История электрического освещения. 2

РЕФЕРАТ

ПО  ФИЗИКЕ 

ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ОСВЕЩЕНИЯ 
 
 

УЧЕНИЦЫ 9 «А» КЛАССА

МОУ ПИСКОВСКОЙ СРЕДНЕЙ  ШКОЛЫ 

ХАРДИКОВОЙ  ВИОЛЕТТЫ 

РУКОВОДИТЕЛЬ:

БОЖКО Р.П. 
 
 
 
 
 
 
 

2004 

ПЛАН 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

      Над темой «История электрического освещения» я работала с восьмого класса. Сначала я взяла сообщение по этой теме, и оно меня так заинтересовало, что я решила работать над темой «История электрического освещения» серьезно. Мне было очень интересно узнать как же менялась лампочка.

      Те  сведения, которые я узнала по теме «Истории электрического освещения», я расскажу в своей работе. 

ОПЫТЫ ПЕТРОВА ВАСИЛИЯ  ВЛАДИМИРОВИЧА 

      С гудением вспыхнуло яркое белое  пламя и осветило комнату. Электрическое пламя! Произошло это чудо в Петербурге в 1802 году, а сотворил его профессор физики Василий Владимирович Петров. Пламя перекинулось дугой между двумя стержнями из древесного угля, по которым Петров пустил электрический ток. Обнаружились неизвестные ранее свойства электрического тока – он может дать людям электрический свет и тепло.

      Ученый  понимал, что сделал важное открытие. Но сначала его не интересовало, что дуга дает свет. Правда, он написал в книге о своих опытах, что вспыхнуло пламя «от которого темный покой довольно ясно освещен быть может». Однако гораздо больше его занимало другое свойство дуги: температура пламени такая высокая, что в ней плавятся металлы. Это действительно было очень важно, и спустя 80 лет русский инженер Николай Николаевич Бенардос изобрел способ сварки металлов с помощью электрической дуги.

      Но, прежде всего, изобретателей привлекла  головокружительная возможность, на которую Петров обратил мало внимания, создать с помощью электрического тока совершенно новый вид освещения.

      Так просто теперь нажать кнопку выключателя – и комната озарится электрическим светом, или включить рубильник – и вмиг вспыхнут тысячи фонарей, освещающих улицы города. Чтобы создать эту простоту нужны были десятилетия напряженного труда, сотни изобретений, жаркие споры, удачи и разочарования …

      80 лет прошло со дня открытия  Петрова до появления первой  годной для пользования электрической  лампы. Почему же понадобилось  так много времени? Ведь было уже известно, что дуга освещает «темный покой довольно ясно». Казалось, это как раз такой случай, когда научное изобретение можно сразу использовать в технике. Но это только казалось. Сначала открытие Петрова прошло незамеченным, книгу его забыли и через 10 лет электрическую дугу второй раз открыл английский физик Генфри Деви. Даже повторное открытие, о котором уже узнал весь мир, не помогло.

      Чтобы использовать электрическую дугу для  освещения, нужно было решить три задачи.

      Концы угольников, между которыми вспыхивала дуга, быстро сгорали в ее пламени. Расстояние между угольными стержнями  увеличивалось – и дуга гасла. Нужно было найти способ поддерживать пламя не на две-три минуты, а сотни часов – иначе говоря, создать удобный для использования электрический светильник: это была первая задача, она оказалась самой трудной.

      Кроме того, надо было найти надежный и экономичный источник света. Гальванические батареи, которыми пользовались в начале XX века, были громоздки, и ток обходился дорого, потому что расходовалось много цинка. Нужно было изобрести машину, которая вырабатывала бы дешевый электрический ток.

      И, наконец, нужно было найти способ «дробить» электрическую энергию, то есть использовать ток, который дает вырабатывающая его машина для нескольких светильников, установленных в различных местах.

