Лампа накаливания: Томас Эдисон, Джозеф Свен, Павел Яблочков

Судьба самой обыкновенной электрической лампочки не менее примечательна. Началась она в 1802 году в Санкт-Петербурге. Тогда профессор физики Василий Владимирович Петров пропустил электрический ток по двум стержням из древесного угля. Между ними дугой перекинулось пламя. Как ни странно, возможность использовать дугу для освещения менее всего заинтересовала ученого. Он обратил внимание на температуру пламени – в ней плавились металлы. Спустя 80 лет это свойство использует другой ученый, Бенардос, для сварки металлов.

Открытие Петрова осталось незамеченным. А спустя 10 лет электрическую дугу получил в своем эксперименте англичанин Хэмфри Дэви. Однако до появления лампы накаливания оставалось еще более полувека.

Чтобы использовать электрическую дугу для освещения, было необходимо решить три задачи:

• концы угольков, между которыми вспыхивала дуга, в ее пламени быстро сгорали. Расстояние между ними увеличивалось, и дуга гасла. А значит, необходимо было найти способ поддерживать пламя не несколько минут, а сотни часов, то есть создать удобный для пользования электрический светильник;

• был необходим надежный и экономичный источник тока. Существовавшие гальванические батареи были громоздки, и на их изготовление уходило много дорогого цинка.

• требовался способ «дробить электрическую энергию», попросту говоря, использовать вырабатываемый машиной ток для нескольких светильников, установленных в разных местах.

Основной вклад в создание лампы накаливания внесли люди, по странному капризу судьбы родившиеся в 1847 году: Павел Яблочков, Александр Лодыгин и Томас Алва Эдисон. В истории с лампой накаливания есть и другие имена, и, конечно, мы об этих людях не забудем. Благодаря открытию Фарадеем эффекта возникновения электрического тока в изолированном проводе при его движении в магнитном поле, были построены первые генераторы электрического тока – динамо-машины.

Первым отличился будущий обладатель Ломоносовской премии от Петербургской Академии наук Александр Лодыгин. Он тоже начал опыты с электрической дугой, но очень быстро от них отказался, увидев, что раскаленные концы угольных стержней светят ярче, чем сама дуга. Изобретатель пришел к выводу, что дуга не нужна, и начал опыты с разными материалами, накаляя их током. Эксперименты с проволокой из различных металлов ничего не дали – проволока светилась несколько минут, а затем перегорала. И Лодыгин вернулся к углю, только брал не толстые угольные стержни, а тонкие. Угольный стерженек помещался между двумя медными держателями в стеклянный шар, и по нему пропускался электрический ток. Уголь стал давать свет довольно яркий, хотя и желтоватый, стержень выдерживал примерно полчаса.

Тогда Лодыгин прибег к очень простому, на первый взгляд, решению. Для того чтобы стержень не сгорал, изобретатель поставил в лампу два стержня. Сперва накалялся только один и быстро сгорал, поглощая весь кислород в лампе, после этого начинал светиться второй. Поскольку кислорода оставалось очень мало, он светил примерно два часа. Теперь нужно было выкачать воздух из лампочки и исключить его просачивание внутрь. Для этого нижний конец лампы Александр Николаевич погружал в масляную ванну, через которую от источника тока к лампе шли провода. Вскоре и от этого способа пришлось отказаться, была сделана лампочка, в которой можно было менять угольные стержни после сгорания. Основные неудобства возникали из-за необходимости откачивать воздух.

Пришло время продемонстрировать свое изобретение на публике, что и было сделано летом 1873 года, когда товариществом «Лодыгин и компания» был организован вечер, где были показаны фонарь для освещения комнаты, сигнальный фонарь для железных дорог, подводный фонарь и уличный. Каждый из них мог зажигаться и гаситься отдельно от остальных. Академия наук присвоила Лодыгину Ломоносовскую премию за то, что его изобретение приводит к «полезным, важным и новым практическим применениям».

