История развития электрического освещения

Содержание

Слайд 1
История развития электрического освещения
Работу подготовила Васильева Т.
Слайд 2
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ – преобразование электроэнергии в свет в целях создания гигиенически благоприятных, комфортных и безопасных условий для зрительного восприятия.
Слайд 3
История электрического освещения началась в 1870 году с изобретения лампы накаливания, в которой свет вырабатывался в результате поступления электрического тока.
Слайд 4
Самые первые осветительные приборы, работающие на электрическом токе появились в начале XIX века, когда было открыто электричество.
Эти лампы достаточно неудобными, но, тем не менее, их использовали при освещении улиц.
Слайд 5
12 декабря 1876 года русский инженер ПавелЯблочковоткрыл так называемую “электрическую свечу”, в которой две угольные пластинки, разделенные фарфоровой вставкой, служили проводником электричества, накалявшего дугу, и служившую источником света.
Слайд 6
Лампа Яблочкова нашла широчайшее применение при освещении улиц крупных городов.
Слайд 7
Точку в разработке ламп накаливания поставил американский изобретатель Томас АльваЭдиссон.
Слайд 8
В его лампах использовался тот же принцип, что и у Яблочкова, однако все устройство находилось в вакуумной оболочке, которая предотвращала быстрое окисление дуги, и поэтому лампа Эдиссона могла использоваться достаточно продолжительное время.
Слайд 9
Эдиссон начал работать над проблемой электрического освещения ещё в 1877 году. За полтора года он провел более 1200 экспериментов. 21 октября 1879 года он подключил к источнику питания лампу, которая горела два дня.
Слайд 10
В лампах накаливания свет испускает металлическая проволочка (нить), раскаленная добела проходящим по ней током.
Слайд 11
. 1 – нить накала (в некоторых лампах монтируется вертикально – вдоль оси стеклянной опорной ножки); 2 – цоколь; 3 – стеклянный баллон.
Слайд 12
В 1880 году Томас Эдиссонзаптентовалсвое изобретение. Первое коммерческое использование ламп Эдиссона состоялось в 1880 году на корабле Columbia.
Слайд 13
В то же время Павел Яблочков, не менее одаренный изобретатель, давший человечеству много полезных новинок, умер в бедности в Саратове 31 марта 1894 года.
Изобретение стало приносить большие деньги, сделав Эдиссона весьмабогатым человеком.
Слайд 14
Достоинства и недостатки.
Достоинства лампы накаливания таковы: низкая начальная стоимость лампы и необходимого для нее оборудования, компактность, благодаря которой она хорошо подходит для регулирования светового потока, надежная работа при низких температурах и довольно высокий при ее размерах световой выход.
К недостаткам же, способным при некоторых обстоятельствах перевесить достоинства, относятся низкий световой КПД, высокая рабочая температура и заметные колебания светового выхода при изменениях напряжения питания

Посмотреть все слайды

Кто первым в мире и когда придумал и изобрел?

С древних времен люди искали способы освещения в ночное время. Например, в Древнем Египте и Средиземноморье использовались аналоги керосиновой лампы. Для этого в особые глиняные сосуды вставлялся фитиль из хлопчатобумажной ткани и наливалось оливковое масло.

Жители побережья Каспийского моря использовали похожее устройство, только вместо масла в сосуд наливали нефть. В Средние века глиняные светильники сменили свечи из пчелиного воска и сала.

Но во все времена ученые и изобретатели искали возможность создать долговечный и безопасный осветительный прибор.

После того как человечество узнало об электричестве, исследования вышли на качественно новый уровень.

За изобретение первых электрических ламп, подходящих для коммерческого использования, мы должны благодарить трех ученых из разных стран. Независимо друг от друга они проводили свои эксперименты и в итоге добились результата, перевернувшего мир.

В 1874 г. выдающийся ученый Александр Николаевич Лодыгин запатентовал свою лампу накаливания в России.

В 1878 г. Джозеф Уилсон Суон подал заявку на британский патент.

В 1879 г. американский патент получил изобретатель Томас Эдисон.

Именно Эдисон создал первую промышленную компанию по производству ламп накаливания. Большой заслугой стало то, что он сумел добиться длительной продолжительности работы – более 1200 часов – благодаря использованию карбонизированного бамбукового волокна.