      Путь  к созданию машины, вырабатывающей ток, проложило открытие великого английского физика Майкла Фарадея: если вращать магнит вокруг изолированного провода или провод вокруг магнита, то в этом проводе возникнет электрический ток. И тут оказалось нетрудным сделать  технический вывод из открытия – создать машину, вырабатывающую электрический ток вращением магнита вокруг изолированного провода. Скоро после открытия Фарадея (оно сделано в 1831 году) были построены первые такие машины – генераторы (тогда их называли динамо-машинами).

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА 

       Дуговой разряд является формой разряда при большой плотности тока и сравнительно небольшом напряжении между электродами, порядка нескольких десятков вольт. Основной причиной дугового разряда является термоэлектрическая эмиссия раскаленного катода. Электроны ускоряются электрическим полем и производят ударную ионизацию молекул газа, уменьшается электрическое сопротивление газового промежутка, и его проводимость сильно возрастает. Между электродами возникает столб ярко светящегося газа (электрическая дуга). При атмосферном давлении температура катода достигает 300⁰ С. Бомбардировка анода электронами создает в нем углубление – кратер дуги с температурой около 4000⁰ С при атмосферном давлении. Температура газа в канале электрической дуги 5000-6000⁰ С. Дуговой разряд как мощный источник света используется в прожекторах, проекционной и киноаппаратуре. 
 
 
 
 
 

ОПЫТЫ ПАВЛА НИКОЛАЕВИЧА  ЯБЛОЧКОВА 

Павел Николаевич Яблочков (1847-1894 гг.)

      Однажды молодой инженер Павел Николаевич Яблочков (1847-1894 гг.), служивший на Курской  железной дороге сделал своему начальнику неожиданное предложение: на паровозе поезда, на котором император Александр II должен был отправиться в Крым, поставить электрический фонарь для освещения пути. Фонарь представлял собой два угольных стержня, между которыми вспыхивала электрическая дуга. Механический регулятор сближал угольные стержни по мере того, как сгорали их концы. Ток давала гальваническая батарея.

      Предложение Яблочкова было принято. Фонарь хорошо освещал путь, но молодой инженер не рад был, что связался с этим делом. Две ночи напролет пришлось провести ему на паровозе, не смыкая глаз и беспрерывно направлять регулятор.

      Дуговой фонарь не был тогда, в начале 70-х  годов, совершенной невидалью. Еще в 1856 году изобретатель Александр  Шпаковский устроил в Петербурге иллюминацию с «электрическим солнцем». Пробовали дуговое освещение и в России, и во Франции, но все это были только опыты. И не только потому, что гальванические батареи – неудобный источник электрического тока. Сами угольные лампы, в сущности, никуда не годились.

      Яблочкову пришлось сидеть ночи у фонаря, поставленного  на паровозе, так как не существовало надежного регулятора, хотя над созданием  его бились многие изобретатели. Равномерное  механическое сближение углей не получалось – свет то ярко вспыхивал, то угасал.

      Яблочкова давно уже потянуло к изобретательной  работе. Особенно увлекало его все, что было связано с использованием электрического тока. После путешествия с фонарем на паровозе, он стал напряженно думать, как создать надежную дуговую лампу.

      Ушел  Яблочков со службы и чтобы совместить изобретательскую работу с заработком, открыл в Москве мастерскую физических приборов. Но талантливый изобретатель оказался очень плохим дельцом – мастерская давала одни только убытки. Яблочков так запутался в денежных делах, что решил все бросить и уехать за границу. Думал он добраться до Америки, но денег хватило только доехать до Парижа. Так он и остался.

      Не  с пустыми руками приехал Яблочков в Париж. Он привез одна из первых своих изобретений – новый тип электромагнита.

      Была  в Париже старинная  и знаменитая мастерская часов, телеграфных аппаратов  и физических приборов Бреге.

      В эту мастерскую Яблочков поступил на службу. Владелец мастерской его электромагнитом  не заинтересовался, но понял, что имеет  дело с талантливым инженером. Он дал Яблочкову заработок и возможность трудиться над новыми изобретениями. Тут Яблочков и возобновил работу над созданием электрического светильника. Он еще раз просмотрел все придуманные изобретателями регуляторы, и окончательно решил, что они никуда не годятся.

