«Свеча Яблочкова» — прообраз современной электрической лампочки

Есть одно интересное изобретение, о котором сегодня практически не вспоминают. Но именно эта техническая новинка в своё время дала старт использованию электричества для бытовых нужд. Речь идёт о прообразе современной электрической лампочки — «свече Яблочкова». 

Свеча Яблочкова — один из вариантов электрической угольной дуговой лампы, изобретённый в 1876 году ученым Павлом Николаевичем Яблочковым. Свое название «свеча» было дано вследствие того, что внешне свечу напоминала фарфоровая оболочка угля, и пламя находилось не между электродами, а на конце белого стержня, как это было, например, у стеариновой свечи.

Первые опыты с электрическим освещением Павел Николаевич Яблочков начал проводить ещё в своей московской мастерской в 1872 и 1873 годах. Учёный работал тогда с регуляторами разных систем, а затем с вышедшей в то время угольной лампой Лодыгина. Яблочков брал тонкие угольки и помещал их между двумя проводниками. Для того чтобы уголь не сгорал, Яблочков обматывал его волокнами горного льна. Идея была в том, чтобы уголь, накаливаясь не сгорал, а накаливал только окружающий его горный лён. Хотя эти опыты были неудачными, они подсказали Яблочкову идею применения в электрическом освещении глины и других подобных материалов.

В 1875 году во время одного из многочисленных опытов по электролизу растворов поваренной соли параллельно расположенные угли, погружённые в электролитическую ванну, случайно, коснулись друг друга. Тотчас между ними вспыхнула электрическая дуга, на короткий миг осветившая ярким светом стены лаборатории. Это натолкнуло Павла Николаевича на мысль о создании более совершенного устройства дуговой лампы без регулятора межэлектродного расстояния — будущей «свечи Яблочкова». В октябре того же года Яблочков уехал за границу. Оказавшись в Париже, он устроился на работу в мастерские физических приборов профессора Антуана Бреге. Однако его не покидала мысль о создании дуговой лампы без регулятора.

В Париже Яблочков начинает работу над дуговой лампой без регулятора, с более простой конструкцией.  23 марта 1876 года Павел Николаевич завершает работу над так называемой «электрической свечой» и получает на неё патент во Франции под номером 112024, содержащий краткое описание свечи в её первоначальных формах и изображение этих форм. 

Свеча Яблочкова оказалась проще, удобнее и дешевле в эксплуатации, чем угольная лампа Лодыгина, она не имела ни механизмов, ни пружин. Это были 2 стержня с прокладкой из каолина между ними. Каждый из стержней зажимался в отдельной клемме подсвечника. На верхних концах зажигался дуговой разряд от электрической цепи, и пламя дуги ярко светило, постепенно сжигая угли и испаряя изоляционный материал между стержнями. Позже проводились эксперименты с добавлением солей металлов в изоляционный материал, чтобы изменить окраску получаемого света.

15 апреля 1876 года Яблочков принял участие в выставке физических приборов, которая открылась в Южном Кенсингстоне (Лондон). Там учёный представил свою свечу для широкой публики. На небольших металлических постаментах Яблочков поставил четыре своих свечи, обёрнутых в асбест и установленных на большом расстоянии друг от друга. К светильникам подвёл по проводам ток от динамо-машины, находившейся в соседнем помещении. Поворотом рукоятки ток был включён в сеть, и тотчас обширное помещение залил очень яркий, чуть голубоватый электрический свет. Увиденное привело публику в восторг. Тогдашняя пресса в Британии, Франции и Германии была переполнена заметками и статьями о о новом источнике света. 

Схема цепи «свечи Яблочкова»

В конце лета 1876 года Яблочков вернулся из Лондона в Париж, где его познакомили с инженером и предпринимателем Луи Денейрузом. Для практической реализации своих изобретений и организации производства электрических свечей во Франции, по совету Антуана Бреге, Яблочков заключил с Денейрузом договор, на основании которого тот создал компанию «Генеральная компания электричества с патентами Яблочкова». Эта компания помимо производства свечей, вела также работы по установке первичных двигателей и динамо-машин для осветительных установок со свечами Яблочкова и полное их оборудование. В первые годы своего существования экспортный оборот компании составил более 5 млн франков. Сам Павел Николаевич, уступив право на использование своих изобретений владельцам компании, как руководитель её технического отдела, продолжал трудиться над дальнейшим усовершенствованием системы освещения, довольствуясь более чем скромной долей от огромных прибылей компании.