В начале 80-х годов XIX века Эдисон и Суон организовали в Британии совместную компанию. Она так и называлась «Эдисон и Суон». В то время она стала самым крупным производителем электрических ламп.

В 90-е годы Александр Лодыгин переехал в Америку, где и предложил использовать вольфрамовую или молибденовую спираль. Это был очередной технологический прорыв. Лодыгин продал свой патент компании General Electric, которая начала производить электрические лампы с вольфрамовой нитью.

А уже в 1920 году один из работников компании Уильям Дэвид Кулидж рассказал миру, как можно производить вольфрамовую нить в промышленных масштабах. В том же году другой ученый из General Electric по имени Ирвинг Ленгмюр предложил наполнять колбу лампочки инертным газом.

Именно это значительно повысило период работы лампы накаливания, а также увеличило светоотдачу.

Этими устройствами человечество пользуется по сей день.

Наше время, светодиодные лампы

Светоизлучающий диод или LED – одна из наиболее быстро развивающихся сейчас технологий. Светодиоды используют полупроводники для преобразования электрического тока в свет. Они небольшие по площади, меньше одного квадратного миллиметра и излучают свет в определенном направлении уменьшая потребность в отражателях и рассеивателях.

Это наиболее эффективный источник света, присутствующий на рынке. Светодиодные лампы потребляют минимум энергии и могут работать до десяти лет. Это уже не история электрического освещения, а его будущее. Историю развития светодиодного освещения мы обязательно рассмотрим в одной из наших следующих статей.

Пройденная до электрическая эпоха

Первые приборы, работающие на электричестве, появились в 1802 году, источники тому – разработки В.В.Петрова – его поиски освещения с использованием простейшей электрической дуги привели к изобретению чего то необычного. Это появились лампы накаливания, параллельно этим работам проходило конструирование и первых ламп, первая необычная для того времени лампа сделана в Англии, ее автор Деви в том же году, что и Петров. Когда физик Жан Бернар Фуко заменил древесные электроды на аналоги из угля, лампа стала гореть дольше, но пока что управлялась вручную. Ее уже использовали в театрах и в микроскопах для точечного освещения, уже нашли применение таким ярким осветительным приборам в маяках, но пока это были первые неуверенные шаги в мир яркого света с угольными электродами.

Дуговая угольная лампа.

Дуговое освещение пошло по своему особенному пути, там применили свои силы Чиколев и Штуккерт, довольно много дуговых ламп выпустили заводы Сименса, вплоть до 80-годов они использовались для освещения городов, устанавливались на транспорте. Когда эра дуговых ламп прошла, они остались в прожекторах и проекционных приборах.

Доэлектрическая эпоха

Как и любая историческая тема, развитие электричества будет невозможно уместить в полном объеме в обычной статье. Но мы постараемся упомнить самые важные вехи данного процесса, и вспомним ученых, которые дни и ночи напролет делали свою работу, чтобы сегодня мы с вами: ездили на авто, смотрели телевизор, пользовались смартфонами и освещали свое жилище по ночам.

Игра с огнем

Молния породила огонь для человека

Принято считать, что первым источником огня для древнего человека (назовем его Укротителем) стала молния, ударявшая по деревьям и воспламеняя их. Любопытный и смелый Укротитель приблизился к костру и почувствовал тепло, которое он дает.

Тогда у Укротителя мелькнула мысль (напомним, что сегодня ученые склонны считать, что у древнего человека мозг работал намного лучше, чем у его современника, так как ему постоянно приходилось решать проблему выживания, что делало его ум острым и быстрым), почему я мерзну по ночам в своем убежище, ведь можно его обогреть. Он взял горящую ветку, и радостный побежал домой.

Естественное тепло огня спасало людей от холода многие тысячелетия

С тех пор Укротитель и все его многочисленные родственники и потомки научились не только греться у костра, но и готовить на нем вкусную горячую пищу, освещать им пространство вокруг себя, найти ему религиозное применение, а самое главное – самостоятельно разжигать пламя, так как новая молния может не ударить поблизости годами, а то и десятилетиями.

