|
Першим по-справжньому масовим споживачем електричної енергії з'явилася система електричного освітлення. Електрична лампа і по нинішній день залишилася найпоширенішим електротехнічним пристроєм.
Протягом першої половини XIX ст. панівне становище займало газове освітлення, що мало істотні переваги перед лампами з рідким пальним: централізація постачання установок світильним газом, порівняльна дешевизна пального, простота газових пальників і простота обслуговування. Але в міру розвитку виробництва, зростання міст, будівництва великих виробничих будівель, готелів, магазинів, видовищних приміщень воно все менш задовольняло вимогам практики, так як було небезпечно в пожежному відношенні, шкідливо для здоров'я, а сила світла окремої пальники була мала.
Особливо недоліки газового освітлення стали позначатися на великих підприємствах з великим числом робочих, зайнятих на виробництві по 12 - 14 годин на добу, викликаючи різке зниження продуктивності праці. Тому цілком своєчасними, відповідали соціальному замовленню суспільства були спроби створити електричні джерела світла, незабаром рішуче витіснили всі інші джерела.
Розвиток електричного освітлення йшло за двома напрямками: конструювання дугових ламп і ламп розжарювання.
Цілком природно почати історію електричного освітлення з згадки про досліди В. В. Петрова в 1802 р, якими було встановлено, що за допомогою електричної дуги «темний спокій досить ясно освітлений бути може». Тоді ж, в 1802 р, Деві в Англії демонстрував напруження провідника струмом.
Електрична або «вольтова» дуга була в буквальному сенсі яскравий прояв електричного струму і в першій половині XIX століття вона часто демонструвалася в лабораторіях і на лекціях про електрику. Принциповими недоліками дугового джерела є: відкрите полум'я {і звідси - пожежна небезпека), величезна сила світла і необхідність регулювання дугового проміжку в міру згоряння вугілля.
У 1844 р французький фізик Жан Бернар Фуко (1819-1868 рр.), Ім'ям якого названо відкритий ним вихрові струми, замінив електроди з деревного вугілля електродами з ретортного вугілля, що збільшило тривалість горіння лампи. Регулювання залишалося ще ручним. Такі лампи могли отримати застосування лише в тих випадках, коли потрібно нетривалий за часом, але інтенсивне освітлення, наприклад, при підсвічуванні скла мікроскопа, при влаштуванні сигналізації в маяках або театральних ефектах.
Легко собі уявити захоплення (а може бути і переляк) залу для глядачів, коли в Паризькому оперному театрі в 1847 р по ходу спектаклю (а давали оперу Мейєрбера «Пророк») схід сонця імітувався за допомогою дугової лампи!
Подальша історія дугового електричного освітлення пов'язана з винаходами різних механічних і електромагнітних регуляторів. Ідея диференціального регулятора Чиколева, який отримав широке застосування в прожекторостроеніі, була використана іншими конструкторами, зокрема німецьким фабрикантом 3. Шуккерт. Крупносерійним випуск дугових ламп з диференціальним регулятором почали виробляти в кінці 70-х років заводи Сіменса (з якими об'єдналися заводи Шуккерт), і така лампа стала продаватися під найменуванням «дугова лампа Сіменса».
З 80-х років диференціальні дугові лампи стали єдиним типом дугових джерел світла, які застосовувалися для освітлення вулиць, площ, гаваней, а також для освітлення великих приміщень виробничого або громадського призначення, вони стали звичайними джерелами світла в прожекторної і світлопроекційної техніці.
Особливе місце серед дугових джерел світла займає «електрична свічка» Павла Миколайовича Яблочкова (1847 - 1894). Винахід, про який піде мова, не привело до масового і стійкого застосування саме цього джерела світла, але воно заслуговує на особливу оцінку і окремої розповіді, оскільки саме «електрична свічка» була тією детонатором, який викликав бурхливе зростання електротехнічної промисловості.
