История искусственного освещения, История создания источника света
Сегодня в установках наружного освещения, к которым предъявляются повышенные требования по цветопередаче стадионы, выставки, пешеходные зоны , все чаще используются металогалогенные лампы. Того же года популярность лампочек Дидрихсона возросла, впервые в мире их установили в Петербурге, для длительного искусственного освещения популярного магазина белья Жюля Флорана. Фейерверки в XIX веке, кроме двух громоздких огненных творений в году коронация Александра И и в году летие первого фейерверка Петра Великого , стали заметно проще по своим замыслам и исполнению.
Увеличить яркость свечения можно было, обеспечив более полное сгорание топлива в светильнике за счет лучшего подвода воздуха к зоне горения, что технически проще было осуществить в случае ее неподвижности, у свечи же зона горения перемещалась весьма ощутимо.
Именно поэтому в начале 19 века свеча начала уступать свои позиции там, где важна была яркость освещения. Начался непродолжительный золотой век газовых и "масляных" ламп слово масляные взято здесь в кавычки потому, что в этот период топливом стали служить скипидары и продукты нефтепереработки - керосин и бензин.
Как уже было сказано выше, увеличения яркости свечения горящего топлива можно добиться улучшением его сгорания путем оптимизации подвода воздуха.
Для этого в году, проживавший в Великобритании швейцарец Эми Агранд применил в запатентованной им в этом году лампе принципы, которые соблюдались в большинстве позднейших конструкций - кольцевой фитиль , защитное стекло, внешний приток воздуха. Кольцевой фитиль позволял осуществлять подачу необходимого для горения топлива воздуха внутрь пламени.
Стекло предохраняло пламя от сквозняков. Зазор между стеклом и кольцевым фитилем позволял создать дополнительную тягу и обеспечить приток воздуха к внешней стороне пламени.
В принципе, все позднейшие усовершенствования лампы Агранда сводились к оптимизации формы стеклянной колбы, конструктива фитиля, путей подвода внешнего воздуха, совершенствованию способов подачи горючей жидкости к зоне горения и улучшению светильных свойств самой горючей жидкости.
Единственное фундаментальное улучшение конструкции таких ламп, сделанное после Агранда , это появление калильной сетки , позволившей резко повысить яркость свечения за счет более полного сгорания горючего на ней и свечения самой сетки.
Честь ее изобретения принадлежит Карлу Велсбаху , который в году предложил " Осветительным приспособлением для газовых и иных горелок ", каковым предложением и завершилось, собственно, принципиальное совершенствование ламп, использующих для освещения горючие вещества. Само по себе изобретение заключалось в том, чтобы специально обработанную ткань поместить в пламя горелки.
В результате этого сетка приобретала жаростойкость, способность ярко светиться в нагретом состоянии и способность не рассыпаться в прах при транспортировке.
В заключение разговора об источниках света, использующих в качестве топлива горючие жидкости, нельзя не упомянуть и о керосиновых лампах , которые конечно уступают своим калильным "сестрам" по яркости освещения, но в силу своей неприхотливости, наряду с ними, продолжают оставаться основным источником искусственного света едва ли не для половины населения Земли еще и в двадцать первом веке.
Говоря о неэлектрических источниках света невозможно обойти стороной газовые светильники. Сейчас трудно в это поверить, но в середине 19 века светильный газ считался наиболее прогрессивным топливом для освещения, а его производство - серьезной отраслью индустрии тогдашних ведущих держав.
Светильный газ получался перегонкой каменного угля. Для хранения светильного газа строили специальные сооружения - газгольдеры, которые были неотъемлемой деталью пейзажа городов, где было устроено газовое освещение. Сам по себе газовый светильник рожок представлял собой трубку того или иного профиля снабженную механизмом регулирования подачи газа с возможностью полного ее прекращения, а также, иногда, системой позволявшей увеличить приток воздуха к зоне горения аналогично масляным лампам приток мог быть внутренним - по трубке меньшего диаметра расположенной внутри газовой, и внешним.
Поскольку на видимый свет приходится лишь небольшая часть излучения, световая отдача костра, факела, свечи и т.
Вплоть до XIX века, когда широкое распространение начало получать освещение электрическое, человечество использовало практически одно горение как источник света. На этом пути были перепробованы различные варианты топлива и исполнения светильников: в разное время и в разных ситуациях люди пользовались лучинами, керосиновыми и масляными лампами, свечами, газовыми фонарями.
Встречались и экзотические решения. Например, индейцы использовали для освещения своих хижин высушенную рыбу-свечу с пропущенным через неё фитилём — обилие в ней жира прекрасно поддерживает горение. Собственно, поэтому эта небольшая рыбка и получила в народе такое название по-научному же она это эвлахон или тихоокеанский талеихт. С приходом эпохи электричества ситуация начала меняться.