Приспособления для огня также изменялись со временем:

Первоначально огонь горел посреди каменной пещеры, равномерно нагревая и освещая пространство вокруг себя.
Затем костер поместили в специальное место, названное очагом, чтобы защитить себя и маленьких детей от ожогов и травм.

Лучина делалась из березовой щепы, так как ее древесина не дает копоти

На Руси придумали использовать в качестве источника света зажженную щепу, называемую лучиной. Принцип весьма прост – ее закрепляли под углом на подставке с металлическим наконечником (светец) и поджигали нижний конец. Под огонь ставили металлический лист или сосуд с водой, чтобы уберечь дом от пожара.
Люди со временем стали открывать все новые вещества, которые могут поддерживать горение. В ход пошли различные масла и смолы, благодаря которым появились новые источники освещения – масляные горелки и факелы.

Горящий факел

Теперь стало намного проще освещать большие пространства. Лампы горели долго, и давали хоть и тусклое, но равномерное освещение. Спустя много лет такие горелки стали применять и для уличного освещения.

В 18 веке московские улицы освещались масляными лампами

В царских замках и городских ратушах появились специальные служащие, ответственные за горение таких ламп.

Современные свечи делаются по тому же принципу, что и тысячу лет назад

Но история развития освещения огнем на этом не остановилась. Через много тысяч лет появились жировые свечи. Свойства горения жира стали известны человеку, еще задолго до этого, просто найти практическое применение этой информации ранее не получалось. Автор статьи даже представить себе не может, сколько потребовалось времени и усилий, чтобы додуматься, что тонкую палочку нужно окунуть в растопленный жир и дать ему затвердеть. Воистину, человеческие ум и усердие безграничны!

В начале 19 века улицы всех столиц и крупных городов освещались свечными фонарями

На этом использование огня, как источника света не заканчивается. В 1790 году французский инженер Филипп Лебон начал работать над процессами перегонки сухой древесины и вскоре смог выделить газ, горение которого было намного ярче, чем у любого другого на тот день светового прибора. Некоторое время он продолжал свои эксперименты, усовершенствуя процесс, и вскоре свет увидел первый газовый рожок, на который Филипп получил патент.

Изобретатель газовой горелки Филипп Лебон

Первой в мире улицей, освещенной газовыми горелками, считается лондонская Пэлл Мэлл – в 1807 году король Георг IV распорядился об этом, так как улица считалась самой оживленной и требовала регулировки движения.

Уличное освещение на газу, в России прошло многим позже

В Россию газовое освещение улиц и площадей попало спустя более 50-ти лет – на улицах Петербурга и Москвы такие фонари появились в 60-х годах 19 века.

Газовое освещение стало настоящим переворотом в науке и технике того времени. Первые горелки были далеки от совершенства и частенько становили причиной пожаров, но со временем их конструкция дорабатывалась, и они продолжали служить человеку. Такие светильники использовались еще очень долго, даже после появления электрического света.

Очевидный ответ

Так вот, очевидный ответ: нет, нельзя. Почему нельзя, можно объяснять по-разному в зависимости от того, как представлять свет. Если описывать свет как электромагнитную волну, то невозможность воздействовать на него электромагнитными полями следует из линейности уравнений Максвелла, которые собственно и описывают все электромагнитные явления в классической физике. Электромагнитная волна — это одно из решений этих уравнений, а внешнее поле — это другое решение. В силу свойства линейности, их сумма также является решением уравнений Максвелла, и потому они никак друг другу «не мешают» и не оказывают друг на друга никакого воздействия.

Уравнения Максвелла в вакууме в системе СИ

Если же описывать свет как поток частиц — фотонов — то ответ объясняется тем, что фотоны не обладают электрическим зарядом, а электромагнитные поля действуют только на заряженные частицы. Интересно, что эта ситуация уникальна для электромагнитного взаимодействия. Переносчики двух других фундаментальных взаимодействий, слабого и сильного, сами также могут принимать участие в переносимом ими взаимодействии.

