История развития технологий ламп

Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ ВПО «Белгородский Государственный технический университет им. В.Г.Шухова»

Губкинский филиал 
 
 
 
 
 

Реферат по Истории и философии науки и техники

На тему: «История развития технологий ламп» 
 
 
 
 
 

Выполнил:

Студент  гр ПВ-21

                                Денисов А.А.

Проверил:

Ковалев В.И. 
 
 
 
 
 

Губкин 2010

     Содержание 

     1. Введение

     2. История развития технологий ламп

     3. Заключение

     4. Список используемой литературы

      Введение 

     Мы живём в мире света и созданных им изображений. Солнечный свет был началом жизни и колыбелью Человека на Земле. Сознание человека стало определяться его образным мышлением. Природный свет, рождённый солнцем, создал для нас огромный мир ощущений и дал нам возможность определить своё отношение к окружающему нас миру, а свет искусственный стал началом человеческой цивилизации. Сегодня электрический свет определяет качество нашей жизни и комфортность состояния человека. Плохой свет, как и плохие очки, может стать причиной усталости, раздражительности, плохого настроения и других неприятных последствий. Искусство освещения пытаются постичь миллионы людей, обустраивая своё жилище и рабочее место. Принимаясь за улучшение светового комфорта и уюта в собственном доме или квартире, полезно иметь хотя бы самые элементарные сведения о светотехнике и правилах рационального освещения.

     Улучшение светового комфорта в домашних условиях и на работе создаёт человеку не только настроение, но и позволяет длительное время сохранять работоспособность; а правильный световой дизайн и хорошо подобранная цветовая гамма окружающей обстановки определяют внутреннее состояние и помогают сохранить здоровье. Следует, конечно, не забывать, что здоровый образ жизни мы связываем со светлой и приятной глазу окружающей обстановкой, которая создаёт нам запас прочности во всех наших начинаниях в жизни. 
 
 
 
 
 

История развития технологий ламп 

     Назначение искусственного освещения - создать благоприятные условия видимости, сохранить хорошее самочувствие человека и уменьшить утомляемость глаз. При искусственном освещении все предметы выглядят иначе, чем при дневном свете. Это происходит потому, что изменяется положение, спектральный состав и интенсивность источников излучения.  
История искусственного освещения началась тогда, когда человек стал использовать огонь. Костер, факел и лучина стали первыми искусственными источниками света.

      В эпоху античности у греков появилась масляная -- светильник, работающий на основе сгорания масла. Принцип действия: в некую ёмкость заливается масло, туда опускается фитиль -- верёвка, состоящая из растительных или искусственных волокон, по которым, согласно свойству капиллярного эффекта масло поднимается наверх. Второй конец фитиля, закреплённый над маслом, поджигается, и масло, поднимаясь по фитилю, горит. В древние времена масляные лампы вылепляли из глины, или изготовляли из меди. Лампа коптила много столетий, потому что ламповое стекло изобрели лишь во второй половине XVIII века.

     Технологии развивались и пришло время керосиновой лампы. Первая керосиновая лампа была описана еще Ар-Рази в Багдаде IX века. Современная керосиновая лампа была изобретена аптекарями Игнатием Лукасевичем и Яном Зехом в 1853 году во Львове. Керосиновая лампа -- светильник на основе сгорания керосина -- продукта перегонки нефти. Принцип действия лампы примерно такой же, что и у масляной лампы: в ёмкость заливается керосин, опускается фитиль. Другой конец фитиля зажат поднимающим механизмом в горелке, сконструированной таким образом, чтобы воздух подтекал снизу. В отличие от масляной лампы, у керосиновой фитиль плетёный. Сверху горелки устанавливается ламповое стекло -- для обеспечения тяги, а также для защиты пламени от ветра.