П. Н. Яблочков був військовим інженером, випускником Головного інженерного училища в Петербурзі. Закінчення їм училища збіглося але часу з появою дінамомашііи, і молодий офіцер, зацікавившись електротехнікою, незабаром поступив в Технічне гальванічне заклад, в якому готувалися військові електротехніки. Бажаючи присвятити себе повністю робіт з електротехніки, Яблочков виходить у відставку і займається дослідженнями в створеній ним в Москві майстерні.
Восени 1875 р Яблочков проводив досвід електролізу кухонної солі. Два вугільних електроди були розташовані паралельно, і одного разу, коли електроди на мить торкнулися один одного в нижніх своїх частинах, між ними виникла електрична дута. Яблочков разом зі своїм помічником як заворожені спостерігали за товстими скельцями скляної посудини яскраве в буквальному сенсі слова явище і «надали вугіллю горіти до кінця, а судині тріснути».
Побачивши тривале горіння дуги між паралельними стрижнями, винахідник вигукнув, звертаючись до свого колеги: «Дивись, і регулятора ніякого не потрібно!». Винахід було важливим, але геніально простим: щоб позбутися від дорогах регуляторів потрібно просто повернути вугілля з зустрічного положення в паралельне. Необхідно було кілька днів, щоб технічно доопрацювати винахід. Але П. Н. Яблочков все життя був поганим підприємцем; його московська майстерня зазнала фінансовий крах і йому загрожувала боргова в'язниця. Рятуючи свій винахід, він терміново переїхав до Парижа.
У Парижі Яблочков познайомив зі своєю ідеєю великого вченого і власника заводу з виробництва точних приладів Бреге, і вже 23 березня 1876 року він отримав патент на що стала знаменитою «електричну свічку».
П. Н. Яблочков став дуже відомою людиною, в знак визнання його робіт з'явився вираз "російський світ". У тому ж 1876 році він організував компанію з виробництва систем освітлення, в якій вів роботу в якості технічного керівника. Першою операцією компанії було освітлення універсального магазину «Лувр» в Парижі, потім іподрому і, мабуть, найефектніше - освітлення вулиці Опери. Винахідник тепер став багатою людиною. Його винахід здійснювало тріумфальний хід по всьому світу.
Для впровадження своєї системи в Петербурзі Яблочков поїхав з Парижа, сплативши компанії все заощадження за право експлуатації своїх винаходів в Росії. Але діяльність нової компанії виявилася неуспішною, та й час тріумфу електричної свічки швидко скінчилося, з'явилися більш зручні лампи розжарювання. Яблочков пережив великі позбавлення, що супроводжувалися моральними переживаннями, і помер у себе на батьківщині, в Саратові, в віці всього 47 років, залишивши сім'ю без засобів.
Але повернемося знову до винаходів Яблочкова. Одна електрична свічка могла горіти близько 2 годин; при установці декількох свічок в спеціальному ліхтарі, обладнаному перемикачем для включення черговий свічки можна було забезпечити безперебійне освітлення протягом більш тривалого часу. Винахід електричної свічки сприяло впровадженню в практику змінного струму.
Електрообладнання технології попереднього періоду базувалася виключно на постійному струмі (телеграфія, гальванотехніка, мінна справа). Дугові електричні лампи з регуляторами також харчувалися постійним струмом. При цьому позитивний електрод згорав швидше негативного, тому його доводилося брати більшого діаметра.
П. Н. Яблочков встановив, що для харчування свічки краще застосовувати змінний струм, в цьому випадку при електродах однакового розміру виходила цілком стійка дуга. У зв'язку з тим, що освітлювальні установки по системі Яблочкова стали підключати до джерел змінного струму, помітно зріс попит на генератори змінного струму, які раніше не знаходили практичного застосування.
Про значення електричної свічки в розширенні виробництва електричних генераторів змінного струму можна судити за наступним прикладом: якщо до появи електричної свічки завод Грамма випускав протягом 1870-1875 рр. по кілька десятків машин в рік, то за 1876 р випуск генераторів зріс майже до 1000 шт. Заводи виготовляли електричні генератори, спеціально призначені для установок електричного освітлення та навіть потужність машин позначалася за кількістю питомих електричних свічок (наприклад, «шестісвечная машина»).