Первая установка освещения свечами Яблочкова была устроена в феврале 1877 года в «Salle Marengo» магазина Лувр и состояла из 6 свечей, питаемых двумя машинами «Alliance». В фонарях приходилось часто менять свечи после их выгорания, а для того, чтобы помещение не оставалось при этом в темноте, оказалось нужным устроить особое приспособление для смены ламп.

Вслед за магазином Лувр свечи Яблочкова были установлены на площади перед зданием Парижской оперы, в мае 1877 года они впервые осветили одну из магистралей столицы — Avenue de l’Opera. Жители французской столицы в начале сумерек толпами стекались полюбоваться гирляндами белых матовых шаров, установленных на высоких металлических столбах.

Следующим освещённым объектом стал крытый ипподром в Париже: беговую дорожку освещали 20 дуговых ламп с отражателями, а места для зрителей — 120 «свечей Яблочкова».

Для расширения производства электрических свечей необходимо было решить несколько проблем, главной из которых была проблема обеспечения осветительных установок генераторами переменного тока. В 1877 году Грамм выпустил первые машины переменного тока для питания свечей Яблочкова. При помощи этих машин удобно было питать четыре обособленных цепи, в каждую из которых можно было включать несколько свечей. Машины были рассчитаны на электрические свечи в 100 карселей, то есть силой света 961 кандела.

 «Свеча Яблочкова» оказалась настолько популярна, что освещение улиц и помещений на её основе было организовано в Берлине, в городах Бельгии, Испании, Португалии, Швеции. В Италии им осветили развалины Колизея, Национальную улицу и площадь Колона в Риме, в Вене — Фольскгартен, в Греции — Фалернскую бухту. До конца 1878 года освещение такого типа появилось в США (Сан-Франциско и Филадельфия), в Рио-де-Жанейро и в Мексике. «Свечи Яблочкова» появились в Дели, Калькутте, Мадрасе и ряде других городов Индии и Бирмы. Даже персидский шах и король Камбоджи использовали электрическое освещение этими первыми лампочками. 

Ни одно из изобретений в области электротехники не получало столь быстрого и широкого распространения, как свечи Яблочкова. Это был подлинный триумф русского инженера. Компании по коммерческой эксплуатации свечи Яблочкова были основаны во многих странах мира. Свечи Яблочкова появились в продаже и начали расходиться в громадном количестве. Так, к примеру, предприятие Бреге ежедневно выпускало свыше 8 тысяч свечей. Каждая свеча стоила около 20 копеек.

К сожалению,  в 1881 году в Париже Международная электротехническая выставка показала, что свеча Яблочкова и его система освещения начали терять своё значение в мире. Хотя изобретения Яблочкова получили высокую оценку и были признаны постановлением Международного жюри вне конкурса, сама выставка явилась триумфом лампы накаливания, которую Эдисон довёл до практического совершенства ещё к 1879 году. Его лампа могла гореть 800—1000 часов без замены, её можно было много раз зажигать, гасить и снова зажигать, и она была экономичнее свечи. Всё это оказало сильное влияние на дальнейшую работу Павла Николаевича. Начиная с 1882 года, он целиком переключился на создание мощного и экономичного химического источника тока.

Конструкторские особенности 

Первая модель свечи Яблочкова, которая демонстрировалась на выставке в Лондоне, состояла из двух параллельно расположенных углей; для того, чтобы дуга горела только на конце углей, один их углей окружался лёгкоплавкой фарфоровой трубкой или трубкой из белого стекла, как это делалось для имитации свечей в газовом освещении. При обгорании углей эта трубка постепенно расплавлялась. В связи с тем, что угли при питании их постоянным током сгорали неодинаково, положительный уголь делался толще отрицательного. Более толстый положительный электрод электрических свечей давал довольно заметную тень.

