В XIX веке электричество считалось капризным лабораторным «монстром», которого наперегонки пытались приручить великие изобретатели. Рассказываем, как в процессе этой инженерной гонки трое знаменитых ученых навсегда победили ночь.
К началу 1870-х годов инженеры по обе стороны Атлантического океана искали способ получать свет при помощи электричества. Для этого исследователи использовали разные технологии. Одна из них — накаливание: ток пропускали через материалы с высокими сопротивлением и температурой плавления. Они нагревались и начинали светиться, но добиться стабильной работы не удавалось: рабочий элемент быстро сгорал и не давал равномерного света.
В 1872 году российский изобретатель Александр Лодыгин представил лампу с тонким угольным стержнем (около 2 мм) в стеклянной колбе. Годом позже он провел одну из первых в России демонстраций уличного электрического освещения: два электрофонаря заменили керосиновые светильники на Одесской улице в Санкт-Петербурге.
Серьезной технической проблемой ноу-хау Лодыгина стал… воздух! Для нормальной работы угольного проводника требовалось полностью удалить кислород из стеклянной колбы — иначе стержень выгорал за 30–40 минут. Существующие насосы не могли обеспечить полный вакуум: в лампе всегда оставался воздух, «съедавший» разогретый стержень.
Другой выдающийся российский изобретатель Павел Яблочков внимательно изучал опыты своих коллег. Весной 1874 года он испытывал иной электрический источник света — так называемую лампу Фуко — при освещении пути правительственного поезда из Москвы в Крым.
На паровозе установили прожектор с дуговой лампой, а Яблочков лично менял угли и регулировал горение дуги на верхней площадке локомотива. Это занимало много времени, потому изобретение Фуко так и не стало массовым в России.
Вскоре Яблочков создал собственную лампу на основе угольных стержней. Он расположил электроды параллельно — как две свечи в одном подсвечнике — и разделил их слоем каолина (белой глины). Расчет был математически точен: дуга вспыхивала лишь на самом верху, где угли соприкасались, а изолятор — слой белой глины — плавно выгорал вместе с ними. Такая конструкция поддерживала идеальный зазор между электродами без пружин и шестеренок.
Первоначально «свечи» работали около полутора часов, после чего их приходилось заменять вручную. Для обеспечения непрерывного освещения Павел Яблочков разработал автоматический подсвечник, способный вмещать до дюжины пар угольных электродов. Изобретение напоминало барабан револьвера: когда одна свеча догорала, механизм сам подключал следующую. Один такой подсвечник мог освещать улицу всю ночь.
В 1878 году на Всемирной выставке в Париже «свечи Яблочкова» произвели фурор. На проспекте Оперы установили 32 электрических фонаря, а фасад Оперного театра подсветили шестью свечами в рассеивающих шарах на столбах-канделябрах. Визуально огни создавали эффект «крупного жемчуга», протянувшегося вдоль улицы.
Европейские газеты восторженно подчеркивали первенство российского изобретения в области электрического освещения. На страницах изданий мелькали броские заголовки: «Свет приходит к нам с севера — из России», «Русский свет — чудо нашего времени». Эксперты называли разработку началом «новой эры в технике».
Хотя электрическое освещение сначала было в несколько раз дороже газового, оно доказало, что энергию можно передавать на значительное расстояние и эффективно освещать большие пространства — площади, вокзалы и проспекты.
Изобретение Яблочкова использовали для уличного освещения во многих странах Европы и Азии, но у этой технологии были серьезные ограничения. Открытая электрическая дуга шипела и поглощала кислород, поэтому в помещениях с ней становилось душно. Такие «свечи» нельзя было устанавливать на текстильных фабриках или в шахтах, где открытое пламя могло стать причиной пожара. При этом именно международный фурор изобретения показал, что электричество может стать главным источником света уже в настоящем, а не в будущем. Началась новая гонка научных исследований.
Следующий шаг в ней сделал американский электротехник Томас Эдисон. Он разработал лампу по типу свечей Лодыгина, но в герметичной колбе. Американец добился глубокого вакуума с помощью ртутного насоса Шпренгеля. Капли тяжелой ртути падали в узкую трубку, «выталкивая» пузырьки воздуха из стеклянной колбы. Это позволило создать по-настоящему глубокий вакуум — в одну миллионную атмосферы. В такой пустоте угольная нить не сгорала, а только светилась.
Подбирая материал для нити накаливания, Эдисон испытал более 6000 вариантов — от металлов до обугленных растительных волокон — и в итоге выбрал японский бамбук. После обработки его волокна превращались в прочную углеродную нить, способную долго выдерживать нагрев.
Первые лампы Эдисона работали около 40 часов, а после ряда доработок срок их службы вырос до 1000 часов. Они стали бесшумными, безопасными и известными во всем мире как лампы накаливания.
Зацепила тема? ТЭКgpt подберет, что еще почитать.