Почти одновременно собственную конструкцию лампы разрабатывал Яблочков. Работая на Курской железной дороге, Павел Николаевич предложил поставить на паровозе поезда Александра II электрический фонарь для освещения пути. Он представлял собой два угольных стержня, между которыми вспыхивала электрическая дуга. По мере сгорания стержней их сближал механический регулятор. Ток давала гальваническая батарея. Молодому изобретателю пришлось две ночи напролет провести на паровозе, беспрестанно подправляя регулятор.

Первая лампа, удобная в практическом применении, была изготовлена им в мастерской Бреге, куда он поступил на работу, уйдя со службы в России и перебравшись в Париж. Изобретателя занимала одна проблема: как построить лампу, не нуждающуюся в регуляторе? Решение оказалось простым: вместо того чтобы располагать стержни один против другого, их надо было поставить параллельно, разделив прослойкой тугоплавкого вещества, не проводящего электрический ток. Тогда угли будут сгорать равномерно, а прокладка будет играть ту же роль, что и воск в свече. Для прослойки между электродами Яблочков выбрал каолин – белую глину, из которой делают фарфор.

Наконец в 1876 году, через месяц после этого озарения, такая лампочка накаливания была сконструирована, и Яблочков получил на нее патент. Свою «электрическую свечу» он помещал в стеклянный шар, а для ее зажигания использовал простое устройство: стержни сверху соединялись тонкой угольной нитью. Когда пускали ток, нить раскалялась, быстро сгорала, и между стержнями вспыхивала дуга.

Это произвело фурор во всей Европе. Лампочка пользовалась невероятным спросом. Магазины, театры, улицы Парижа были освещены «свечами Яблочкова». В Лондоне ими осветили набережную Темзы и корабельные доки. Яблочков стал одним из самых популярных людей в Париже. Газеты называли его изобретение «русским светом». А после грандиозного успеха «свечи Яблочкова» на Парижской выставке 1878 года, которую посетило много русских, ею заинтересовались и в России.

Между двумя русскими изобретателями электрической лампы завязался творческий спор о путях развития электрического освещения. Яблочков считал, что отказ от дуги – ошибка Лодыгина и лампочки накаливания не смогут быть прочными и экономичными. Лодыгин же, в свою очередь, упорно совершенствовал свою лампочку накаливания. Надо сказать, у «свечи Яблочкова» был один недостаток – слишком сильный свет, который она давала, не менее 300 свечей. И при этом излучала столько тепла, что в небольшой комнате было невозможно дышать. Поэтому «свечами Яблочкова» пользовались для освещения улиц и больших помещений: театров, заводских цехов, морских портов.

Теперь мы переходим к самой загадочной части истории: почему именно Томас Эдисон считается изобретателем лампы накаливания?

Во второй половине 1870-х годов идея электрического освещения с помощью проводников, накаливаемых электрическим током, была уже не нова. Многие ученые, инженеры и изобретатели проводили исследования и эксперименты в этом направлении, им были ясно видны большие перспективы практического применения электрических ламп накаливания. И не удивительно поэтому, что во многих странах нашлись свои изобретатели первой лампы накаливания: в Великобритании – Свен, в России – Лодыгин, в Германии – Гебель, в США – Эдисон. Так почему же тогда в общественном сознании практически всего человечества утвердилось устойчивое мнение, что изобретателем лампы накаливания является именно Томас Эдисон?

Это тем более удивительно, если учесть, что в самой Америке уже в начале 1880-х годов было несколько изобретателей, а также представлявших их компаний, стремящихся занять лидирующие позиции на еще только зарождающемся и весьма перспективном рынке электрического освещения.

В то время централизованных электрических сетей не существовало и лампочки сами по себе были не нужны. Поэтому обычно предлагалось комплексное решение проблемы освещения здания (например, большого магазина) или нескольких помещений, которое включало в себя практически все оборудование и материалы, начиная от электрических генераторов и заканчивая лампочками накаливания. А ведь еще не было практически никакой соединительной электрической арматуры, все элементы ее еще предстояло изобрести и организовать их производство. Не говоря уже о нормах, нормативах, правилах эксплуатации и техники безопасности, которые также еще не были выработаны.