     Примерно в то же время наряду с керосиновыми лампами существовали и спиртокалильные лампы -- в них горел спирт. Затем керосин и спирт заменили светильным газом. Газ получали при нагревании каменного угля в ретортах. Реторты -- это большие металлические или глиняные полые сосуды, которые наполняли углем и нагревали в печи. Выделившийся газ очищали и собирали в сооружениях для хранения светильного газа - газгольдерах. Световая отдача таких источников была очень мала из-за низкой цветовой температуры пламени. Она не превышала 2000 К.

     Создание электрогенераторов постоянного тока с приводом от паровой машины позволило широко использовать возможности электричества. В первую очередь изобретатели позаботились об источниках света и обратили внимание на свойства электрической дуги, которую впервые наблюдал Василий Владимирович Петров в 1802 году. Ослепительно яркий свет позволял надеяться, что люди смогут отказаться от свечей, лучины, керосиновой лампы и даже газовых фонарей.

     В дуговых светильниках приходилось постоянно пододвигать поставленные "носами" друг к другу электроды - они достаточно быстро выгорали. Сначала их сдвигали вручную, затем появились десятки регуляторов, самым простым из которых был регулятор Аршро. Светильник состоял из неподвижного положительного электрода, закрепленного на кронштейне, и подвижного отрицательного, соединенного с регулятором. Регулятор состоял из катушки и блока с грузом.

     При включении светильника через катушку протекал ток, сердечник втягивался в катушку и отводил отрицательный электрод от положительного. Дуга поджигалась автоматически. При уменьшении тока втягивающее усилие катушки уменьшалось и отрицательный электрод поднимался под действием груза. Широкого распространения эта и другие системы не получили из-за низкой надежности.

     В 1875 году Павел Николаевич Яблочков предложил надежное и простое решение. Он расположил угольные электроды параллельно, разделив их изолирующим слоем. Изобретение имело колоссальный успех, и "свеча Яблочкова" или "Русский свет" нашел широкое распространение в Европе.

     11 июля 1874 года российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд.

     В то же время, другой изобретатель электрической лампочки, по другую сторону Атлантики, впервые задумался об использовании электрического освещения, когда газовая компания отключила газ в его мастерской за неуплату. Его имя - Томас Алва Эдисон. На Всемирной выставке в 1881 г. он представил разработанную им систему освещения. Позднее его современник Эмиль Ратенау* так описал свои впечатления: "По тогдашним понятиям гигантский генератор тока, названный "Джумбо", по своей конструкции и мощности намного уступал современным колоссам. Однако впервые были созданы машины, которые могли претендовать на это название. В центре новой системы находился шедевр - лампа накаливания с угольной нитью. Система освещения Эдисона была настолько продумана до мельчайших деталей и мастерски выполнена, что высказывалось мнение, будто она десятилетиями опробовалась в многочисленных городах".

     В 1878 году Эдисон обратился к нерешенной проблеме электрического освещения в быту. Электрическому свету нужно было выдержать конкуренцию в цене, яркости и удобстве с газовым рожком. Прежде чем приступить к лабораторным исследованиям, Эдисон до тонкостей изучил газовую промышленность. На бумаге он разработал план центральной электростанции и схему радиальных линий к домам и фабрикам. Затем он подсчитал стоимость меди и других материалов, которые потребуются для изготовления ламп и добычи электроэнергии с помощью динамомашин, движимых паром. Анализ этих цифр определил не только размеры лампы, но и цену ее, равнявшуюся 40 центам.

     Когда Эдисон убедился, что сможет решить проблему электрического освещения, он принялся работать над лампой с угольной нитью накаливания, помещенной в стеклянный шар, из которого выкачан воздух. 27 января 1880 года Эдисон получил патент на изобретение №223898.

     Сама по себе мысль была не новой, если не считать того, что по конструкции лампа Эдисона отличалась от своих предшественниц. Главное его достижение - это исчерпывающее изучение материалов и то, что он в удивительно короткий срок нашел наиболее эффективный и надежный уголь для нити накаливания.

