Развитие искусственных источников света (историческая справка)

Первым стационарным искусственным светильником был костер первобытного человека. Первым переносным источником света стал факел, который на первых этапах развития представлял собой горящий сук из костра, затем – ручку, обмотанную паклей и пропитанную нефтью, жиром или маслом.

В Древнем Египте были изобретены масляные лампы. Они представляли собой колонны около метра в высоту с углублением, в которое ставили плошки с маслом.

Древние греки и римляне применяли напольные светильники, представлявшие собой треногу, на которой была установлена чаша с горючим веществом.

В средние века для крепления факела на стене стали применять кованые зажимы различной конструкции, иногда им придавали форму руки. Такие приспособления явились родоначальниками бра.

Первые подвесные светильники (лампады, лампионы) представляли собой круглые или овальные чаши, которые крепились к консоли или к потолочной балке. В чаше находилась горючая жидкость – масло, животный жир, или нефть. В эту жидкость был погружен фитиль, скрученный из растительных волокон.

Упоминания о металлических подвешиваемые к потолку светильниках с несколькими источниками света появились во времена правления византийского императора Константина. Светильники были похожи на корону, выполненную из нескольких колец, дисков и дужек, со специальными отверстиями для стеклянных конических резервуаров с маслом.

На Руси аналогичные подвесные светильники появились с приходом христианства и византийской культуры. Церковные светильники (паникадила) IX в. изготавливались из серебра или меди, крепились на цепях под куполом. Некоторые церковные светильники имели множество ярусов. Паникадила считаются прародителями современных люстр.

Все перечисленные осветительные приборы давали мало света, сильно коптили, были неудобны в использовании. Широкое применение свечей для осветительных приборов обеспечило бурное дальнейшее развитие светильников.

Кто и когда придумал свечу сегодня сложно установить. Известно, что ими пользовались и древние греки, и американские индейцы, и китайцы. Первоначально это были бруски из перетопленного твердого животного жира с фитилем внутри. Первые свечи современной конструкции появились в Средневековье и изготавливались из жира (чаще всего) или из воска.

До XV в. свечи изготавливались выдерживанием впитывающего материала – папируса, бумаги, пористой сердцевины некоторых растений – в расплаве жира до его напитывания. В XV в. была изобретена цилиндрическая форма для отливки свечей, одновременно медленно начала возрастать популярность пчелиного воска как горючего материала для свечей. В XVI–XVII вв. американскими колонистами было изобретено получение воска из некоторых местных растений, и свечи, произведенные этим способом временно набрали большую популярность – они не дымили, не таяли так сильно как сальные, однако их производство было трудоемким и популярность вскоре сошла на нет.

Развитие китобойной промышленности в конце XVIII в. внесло первые существенные изменения в процесс производства свечей, потому что спермацет (воскоподобный жир, получаемый из верхней части головы кашалота) стал легко доступным. Спермацет горел лучше, чем жир и при этом не дымил, и в общем был ближе к пчелиному воску по свойствам и преимуществам. [9]

Большинство изобретений, повлиявших на свечное дело, относится к XIX в. В 1820 г французский химик Мишель Шевроль открыл возможность выделения смеси жирных кислот из животных жиров – стеарина. Стеарин, иначе иногда называемый стеариновым воском из-за подобных воску свойств, оказался твёрдым, жёстким и горел без копоти и почти без запаха, а технология его производства не являлась затратной. И как следствие, вскоре стеариновые свечи почти полностью вытеснили все другие виды свечей, было налажено массовое производство. Примерно тогда же была освоена технология пропитки фитилей свечей борной кислотой, что избавляло от необходимости часто снимать остатки фитиля (если их не снимать, они могли затушить свечу).

Ближе к началу XX в. химики смогли выделить нефтяной воск – парафин. Парафин чисто и ровно горел, практически не давая запаха (сильный запах имел лишь дым, образующийся при тушении свечи, но этот запах был скорее приятным), и его было дешевле производить, чем любое другое горючее вещество для свечей известное к тому времени. Единственным его недостатком была низкая температура плавления (по сравнению со стеарином), из-за чего свечи имели свойство оплывать раньше, чем сгорают, но эта проблема была решена, после того, как в парафин начали добавлять более твёрдый и тугоплавкий стеарин. Даже при внедрении электрического освещения довольно долгое время в начале XX в. парафиновые свечи только набирали популярность, этому способствовало бурное развитие нефтяной промышленности в то время. Со временем их значение в освещении сменялось на декоративное и эстетическое. [9]

По мере развития и освоения в качестве источника освещения интерьера свечей появились всевозможные настенные и напольные светильники, бра, торшеры, люстры. Они становились все более изысканными и разнообразными по своим стилям и формам.

Но и свечи были далеко не идеальным источником света. Чтобы осветить большое помещение, требовались сотни свечей. Они чадили, черня потолки и стены, по-прежнему для горения расходовался кислород, в помещениях присутствовал запах продуктов горения. По мере сгорания они нуждались в регулярной замене, что на паникадилах, люстрах, подвешенных зачастую на значительной высоте, сделать было непросто. Для зажигания и гашения свечей использовали специальные приспособления на длинных рукоятях, лестницы-стремянки; нагар с фитиля свечи регулярно снимали специальными щипцами – мушеткой или съемами. [2]

Газовые фонари нуждались в подводке газа и несмотря на их повсеместное применении для освещения улиц практически не использовались в интерьере. Для уличного освещения в свое время использовались и керосиновые лампы.