Первого января 1880 года в Менло-Парке (США) Томас Эдисон провел первую публичную демонстрацию электрического освещения. Чуть больше, чем через год, выходит книга, в которой автор делает обзор мирового состояния этого направления электротехники. К 1881 году в США уже существовало несколько предложений по генераторам, которые можно было использовать для целей электрического освещения. А какие известные даже для современного человека фигурируют имена: Сименс, Максим, Эдисон!

Обзор ламп накаливания, сделанный Эдисоном, включал в себя лампы Starr и King, Лодыгина, Кона и Козлова, Булыгина, Сойера, Эдисона и Максима, в которых углерод защищен от атмосферы, а также те, в которых он горит в воздухе, – Ренье и Ведермана. Из первых только последние три считались практичными лампами, лампы же Максима во всех существенных деталях дублировали изобретение Эдисона.

Русский след в электрическом освещении с помощью ламп накаливания невозможно было не заметить, тем более что уже через год после демонстрации изобретения Эдисона в США появляются еще как минимум две лампы накаливания: Сойера и Максима, то есть там напряженно работали над этим вопросом и не знать состояние дел в своей области просто не могли.

К этому можно добавить, что лампы накаливания Сойера и Мэна были запатентованы раньше лампы Эдисона, и по этим патентам с 1886 года производила лампочки компания Thomson-Houston Electric Company, а после 1892 года – компания Джорджа Вестингауза, вплоть до окончания срока действия патентов Эдисона в 1897 году.

Сейчас самое время упомянуть имя британского изобретателя и оружейника американского происхождения Хайрема Стивенса Максима, который также сыграл важную роль в становлении электрического освещения. Максим совместно с Уильямсоном и другими еще в 1877 году основал компанию The United States Electric Lighting Company, занимавшуюся электрическим освещением, правда, в основном с использованием дуговых ламп. После появления в 1880 году ламп Эдисона Максим быстро перестроился и уже в 1881 году на выставке в Париже успешно продемонстрировал несколько моделей динамо-машин и свои лампы накаливания.

Максим был вполне в состоянии так быстро представить свое изобретение, в частности, потому что в начале 1880 года он нанял Людвига Бема – стеклодува Эдисона из Менло-Парка. Патентных споров с Эдисоном ему избежать не удалось, однако лампы оказались очень удачными и производились в течение нескольких лет, даже после того, как Максим в 1881 году переехал в Англию и практически перестал заниматься электричеством, сосредоточившись на своем главном изобретении – пулемете.

Компании Уильяма Сойера The Sawyer & Man Electric Co. и Хайрема Максима просуществовали относительно недолго. После бурного начального этапа развития электрического освещения в первой половине 1880-х годов, когда в этот сегмент рынка устремились множество игроков, началась череда слияний и поглощений, и, как это нередко случается, даже основоположники пали под натиском более успешных конкурентов.

Одними из таких удачливых конкурентов были профессора Элиу Томсон и Эдвин Хьюстон, которые в конце 1870-х годов начали целую серию экспериментов по усовершенствованию существующих дуговых ламп и динамо-машин. В 1880 году, после того как к ним обратилась группа бизнесменов из Новой Британии, Томсон и Хьюстон согласились на образование компании, которая стала заниматься коммерческим производством систем освещения (обеих ламп – дуговых и накаливания), причем на основании собственных патентов.

К 1890 году, в результате всех этих конфликтов интересов и их объединения, Эдисон, Томсон с Хьюстоном и Вестингауз образовали так называемую «Большую Тройку» (Big 3) американской осветительной индустрии. Однако на этом слияния не закончились. В 1892 году известный американский банкир и финансист Джон Пирпонт Морган инициировал слияние Edison General Electric Company и Thomson-Houston Electric Company, в результате чего образовалась знаменитая General Electric.

Исчезновение имени Эдисона из названия компании, у истоков которой он стоял, весьма символично. К тому времени Томас Эдисон вчистую проиграл Вестингаузу спор о том, какой ток, постоянный или переменный, стоит использовать.

Известно, что Эдисон был приверженцем постоянного тока, однако уже к концу 1880-х годов стало ясно, что перспектив у этого вида тока, в случае его широкого промышленного производства и передачи на большие расстояния, практически нет. Эдисон же продолжал с большим упорством продвигать свои системы постоянного тока, хотя на него некоторое время работали два молодых гения: 28-летний Никола Тесла и 22-летний Михаил Доливо-Добровольский – приверженцы переменного тока и будущие изобретатели, соответственно, двухфазного и трехфазного двигателей переменного тока.