     Первые нити накаливания представляли собой обыкновенные швейные нитки, покрытые углем. Они могли находиться в раскаленном виде в течение сорока часов. Эдисон перепробовал все вещества, содержащие углерод: продукты питания, смолы - в общем счете шесть тысяч разновидностей растительного волокна. Лучший результат показал бамбук, особенно тот сорт бамбука, из которого был сделан футляр японского пальмового веера.

     Но планы Эдисона были значительно шире, чем усовершенствование электрической лампы. "Все это настолько ново, - говорил Эдисон, - что каждый шаг делаешь в потемках. Нужно создавать динамомашину, лампы, проводники и думать о тысяче вещей, о которых еще никто никогда не слышал". Эдисон употреблял термины, применяемые в газовом освещении: динамомашины соответствовали газовым резервуарам; изолированные провода, уложенные вдоль улиц, были эквивалентом газовых труб.

     Предстояло еще изобрести электрические счетчики по аналогии с газовыми для измерения потребления энергии.

     Эдисон сконструировал двухфазный генератор, тем самым решив проблему, казавшуюся безнадежной даже ведущим электрикам того времени. Люди, которые высмеивали Эдисона за его невежество в теоретических вопросах, не могли поверить, что можно изобрести динамомашину, которая работала бы в условиях меняющейся электрической нагрузки. Ведь потребители все время включают и выключают свет в доме или в разных домах на одной улице. Динамомашина Эдисона была построена вопреки всем канонам конструкторской науки того времени, но он и на этот раз оказался прав.

     В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает несколько типов ламп с нитями накала из тугоплавких металлов. Лодыгин первым предложил применять в лампах вольфрамовые нити (в современных электрических лампочках нити накала именно из вольфрама) и закручивать нить накаливания в форме спирали. Также Лодыгин первым стал откачивать из ламп воздух, чем увеличил их срок службы во много раз. Другим изобретением Лодыгина, направленным на увеличение срока службы ламп, было наполнение их инертным газом.

     С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью накаливания из окиси магния, тория, циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить из металлического осмия (лампа Ауэра) и тантала (лампа Больтона и Фейерлейна).

     В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и Франьо Ханаман получили патент за № 34541 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. В том же 1906 г. в США он построил и пустил в ход завод по электрохимическому получению вольфрама, хрома, титана. 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.

     Конкуренция ламп накаливания появилась с разработкой поколения разрядных ламп в 30-х годах XX-го века: люминесцентных и ртутных ламп, обладающих двумя выдающимися преимуществами: в несколько раз высокой энергоэкономичностью и продолжительностью работы. Несмотря на большую стоимость, необходимость применения для их включения и работы специальных пускорегулирующих аппаратов (ПРА) и многие другие недостатки, эти лампы стали быстро вытеснять лампы накаливания, и в первую очередь это коснулось областей промышленного и уличного освещения. С 50-х годов люминесцентные лампы стали занимать прочные позиции в освещении помещений общественных зданий (классы и аудитории, офисы, больницы и др.). В конце 60-х разрядные лампы пополнились новым классом - металлогалогенными лампами, которые, сохраняя преимущества ртутных ламп высокого давления (ДРЛ), отличаются более высокими показателями энергоэкономичности и цветопередачи.

     Наиболее широко эти лампы стали применяться сначала в освещении спортивных сооружений (для обеспечения требований ТВ - трансляций). Вершиной в разработке энергоэкономичных ламп следует считать натриевые лампы высокого давления с жёлто - золотистым светом. Одна такая лампа мощностью 400 Вт заменяет лампу ДРЛ мощностью 1000 Вт и 10 ламп накаливания по 300 Вт каждая. Из-за недостаточной цветопередачи эти лампы в первую очередь применяются в уличном освещении. Для расширения области применения разрядных ламп в жилых и общественных зданиях в 70-х годах были разработаны компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), в том числе с таким же цоколем, как и у лампы накаливания. Ввернув такую лампу в обычный светильник, можно снизить его мощность в 5-6 раз (например, КЛЛ мощностью 13 Вт заменит лампу накаливания мощностью 75 Вт). В те же годы для подсветки экспозиций на выставках и в музеях появились галогенные лампы, отличающиеся от обычных исключительной компактностью, в 1,5-2 раза большими экономичностью и сроком службы. Наиболее эффективны и безопасны лампы, рассчитанные на напряжение 12 В, хотя при сетевом напряжении они и требуют установки понижающих трансформаторов. Сегодня зеркальные галогенные лампы накаливания стали эффективным и престижным источником света в освещении офисов, банков, ресторанов, магазинов и др. помещений.

