом и уничтожить его. Печи с дымовыми трубами появились на западе Европы лет семьсот тому назад, а у нас в России еще позже. Перед Октябрьской революцией в российских в деревнях еще были кое-где «черные», или «курные», избы, которые отапливались печами без труб. Во время топки приходилось открывать дверь на улицу. Чтобы спастись от дыма и холода, ребятишки укладывались среди бела дня спать, укрывшись с головой шубами и тулупами.

Вместо костра горящая щепка

Для освещения жилища незачем было разжигать целый костер, когда для этого достаточно было одной щепки, одной лучины. От очага в доме бывало и дымно, и жарко, да и дров он съедал немало. Вот люди и заменили кучу хвороста одной горящей щепкой — лучиной. От сухого ровного полена откалывали щепку длиной в аршин и зажигали. Лучина была замечательным изобретением. Недаром она просуществовала много веков — почти до нашего времени. Но заставить лучину гореть было совсем не так просто.

Первый факел получили, обмакивая ветку в смолу.

Всякий, кому приходилось ставить самовар, знает, что растопку нужно держать наклонно — горящим концом вниз, иначе она погаснет. А почему? Пламя всегда поднимается вверх по дереву. Это оттого, что воздух около горящего дерева нагревается. А теплый воздух легче холодного. Он поднимается вверх и тянет за собой пламя. Вот поэтому и приходилось держать лучину слегка наклонно, горящим концом вниз — иначе она погасла бы. Но нельзя же было держать ее все время в руках. Поступали проще: втыкали лучину в светец – столбик на подставке. К столбику приделан был железный зажим, в котором и укрепляли лучину. Освещение это было совсем не такое плохое, как может показаться. Лучина давала очень яркий свет. Но сколько от нее было дыму и копоти, сколько с ней было хлопот! Приходилось класть под нее железный лист, чтобы не было пожара, стоять около нее, чтобы вовремя заменить сгоревшую лучину новой. Обыкновенно, в то время как взрослые работали, за лучиной присматривал кто-нибудь из детей.

При свете факелов

Не везде можно было найти подходящее дерево для лучины. Но люди не остановились перед этим препятствием. Они заметили, что особенно ярко горит лучина, сделанная из смолистого дерева. Значит, дело не столько в дереве, сколько в смоле. Стоит обмакнуть любую ветку в смолу, и получится искусственная лучина, которая будет гореть не хуже, а еще лучше настоящей. Так появился факел. Факелы горели очень ярко. Ими освещали целые залы во время торжественных пиров. Рассказывают, что в замке рыцаря Гастона де-Фуа двенадцать слуг держали в руках факелы, стоя вокруг стола во время ужина. В королевских дворцах нередко факелы держали в руках не живые слуги, а серебряные статуи. Факелы, как и лучины, сохранились до нашего времени.

Первая лампа

В одной пещере во Франции археологи нашли вместе с кремниевыми скребками и гарпунами из оленьего рога небольшую плоскую чашку, вырезанную из песчаника. Округлое дно чашки было покрыто каким-то черным налетом. Когда налет исследовали в лаборатории, оказалось, что это нагар, который образовался оттого, что в чашке сжигали сало. Так была найдена первая лампа, освещавшая человеческое жилье еще в те времена, когда люди жили в пещерах.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...