История электрического освещения

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Промышленность, транспорт, сельское хозяйство, бытовое потребление (освещение, холодильники, телевизоры). Большая часть электроэнергии превращается в механическую, 1/3 — технические цели (электросварка, плавление, электролиз и т. п.).

Главный способ получения электрической энергии и в наши дни основан на применении вращающихся генераторов – динамо, как их называли раньше. Таким путем получается электроэнергия не только на обычных тепловых электростанциях и гидростанциях, где генераторы приводятся в движение паром или текущей водой, но и на всех действующих атомных электростанциях.

«СВЕЧА ЯБЛОЧКОВА»

Русский инженер, один из пионеров мировой электротехники и светотехники Павел Николаевич Яблочков (14 сентября 1847, село Жадовка, Сердобского уезда Саратовской губернии — 19 (31) марта 1894, Саратов) закончил Техническое гальваническое заведение в Петербурге, впоследствии преобразованное в Офицерскую электротехническую школу, выпускавшую военных инженеров-электриков. Техническое гальваническое заведение было первым в Европе военным учебным заведением, ставившим своей задачей развитие и усовершенствование методов практического применения электричества в инженерном деле. Одним из организаторов и руководителей этого учебного заведения являлся крупнейший русский ученый и изобретатель, пионер электротехники Б.С. Якоби. П.Н. Окончив Гальваническое заведение, Яблочков был назначен начальником гальванической команды в 5-й саперный батальон. Однако едва только истек трехлетний срок службы, он уволился в запас, расставшись с армией навсегда. Яблочкову предложили место начальника службы телеграфа на только что вступившей в эксплуатацию Московско-Курская железная дороге. Уже в начале своей службы на железной дороге П.Н. Яблочков сделал свое первое изобретение: создал “чернопишущий телеграфный аппарат”. Подробности этого изобретения до нас не дошли.

Свою изобретательскую деятельность П.Н. Яблочков начал с попытки усовершенствовать наиболее распространенный в то время регулятор Фуко. Весной 1874 года ему представилась возможность практически применить электрическую дугу для освещения.

Чуть оно уменьшается или увеличивается, разряд пропадает. Между тем во время разряда угли выгорают, так что зазор между ними всё время растёт. И чтобы применить угли в электрической дуговой лампе, требовалось использовать специальный механизм-регулятор, который бы постоянно, с определённой скоростью подвигал выгорающие стержни навстречу друг другу. Тогда дуга не погаснет. Регулятор был очень сложный, действовал с помощью трех пружин и требовал к себе непрерывного внимания. Хотя опыт удался, но он еще раз убедил Павла Николаевича, что широкого применения такой способ электрического освещения получить никак не может. Стало ясно: нужно упрощать регулятор.

Дуговой разряд в виде так называемой электрической (или вольтовой) дуги был впервые обнаружен в 1802 году русским учёным профессором физики Военно-медико-хирургической академии в Петербурге, а впоследствии академиком Петербургской Академии наук Василием Владимировичем Петровым. Петров следующими словами описывает в одной из изданных им книг свои первые наблюдения над электрической дугой: «Если на стеклянную плитку или на скамеечку со стеклянными ножками будут положены два или три древесных угля... и если металлическими изолированными направлятелями...сообщенными с обоими полюсами огромной батареи, приближать оные один к другому на расстояние от одной до трёх линий, то является между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются и от которого тёмный покой довольно ясно освещен быть может... ».

В 1810 году то же открытие сделал английский физик Деви. Оба они получили вольтову дугу, пользуясь большой батареей элементов, между концами стерженьков из древесного угля. Первую дуговую лампу с ручным регулированием длины дуги сконструировал в 1844 году французский физик Древесный уголь он заменил палочками из твердого кокса. В 1848 году он впервые применил дуговую лампу для освещения одной из парижских площадей.

Справедливости ради надо сказать, что попытки использования дуговых ламп предпринимались в России и до Яблочкова. Свои дуговые лампы с регуляторами разработали русские изобретатели Шпаковский и Чиколев. Электрические лампы Шпаковского в 1856 уже горели в Москве на Красной площади во время коронации Александра II. Чиколев же использовал мощный свет электрической дуги для работы мощных морских прожекторов. Придуманные этими изобретателями автоматические регуляторы имели отличия, но сходились в одном — были ненадёжны. Лампы горели совсем недолго, а стоили дорого.

Совместно с опытным электротехником Н.Г. Глуховым Яблочков начал заниматься в мастерской усовершенствованием аккумуляторов и динамо-машины, проводил опыты по освещению большой площади огромным прожектором. В мастерской Яблочкову удалось создать электромагнит оригинальной конструкции. Он применил обмотку из медной ленты, поставив ее на ребро по отношению к сердечнику. Это было его первое изобретение.