      Тогда Яблочков по-новому поставил задачу –  построить такую лампу, которая не нуждалась бы в регуляторе. Как над регуляторами не мудри, все же нужен при нем механик, иначе яркость света все время будет меняться. А это, конечно, бессмыслица – при каждой лампе держать механика!

      Упорно, днем и ночью, думал Яблочков, как  обойтись без регулятора. И так  случилось, что идея пришла внезапно, задача была решена в одно мгновение.

      И каким же простым оказалось решение! Могло показаться удивительным, что никому раньше оно не пришло в голову. Чтобы вспыхнула электрическая дуга, угольные стержни располагали один против другого. Регулятор был нужен для сближения стержней, по мере того, как сгорали их концы. Но ведь можно поставить угли параллельно, разделив их прослойкой тугоплавкого вещества, которое не проводит тока. Ни один против другого, а рядом. Тогда угли будут сгорать равномерно. Прокладка между ними сыграет примерно ту же роль, что и стеарин в свече, и никакие механизмы, никакие регуляторы не нужны.

      Вот и весь секрет изобретения, которое  скоро весь мир узнал под именем «свечи Яблочкова».

      Для прослойки между электродами  Яблочков выбрал каолин – белую  глину, из которой делают фарфор. Дело в том, что он уже прежде, незадолго  до изобретения свечи, делал опыты с каолином и другими сортами глины – пробовал помещать огнеупорные материалы в электрическую дугу, чтобы поддерживать с их помощью расстояние между угольными стержнями. Опыт не получился, но, вероятно, именно он родил мысль о параллельном расположении стержней с каолиновой прокладкой между ними.

      Уже через месяц после того,  как  изобретателя осенила эта блестящая  идея, лампа была сконструирована, и  Яблочков получил на нее патент! Это было в 1876 году! Свою электрическую свечу Яблочков поместил в стеклянный шар, и для зажигания ее придумал простое устройство: стержни сверху соединялись тонкой угольной нитью. Когда в лампу пускали ток, нить раскалялась, быстро сгорали, и между стержнями вспыхнула дуга.

      Изобретение имело огромный успех. Магазины, театры, одна из лучших улиц Парижа были освещены свечами Яблочкова. В Лондоне они осветили набережную Темзы и доки, в которых ремонтировались корабли. Яблочков стал одним из самых популярных людей в Париже, и газеты называли его изобретение «русским светом».

      Успеха  в первые годы «русский свет» не имел только на родине изобретателя – в России. Яблочкова это очень огорчало. Французские капиталисты предложили Яблочкову купить у него право на изготовление свечи для всех стран. Прежде чем дать согласие Яблочков предложил свой патент бесплатно русскому военному министерству. Ему даже не ответили на письмо. И только тогда согласился изобретатель взять 1000000 франков. Несмотря на оскорбительное молчание русского министерства, Яблочков все же мечтал, чтобы его изобретение принесло пользу родине.

      Нужен был грандиозный успех свечи  Яблочкова на Парижской выставке 1878 года, которую посетило много  русских, чтобы свечой, наконец, заинтересовались на родине изобретателя. Один из великих князей, побывав на Парижской выставке, обещал Яблочкову помочь организовать производство его ламп в России. Но ведь право на производство ламп уже было продано французским промышленникам. И вот, ради возможности работать на родине, Яблочков возвращает полученные 1000000 франков, покупает право на производство своих свечей и уезжает в Петербург.

      Сперва  все шло отлично. В Петербурге образовалось общество «Яблочков – изобретатель и кампания». Общество построили завод электрических аппаратов и при нем лабораторию для изобретателя.

      Много предстояло сделать Яблочкову. Ведь для того чтобы электрическое освещение широко распространилось, одних ламп не доставало. Необходимо было решить все три задачи.

      Техника была уже подготовлена к тому, чтобы  справиться с ними. В разных странах изобретатели предлагали то один, то другой тип машин, вырабатывающих электрический ток. Искали какой лучше, какой экономнее. Создал свой генератор и Яблочков.

