Нека има светлина!: История на изкуствените източници на светлина

Така започна ерата на масовото електрическо осветление

Разбира се, още преди изобретяването на електрическо осветление, хората признаха нуждата от изкуствена светлина и се опитаха да „разсеят тъмнината.“ „Ако ви попитат: кое е по-полезно, слънцето или месец? - Отговор: месец. Защото слънцето грее през деня, когато вече е светло; и месец през нощта ”, каза Козма Прутков. Яркостта на слънчевата светлина е толкова голяма, че много малко изкуствени източници на светлина могат да се конкурират с нея. Но през нощта трябва да се задоволявате с мизерно отражение на слънчевата светлина от лунната повърхност (и дори тогава не винаги). Така че човечеството трябва да измисля заместители.

Подарък на Прометей

Първият изкуствен източник на светлина беше огън, който, както знаете, беше представен на човечеството от Прометей. Огнен огън служи като стационарен източник на светлина, факли служат за преносими, чийто дизайн се променя с течение на времето: от обикновена огнена марка, извадена от огъня, до дръжка, увита в теглене и напоена с масло, грес или масло. Въпреки факта, че факлата е много древно изобретение (смята се, че е на възраст около милион години!), Тя се използва и до днес: нейните далечни потомци, работещи на газ, запалват олимпийския пламък, а вдигнатите огньове и ракети се използват от военните за нощна маркировка и сигнализация, т.е. ловци и туристи.

В допълнение към факлата в каменната ера, човечеството изобретило лампа - кана, пълна с мазнина или масло, с фитил, потопен в нея (въже или плат). През третото хилядолетие пр.н.е. се появяват първите свещи - барове от разтопена твърда животинска мазнина (мазнина) с фитил вътре. През Средновековието като китово масло и пчелен восък са използвани материали за свещи; в момента за тези цели се използва парафин.

Факелите, свещите и лампите дават много малко светлина. Спектърът на открития огън е много различен от слънцето, под което природата "изостря" човешкото око. Значителна част от радиацията попада в термичния (IR) обхват. Видимата светлина се излъчва главно от въглеродни частици, загряти от пламък до висока температура (именно тези неизгорени частици образуват сажди). Спектърът на огъня във видимия обхват улавя само част от жълтата и червената зона. Да се ​​работи в такава светлина е почти невъзможно и много средновековни занаятчийски гилдии далекогледи забраниха нощната работа на изкуствена светлина, тъй като качеството на продуктите рязко падна.

Включете газта!

През XIX век широко се използва газовото осветление. През 1807 г. са запалени първите газови фенери по една от централните улици на Лондон - Pall Mall. И до 1823 г. улиците на Лондон с обща дължина 215 мили бяха осветени от четиридесет хиляди газови лампи (които обикновено се наричаха рога). Те бяха осветени всяка вечер ръчно от специални хора - фенери. Между другото, този пост беше избран и много почетен в някои страни.

Газовото осветление обаче не беше много ефективно. Основният проблем беше, че газовият пламък, изгарящ при недостатъчно снабдяване с кислород, дава ярка светлина, но пуши много, а чистият непушащ пламък (с излишък от кислород) е практически невидим. Но през 1885 г. Уелсбах предложи използването на нагревателна мрежа, която представлява торба с тъкан, наситена с разтвор на неорганични вещества (различни соли). При калцинирането тъканта изгаря, оставяйки тънък "скелет", който свети ярко при нагряване под въздействието на пламък.

В края на 19 век се появяват керосинови лампи, които все още могат да бъдат намерени. Много от тях са оборудвани със светещи решетки (сега метални или азбестови).

Първи стъпки на електричество

Първият електрически източник на светлина беше странно „фенерче, захранвано от батерия“. Вярно е, че светлината се излъчва не от нажежаема лампа, а от електрическа дъга между въглеродните електроди и батериите заемат цяла маса. През 1809 г. сър Хъмфри Дейви демонстрира дъгова светлина в Кралската академия на науките в Лондон. Тогава нямаше генератори (Фарадей откри феномена на електромагнитната индукция едва през 1832 г.), а батериите бяха единственият източник на електрическа енергия.

