|
Дмитро Мамонтов
Ніколи ще маленьке містечко Менло-Парк не знав такого ажіотажу. Напередодні нового, 1880 року туди, здавалося, з'їхалося населення всього штату Нью-Джерсі, а може бути, і декількох сусідніх штатів. Пенсильванская залізниця не справлялася з потоком бажаючих, і довелося пустити додаткові потяги. Люди приїжджали з єдиною метою - подивитися на те, як сто електричних сонць, ламп розжарювання, висвітлюють станцію, вулиці і лабораторію Едісона.
Так почалася ера масового електричного освітлення
Зрозуміло, і до винаходу електричного освітлення люди усвідомлювали необхідність штучного світла і намагалися «розганяти темряву». «Якщо у тебе запитано буде: що корисніше, сонце або місяць? - ответствуй: місяць. Бо сонце світить вдень, коли і без того ясно; а місяць - уночі », - говорив Козьма Прутков. Яскравість сонячного світла настільки велика, що дуже мало штучних джерел світла можуть з ним змагатися. А ось вночі доводиться задовольнятися жалюгідним відображенням сонячного світла від місячної поверхні (і то не завжди). Ось і доводиться людству винаходити замінники.
дар Прометея
Першим штучним джерелом світла був вогонь, який, як відомо, був подарований людству Прометеєм. Як стаціонарного джерела світла служив багаття, в якості переносних - смолоскипи, конструкція яких згодом змінювалася: від простої головешки, вийнятої з багаття, до рукоятки, обмотаним клоччям і просоченої нафтою, жиром або маслом. Незважаючи на те, що факел - дуже давній винахід (вважається, що йому близько мільйона років!), Він застосовується і понині: його далекі нащадки, що працюють на газі, запалюють олімпійський вогонь, а фальшфейери і ракети застосовують для нічної маркування та сигналізації військові, мисливці і туристи.
Крім факела в кам'яному столітті людство винайшло лампу - глечик, наповнений жиром або маслом, з зануреним в нього гнітом (мотузковим або тканинним). У третьому тисячолітті до нашої ери з'явилися перші свічки - бруски з перетопленого твердого тваринного жиру (сала) з гнітом всередині. В середні віки в якості матеріалу для свічок застосовували кутовий жир і бджолиний віск, в даний час для цих цілей використовується парафін.
Смолоскипи, свічки і лампи дають дуже слабке світло. Спектр відкритого вогню сильно відрізняється від сонячного, під який природа «заточила» людське око. Істотна частина випромінювання припадає на теплової (ІК) діапазон. Видиме світло випромінюють в основному частинки вуглецю, що нагріваються полум'ям до високої температури (як раз ці незгорілі частки і утворюють кіптява). Спектр вогню у видимому діапазоні захоплює лише частину жовтої і червоної області. Працювати при такому світлі практично неможливо, і багато середньовічні ремісничі гільдії далекоглядно забороняли роботу по ночах при штучному світлі, так як якість виробів при цьому різко падав.
Піддайте газу!
У XIX столітті широкого поширення набуло газове освітлення. У 1807 році перші газові ліхтарі запалюються на одній з центральних вулиць Лондона - Пелл-Мелл. А вже до 1823 року вулиці Лондона, загальною протяжністю 215 миль, висвітлювали сорок тисяч газових ліхтарів (які було прийнято називати ріжками). Запалювалися вони щовечора вручну спеціальними людьми - ліхтарник. До речі, ця посада була в деяких країнах виборної і вельми почесною.
Однак газове освітлення було не дуже ефективним. Головна проблема полягала в тому, що газове полум'я, що горить при недостатньому припливі кисню, дає яскраве світло, але при цьому сильно коптить, а чисте некоптящем полум'я (при надлишку кисню) практично невидимо. Але в 1885 році Уелсбах запропонував використовувати гартівне сітку, яка була мішечок з тканини, просочений розчином неорганічних речовин (різних солей). При прожаренні тканину горіла, залишаючи тонкий «скелет», яскраво світиться при нагріванні під дією полум'я.
В кінці XIX століття з'явилися гасові лампи, їх можна зустріти і до сих пір. Багато з них оснащені калильним сітками (тепер уже металевими або азбестовими).
