История освещения – от древнего огня до современных светодиодов

Все мы ежедневно, не задумываясь, пользуемся такой замечательной вещью, как электрическое освещение. Лампы стали для нас такой же неотъемлемой частью быта, как зубные щетки, но мало кто помнит и знает о том, как в действительности происходило развитие приборов освещения, чей вклад в становление электроэнергетики самый значительный, и о том, как американцы в очередной раз «нагрели руки» на изысканиях всего человечества.

Итак, тема сегодняшнего повествования – это история освещения, как она есть, с озвучиванием фактов и дат, за которыми кроются великие открытия и неустанный труд великих изобретателей.

Доэлектрическая  эпоха

Как и любая историческая тема, развитие электричества будет невозможно уместить в полном объеме в обычной статье. Но мы постараемся упомнить самые важные вехи данного процесса, и вспомним ученых, которые дни и ночи напролет делали свою работу, чтобы сегодня мы с вами: ездили на авто, смотрели телевизор, пользовались смартфонами и освещали свое жилище по ночам.

Игра с огнем

Принято считать, что первым источником огня для древнего человека (назовем его Укротителем) стала молния, ударявшая по деревьям и воспламеняя их. Любопытный и смелый Укротитель приблизился к костру и почувствовал тепло, которое он дает.

Тогда у Укротителя мелькнула мысль (напомним, что сегодня ученые склонны считать, что у древнего человека мозг работал намного лучше, чем у его современника, так как ему постоянно приходилось решать проблему выживания, что делало его ум острым и быстрым), почему я мерзну по ночам в своем убежище, ведь можно его обогреть. Он взял горящую ветку, и радостный побежал домой.

С тех пор Укротитель и все его многочисленные родственники и потомки научились не только греться у костра, но и готовить на нем вкусную горячую пищу, освещать им пространство вокруг себя, найти ему религиозное применение, а самое главное – самостоятельно разжигать пламя, так как новая молния может не ударить поблизости годами, а то и десятилетиями.

Приспособления для огня также изменялись со временем:

• Первоначально огонь горел посреди каменной пещеры, равномерно нагревая и освещая пространство вокруг себя.
• Затем костер поместили в специальное место, названное очагом, чтобы защитить себя и маленьких детей от ожогов и травм.

• На Руси придумали использовать в качестве источника света зажженную щепу, называемую лучиной. Принцип весьма прост – ее закрепляли под углом на подставке с металлическим наконечником (светец) и поджигали нижний конец. Под огонь ставили металлический лист или сосуд с водой, чтобы уберечь дом от пожара.
• Люди со временем стали открывать все новые вещества, которые могут поддерживать горение. В ход пошли различные масла и смолы, благодаря которым появились новые источники освещения – масляные горелки и факелы.

• Теперь стало намного проще освещать большие пространства. Лампы горели долго, и давали хоть и тусклое, но равномерное освещение. Спустя много лет такие горелки стали применять и для уличного освещения.

• В царских замках и городских ратушах появились специальные служащие, ответственные за горение таких ламп.

• Но история развития освещения огнем на этом не остановилась. Через много тысяч лет появились жировые свечи. Свойства горения жира стали известны человеку, еще задолго до этого, просто найти практическое применение этой информации ранее не получалось. Автор статьи даже представить себе не может, сколько потребовалось времени и усилий, чтобы додуматься, что тонкую палочку нужно окунуть в растопленный жир и дать ему затвердеть. Воистину, человеческие ум и усердие безграничны!

• На этом использование огня, как источника света не заканчивается. В 1790 году французский инженер Филипп Лебон начал работать над процессами перегонки сухой древесины и вскоре смог выделить газ, горение которого было намного ярче, чем у любого другого на тот день светового прибора. Некоторое время он продолжал свои эксперименты, усовершенствуя процесс, и вскоре свет увидел первый газовый рожок, на который Филипп получил патент.