Наряду с опытами по усовершенствованию электромагнитов и дуговых ламп Яблочков и Глухов большое значение придавали электролизу растворов поваренной соли. Во время одного из многочисленных опытов по электролизу поваренной соли параллельно расположённые угли, погруженные в электролитическую ванну, случайно, коснулись друг друга. Тотчас между ними вспыхнула ослепительно яркая электрическая дуга. Именно в эти минуты зародилась у него мысль о постройке дуговой лампы... без регулятора.

В октябре 1875 года Яблочков отправляется за границу и везет с собой изобретенную им динамо-машину. Осенью 1875 года Павел Николаевич в силу сложившихся обстоятельств оказался в Париже в мастерских физических приборов Бреге. В докладе, прочитанном 17 ноября 1876 года на заседании Французского физического общества, Яблочков сообщал:  “Я придумал новую лампу, или электрическую свечу, в высшей степени простой конструкции. Вместо того чтобы помещать угли друг против друга, я их размещаю рядом и разделяю посредством изолирующего вещества. Оба верхних конца углей свободны”.

Свеча Яблочкова состояла из двух стержней, изготовленных из плотного роторного угля, расположенных параллельно и разделенных гипсовой пластинкой.

Последняя служила и для скрепления углей между собой и для их изоляции, позволяя вольтовой дуге образовываться лишь между верхними концами углей. По мере того как угли сверху обгорали, гипсовая пластинка плавилась и испарялась, так что кончики углей всегда на несколько миллиметров выступали над пластинкой.

Простота устройства свечи, удобство обращения с нею были просто поразительны, особенно по сравнению со сложными регуляторами. Это и обеспечило свече громкий успех и быстрое распространение. 23 марта Павел Николаевич взял на нее французский патент за № 112024, содержащий краткое описание свечи в ее первоначальных формах и изображение этих форм. Этот день стал исторической датой, поворотным пунктам в истории развития электро- и светотехники, звездным часом Яблочкова. «Русский свет» (так называли изобретение Яблочкова) засиял на улицах, площадях, в помещениях многих городов Европы, Америки и даже Азии. «Из Парижа, - писал Яблочков,- электрическое освещение распространилось по всему миру, дойдя до дворца шаха Персидского и до дворца короля Камбоджи»).

15 апреля 1876 года в Лондоне открывалась выставка физических приборов. На ней показывала свою продукцию и французская фирма Бреге. Своим представителем на выставку Бреге направил Яблочкова, который участвовал на выставке и самостоятельно, экспонировав на ней свою свечу. В один из весенних дней изумленный Лондон ахнул, когда изобретатель провел публичную демонстрацию своего детища. На невысоких металлических столбах (постаментах) Яблочков поставил четыре своих свечи, обернутых в асбест и установленных на большом расстоянии друг от друга.

К светильникам подвел по проводам ток от динамо-машины, находившейся в соседнем помещении. Поворотом рукоятки ток был включен в сеть, и тотчас обширное помещение залил очень яркий, чуть голубоватый электрический свет. Многочисленная публика пришла в восторг.

Так Лондон стал местом первого публичного показа нового источника света и первого триумфа русского инженера.

В годы пребывания во Франции Павел Николаевич работал не только над изобретением и усовершенствованием электрической свечи, но и над решением других практических задач. Только за первые полтора года – с марта 1876 по октябрь 1877 – он подарил человечеству ряд других выдающихся изобретений и открытий. П.Н. Яблочков сконструировал первый генератор переменного тока, первым применил переменных ток для промышленных целей, создал трансформатор переменного тока (30 ноября 1876 года, дата получения патента, считается датой рождения первого трансформатора) и впервые использовал статистические конденсаторы в цепи переменного тока. Открытия и изобретения русского инженера, обессмертившие его имя, позволили Яблочкову первому в мире создать систему дробления света, основанную на применении переменного тока, трансформаторов и конденсаторов.

В России первая проба электрического освещения по системе Яблочкова была проведена 11 октября 1878 года, то есть незадолго до приезда изобретателя на Родину. В этот день были освещена казармы Кронштадтского учебного экипажа, площадь у дома, занимаемого командиром Кронштадтского морского порта. Опыты прошли успешно. Спустя две недели, 4 декабря 1878 года, свечи Яблочкова (8 шаров) впервые осветили в Петербурге Большой театр. Когда "внезапно зажгли электрический свет, - писало "Новое время" в номере от 6 декабря, - по зале мгновенно разлился белый яркий, но не режущий глаз, а мягкий свет, при котором цвета и краски женских лиц и туалетов сохраняли свою естественность, как при дневном свете. Эффект был поразительный".