Кто с кем взаимодействует в Стандартной модели. Credit: Труш Виталий // Wikimedia Commons // CC-BY-SA 3.0

Например, согласно квантовой хромодинамике, сильное взаимодействие переносится глюонами. Они осуществляют взаимодействие между частицами, обладающими так называемым цветным зарядом — аналогом электрического заряда для сильного взаимодействия. При этом глюоны и сами обладают цветным зарядом и потому взаимодействуют и между собой, и с другими частицами с цветным зарядом.

Возвратимся, однако, к нашим баранам фотонам.

Самое начало, лампа накаливания

История электрического освещения началась еще задолго до того, как Томас Эдисон сначала в 1879, а потом еще раз через год в 1880 запатентовал свою лампу накаливания и начал ее популяризировать английские изобретатели показывали, что электрический свет можно получить с помощью дуговой лампы. Первый электрический свет люди увидели в 1835 году. После того еще целых 40 лет ученые со всего мира работали над усовершенствованием лампы накаливания и перебирали различные нити (часть лампы, которая при прохождении через нее электрического тока накаляется и производит свет) и атмосферы лампы (нужно ли использовать вакуум или заполнить лампу инертным газом, чтобы нить не перегорала так быстро).

Эти первые лампы накаливания имели очень короткий срок жизни, были слишком дороги, чтобы наладить их массовое производство, а также потребляли много энергии.

Когда Эдисон и его последователи из Менло-Парк начали заниматься вопросом искусственного освещения, они сосредоточились на усовершенствовании самой нити накаливания. Они пытались выбрать наилучший материал, первым был углерод, затем платина, затем исследователи опять вернулись к углероду. К концу октября 1879 года команда Эдисона создала лампочку из обугленной хлопчатобумажной нити, которая могла светить 14.5 часов.

Команда и дальше продолжала экспериментировать с нитями накаливания, пока они не остановились на одном из сортов бамбука. Такие лампочки могли гореть до 1200 часов. Эта нить стала стандартом для лампочки Эдисона в течение следующих десяти лет. Эдисон также делал другие усовершенствования для ламп накаливания, он предложил выкачать весь воздух из колбы, чтобы нить не перегорала так быстро, а также он ввел стандарт, на способ подключения лампы к сети ввинчиванием.

Нельзя говорить об истории лампочки не вспомнив об Уильяме Сойере и Абоне Мэне, которые получили патент США на лампы накаливания. Еще был Джозеф Свон, получивший патент на лампу накаливания в Англии. В то время было много споров, нарушает ли лампа накаливания Эдисона патенты всех этих людей. Но, в конце концов, компания Эдисона слилась с компанией Thomson-Houston Electric, которая выпускала лампы под патентом Сойера-Мэна и стала называться General Electric. Затем к этой компании присоединилась английская компания Джозефа Свона.

Вклад Эдисона в историю электрического освещения очень большой. Он не остановился на улучшении лампы накаливания. Он разработал целый ряд изобретений, которые сделали использование лампочек более практичным. Эдисон смоделировал свою технологию освещения на основе существующей газовой системы.

В 1882 году, в Лондоне он показал, что электричество может быть распределено от центрального генератора в нужные места с помощью электрических проводов и труб. Одновременно с этим он сосредоточился на повышении выработки энергии. Была разработана первая коммерческая электростанция Pearl Street Station в нижнем Манхэттене. Кроме того, чтобы отследить сколько энергии использовал каждый клиент Эдисон разработал первый электрический счетчик.

В то время, пока Эдисон работал над своей системой освещения, другие изобретатели продолжали делать маленькие подвижки в улучшении нити накаливания и повышении эффективности лампочки. Следующее большое изменение в лампе накаливания произошло с изобретением вольфрамовой нити европейскими изобретателями в 1904. Новые лампы горели дольше и имели более яркий свет по сравнению с углеродными лампами. В 1913 Ирвинг Ленгмора выяснил, что вместо вакуума лучше использовать инертный газ, такой как азот. Это повысило эффективность лампы накаливания в два раза. В следующие 40 лет ученые продолжали вносить мелкие улучшения, что повысило эффективность лампы и уменьшило потребление энергии. Но в 50 х годах ученые выяснили, что на свет используется только 10 процентов энергии, все остальное уходит на тепло. Тогда они переключились на другие решения. На этом история освещения не закончилась.