Значному розвитку електротехніки сприяла також і розробка Яблочкова кількох дуже ефективних систем «дроблення електричної енергії», що забезпечували можливість включення в ланцюг, що живиться одним генератором, декількох дугових ламп. Серед способів «дроблення», запропонованих Яблочкова, два отримали практичне застосування: секціонування обмотки якоря генератора (в результаті вийшло кілька незалежних ланцюгів, в які включалися свічки) і застосування індукційних котушок. Первинні обмотки котушок включалися послідовно в ланцюг, а у вторинну обмотку в залежності від її параметрів могли підключатися одна, дві і більше свічок.
Якщо первинний ланцюг харчувалася постійним струмом, то передбачалося включення в неї спеціального переривника для наведення ЕРС у вторинних обмотках котушок. Фактично Яблочков використовував індукційну котушку як трансформатора. Але значення електричної свічки цим не вичерпується.
Винахід дешевого приймача електричної енергії, доступного для широкого споживача, необхідно було вирішити ще однією важливою електротехнічної проблеми - централізації виробництва електричної енергії та се розподілі. Яблочков першим вказав на те, що електрична енергія повинна розподілятися подібно до того, як доставляються до споживачів газ і вода.
Подальший прогрес електричного освітлення був пов'язаний з винаходом лампи розжарювання, яка виявилася більш зручним джерелом заспівана, мають кращі економічні та світлові показники.
Сама рання за часом лампа розжарювання побудована англійцем Деларю в 1809 р У цій лампі розжарюються платинова спіраль, що знаходиться в скляній трубці. Наступний крок зроблений в 1838 р, коли бельгієць Жобар став розжарювати вугільні розжарювання Деларю стрижні в розрідженому просторі. Ця лампа була, звичайно, дешевше, але термін її служби був незначним.
Після 1840 р пропонувалися численні конструкції ламп розжарювання: з тілом напруження з платини, іридію, вугілля або графіту і т.д. У 1854 р вулицями Нью-Йорка роз'їжджав німецький емігрант Гебель, на возі якого знаходилися підзорна труба і лампа розжарювання. Остання служила для залучення публіки, яка запрошувалася поглянути через підзорну трубу на кільця Сатурна. Чудовим було те, що джерелом світла в лампі Гебеля служило обвуглене бамбукове волокно. Нитка була помішані в верхню частину закритою барометрической трубки, тобто в розріджений простір. Мідні провідники підходили до нитки напруження крізь скло. Лампа Гебеля могла горіти протягом декількох годин.
У 1860 р винахідник Сван (Англія) вперше застосував для лампи розжарювання обвуглені смужки товстого паперу або Брістольського картону, розпалюються в вакуумі. У 1870-1875 рр. розгорнулися роботи російського відставного офіцера Олександра Миколайовича Лодигіна (1847-1923). Він вирішив побудувати літальний апарат важчий за повітря, що приводиться в рух електрикою ( "електроліт"). Цілком природно, що висвітлюватися цей апарат повинен був електрикою. Дугова лампа з різних міркувань не підійшла, і А. Н. Лодигін став конструювати лампу розжарювання з тонким вугільним стерженьком, укладеними в скляному балоні.
Прагнучи збільшити час горіння, Лодигін запропонував встановлювати кілька вугільних стрижнів, розташованих так, щоб при згорянні одного автоматично включався наступний. Перша публічна демонстрація ламп Лодигіна відбулася а 1870 року, а в 1874 році він отримав російську привілей (авторське свідоцтво) на свою лампу. Потім він запатентував свій винахід в декількох країнах Західної Європи.
Поступово він удосконалив лампи.Якщо перші лампи працювали 30 - 40 хв, то з часом, коли він застосував вакуумні колби, термін служби збільшився до декількох сотень годин. За винахід лампи розжарювання А. Н. Лодигін був удостоєний премії Ломоносова Петербурзької Академії наук.