• Первой в мире улицей, освещенной газовыми горелками, считается лондонская Пэлл Мэлл – в 1807 году король Георг IV распорядился об этом, так как улица считалась самой оживленной и требовала регулировки движения.

• В Россию газовое освещение улиц и площадей попало спустя более 50-ти лет – на улицах Петербурга и Москвы такие фонари появились в 60-х годах 19 века.

Газовое освещение стало настоящим переворотом в науке и технике того времени. Первые горелки были далеки от совершенства и частенько становили причиной пожаров, но со временем их конструкция дорабатывалась, и они продолжали служить человеку. Такие светильники использовались еще очень долго, даже после появления электрического света.

Электричество и освещение на нем

Ну вот, мы и добрались до самого интересного – и это история электрического освещения. Трудно переоценить роль электрического света в жизни современного человека, так как на нем завязано абсолютно все! Сегодня отсутствие лампочки в подъезде – это настоящая трагедия для его жильцов.

Итак, сама история как наука вызывает много вопросов. Многие современные авторитетные ученые склонны считать, что историческая действительность далека от той, которую нам преподают сегодня в школе.

Мы оставим дискуссии по этому вопросу для профессионалов, нас же интересует история создания электрического освещения, которую можно смело назвать достоверной, так как она, по большей части, развивалась в последние 250 лет, и не отдалена от нас пылью времен.

Основные исторические вехи эры электричества и эпилог

Прежде всего, подробнее опишем проникновение электрического света в нашу жизнь и вспомним обо всех основных событиях и открытиях, которые способствовали приходу и развитию такого освещения. Мы расскажем о видных ученых, имена которых несправедливо забыты на сегодняшний день.

• 1780 год – созданы водородные лампы, в которых впервые за всю историю для розжига используется электрическая искра.
• 1802 год – открыто свечение накаленной проволоки из платины и золота.

• 1802 год – русский ученый, физик-экспериментатор Василий Владимирович Петров, самостоятельно обучавшийся электротехнике, открывает явление электрической дуги между двумя угольными стержнями. Помимо светового излучения, он открывает и доказывает практическое применение данного эффекта для сварки и плавки металлов, а также восстановления их из руд. Петров делает еще ряд важных открытий, поэтому он по праву называется отцом отечественной электротехники.
• 1802 год – В.В. Петров открывает эффект свечения тлеющего разряда.
• 1820 год – английский астроном Уоррен де ла Рю демонстрирует первую из известных ламп накаливания.

• 1840 год – немецкий физик Уильям Роберт Грове впервые применяет для разогрева нити накаливания электрический ток.

• 1841 год – английский изобретатель Ф. Молейнс патентует свою лампочку, в которой светился порошковый уголь, помещенный между двумя платиновыми стержнями.
• 1844 год – Американский ученый Старр пытается создать лампы с угольной нитью, но результаты его опытов неоднозначны.
• 1845 год – в Лондоне Кинг получает патент на применение нитей накаливания из угля и металла для освещения.

• 1854 год – Генрих Гебель, находясь в Америке, впервые создает лампу с тонкой угольной нитью. Ей он освещает витрину своего магазина, в котором он продавал сделанные им часы.
• 1860 год – в Англии появляются первые газоразрядные ртутные трубки.

• 1872 год – русский электротехник Лодыгин демонстрирует свои лампы накаливания, освещая ими аудитории технологического университета в Петербурге по улице Одесской. Спустя два года он получает патент на свое изобретение сразу в нескольких странах.
• 1874 год – Павел Николаевич Яблочков, русский военный инженер, электротехник и предприниматель создает первую установку в мире для освещения железной дороги электрическим прожектором, установленным на носу локомотива.