Наше время, светодиодные лампы

До Великой Отечественной войны

Благодаря успешному выполнению плана ГОЭЛРО и последующих пятилетних планов развития народного хозяйства суммарная мощность установленных электростанций к 1940 г. составляла 11,2 миллиона кВт*ч, а производство электрической энергии — 48,3 миллиарда кВт*ч. Электростанций, мощность которых превышала 100 тысяч кВт*час, было 20.

Также ввели в эксплуатацию 2 электростанции мощностью 350 тысяч кВт*час каждая. Общая протяженность линий электропередач составляла более 23 тысяч км. Развивались и объединялись энергосистемы в стране. В 1942 г. для организации работы энергосистем в Свердловской, Пермской и Челябинских областях было создано первое ОДУ — Объединенное диспетчерское управление Урала.

Начавшаяся Великая Отечественная война и последующая оккупация врагом значительной территории Советского союза, на которой были расположены большие производственные мощности, отрицательно сказались на выработке электроэнергии. Общий объем вырабатываемой электроэнергии в 1942 г. составил 29,1 миллиарда кВт*ч.

Руководство Советского Союза понимало стратегическую важность энергоснабжения. Энергетики работали с риском для жизни и восстанавливали подачу электрической энергии

Одним из многочисленных примеров такой самоотверженности является восстановление подачи электричества в блокадный Ленинград.

В осажденном Ленинграде советским энергетикам удалось проложить подводный кабель напряжением 10 кВ по дну Ладожского озера длиной 22 км. Подводная кабельная линия была проложена за 48 дней. Кабельная линия проходила также по болотам и лесам от Волховской ГЭС. Длина этого участка составляла 130 км.

«Линия жизни» проработала с 23 сентября 1942 г. до 15 мая 1944 г. За это время по ней было передано электроэнергии более чем на 25 миллионов кВт*ч. Это дало возможность запустить производство на промышленных предприятиях, восстановить движение трамваев и обеспечить электроснабжение в жилых домах.

После освобождения от фашистов захваченных территорий в первую очередь на них восстанавливались электростанции. Крупные города Советского Союза обеспечивались электроэнергией, которую вырабатывали мобильные электростанции, размещенные на специальных энергопоездах.

Такие энергопоезда начали работать с 1943 г. Первая передвижная электростанция обеспечивала током Сталинград, а впоследствии они работали в других освобожденных советских городах. Это позволило обеспечить к 1945 г. выработку электроэнергии в объеме 43,3 миллиарда кВт*ч, что было сопоставимо с довоенными показателями.