      Кроме того, он нашел способ «дробить свет»  как тогда говорили, - питать током от одной машины много ламп. Поэтому завод Яблочкова мог предлагать не только «свечи», но брать на себя устройство электрического освещения полностью.

      Об  электростанциях, которые снабжали бы током целый город или часть  города, тогда еще рано было думать. Ставили небольшой генератор, и  он давал ток для Никольских ламп, расположенный недалеко одна от другой.

      Яблочков  осветил в Петербурге Литейный мост через Неву, площадь перед театром, даже некоторые заводы, на одном из них устроил соревнования, которое теперь нам кажется забавным, а тогда было вполне серьезным: сравнивали, чем лучше освещать завод – электричеством или лампами, в которых горел куриный жир.

      Оказалось, что освещение жировыми лампами  обходилось немного дешевле, но свечи Яблочкова освещали заводской цех гораздо лучше. Пять электрических фонарей заменяли сто двадцать пять жировых ламп, и это решило исход соревнования – Яблочков его выиграл.

      Но  не долгим было счастье. Года два завод  Яблочкова был завален заказами, во многих русских городах появилось электрическое освещение. И затем на завод стало поступать все меньше и меньше заказов на генераторы и свечи. Яблочков разорился и должен был снова уехать в Париж. Там он поступил на службу инженером в то самое общество, которое основал и которому отдал 1000000 франков.

      Тяжким  была судьба изобретения. Он рано умер, но все же на десять дет пережил громкую славу своей свечи. Еще один триумф достался ему на Парижской выставке 1881 года, когда свеча Яблочкова была признана лучшим способом электрического освещения. Но это был последний взлет. Все меньше пользовались свечами Яблочкова, а скоро изобретатель сам потерял к ним интерес. Последние десять лет жизни он изобрел различные электрические машины, работал талантливо, интересно. Многие идеи  позже были осуществлены, но в то время они не имели успеха. Последние деньги ушли на опыты. Нищим, больным вернулся Яблочков на родину и почти забытым миром, умер в бедном номере саратовской гостиницы.

      А так недавно еще его имя  гремело, и свеча Яблочкова победно  шествовала по столицам Европы!

      Почему  же так быстро погасла свеча? Еще не осенила Яблочкова великолепная мысль о параллельном расположении углей, еще только думал он, как можно было бы улучшить регуляторы, а не изобретенной пока электрической свече уже была приготовлена скорая гибель.

      Шла невидимая, но очень напряженная борьба двух идей. Ее исход должен был решить, по какому пути будет развиваться электрическое освещение. 

ОПЫТЫ АЛЕКСАНДРА НИКОЛАЕВИЧА  ЛОДЫГИНА 

      Александра  Николаевича Лодыгина (1847-1923)

      Александр Николаевич Лодыгин – ровесник Яблочкова. Для дворянина того времени путь его был совершенно необычен.

      Родители  отдали Лодыгина в военное училище. Но едва окончил он курс и получил  первый офицерский чин, как подал  в отставку. И – можно вообразить себе удивление знакомых – поступил простым рабочим на Тульский оружейный завод. Через некоторое время он стал слесарем, а потом поехал в Петербург – учиться в университете.

      Был у Лодыгина с детства такой  замысел- изобрести летательный  аппарат. Вероятно, это и заставило его оказаться от военной службы, приобрести навыки рабочего и начать серьезное учение..

      Лодыгин слушал лекции в университете и работал  над чертежами летательного аппарата. Но у Лодыгина не было средств превратить свою мечту в реальность.

      Дальше  пошло по поговорке: «не было бы счастья, да несчастье помогло». Вышло так, что работая над геликоптером Лодыгин изобрел … электрическую лампочку.

      Разрабатывая  проект летательного аппарата Лодыгин  задумался, как его освещать ночью. Конечно, свечи и керосиновая  лампа не годились. Сперва изобретателю показалось, что будет не слишком сложно устроить электрическое освещение. Но когда он занялся этим вопросом всерьез, то увидел, что трудностей масса. Тут надо было решить интереснейшие задачи! И они так увлекли Лодыгина, что он, кажется, не очень сильно переживал неудачу.