• 1876 год – П.Н. Яблочков изобретает свечу из двух угольных стержней разделенных диэлектриком (каолином). Данное изобретения стало переворотом в электротехнике и стало использоваться повсеместно для освещения городов. Подробнее поговорим об этом в следующей главе.
• 1877 год – Макссим, американский изобретатель, делает лампу из платиновой ленты без прозрачной колбы.
• 1878 год – Сванн, английский ученый, демонстрирует свою лампу с угольным стержнем.

Позволим себе небольшое лирическое отступление. Где же во всей этой череде открытий спрятался всем известный изобретатель Томас Эдисон?

Несмотря на то, что сам Эдисон провел своими руками около 1200 опытов с лампами, его можно скорее назвать талантливым предпринимателем, сумевшим доработать конструкцию ламп. Дело в том, что основные эффекты и типы ламп на тот момент уже были изобретены.

Эдисон скупает все необходимые патенты, объединяет технологии и изобретает патрон для ламп накаливания, который нам знаком и по сей день. Мы не умаляем заслуг знаменитого американского изобретателя, просто несправедливо считать, что лампа накаливания – это только его рук дело.

В лампах Эдисона используется тот же принцип, что и в свечах Яблочкова, с той лишь разницей, что вся конструкция помещена в вакуумную колбу, благодаря чему лампа стала работать намного дольше.

В 1880 году Томас Эдисон получает патент на свое изобретение и начинает массовое производство, которое набирает обороты год от года. Эдисон стал богачом, тогда как Яблочков умирает в 1894 году в Саратове в нищете.

Двигаемся дальше:

• 1897 год – немецкий ученый Вальтер Нернст создает лампы накаливания с металлический нитью. За основу взята лампа Эдисона.
• 1901 год – начало 20 века. Купер-Хьюит изобретает ртутную лампу низкого давления.

• 1902 год – русских ученый германского происхождения Больтон использует для нити накаливания тантал.

• 1905 год – Ауэр использует для нити накаливания вольфрам и осмий.
• 1906 год – Кух изобретает ртутную лампу высокого давления.
• 1920 год – открыт галогенный цикл.
• 1913 год – Лангье изобретает газонаполненную лампу с вольфрамовой спиралью.

• 1931 год – Пирани представляет свою натриевую лампу низкого давления.
• 1946 год – Шульц создает ксеноновую лампу. В этом же году появляется ртутная лампа высокого давления с люминофором.
• 1958 год – создаются первые галогенные лампы накаливания.
• 1960 год – ртутные лампы высокого давления и с йодистыми добавками.
• 1961 год – изобретена первая натриевая лампа высокого давления.

• 1962 год – Ник Холоньяк создает для компании General Electric первый видимый светодиод. Кстати, данная компания основана еще Томасом Эдисоном.
• 1982 год – теперь галогенная лампа может работать на низком напряжении.
• 1983 год – люминесцентные лампы становятся компактными.
• 2006 год – появления на рынке светодиодных ламп для домашнего пользования.

На самом деле перечисленный список далеко не полон. В него можно было включить еще открытия многих эффектов, но у нас, к сожалению, ограничено место, и мы выбрали самые на наш взгляд важные.

Если же вам интересно погрузиться в данный вопрос глубже, то ищите информацию в интернете или в научных справочниках.

Роль Яблочкова в развитии электроэнергетики

Как же не поговорить о самом электричестве, и открытиях связанных с ним. Первые опыты ученых начались еще в далеком 1650 году. Именно с тех пор многие ученые «заболели» этим вопросом, и результатом их трудов стало создание электрических механических машин.

Начиная с середины 19 века наметился рост применения электрических двигателей. Техника с таким приводом начала понемногу вытеснять паровые машины.

Этому немало способствовало внедрение в производство, так называемой «свечи Яблочкова». Ни одно изобретение до этого не получало такого быстрого и широкого распространения.