Правдивая история создания лампы накаливания в хронологическом порядке

1840год. Британский химик и астроном Уоррен де ла Рю (Warren de la Rue), между прочим с 1864 года член-корреспондент Петербургской Академии Наук, размещает кусок платиновой проволоки в вакуумной трубке и пропускает через нее электрической ток, тем самым создав первую электрическую лампочку, по трудоемкости исполнения и стоимости больше напоминавшую некое произведение искусства. Больше известен за работы по исследованию Луны, один из кратеров которой назван в его честь.
1854 год. Германский часовщик Генрих Гебель (Heinrich Göbel) на выставке в Нью-Йорке представляет первую электрическую вакуумную лампу накаливания, пригодную для применения, сначала использую в качестве нити накаливания обугленную бамбуковую нить, а в качестве колб флаконы от духов. Должного внимания в те годы лампа Гебеля также не нашла. В 75 лет получил признание, как изобретатель первой пригодной для применения лампы накаливания с угольной нитью.
1860 год. Английский физик и химик Джозеф Уилсон Суон (Joseph Wilson Swan), по-русски Лебедь получил патент на вакуумную лампу накаливания, однако трудности в получении вакуума привели к тому, что лампочка Лебедя светила недолго. На этом работу не закончил и в 1878 году получил новый патент. В 1879 году в домах Англии стали делать электрическое освещение.
1874 год. 11 июля инженер-электрик Лодыгин Александр Николаевич получает патент на нитевую лампу, используя в качестве нити накаливания угольный стержень, помещенный в вакуум. Именно Лодыгин первым предложил применять в лампах вольфрамовые нити, закрученные в спираль. В 1906 году в США построил и пустил в ход завод по элетрохимическому получению вольфрама, хрома и др. металлов. Не сойдясь во взглядах с большевиками в 1917 году покинул страну и в марте 1923 года умер в Бруклине.
1875 год. Русский электротехник, механик Одесского телеграфа Василий Федорович Дидрихсон усовершенствовал лампу Лодыгина, откачав из нее воздух и применяя несколько волосков нити накаливания. Лампа Дидрихсона уже имела некоторый успех, она была применена для освещения большого бельевого магазина на Б. Морской (ныне Герцена), так же очень помогла при строительстве Литейного моста во время подводных работ при ремонте осевшего кессона.
1876 год. Русский электротехник, военный инженер и изобретатель Павел Николаевич Яблочков открыл, что каолин (белая глина) электропроводен при высокой температуре. После чего он создал лампу, где «нить накала» была изготовлена из каолина. Особенностью данной лампы было то, что она не требовала вакуума, и «нить накала» не перегорала на открытом воздухе. Ни одно из изобретений в области электротехники не получало столь быстрого и широкого распространения, как свечи Яблочкова. Это был подлинный триумф русского инженера. Свечи Яблочкова появились в продаже и начали расходиться в громадном количестве, так, к примеру, французское предприятие Бреге ежедневно выпускало свыше 8 тысяч свечей. Каждая свеча стоила около 20 копеек и горела 1,5 часа. Проживая в Париже был посвящен в члены масонской ложи «Труд и Верные Друзья Истины» (Travail et Vrais Amis Fidèles). Умер в России в 46 лет.
. Американский изобретатель и предприниматель (Thomas Alva Edison) в ходе исследовательских работ, установив решающее значение вакуума при изготовлении ламп, закончил разработку лампы накаливания с угольной нитью, ставшей одним из крупнейших изобретений XIX века. Величайшая заслуга Эдисона именно в создании практически осуществимой, широко распространившейся системы электрического освещения с прочной нитью накала, с высоким и устойчивым вакуумом и с возможностью одновременного использования множества ламп, а не в разработке идеи. Одновременно Эдисон изобрёл бытовой поворотный выключатель. Эдисон является автором многочисленных важнейших изобретений: в течение жизни Эдисона Бюро патентов в США выдало ему 1093 патента, важнейшие из которых — это патенты на изобретение фонографа, угольного микрофона, кинетоскопа (оптический прибор для показа движущихся картинок). Так же известен тем, что приняв на работу молодого сербского инженера Николу Теслу не смог воспользоваться его гениальными идеями. Умер в 1931 году в возрасте 84 лет.
Правдивая история создания лампы накаливания в картинках

XIX век

В XIX веке произошел настоящий прорыв в изучении и освоении электричества. Условно, с точки зрения становления электротехники, в девятнадцатом столетии обозначаются несколько периодов.

Зарождение научных основ электротехники

Начиная с 1800 года и до 30-тых годов XIX столетия закладываются научные основы электротехники. Первый электрохимический генератор – «Вольтов столб», стал толчком в развитии электротехники, за которым последовала череда важных открытий. На этом этапе были открыты законы Ома, Ампера, Био – Савара; найдены и описаны основные свойства электрического тока. Швейгер изобрел первый индикатор электрического тока.

Становление электротехники

Далее, вплоть до семидесятых годов XIX века, появляются первые электрические устройства.

Одно из важнейших открытий данного этапа – явление электромагнитной индукции, которое выявил Фарадей. Затем последовали изобретения первых электрических машин постоянного и переменного токов, Якоби построил первый электродвигатель с непосредственным вращением якоря.

электродвигатель Якоби (фото engineering-solutions.ru/motorcontrol/history)

В этот период сформировались законы Ленца и Кирхгофа, впервые были созданы источники электрического освещения и электрические приборы, происходит зарождение электроизмерительной техники.

Тем не менее в это время электрическая энергия не получает обширного применения, так как на тот момент еще не был изобретен экономичный электрический генератор.

Электротехника – самостоятельная отрасль

После 70-х годов XIX столетия начинается эра электротехники как самостоятельной отрасли техники. Новый этап открывает изобретение электромашинного генератора с самовозбуждением.