Перші кроки електрики
Першим електричним джерелом світла був, як це не дивно, «ліхтарик на батарейках». Правда, світло випромінює не лампа розжарювання, а електрична дуга між вугільними електродами, а батареї займали цілий стіл. У 1809 році сер Хемфрі Деві продемонстрував дугового світло в Королівській академії наук у Лондоні. Генераторів в той час не було (Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції лише в 1832 році), і батареї були єдиним джерелом електроживлення.
У 1878 році наш співвітчизник Павло Яблочков удосконалив конструкцію, поставивши електроди вертикально і розділивши їх шаром ізолятора. Така конструкція отримала назву «свічка Яблочкова» і використовувалася у всьому світі: наприклад, Паризький оперний театр висвітлювався за допомогою таких «свічок».
Електрична дуга давала яскравий і досить збалансований по спектру світло, що дозволяло використовувати його дуже широко. ДО 1884 року великі американські міста висвітлювали понад 90 тис. Дугових ламп.
Гарячі нитки
Більшість людей пов'язують винахід ламп розжарювання з ім'ям Едісона. Однак незважаючи на всі його заслуги в цій царині винахідником лампи був все-таки не він.
Перша лампа розжарювання більше нагадувала ювелірний виріб або твір мистецтва як по трудомісткості, так і за вартістю. Задовго до Едісона, в 1820 році, Уоррен Де ла Рю помістив платинову зволікання в скляну посудину, з якого був відкачано повітря, і пропустив по ній струм. Лампа вийшла вдалою, але ... платинової! Вона була настільки дорогою, що про широке її використання не могло бути й мови.
Безліч винахідників експериментували з різними матеріалами, але лише в 1879 році Джозеф Свен і Томас Едісон незалежно один від одного розробили лампу розжарювання з вугільною ниткою. Для свого винаходу Едісон влаштував масову грандіозну презентацію: напередодні нового, 1880 року його використовував 100 своїх ламп, щоб освітити вулиці, лабораторію і станцію містечка Менло-Парк (Нью-Джерсі). Потяги ломилися від бажаючих подивитися на це диво, і Пенсильванської залізниці навіть довелося пустити додаткові потяги. Лампи Едісона працювали близько ста годин, споживали 100 Вт і давали світловий потік в 16 кд (для порівняння - сучасна 100-ватна лампа розжарювання дає світло силою порядку 100-140 кд).
Подальше вдосконалення ламп відбувалося за двома напрямками: вугільна нитка була замінена в 1907 році на вольфрамову, а з 1913 року лампи стали газонаповненими (спочатку їх заповнювали азотом, потім перейшли на аргон і криптон). Обидва вдосконалення були зроблені в лабораторіях компанії General Electric, заснованої Томасом Едісоном.
Добре знайома читачам нашого журналу сучасна лампа розжарювання дешева, широко використовується в побуті, однак не можна сказати, що світло її ідеальний: він зміщений в сторону червоної і ІК-областей спектра. Ефективність також залишає бажати кращого: її ККД становить всього 1-4%. У цьому сенсі лампа розжарювання - швидше за опалювальний, а не освітлювальний прилад.
Лампи з начинкою
У звичайних ламп розжарювання, крім низького ККД, є ще один серйозний недолік. Вольфрам при роботі поступово випаровується з розпеченої поверхні нитки і осідає на стінках колби. Колба набуває «тонований» вид, що погіршує світловіддачу. А за рахунок випаровування вольфраму з поверхні нитки життя лампи скорочується.
А ось якщо в газ, що наповнює колбу, додати пари, наприклад, йоду, картина змінюється. Атоми випаруваного вольфраму з'єднуються з атомами йоду, утворюючи йодид вольфраму, який не осідає на стінках колби, а розкладається на розпеченій поверхні нитки розжарювання, повертаючи вольфрам в нитку, а пари йоду - назад в колбу. Але є одна умова: температура стінок колби теж повинна бути досить високою - близько 2500С. Саме тому колби галогенних ламп такі компактні і, природно, гарячі!
Галогенні лампи, за рахунок високої температури нитки, дають більш біле світло і мають більш тривалий час життя в порівнянні зі звичайними лампами розжарювання.
холодне світло
Ці лампи - прямі нащадки електричної дуги. Тільки розряд в них відбувається між двома електродами в ємності, заповненої різними газами. Залежно від тиску (низького - <0, 001 мм рт. Ст., Високого - 0, 2-15 атм., Надвисокої роздільної - 20-100 атм.) І виду заповнює газу властивості випромінювання і призначення ламп можуть бути різні.