      Рисунок 1

      Лампочка  Лодыгина

      а и а₁ – вводы, b – угольный стерженек

      Вероятно, его ждало более глубокое разочарование, если бы геликоптер построили. Ведь вертолет, появившись на пол века позже самолета, а создание его было трудной задачей даже для техники XX века. Электромотор вряд ли мог приводить в движение летательный аппарат дольше нескольких минут. Ведь единственный способ питать током электромотор в воздухе – поставить на летательном аппарате аккумуляторы. А такой емкий и при том легкий аккумулятор в то время создать не было возможности. Может быть, когда началась постройка его аппарата на заводе в Крезе, изобретатель догадывался о грозящей ему неудаче.

      Так или иначе, он вернулся в Петербург, всецело поглощенный мыслью об электрической лампочке, а не о геликоптере.

      Как и Яблочков, Лодыгин начал опыты  с электрической дугой. Но очень  быстро от них отказался. И вот  почему: Лодыгин сделал важное наблюдение – свет раскаленных концов угольных стержней, между которыми образуется дуга, гораздо ярче, чем свет ее пламени.

      Но  если так, то зачем нужна дуга? Лучше  просто накаливать током. Что? Металл? Уголь? Это надо определить опытами. Во всяком случае источником освещения должно быть не пламя дуги, а какой-нибудь материал, накаленный током.

      Мысль не была новой – она и прежде приходила в голову изобретателям. Отлично знали, что раскаленная током проволока из металла, выдерживающего высокую температуру – например, платины, - светится. Было даже выдано в разных странах несколько патентов на электрические светильники. Но все они оказались непрактичными.

      Даже  платиновая проволока сгорала через  несколько минут. Опыты забросили, ни одной годной лампочки накаливания создать не удалось. И вдруг…

      Как-то весенним вечером 1873 года много народу шло на одну глухую Петербургскую улицу. Газеты сообщали, что в этот день там будут пробовать электрическое освещение. Очевидец этого опыта – он был тогда еще мальчиком – рассказывал потом: «Мне стоило большого труда уговорить отца отправиться со мной на Пески .. Мы были не одни. Вместе с нами шло много народу с той же целью – увидеть электрический свет. Вскоре их темноты мы попади в какую-то улицу с ярким освещением, в двух уличных фонарях керосиновые лампы были заменены лампами накаливания, изливавшими яркий белый свет. Масса народу любовалась этим освещением, этим огнем с неба. Многие принесли с собой газеты и сравнивали расстояние, на котором можно было читать при керосиновом освещении и при электрическом. А что творилось через несколько месяцев у бельевого магазина Флорана на одной из лучших улиц Петербурга. Толпы собирались у витрины, освещенной электрическими лампочками»

      Летом 1873 года инженеры, ученые получили приглашение.

      Разосланы были билеты «Товариществом электрического освещения Лодыгина и компания».

      На  вечере показывали: фонарь для освещения комнаты; сигнальный фонарь для железных дорог; подводный фонарь; уличный фонарь.

      «Каждый фонарь может быть зажжен и погашен  отдельно» - отмечалось в приглашении.

      Это было за три года до изобретения  Яблочкова. Свеча Яблочкова появилась в 1876 году, а лампочка накаливания Лодыгина – в 1873 году.

      Удивительная  энергия молодого изобретателя. Немногим больше года прошло с возвращения  Лодыгина из Парижа, а он уже успел  провести множество опытов, продумать и сконструировать свои первые лампочки, даже организовать «Товарищество электрического освещения» для их производства и продажи.

      Трудно  представить себе, что эта огромная, сложная работа была проделана за такой короткий срок.

      Чем же она была так сложна? Начал  Лодыгин с электрической дуги, после он отказался от этой идеи и стал накаливать электрическим током металлические проволоки. Так же, как и у его предшественников, проволоки светились всего несколько минут и перегорали, даже платиновые. Да и дорога платина – она ведь намного дороже золота.