Свеча устанавливалась в специальный подсвечник, состоявший из двух медных деталей, изолированных одна от другой и смонтированных на подставке из шифера или какого-либо другого материала. Медные детали представляли собой пружинный зажим, в который вставлялись оба угля для создания хорошего контакта. К этому зажиму подходили два провода от источника тока.

К февралю 1877 года Яблочков несколько усовершенствовал свечу. Он отказался от трубки из фарфора. Свеча теперь состояла из двух угольных блоков 120 мм длиной и 4 мм в диаметре, разделённых изоляционным материалом — каолином. Расстояние между углями составляло 3 мм. На верхнем крае углей устанавливался замыкатель в виде обугленной пластинки, прикреплённой посредством бумажной полоски. При подключении свечи к источнику переменного тока, предохранительная перемычка на конце сгорала, поджигая дугу. Свеча горела ¾ часа; по истечении этого времени приходилось вставлять в фонарь новую свечу. Сила света свечей составляла 20—25 карселей, то есть 192—240 кандела. Эти свечи использовались для освещения магазина Лувр.

Затем в конструкцию свечи были внесены существенные изменения: каолин был заменён гипсом, благодаря чему возрос световой поток; длина угольных блоков доведена до 275 мм, из которых 225 мм было полезной; благодаря улучшению материала, из которого делались свечи, срок их службы был удвоен и доведён до полутора часов. Нижние края углей позднее стали  покрывать красной медью, для того, чтобы получить более хороший контакт при вставлении свечи в пружинный держатель. Эта конструкция свечи была рассчитана на массовое распространение.

Свечи закрывались глазурированными шарами из стекла. Диаметр шара обычно был равен 400 мм, вверху его делалось отверстие. Фонари были высотой до 700 мм, в их цоколе имелись дверцы для вентиляции.

Для увеличения времени освещения была разработана конструкция фонаря на 4 свечи, в котором помещалось крестообразно четыре держателя на общей подставке. Через определённый промежуток времени ламповщики обходили фонари и переводили ток особыми коммутаторами со сгоревшей свечи на новую. Впоследствии были придуманы так называемые автоматические подсвечники. Один из них представлял собой конструкцию из нескольких свечей, в каждую из которых упирался металлический стержень. Этот стержень поддерживал рычажок, на котором находился контакт. Когда свеча догорала до определённого уровня, упор уничтожался, контакт падал и ток переходил на другую свечу. 

Другое устройство было сделано иначе: в середину подсвечника помещался стержень, от которого натягивалась тонкая шёлковая нить; когда свеча догорала, нить загоралась, поддерживаемый ей рычажок падал и переносил ток на другую свечу. Кроме того, для перевода тока под подсвечником устраивался ртутный коммутатор; он состоял из коробки с несколькими отверстиям, в которую была налита ртуть. На оси помещался металлический круг и несколько стержней; в отделение с ртутью входил только один стержень. При таком устройстве, когда свеча горела, рычажок был притянут, а стержень находился в ртути; как только свеча догорала или случайно потухала, рычажок падал, стержень выходил из отделения с ртутью, а новый входил в другое отделение и ток передавался на следующую свечу.

Несмотря на ошеломительный успех «свечей Яблочкова» в определенный момент времени, они обладали и рядом недостатков: короткий срок службы свечи (возможный технический предел составлял всего полтора часа, а увеличение длины углей было далее невозможно, так как это приводило бы к большему увеличению диаметра колпаков); потухание одной лампы связано с потуханием всех последовательно включенных свечей; потухшую свечу вновь зажечь было невозможно (практического разрешения этого вопроса не было найдено); для переключения перегоревших ламп требовалось участие обслуживающего персонала (этот недостаток также практически не был устранён).

__________________________
Читайте нас в телеграм 
https://t.me/granitnauky


Больше на Granite of science

Подпишитесь, чтобы получать последние записи по электронной почте.

Добавить комментарий

Больше на Granite of science

Оформите подписку, чтобы продолжить чтение и получить доступ к полному архиву.

Читать дальше