Не добившись взаимопонимания с Эдисоном, Доливо-Добровольский переехал в Германию к Сименсу, а Тесла в 1888 году перебежал к его основному конкуренту – Вестингаузу. В том же году в лаборатории Вестингауза был изобретен электросчетчик переменного тока, после чего исход схватки был уже предрешен.

Что же получается:

• лампу накаливания придумал не Эдисон;

• не был он первым и в практическом применении и производстве этих ламп, хотя первым сделал это производство массовым;

• битву с основным конкурентом за продвижение своей системы освещения перед началом массового его применения Эдисон проиграл;

• вольфрамовую нить компания General Electric внедряла уже без участия великого изобретателя.

Тем не менее практически весь мир называет простую лампу накаливания именно лампочкой Эдисона. Не Свена, не Лодыгина, не Максима… почему?

Заслуга Эдисона прежде всего в том, что он изобрел и создал надсистему для этой лампы и поставил ее производство на поток, к тому же сильно снизив стоимость одной лампы. Он придумал для лампы винтовой цоколь и патрон, изобрел предохранители, выключатели, первый счетчик энергии. Именно с лампочки Эдисона электрическое освещение стало действительно массовым, придя в дома простых людей.

Массовое производство лампочек – несомненно, большая заслуга Эдисона. Первоначально он продавал свои лампы ниже себестоимости, по цене 1 доллар 25 центов. Но путем внедрения механизации в производственные процессы ему удалось настолько снизить себестоимость, что через три года при продаже по 22 цента за штуку каждая лампа приносила прибыль в три цента, и новые доходы компенсировали все предыдущие потери.

Винтовой цоколь для электрических лампочек, придуманный Эдисоном, до сих пор является одним из общепринятых мировых стандартов. Все остальное оборудование и необходимые аксессуары также были разработаны командой Эдисона, практически ничего этого раньше не существовало.

Главной заслугой Эдисона стало то, что он первый создал практически осуществимую, а потому и широко распространившуюся систему электрического освещения лампами накаливания с прочной, обладающей высоким сопротивлением нитью накала, с высоким и устойчивым вакуумом и с возможностью подведения электрического тока к огромному количеству независимых друг от друга и от расстояния точек освещения.

Обратимся к статье «Очерк развития ламп накаливания» из энциклопедии «Промышленность и техника», изданной в начале ХХ века и написанной практически современниками и Эдисона, и Свена, и остальных «соперников» на поле борьбы за приоритет. Вот что мы можем прочесть в этом очерке:

«Осенью 1879 года неожиданно выдвинулся в этой области изобретений Томас Эдисон и довел до практического завершения ее производство. До этого времени Эдисон придерживался металлических проволок в качестве накаливаемого тела, но когда увидел результаты изобретений Сойера и Мана, то вступил на верный путь и благодаря своей выдающейся гениальности изобретателя сумел за несколько недель привести лампу накаливания в полную пригодность для практического применения.

Сначала он заменил ломкий бумажный уголек лучшим, приготовляемым из обугленных бамбуковых волокон, и вместе с тем нашел, что накаливаемому телу следует придавать возможно большее сопротивление, чтобы, увеличивая напряжение, уменьшить силу тока, необходимую для накаливания.

В том же году Эдисону удалось устроить первую практическую установку освещения накаливанием (на пароходе “Колумбия” со 115 лампами), после чего подобные установки стали быстро распространяться…

В Европе начали интересоваться лампами накаливания в 1880 году, а познакомились с ними вполне только тогда, когда Эдисон доказал на деле их преимущества на Электрической выставке в Париже (в 1881 г.). С этого времени освещение накаливанием стало быстро распространяться».

Вероятно, в этом и кроется ответ на вопрос «Почему лампа Эдисона?» – хотя все же не следует забывать имена тех, кто не меньше энергии и сил отдал изобретению такого удобного и практичного предмета, как электрическая лампочка.