Это был настоящий триумф русского изобретателя, которому принадлежит и очень много других открытий:

• Яблочков придумал способ, как подключать к источнику питания произвольное количество ламп. До него до этого не додумался никто, и каждая лампа запитывалась отдельной динамо-машиной.
• Петр Николаевич придумал и собрал первый трансформатор электрического тока.
• Яблочков научился применять переменный ток, что до него считалось опасным и не находящим практического применения.
• Создал первый генератор переменного тока.
• Он придумал еще несколько источников света.
• Создал множество электрических машин.
• Изобрел первый гальванический автомобильный аккумулятор.

Сегодня многие идеи, озвученные талантливым русским ученым,  находят новое применение в электротехнике, но начал он свою карьеру с того, что попытался усовершенствовать регулятор Фуко, распространенный в то время.

В 1974 году из Москвы в Крым должен был отправиться правительственный поезд, и администрация Московско-Курской железной дороги решила осветить проезд в целях повышения безопасности. Они обратились к Яблочкову, который, как ходили слухи, интересовался электрической энергией.

Яблочков размещает на локомотиве свой прожектор, работающий по принципу образования электрической дуги. Дуговую лампу нужно было постоянно регулировать из-за того, что электрическая дуга возникала лишь при соблюдении определенного расстояния между угольными стержнями. Сами же стержни во время работы выгорали, поэтому и требовался регулирующий механизм, который с нужной скоростью будет двигать стержни навстречу друг другу.

Результат эксперимента показал, что конструкцию регулятора нужно упрощать, так как она требовала к себе постоянного внимания, и Яблочков стал думать над этой проблемой. Попутно он проводил опыты по электролизу раствора поваренной соли.

По ходу одного из таких экспериментов, параллельно расположенные угли в солевом растворе коснулись друг друга, и моментально вспыхнула яркая электрическая дуга. Тут-то, принцип работы лампы без регулятора и пришел ученому в голову.

В 1975 году Яблочков везет в Париж сделанную им динамо-машину и подает заявку на патент. В докладе на заседании Французского общества физиков он сообщил принципы работы своего изобретения и продемонстрировал их в действии.

15 апреля 1876 года, находясь в Лондоне, Яблочков публично демонстрирует работу своей свечи на выставке физических приборов. Многочисленная публика была в восторге. Именно эта дата считается триумфальной в биографии ученого.

Далее следует  быстрое распространение новинки, но в 1881 году миру была представлена лампа накаливания, которая могла работать до 1000 часов. Новинка была намного экономичнее, поэтому цена использования электроэнергии стала заметно меньше.

Современные лампы для освещения

Как ни странно, но сегодня мы по-прежнему пользуемся и лампами Эдисона и «свечами Яблочкова». И если первые доживают свой век, вытесняемые люминесцентными и светодиодными аналогами, то вторые получили полное перерождение.

Электрическая световая дуга снова вернулась к нам в виде галогеновых автомобильных ламп. Использование галогенов позволило продлить срок службы нити накаливания. Это же позволило создавать лампы большей мощности.

Конечно, данные лампы изготавливаются по новым технологиям и в них применяются совсем другие материалы, чем 140 лет назад, но основной принцип работы остался тем же, что и раньше.

Чем же мы пользуемся для освещения сегодня? Очень широкое распространение получили люминесцентные лампы. Их используют для уличного освещения, освещения производств, школ, детских садов и дома. В 80-х годах прошлого века такие лампы научились делать компактными, что позволило устанавливать их в люстры и настольные светильники.

По-другому, современные люминесцентные лампы называются энергосберегающими, и это не единственный их плюс:

1. Применение таких ламп позволило сократить потребление электроэнергии на освещение в 6-7 раз;
2. Они пожаробезопасны, так как сильно не нагреваются во время работы;

Минусов у таких ламп тоже хватает:

1. Цена – самый главный из них. Средняя стоимость такой лампы составляет 200-300 рублей, и это относится к низкокачественному сегменту.
2. Лампы имеют спиралевидную форму, что подходит по эстетическим соображениям не к каждому светильнику. Правда, со временем их научились помещать в дополнительные колбы различной формы.