През 1878 г. нашият сънародник Павел Яблочков подобри дизайна, като постави електродите вертикално и ги раздели със слой изолатор. Този дизайн се наричаше „свещта на Яблочков“ и се използваше по целия свят: например Парижката опера беше осветена с помощта на такива „свещи“.

Електрическата дъга дава ярък и сравнително балансиран спектър от светлина, което дава възможност да се използва много широко. До 1884 г. големите американски градове осветяват повече от 90 хиляди дъгови лампи.

Горещи нишки

Повечето хора свързват изобретението на лампи с нажежаема жичка с името на Едисон. Въпреки това, въпреки всичките му заслуги в тази област, той не е изобретател на лампата.

Първата лампа с нажежаема жичка приличаше повече на бижута или произведение на изкуството, както по сложност, така и по цена. Много преди Едисон, през 1820 г., Уорън Де ла Рю поставя платинен проводник в стъклен съд, от който се изпомпва въздух и преминава през него ток. Лампата беше успешна, но ... платина! Беше толкова скъпо, че широкото му използване не беше под въпрос.

Много изобретатели експериментират с различни материали, но едва през 1879 г. Джоузеф Свен и Томас Едисън независимо разработват лампа с нажежаема жичка с въглеродна нишка. За своето изобретение Едисон направи огромно грандиозно представяне: в навечерието на новата, 1880 г., той използва 100 от своите лампи, за да освети улиците, лабораторията и станцията на град Менло Парк (Ню Джърси). Влаковете се спукаха от желанието да видят това чудо, а железопътната линия в Пенсилвания дори трябваше да пусне допълнителни влакове. Едисоновите лампи работеха около сто часа, консумираха 100 вата и дадоха светещ поток от 16 кандели (за сравнение, модерна 100-ватова лампа с нажежаема жичка дава светлина с мощност от порядъка на 100-140 кандели).

По-нататъшното усъвършенстване на лампите става в две посоки: въглеродните нишки са заменени през 1907 г. с волфрам, а от 1913 г. лампите се пълнят с газ (в началото се пълнят с азот, после преминават в аргон и криптон). И двете подобрения бяха направени в лабораториите на General Electric, компания, основана от Томас Едисън.

Съвременната лампа с нажежаема жичка, която е добре позната на читателите на нашето списание, е широко използвана в ежедневието, но не може да се каже, че нейната светлина е идеална: тя е изместена към червените и инфрачервените области на спектъра. Ефективността също оставя много да се желае: ефективността му е само 1-4%. В този смисъл лампата с нажежаема жичка е по-скоро отоплително устройство, отколкото осветително устройство.

Лампи за пълнене

В допълнение към ниската ефективност, конвенционалните лампи с нажежаема жичка имат още един сериозен недостатък. По време на работа волфрамът постепенно се изпарява от горещата повърхност на нишката и се установява по стените на крушката. Крушката придобива "тониран" вид, което влошава светлината. И поради изпаряването на волфрам от повърхността на нишката, животът на лампата се намалява.

Но ако добавите пари, например йод, към газа, който пълни колбата, картината се променя. Атомите на изпарения волфрам се комбинират с йодни атоми, образувайки волфрамов йодид, който не се утаява по стените на колбата, а се разлага на горещата повърхност на нишката, връщайки волфрам към нишката, и йодни пари обратно към колбата. Но има едно условие: температурата на стените на колбата също трябва да бъде доста висока - около 2500С. Ето защо халогенните крушки са толкова компактни и естествено горещи!

Халогенните лампи, поради високата температура на нажежаемата жичка, дават по-бяла светлина и имат по-дълъг живот в сравнение с конвенционалните лампи с нажежаема жичка.