Первыми электрическими лампами, вопреки расхожему мнению, стали вовсе не лампы накаливания, а угольные дуговые источники света. В таком приборе источником света выступала электрическая дуга, образовывавшаяся между двумя угольными электродами. В конце XIX века такие лампы получили широкое распространение в качестве источников уличного освещения. Электрическая дуга появляется, когда вещество между двумя электродами под воздействием мощного электрического поля ионизируется и переходит в состояние плазмы.
Но, как и в случае с горением, отдельные ионы стремятся вернуться в устойчивое энергетическое состояние, вследствие чего происходит их рекомбинация со свободными электронами, а излишек энергии испускается в виде фотонов.
В зависимости от того, чем заполнено пространство между электродами — воздухом, благородными газами, парами металлов или их солей — изменяется спектр получаемого излучения. Кстати, одним из изобретателей, отличившихся на поприще электрического света, стал наш соотечественник Павел Николаевич Яблочков, разработавший простую и эффективную конструкцию угольной дуговой лампы, в дальнейшем и названной его именем — свечой Яблочкова.
Однако, Павлу Николаевичу тоже не удалось преодолеть один из самых больших недостатков таких источников света — их маленький срок службы. Большинство образцов угольных дуговых ламп горели не больше часов. Поэтому в начале XX века повсеместно стали использоваться более долговечные лампы накаливания с нитями из тугоплавких металлов, которые до сих пор, по прошествии уже более чем ста лет, всё ещё остаются весьма популярными в силу своей дешевизны и неприхотливости. Хотя первые образцы, разработанные Томасом Эдисоном ещё в 70—х годах XIX века использовали угольное волокно и также имели ограниченный срок службы — около 40 часов, это не помешало им получить широкое распространение и иметь коммерческий успех.
Ключевым фактором для них стало удобство использования и низкая цена — в течение первых пяти лет существования фабрики Эдисона по производству ламп их цена снизилась с 1 доллара 25 центов до 22 центов за штуку. Но о дуговых, или разрядных, источниках света никто не забыл. Ещё в х годах XIX века Никола Тесла запатентовал систему освещения газоразрядными лампами , наполненными аргоном.
Такая лампа требовала для своей работы источника тока высокого напряжения и высокой частоты. Кстати, далёкие потомки тех первых ламп используются и по сей день, наряду с криптоновыми, ксеноновыми, неоновыми и некоторыми другими. В дальнейшем идея развивалась, появлялись металлогалогенные, натриевые лампы, большое распространение получили лампы ртутные — которые мы используем и сейчас.
Хотя первые эксперименты с парами ртути в качестве внутренней среды газоразрядных ламп показали, что свет, отдаваемый таким источником, имеет довольно низкое качество — в видимой части его спектра преобладают синие и зелёные цвета.
Более того, в нём велико количество ультрафиолета, для глаза невидимого, а в больших количествах вредного для живых организмов. На этом свойстве паров ртути, кстати, основаны бактерицидные и кварцевые лампы — в них используются специальные типы стёкол, которые в большей степени пропускают ультрафиолетовое излучение, чем привычное нам силикатное стекло. При искусственном освещении все предметы выглядят иначе, чем при дневном свете.
Это происходит потому, что изменяется положение, спектральный состав и интенсивность источников излучения. История искусственного освещения началась тогда, когда человек стал использовать огонь.
Костер, факел и лучина стали первыми искусственными источниками света. Затем появились масляные лампы и свечи. В начале XIX века научились выделять газ и очищенные нефтепродукты, появилась керосиновая лампа, которая используется по сегодняшний день. При зажигании фитиля возникает светящееся пламя.
Пламя испускает свет только тогда, когда твердое тело нагревается этим пламенем. Не горение порождает свет, а лишь вещества, доведенные до раскаленного состояния, излучают свет.
В пламени свет излучают раскаленные частички сажи. В этом можно убедиться, если поместить стекло над пламенем свечи или керосиновой лампы. Затем масло заменили спиртово-скипидарной смесью. Позднее, в качестве горючего вещества, стали использовать керосин и, наконец, светильный газ, который получали искусственным путем.
Световая отдача таких источников была очень мала из-за низкой цветовой температуры пламени. Она не превышала К. По цветовой температуре искусственный свет сильно отличается от дневного, и это различие давно было замечено по изменению цвета предметов при переходе от дневного к вечернему искусственному освещению.
В первую очередь было замечено изменение цвета одежды.