Лодигін, як і Яблочков, теж був поганим підприємцем, організував товариство дли експлуатації свого винаходу, воно захопився комерційними операціями і розвалилося, Лодигін поїхав до Франції шукати більш вдалого місця для своєї роботи. Він повертався потім в Росію, знову їхав. Запропонував в 90-х роках в якості тіла напруження в лампах вольфрамову нитку, і нові лампи Лодигіна демонструвалися на Паризькій виставки 1900 У 1916 р він поїхав в США, де і помер в 1923 р
Найбільше популярності, почестей і Слани в зв'язку з електричною лампою випало на долю Едісона. Але Едісон не винайшли лампу. Він зробив щось більше: Едісон розробив у всіх деталях систему електричного освітлення і систему централізованого електропостачання.
У 1879 р Едісон зацікавився проблемою електричного освітлення. Виходець з досить забезпеченої сім'ї голландських емігрантів, майбутній великий винахідник не отримав навіть початкового офіційного освіти: через кілька місяців занять в школі він був визнаний обмеженим і нездатним учнем. Подальшою освітою він зобов'язаний своїй матері, педагогу за професією, і самостійних занять.
З 12-річного віку він, як свого часу Фарадей, став самостійно заробляти, продаючи газети і журнали. Деякий час по тому Едісон став телеграфістом. До 1879 року він був уже відомий як винахідник автоматичного лічильника голосів, як автор удосконалення в області багаторазової телеграфії і в конструкції телефонного апарату Белла, як винахідник фонографа.
Є досить переконливі відомості про те, що Едісон добре знав винаходи своїх попередників в області електричного освітлення накаливанием, в тому числі і роботи А. Н. Лодигіна. Він перебував також під враженням успіхів "електричної свічки" Яблочкова. Втім, сам Едісон любив повторювати, що завжди, коли він хотів зробити щось нове, він ретельно вивчав все, що було зроблено з даного предмету до нього, до цього часу Едісон мав уже прекрасну лабораторію в Менло-Парку (США) і здатних помічників.
Його емісари роз'їхалися по всьому світу в пошуках найбільш підходящого рослинного волокнистого матеріалу для виготовлення вугільних ниток. Едісон відразу поставив перед собою два завдання: лампа повинна створювати помірну освітленість; кожна лампа повинна горіти абсолютно незалежно від інших. Так він прийшов до висновку про необхідність мати нитку високого опору, що дозволить включати лампи паралельно (а не послідовно, як до цього ставилися до будь-якими електричними лампами).
12 квітня 1879 р Едісон отримав перший патент на лампу з платинової спіраллю високого опору, а потім - на лампи з вугільними нитками (27 січня 1980 г.). Едісон розробив систему відкачування балонів, технологію кріплення вводів та вугільної нитки. 1 січня 1880 р Едісон влаштував публічну демонстрацію в Менло-Парку.
Для того щоб система освітлення стала комерційною, Едісон мав придумати безліч пристроїв і елементів: цоколь і патрон, поворотний вимикач, плавкі запобіжники, ізольовані проводи, що кріпляться на роликах, лічильник електричної енергії і, на закінчення, побудував в 1882 р в Нью-Йорку на Пірльстріт першу центральну електростанцію.
Едісон перетворив електричну енергію в товар, який продається всім бажаючим, а електричну установку - в систему централізованого електропостачання. У 1889 р на Міжнародній виставці в Парижі вшановували двох найзнаменитіших інженерів століття - Ейфеля і Едісона. У кафе на Ейфелевій вежі було дано урочистий обід, на якому 71-річний композитор Шарль Гуно виконав спеціально написану урочисту кантату (власноруч написаний екземпляр її він підніс дружині і дочці Едісона).
Уже в 80-ті роки починається швидкий розвиток електричного освітлення, все більше розширюється масове виробництво ламп розжарювання, що викликало подальший розвиток електромашинобудівної промисловості, електроенергетики, електроізоляційної техніки, а також вдосконалення способів виробництва і розподілу електричної енергії
|