Студена светлина

Тези лампи са преки потомци на електрическата дъга. Само два разряда в тях се появяват между два електрода в контейнер, пълен с различни газове. В зависимост от налягането (ниско - лъчи на прожектори

Друг вид разрядни лампи е HID (High Intensity Discharge - високоинтензивни разрядни лампи или дъгови газоразрядни лампи). Тук фосфорът не се използва и газът излъчва светлина във видимия спектрален участък, когато протича електрически ток и възникне дъгов разряд. Парите от живак, натрий или металогениди обикновено се използват като газ за пълнене.

Лампите с живачен стълб с високо налягане се използват в прожектори за осветяване на стадиони и други големи предмети, те дават много ярка бяло-синя светлина (UV се екранира чрез филтри). Мощността на живачните лампи може да бъде десетки киловата. Металохалогенните лампи са вид живак; те имат коригирано цветопредаване

и повишена ефективност.

Лампи с натриева дъга с ниско налягане са познати на всички нас: те са тези, които стоят на уличните лампи, придаващи топъл „кехлибарен“ блясък. Те са добри, защото имат отлична ефективност, дълъг живот (повече от 25 хиляди часа) и са много евтини.

Между другото, ксенонът, който е добре известен на автомобилистите (с които са оборудвани съвременните изпълнителни автомобили), са лампи за разтоварване с високо налягане.

Рекламни светлини

Традиционно рекламните табели, направени от огънати тръби, пълни с газ, се наричат ​​неонови. Това също е разрядна лампа, но при различен тип разряд - тлеене. Интензитетът на сиянието в тях не е много голям. В зависимост от изпомпвания газ вътре, те могат да светят в различни цветове (всъщност неонови - червено-оранжеви).

светодиоди

Говорейки за автономни източници на светлина, не можем да не споменем светодиодите (прочетете повече за светодиодите в същия брой. - Ред. „PM”). Това са полупроводникови устройства, които генерират (когато електрически ток преминава през тях) оптично лъчение. Излъчването на светодиода се възприема от човешкото око като едноцветно. Цветът на излъчването се определя от използвания полупроводников материал и добавките.

Поради високата си ефективност и ниските работни токове и напрежения, светодиодите са отличен материал за производството на автономни източници на светлина. В компактните фенерчета те са несравнени и с времето, най-вероятно, напълно ще заменят лампи с нажежаема жичка от този сектор.

лазер

Лазерът е разработен независимо от американския физик Тоунс и нашите сънародници Басов и Прохоров през 1960г.

Лазерът дава мощен тесен лъч на монохроматично (с дължина на една вълна) излъчване. Лазерът не се използва за общо осветление, но за специални приложения (например светлинни шоута) няма равен. В зависимост от вида на използвания работен флуид и принципите, лазерното излъчване може да има различни цветове. В ежедневието най-често се използват полупроводникови лазери - близки роднини на светодиоди.

Лека екзотика

Изкуствената светлина може да бъде не само електрическа. Хемилуминесцентните (така наречените химични) маркери - пластмасовите прозрачни тръби са широко разпространени. За да "включите" сиянието в тях, трябва да смесите две вещества, разделени от тънка мембрана. Такъв маркер е напълно автономен, дава мека мека светлина, но "гори" за кратко време и, разбира се, не се възстановява.

И накрая, един от най-екзотичните източници е биолюминесцентният. Ако събирате светулки в стъклен буркан, светлината, излъчвана от тях, е напълно достатъчна, за да видите времето на ръчен часовник. Въпреки че този източник просто не е изкуствен, а на 100% от естествен произход.

Статията е публикувана в списанието Popular Mechanics (№ 1, януари 2004 г.).

Препоръчано

Мадагаскарски копър: най-мистериозното животно
2019
Изчакайте: Тест на Mercedes-Benz S 400 d
2019
Как да разберем принципа на несигурността на Хайзенберг?
2019