      Тогда Лодыгин вернулся к углю, которым  пользовались для электрической  дуги. Но он брал не толстые угольные стержни, как для дуги, а тонкие. Помещал он угольный стержень между двумя медными держателями в стеклянный шар, пропускал по стержню ток, и уголь давал свет! Довольно яркий хотя и желтоватый. Угольный стерженек выдерживал дольше металлической нити – примерно полчаса.

      Огромная  работа была проделана, но еще большая  была впереди. Кто же станет покупать лампочки, которые светят – полчаса! Но Лодыгин уже знал, каким путем идти дальше, как лампочку совершенствовать.

      Для горения нужны воздух, а для  свечения накаленного оком угля воздух вреден, ведь сгорает то через полчаса  стержень именно из-за присутствия  кислорода, который содержится в воздухе. Не будет кислорода – не будет сгорать уголек.

      Поставил  Лодыгин в лампу два стержня  и устроил так, что сперва накалялся только один. Этот уголек очень быстро сгорал, но зато он поглощал весь кислород в лампе. А когда первый стержень перегорал, то накалялся и начинал светить второй.  Кислорода в лампе уже оставалось мало, и потому стержень светился дольше – часа два. Большое достижение, но недостаточное. Все-таки стержень перегорал. Почему? Немного кислорода в лампочке все-таки оставалось, а главное – между нижней металлической правой лампы и стеклом просачивался воздух.

      Новая задача тогда встала перед Лодыгиным: добиться того, чтобы в лампочке почти совсем не было воздуха. Выкачать большую часть насосом нетрудно. Сложнее было так изготовлять лампочки, чтобы воздух в них не просачивался снаружи.

      Простыми  средствами этого достигнуть не удалось, и Лодыгин создан не очень удобную  для пользования лампочку. Ее нижний конец погружался в масляную ванну: провода из лампы через масляную ванну к источнику тока.

      От  этого способа Ладыгин вскоре отказался и построил вместе с одним механиком лампочку, в которой можно было менять угольные стержни, когда они перегорали лампочка развинчивалась. Но этот опыт был неудобен, потому что после замены стержня надо было откачивать насосом воздух.

      Хотя  до полной удачи было еще далеко, опыта Лодыгина были признаны такими важными, что Академия Наук присудила  ему очень почетную награду –  Ломоносовскую премию. Премия была дана за то, что изобретения Лодыгина приводят «к полезным, важным и новым практическим применениям».

      Признание учеными важности его труда очень  воодушевило Лодыгина. Он упорно совершенствовал  лампочки, его мастерская выпускала  все новые и новые ее разновидности. С большим успехом устроил  он подводное освещение для постройки Литейного моста через Неву. Через несколько лет этот мост был построен, он освещался свечами Яблочкова.

      Очень много общих черт в работе и  в судьбе этих двух изобретателей. Лодыгин  был также практичен, не приспособлен к ведению денежных дел, как и  Яблочков, и «Товарищество» для изготовления и продажи лампочек Лодыгина было основано прежде, чем удалось сделать достаточно надежную лампочку, которая могла бы победить в борьбе со старыми методами освещения.

      Мастерскую  пришлось закрыть. «Товарищество» распалось и на некоторое время о лампочках Лодыгина забыли. А лауреату Ломоносовской премии пришлось, чтобы не голодать, поступить слесарем на завод.

БОРЬБА  ИДЕЙ 

      Когда Лодыгин перестал выпускать лампочки, Яблочков изобрел свою свечу. Знал ли он об опытах Лодыгина, знал ли, что можно обойтись без дуги, чтобы создать электрическое освещение?

      Знал, отлично знал. Но в том то  дело. Что между двумя изобретениями  шел горячий, долгий творческий спор – не столько словами, сколько  делами. Яблочков считал, что отказ  от дуги – ошибка Лодыгина, что никогда лампочки накаливания не смогут быть прочными и экономичными. Больше того, может быть, именно опыты Лодыгина, заставили Яблочкова заняться изобретением другого способа электрического освещения: он был уверен, что путь Лодыгина не приведет к успеху.