     Современную историю источников света удивительные по продолжительности работы "вечные" лампы с новым принципом действия . Это так называемые компактные безэлектродные высокочастотные люминесцентные лампы типа QL мощностью 85 Вт и сроком службы 60 тыс. часов, не уступающие по другим характеристикам лучшим разрядным лампам. Представленные в начале 90-х годов фирмой Philips, эти лампы находят всё большее применение, особенно в странах северной Европы. Совсем недавно они были использованы при модернизации освещения большой учебной аудитории в Финляндию. Авторы проекта утверждают, что очередная замена ламп будет проведена в 2025 году. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение 

     Свет - это важнейшее изобразительное средство управления формой объектов: он может повысить её выразительность и способен разрушить её. Для лучшего выявления формы нужно выбрать преимущественное направление падения света; при равномерном освещении объёмного элемента со всех сторон он может показаться плоским. Необходимый моделирующий эффект можно получить при правильно выбранном сочетании общего рассеянного или отражённого освещения с прямым направленным светом; при освещении объектов с глубоким ярко выраженным рельефом чаще всего превалирующую роль должен играть мягкий рассеянный или отражённый свет (к этому случаю относится и освещение лица человека).

     При применении светильников направленного света необходимо тщательно проверить возможности образования нежелательных падающих теней, способных разрушить форму и освещаемого, и близлежащего объектов, и интерьера в целом. При целенаправленном использовании падающих теней можно создавать на плоскостях помещения светографические изображения и разнообразные световые ритмы, обогащая форму и пластику интерьера.

     Чёрный и синий цвета зрительно уменьшают размеры объекта, а белый и красный - увеличивают.

     Создание светоцветового комфорта, отличающегося уравновешенной световой обстановкой - важнейшая задача в дизайне интерьера, предназначенного для работы или спокойного отдыха. К основным составляющим светового комфорта относят: достаточные для выполнения заданной зрительной работы уровни освещённости; пониженные уровни прямой и отражённой блескости; баланс яркостей и цветностей пола, потолка, стен а также зоны зрительной работы; увязанной с цветовой отделкой, цветовую тональность искусственного освещения; повышенные цветопередающие свойства источников света и малую пульсацию освещённости на рабочем месте.

     При декоративном оформлении интерьера следует учитывать следующие особенности и рекомендации, связанные с мерами снижения повреждающего действия света на материалы и изделия:

     наименее устойчивыми к действию света являются фотографии, рукописи и документы; произведения живописи (акварель, темпера или пастель) и графики; гобелены, кружева и одежда; коллекции марок или насекомых;

     для таких изделий уровни освещённости по нормам музейного освещения должны быть не выше 50 лк;

     наименьшим повреждающим свойством обладают лампы накаливания, наибольшим - естественный свет, особенно прямой солнечный;

     на выцветание наибольшее действие оказывает УФ, а на высыхание и коробление - ИК излучение;

     наиболее ценные и нестойкие к свету изделия предпочтительнее располагать в глубине помещения или в зонах без естественного света.

Список используемой литературы 

     1. "Азбука освещения", авт.В.И Петров, издательство "ВИГМА"

      1999г.

     2. Журнал "Иллюминатор", выпуск №2, 2002г.

     3. "Что такое. Кто такой." Том 3. Главный редактор А.Г Банников,

     издательство "Педагогика" 1978г.

     4. "Справочник школьника 5-11 классы",Главный редактор М.Б

     Волович, издательство "АСТ-ПРЕСС", 1999г.