Всім відомі люмінесцентні лампи «денного світла» заповнені парами ртуті під низьким тиском. При пропущенні електричного струму через пари ртуті виникає дуговий розряд і випромінювання світла в УФ-діапазоні. Люмінофор, нанесений на внутрішню поверхню колби лампи, під дією ультрафіолету випромінює видиме світло. Залежно від типу люмінофора, світло може бути як чисто білим, так і «холодним» (блакитним) або «теплим» (жовтуватим). Спектр люмінесцентних ламп лінійчатий і складається з декількох ліній в різних областях спектру. ККД таких ламп досягає десятків відсотків, в побуті їх часто називають «лампами холодного світла».
промені прожекторів
Ще один вид газорозрядних ламп - HID (High Intensity Discharge - газорозрядні лампи високої інтенсивності, або дугові газосветние лампи). Тут люмінофор не застосовується, а газ при протіканні електричного струму і виникненні дугового розряду випромінює світло у видимій області спектра. Як заповнює газу зазвичай застосовуються пари ртуті, натрію або Галогеніди металів.
Ртутні дугові лампи високого тиску застосовуються в прожекторах при освітленні стадіонів і інших великих об'єктів, вони дають дуже яскравий біло-блакитне світло (УФ відсівається фільтрами). Потужність ртутних ламп може становити десятки кіловат. Метал-галідние лампи - різновид ртутних, вони мають скориговану кольору і збільшену ефективність.
Натрієві дугові лампи низького тиску добре знайомі всім нам: саме вони стоять у вуличних ліхтарях, що дають тепле «бурштинове» світіння. Вони хороші тим, що мають відмінну ефективність, великий час життя (більше 25 тис. Годин) і дуже дешеві.
До речі кажучи, добре знайомий автомобілістам «ксенон» (яким оснащуються сучасні автомобілі представницького класу) - газорозрядні лампи надвисокого тиску.
вогні реклам
Традиційно рекламні вивіски, зроблені з гнутих газонаповнених труб, називають неоновими. Це теж газорозрядні лампи, але на іншому типі розряду - тліючому. Інтенсивність світіння в них не дуже велика. Залежно від газу, закачаного всередину, вони можуть світитися різними кольорами (власне неонові - червоно-помаранчеві).
світлодіоди
Говорячи про автономних джерелах світла, не можна не згадати про світлодіодах (докладніше про світлодіодах читайте в цьому ж номері. - Ред. «ПМ»). Це напівпровідникові прилади, що генерують (при проходженні через них електричного струму) оптичне випромінювання. Випромінювання світлодіода сприймається людським оком як одноколірні. Колір випромінювання визначається використовуваним напівпровідниковим матеріалом і легуючими домішками.
В силу високого ККД і низьких робочих струмів і напруг, світлодіоди - відмінний матеріал для виготовлення автономних джерел світла. У компактних ліхтарях вони не мають собі рівних і з часом, швидше за все, повністю витіснять з цього сектора лампи розжарювання.
лазер
Лазер був розроблений незалежно американським фізиком Таунсом і нашими співвітчизниками Басовим і Прохоровим в 1960 році.
Лазер дає потужний вузький пучок монохроматичного (однієї довжини хвилі) випромінювання. Для загального освітлення лазер не використовують, але для спеціальних застосувань (наприклад, світлові шоу) йому немає рівних. Залежно від типу використовуваного робочого тіла і принципів, випромінювання лазера може мати різні кольори. У побуті найчастіше використовуються напівпровідникові лазери - близькі родичі світлодіодів.
світлова екзотика
Штучне світло може бути не тільки електричним. Широко поширені хемілюмінесцентні (так звані хімічні) маркери - пластикові прозорі пробірки. Для «включення» світіння в них потрібно змішати два розділених тонкою мембраною речовини. Такий маркер повністю автономний, дає неяскравий м'яке світло, але «горить» нетривалий час і, зрозуміло, не відновлюється.
І, нарешті, один з самих екзотичних джерел - БІОЛЮМІНЕСЦЕНТНІ. Якщо набрати світлячків в скляну банку, випромінюваного ними світла цілком вистачить, щоб подивитися час на наручний годинник. Хоча це джерело - якраз не штучний, а на 100% природного походження.
|