На это время приходится невероятный прогресс промышленности, сопровождавшийся непрерывным ростом потребности в электрической энергии.Появляются первые электрические станции постоянного тока, П. Н. Яблочков изобретает «электрическую свечу» (о нем и других выдающихся русских ученых читайте в нашем обзоре), разрабатываются способы передачи электричества на большие расстояния за счёт существенного повышения напряжения ЛЭП.

электрическая свеча (фото .wikipedia.org)

Дальнейшее развитие электрического освещения способствовало улучшению электрических машин и трансформаторов; ближе к концу века стартовало массовое производство однофазных трансформаторов с замкнутой магнитной системой.

В конце XIX века происходят значительные события – начинается строительство центральных электростанций переменного тока, открывается первая в мире ГЭС, разработаны трёхфазная электрическая сеть, трехфазные электрические двигатели и трансформаторы. Огромный вклад в развитие электротехники в эти годы внесли Михаил Доливо-Добровольский, Никола Тесла, Чарльз Браун и другие.

Начинается эпоха электричества: повышаются мощности и напряжения, возникают новые образы и виды электрических машин. Электрическая энергия проникает в различные отрасли производства и получает огромное распространение в различных сферах жизни.

Электронная лампа – диод

Электронная лампа – триод

Диод использовали для выпрямления переменного тока (см. Электрический ток). В 1906 г. американский инженер Ли де Форест предложил ввести между анодом и катодом лампы диода еще один электрод – сетку. Появилась новая лампа – триод, неизмеримо расширившая область использования электронных ламп.

Работа триода, как и всякой электронной лампы, основана на существовании потока электронов между катодом и анодом. Сетка – третий электрод – имеет вид проволочной спирали. Она находится ближе к катоду, чем к аноду. Если на сетку подать небольшое отрицательное напряжение, она будет отталкивать часть электронов, летящих от катода к аноду, и сила анодного тока уменьшится. При большом отрицательном напряжении сетка становится непреодолимым барьером для электронов. Они задерживаются в пространстве между катодом и сеткой, несмотря на то, что к катоду приложен «минус», а к аноду – «плюс» источника питания. При положительном напряжении на сетке она будет усиливать анодный ток. Таким образом, подавая различное напряжение на сетку, можно управлять силой анодного тока лампы. Даже незначительные изменения напряжения между сеткой и катодом приведут к значительному изменению силы анодного тока, а, следовательно, и к изменению напряжения на нагрузке (например, резисторе), включенной в цепь анода. Если на сетку подать переменное напряжение, то за счет энергии источника питания лампа усилит это напряжение. Происходит это потому, что при переменном напряжении между сеткой и катодом постоянный ток в нагрузке лампы изменяется в такт с этим напряжением, причем в значительно большей степени, чем изменяется напряжение на сетке. Если этот ток пропустить через фильтр верхних частот (см. Фильтр электрический), то на его выходе потечет переменный ток с большей амплитудой колебаний, а на нагрузке появится большее переменное напряжение.

В дальнейшем конструкции электронных ламп развивались очень быстро – появились лампы, содержащие не одну, а несколько сеток: тетроды (лампы с двумя сетками) и пентоды (лампы с тремя сетками). Они позволили получить большее усиление сигналов.

Триоды, тетроды и пентоды – универсальные электронные лампы. Их применяют для усиления напряжения переменного и постоянного токов, для работы в качестве детекторов и в качестве генераторов электрических колебаний.

Широкое распространение получили комбинированные лампы, в баллонах которых имеются по две или даже по три электронные лампы. Это, например, диод-пентод, двойной триод, триод-пентод. Они могут, в частности, работать в качестве детектора (диод) и одновременно усиливать напряжение (пентод).

Электронные лампы для аппаратуры малой мощности (радиоприемников, телевизоров и т.д.) имеют небольшие размеры. Существуют даже сверхминиатюрные лампы, диаметр которых не превышает толщины карандаша. Полную противоположность миниатюрным лампам представляют лампы, применяемые в мощных усилителях радиоузлов или радиопередатчиках. Эти электронные лампы могут генерировать высокочастотные колебания мощностью в сотни киловатт и достигать значительных размеров. Из-за огромного количества выделяющегося тепла приходится применять воздушное и водяное охлаждение этих ламп.

ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА

Волоконная оптика, раздел оптики, в котором рассматривается передача света и изображения по световодам и волноводам оптического диапазона, в частности, по многожильным световодам и пучкам гибких волокон.

Волоконная оптика возникла в 50-х годах XX века.

В волоконно-оптических деталях световые сигналы передаются с одной поверхности (торца световода) на другую (выходную) как совокупность элементов изображения, каждый из которых передается по своей световедущей жиле (рисунок 3).

Сравнение разных модификаций источника света

Элементом накаливания в первой лампе по версии Лодыгина выступал угольный стержень, помещенный в герметичную стеклянную емкость, откуда предварительно откачивали воздух. Прибор светил около получаса и мог использоваться вне лаборатории. Позже этот вариант был доработан В.Ф. Дидрихсоном – в его варианте в одном устройстве присутствовало несколько нитей, и когда одна из них перегорала, автоматически зажигалась следующая. Еще через год появился новый вариант устройства – в нем был один длинный уголек, выдвигающийся из патрона в колбу по мере сгорания.

Первая лампочка Эдисона была более совершенной, чем вариант Лодыгина – даже начальные ее, самые простые модификации горели около 40 часов и были весьма доступны в производстве. Вначале ученый применял платиновую спираль, позже вернулся к угольной нити. Сначала нитями накаливания выступали обугленные бамбуковые волокна. Использование карбонизированного бамбука позволило увеличить период горения прибора до 1200 часов. Затем, для удешевления конструкции, бамбук заменили хлопковыми нитями. Параллельно с этим лампочка Томаса Эдисона «обрастала» дополнительными необходимыми аксессуарами:

выключателем;
винтовым патроном;
цоколем с такой же винтовой резьбой.

Лодыгин, эмигрировавший к тому времени в США, не оставлял своих научных трудов и продолжал изобретать. В середине 1890-х годов он впервые использовал как нить накала тугоплавкий металл, проводил эксперименты с разными газовыми средами в колбах. Через несколько лет И. Ленгмюр, ученый из Америки, впервые придумал заполнить лампу инертным газом. Это существенно повысило время работы прибора. С тех пор почти вся такая продукция использует в качестве заполнения колбы аргон.

Долгое время Thomas Edison& Joseph Wilson Swan были единственной компанией в мире по выпуску осветительной продукции. Первая американская фабрика подобной специализации – The Shelby Electric Company – открылась на рубеже XXI и XX столетий изобретателем А. Шайе, бывшим сотрудником General Electric. Шайе внес свои собственные изменения в уже существующие наработки. Его лампочки:

светили на 20% ярче остальных;
служили на 30% долговечнее аналогов;
были нечувствительными к скачкам напряжения в сети.

Завод был рассчитан на объемы 2000 ламп в день, но уже через год ему пришлось расширить производство до 4000 штук в сутки – настолько продукция была востребована.

Однако фирма, сосредоточившись на выпуске ламп своей собственной разработки, не успевала идти в ногу со временем и модернизировать производственные процессы, ориентируясь на инновационные технологии. В итоге угольные лампочки Шелби не смогли конкурировать с все более популярными вариантами, оснащенными вольфрамовыми нитями. В 1914 году данная фабрика была выкуплена компанией General Electric.

Современная электрическая лампа накаливания по конструкции не отличается принципиально от своих предшественников. Она представляет собой герметичную стеклянную колбу, заполненную аргоном либо полностью лишенную газовой среды (давление внутри ниже 0,1 МПа), внутри которой раскаляется вольфрамовая спираль. Металлическая нить, под воздействием электрического тока, способна испускать световой поток.

Однако современные лампы имеют одну особенность: в их конструкции присутствует элемент, которого не было у предшественников: предохранитель из ферроникелевого сплава, ввариваемый в ножку одного из токовводов. Он предупреждает разрушение стеклянной оболочки лампы в момент разрыва нити. Ведь при ее разрушении в колбе создается электрическая дуга, способная повредить стекло. Предохранитель призван нейтрализовать дугу сразу же в момент ее появления.

История электрического освещения

Содержание

Кто первым в мире и когда придумал и изобрел?

Наше время, светодиодные лампы

Пройденная до электрическая эпоха