«Дуже яскравий білого кольору світло»

Євген Авдоніна

Відкриття електрики ознаменувала нову еру в історії джерел світла. Розвиток пішло за двома напрямками: одні грунтувалися на світінні електричної дуги, інші - На термічному дії електричного струму. У цій статті мова піде про газорозрядних джерелах світла, до яких відносяться дугові лампи і лампи тліючого розряду.

В 1802 російський фізик Василь Володимирович Петров (1761-1834), зайнявшись дослідженнями в новій тоді області - електриці, побудував гігантську гальванічну батарею. Його «вольтів стовп», вміщений у дерев'яні ящики, складався з 2,1 тис. пар мідних і цинкових кружков1. За допомогою цієї батареї Петров поставив чимало дослідів, але один з них назавжди запам'ятав його ім'я в історії науки. Разомкнув два вугільних стержня, приєднаних мідними провідниками до батареї, вчений був вражений «вельми яскравим білого кольору світлом», який спалахнув між вугіллям. Так уперше була отримана електрична дуга.

Знайти застосування

Вже в першій половині XIX століття стали робитися спроби використання електричної дуги для освітлювальних потреб. Електричне світло залишався дорогим, оскільки ще не було дешевого і надійного джерела енергії (генератора), і не надто надійним - вугільні електроди досить швидко згорали в полум'ї дуги, а відстань між ними доводилося підтримувати вручну. Однак найважливіші переваги електричного світла - висока яскравість і білизна - спонукали вчених та інженерів до нових експериментів.

Перша практично придатна конструкція дугової лампи (ДЛ) була створена французьким фізиком Жаном Бернаром Леоном Фуко (1819-1868) в 1844 році. У Росії ж справжню революцію у висвітленні зробив винахідник Павло Миколайович Яблочков (1847-1894). У 1870-х роках він зайнявся дослідженнями в галузі електротехніки. Результати робіт були блискучими - Яблочков з успіхом вирішив дві найважчі проблеми, які гальмували розвиток електричного освітлення.

Перша полягала в тому, що від одного джерела струму вдавалося живити тільки одну дугову лампу. Особливості роботи дугових джерел світла (ІС) не дозволяли включати їх паралельно, а послідовне включення було неможливо через необхідність одночасного запалювання ламп. Вченому вдалося впоратися з проблемою c допомогою створених незадовго до цього індукційних котушок - перша трансформаторів, завдяки яким він зумів гальванічно розв'язати ланцюг генератора від ланцюгів ламп і забезпечити незалежність роботи кожної лампи (мал. 1 на с. 66).

Друга проблема стала очевидною в ході організації освітлення залізничної колії Московсько-Курської залізниці в 1874 го ду. Досвід показав, що основною завданням вдосконалення джерел світла повинно було стати регулювання зазору між вугіллям. Якщо вугілля згорали і зазор ставав занадто великий, лампа гасла. Якщо ж зазор виявлявся занадто маленьким, падала яскравість світіння, а дуга ставала нестабільною. Чого тільки не придумували конструктори: вугілля зближувалися годинниковим механізмом з ходовим гвинтом, електродвигуном, електромагнітом. Останні конструкції були відносно вдалі, що дозволило їм дожити до середини XX століття. Але ідея Яблочкова виявився воістину геніальної і разом з тим простий - він помістив вугілля паралельно один одному, розділивши їх тонкої ізолюючої прокладкою з каоліну (рис. 2). Тепер вугілля згорали одночасно, і свічка горіла цілий вечір без будь-яких регуляторів і інших пристосувань.

В Наприкінці XIX століття з появою більш зручних в експлуатації ламп розжарювання (ЛН), мова про які піде в наступній статті, інтерес до дуговим лампам пішов на спад. Однак дослідники не зупинилися на досягнутому, вони почали використовувати інші форми електричного розряду в газах.

Лампа тліючого розряду

В 1858 німецький механік і винахідник Генріх Гейслер (1814 - 1879) виготовив першу лампу тліючого розряду (ЛТР), придатну як для лабораторних експериментів, так і для цілей утилітарного та декоративного освітлення. Такі лампи отримали назву «трубок Гейслера».

Через 40 років після винаходу Гейслера співробітник Edison Electric Light Company (пізніше - General Electric Co. (GE) Даніель Мур (1869-1926) повернувся до цієї технології і запропонував зовсім нову лампу. Не знайшовши підтримки керівника (на думку Едісона, лампа Мура була менш зручною в порівнянні з масово що здійснюються його фірмою лампами розжарювання), він залишив компанію Едісона і створив власну Moore Electrical Company, яка протягом ряду років успішно займалася виробництвом ламп Мура.

Лампа Мура, або «світло Мура», являла собою цілу установку, до її складу входила не тільки сама лампа і джерело електроживлення (індукційна котушка, або трансформатор), але і система, яка підтримувала незмінним тиск газу в лампі (рис. 4 на с. 68). Лампу виготовляли безпосередньо на місці експлуатації, збираючи її зі скляних труб діаметром близько двох дюймів (приблизно 5 см) і довжиною до 10 футів (трохи більше 3 м). Максимальна довжина лампи сягала 250 футів (близько 76 м). Після монтажу з трубки відкачувався повітря, і під невеликим тиском її заповнювали азотом, що давали в тліючому розряді золотисто-жовте світіння, або вуглекислим газом (біле, близьке до денного свічення). Електричний струм протікав між електродами, упаяними по обох кінцях. Струм і тиск газу регулювалися за допомогою пристроїв, поміщених в камеру, в яку вводилися обидва кінці лампи. Напруга живлення могло досягати 25 кВ при струмі до 150 мА, потужність живлять трансформаторів складає 2-4 кВт.

Вуглекислий газ давав достатньо яскравий білий світ за світлової віддачі близько 10 лм/Вт -- майже втричі більше, ніж у ЛН Едісона. Лампи Мура вироблялися для комерційного застосування до 1910 року. У Штатах вони використовувалися дуже широко, в невеликій кількості дісталися навіть до Росії (у Петербурзі експлуатувалися щонайменше дві подібні установки, одна з яких - у Ленінградському електротехнічному інституті (ЛЕТІ) - діяла до 1948 року). Після 1910 року, коли Вільям Девід Кулідж (1873-1975) створив лампу розжарювання з вольфрамовим тілом розжарювання, світлова віддача