3. Утилизация энергосберегающих ламп – это целая проблема, так как в их составе есть ртуть, пары которой считаются очень ядовитыми.

Как вы понимаете, минусы весьма серьезны. Это и подтолкнуло технику к новому скачку – в качестве основного источника света стали применяться светодиоды.

Светодиоды хоть и были открыты еще в середине 20 века, но использоваться, как лампы, они стали лишь в начале 21-го. Причина кроется в том, что светодиоды излучают в очень узком диапазоне, что мешало создать источник света, приемлемый для глаза человека. К тому же данное световое излучение несовместимо с человеческим зрением и способно нанести ему вред.

Все указанные причины потянули за собой долгую стадию разработок, в течение которых большинство получилось разрешить, и с 2006 года светодиоды становятся полноценным источником света.

Их приход ознаменовал следующие выгоды для приобретателей:

• Расход энергии сократился даже по сравнению с люминесцентными энергосберегающими оппонентами;
• Тепловыделение таких ламп находится на очень низком уровне и направлено не в сторону излучения, а в цоколь лампы, который все равно холоднее, чем у конкурентов;
• Длительный срок службы, рассчитанный на многократный цикл включений выключений. По этому параметру ни одна другая лампа не дотягивает до светодиодов;
• Цветовой спектр – недостаток превратился в преимущество, так как разнообразие цветового излучения стало очень велико;
• Простая утилизация – чтобы выбросить лампу не нужно беспокоиться о последствиях или бежать в пункт приема;
• Лампы из светодиодов экологичны – при их работе не выделяется никаких вредных веществ;
• Корпуса многих светодиодных ламп изготавливают из прочного пластика, способного легко пережить падение с высоты в несколько метров

Но как водится, не обошлось и без минусов, которые мы тоже обязаны озвучить:

• В некоторых лампочках наблюдается мерцание, невидимое глазу. Это относится к дешевым изделиям из Китая и прочих азиатских стран. Такие лампы способны нанести вред здоровью человека.
• Те же недорогие изделия могут излучать во вредном для глаз человека спектре.
• Излучение света у светодиода происходит строго в одном направлении, что делает угол освещенности очень маленьким, по сравнению с оппонентами. Для решения проблемы сконструированы лампы типа «кукуруза», как на одном из фото выше. В них светодиоды располагаются вокруг центрального стержня, чем и напоминают початок культуры, в честь которой названы.
• Со временем отдельные светодиоды в лампе могут сгорать, что вызывает падение яркости. С одной стороны лампа продолжает работать, но с другой – ее мощности уже может не хватить для комфортного использования, и замена неизбежна.

Раньше к недостаткам можно было отнести и цену светодиодных ламп, но в последнее время они становятся все более доступными. Так, например, неплохая лампа может быть куплена за 150 руб. Продукция известных брендов, типа «Phillips», по-прежнему стоит очень дорого (от 500 до 2000 рублей).

Совет! Ответить на вопрос, какую лампу выбрать сегодня не так-то и просто! Подробнее узнать о современных осветительных приборах поможет видео, которое мы прилагаем к статье.

Отсюда сделаем свой вывод, что эволюция осветительных приборов еще далека от завершения. Но то, что мы используем сегодня уже близко к этому. Кто знает, но может быть завтра, откроют что-то концептуально новое, и светодиоды тоже станут частью истории, но пока, их смело можно назвать вершиной развития приборов освещения.

История развития электрического освещения, кратко описанная в нашей статье, озвучена далеко не полностью. Ее творила не одна тысяча светлых умов, каждый их которых внес свою лепту в это интересное дело. И каким бы мизерным этот вклад не казался, без данного шага могло бы и не быть следующих. Ну, а мы стараемся не забывать свою историю, и рассказываем о ней своим читателям. На этом все! Всего наилучшего!