Вскоре после приезда изобретателя в Петербург была учреждена акционерная компания "Товарищество электрического освещения и изготовления электрических машин и аппаратов П.Н. Яблочков-изобретатель и Ко". Свечи Яблочкова, изготовляемые парижским, а затем петербургским заводом общества, зажглись в Петербурге, Москве и Подмосковье, в Киеве, Нижнем Новгороде, Гельсингфорсе (Таллин), Одессе, Харькове, Николаеве, Брянске, Архангельске, Полтаве, Красноводске и других городах России.

И все же электрическое освещение в России такого широкого распространения, как за границей, не получило. Причин для этого было много: русско-турецкая война, отвлекавшая много средств и внимания, техническая отсталость России, инертность, а подчас и предвзятость городских властей. Не удалось создать и сильную компанию с привлечением крупного капитала, недостаток средств ощущался все время. Немаловажную роль (в который раз) сыграла и неопытность в финансово-коммерческих делах самого главы предприятия. Павел Николаевич часто отлучался по делам в Париж, а в правлении, как писал В.Н. Чиколев в "Воспоминаниях старого электрика", "недобросовестные администраторы нового товарищества стали швырять деньги десятками и сотнями тысяч, благо они давались легко!" Изобретатель был сильно разочарован. Умей он, как Эдисон, пускать свои изобретения в промышленный оборот с расчетом использовать средства для продолжения экспериментов, мир, вероятно, получил бы от П.Н. Яблочкова немало и других полезных изобретений. Павел Яблочков, не менее одаренный изобретатель, давший человечеству много полезных новинок, умер в бедности в Саратове 31 марта 1894 года.

1 августа 1881 года в Париже открылась Международная электротехническая выставка, которая показала, что свеча Яблочкова, его система освещения, сыгравшие великую роль в электротехнике, начали терять свое значение. У свечи появился сильный конкурент в лице лампы накаливания, которая могла гореть 800-1000 часов без замены. Ее можно было много раз зажигать, гасить и снова зажигать. К тому же она была и экономичнее свечи

Яблочков переключился целиком на создание мощного и экономичного химического источника тока. Проводя эксперименты с хлором, Павел Николаевич сжег себе слизистую оболочку легких и с тех пор стал задыхаться. В ряде схем химических источников тока Яблочков впервые предложил для разделения катодного и анодного пространства деревянные сепараторы. Впоследствии такие сепараторы нашли широкое применение в конструкциях свинцовых аккумуляторов.

Возвращение «свечи Яблочкова»

Никто из производителей автомобилей сейчас уже не применяет в качестве головного освещения вакуумные лампы накаливания. Прослужив человечеству несколько десятилетий, они заняли почетное место в технических музеях и лишь изредка встречаются в магазинах запчастей.

На смену пришли галогенные лампы накаливания. Применение галогенов позволило значительно увеличить срок службы нити накаливания и, вследствие этого, изготавливать лампы большей мощности. До сих пор в подавляющем большинстве выпускаемых автомобилей для головного света применяются галогенные лампы накаливания.

Но прогресс не стоит на месте, история делает новый виток и вот уже Вольтова дуга укрощена и, заключенная в стеклянную колбу, свеча Яблочкова вновь привлечена к работе

Разумеется, электроды, их положение, материалы уже очень далеки от своих предшественников начала XX века, но принцип остался тем же - электрическая дуга в качестве источника света. Принципиально новая газоразрядная лампа представляет собой колбу малого объема из кварцевого стекла с двумя электродами, заполненную хлоридами некоторых металлов и ксеноном (отсюда и название - ксеноновый свет).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Пройдя тропу, ведущую от мифов и легенд далёкого прошлого к некоторым основополагающим событиям настоящего, люди построили совершенно особый, не похожий на природный «электрический мир». 

Электричество является составной частью ПРИРОДЫ, окружающего МИРА. Оно присутствует во всём: в каждой частичке нашей ПЛАНЕТЫ, в пространстве, в самом человеке.
Объединёнными усилиями всего человечества процесс познания электричества происходит стремительно. Используя свойства электричества, человек создаёт приборы, приспособления и оборудование для улучшения условий жизни, труда, для познания окружающего мира.
ЧЕЛОВЕК стремится к комфорту, к новым возможностям.

Наши ученые на всех этапах развития науки об электричестве вносили в неё ощутимую лепту. В эпоху изучения статического электричества это были Ломоносов и Рихман, Эпинус, во время «гальванизма» – Василий Петров, на пороге электротехники стояли Ленц и Якоби. Их эстафету подхватили Яблочков и Лодыгин, Чиколев и Доливо-Добровольский… Невозможно назвать имена всех выдающихся ученых и инженеров, создавших и создающих для нас тот удивительный электрический мир, в котором мы живем.