Керосиновые лампы также, как и газовые фонари, оказались малопригодными для создания люстр на большое число светоточек, зато широко использовались для создания небольших бытовых осветительных приборов, настольных и переносных ламп. Наиболее известной является керосиновая лампа «летучая мышь».

Развитие электрического освещения шло по двум направлениям: конструирование дуговых ламп и ламп накаливания.

Историю электрического освещения можно начать с упоминания об опытах В.В. Петрова в 1802 г., которыми было установлено, что при помощи электрической дуги «темный покой довольно ясно освещен быть может». Тогда же, в 1802 г., Дэви в Англии демонстрировал накал проводника током. [10]

Принципиальными недостатками дугового источника являются: открытое пламя (и отсюда – пожарная опасность), огромная сила света и необходимость регулирования дугового промежутка по мере сгорания углей.

В 1844 г. французский физик Жан Бернар Фуко (1819–1868 гг.), именем которого названы открытый им вихревые токи, заменил электроды из древесного угля электродами из ретортного угля, что увеличило продолжительность горения лампы. Регулирование оставалось еще ручным. Такие лампы могли получить применение лишь в тех случаях, когда требовалось непродолжительное по времени, но интенсивное освещение, например, при подсветке стекла микроскопа, при устройстве сигнализации в маяках или театральных эффектах.

Дальнейшая история дугового электрического освещения связана с изобретениями различных механических и электромагнитных регуляторов. Идея дифференциального регулятора Чиколева, получившего широкое применение в прожекторостроении, была использована другими конструкторами, в частности немецким фабрикантом 3. Шуккертом. Крупносерийный выпуск дуговых ламп с дифференциальным регулятором начали производить в конце 70-х годов заводы Сименса (с которыми объединились заводы Шуккерта), и такая лампа стала продаваться под наименованием «дуговая лампа Сименса».

С 80-х годов дифференциальные дуговые лампы стали единственным типом дуговых источников света, которые применялись для освещения улиц, площадей, гаваней, а также для освещения больших помещений производственного или общественного назначения, они стали обычными источниками света в прожекторной и светопроекционной технике. [10]

Особое место среди дуговых источников света занимает «электрическая свеча» Павла Николаевича Яблочкова (1847–1894). Именно «электрическая свеча» явилась тем детонатором, который вызвал бурный рост электротехнической промышленности.

Осенью 1875 г. Яблочков проводил опыт электролиза поваренной соли. Два угольных электрода были расположены параллельно, и однажды, когда электроды на мгновение коснулись друг друга в нижних своих частях, между ними возникла электрическая дута. [10]. Дуга наблюдалась до тех пор, пока не сгорели угольные электроды и не треснул сосуд. Таким образом было выяснено, что в случае параллельного расположения электродов дуга горела значительно дольше, чем при их встречном положении. При этом не требовалось дорогих регуляторов.

23 марта 1876 г. В Париже Яблочков получил патент на ставшую знаменитой «электрическую свечу».

П. Н. Яблочков стал очень известным человеком, в знак признания его работ появилось выражение «русский свет». В том же 1876 г. он организовал компанию по производству систем освещения, в которой вел работу в качестве технического руководителя. Первой операцией компании было освещение универсального магазина «Лувр» в Париже, затем ипподрома и, пожалуй, самое эффектное – освещение улицы Оперы. [10].

Одна электрическая свеча могла гореть около 2 часов; при установке нескольких свечей в специальном фонаре, оборудованном переключателем для включения очередной свечи, можно было обеспечить бесперебойное освещение в течение более длительного времени. Изобретение электрической свечи способствовало внедрению в практику переменного тока.

Электрическая техника предшествующего периода базировалась исключительно на постоянном токе (телеграфия, гальванотехника, минное дело). Дуговые электрические лампы с регуляторами также питались постоянным током. При этом положительный электрод сгорал быстрее отрицательного, поэтому его приходилось брать большего диаметра.

П. Н. Яблочков установил, что для питания свечи лучше применять переменный ток, в этом случае при электродах одинакового размера получалась вполне устойчивая дуга. В связи с тем, что осветительные установки по системе Яблочкова стали подключать к источникам переменного тока, заметно возрос спрос на генераторы переменного тока, которые раньше не находили практического применения.

Значительному развитию электротехники способствовала также и разработка Яблочковым нескольких весьма эффективных систем «дробления электрической энергии», обеспечивавших возможность включения в цепь, питаемую одним генератором, нескольких дуговых ламп. Среди способов «дробления», предложенных Яблочковым, два получили практическое применение: секционирование обмотки якоря генератора (в результате получилось несколько независимых цепей, в которые включались свечи) и применение индукционных катушек. Первичные обмотки катушек включались последовательно в цепь, а во вторичную обмотку в зависимости от ее параметров могли подключаться одна, две и более свечей.

Если первичная цепь питалась постоянным током, то предусматривалось включение в нее специального прерывателя для наведения ЭДС во вторичных обмотках катушек. Фактически Яблочков использовал индукционную катушку в качестве трансформатора. Но значение электрической свечи этим не исчерпывается.

Изобретение дешевого приемника электрической энергии, доступного для широкого потребителя, потребовало решения еще одной важнейшей электротехнической проблемы – централизации производства электрической энергии и се распределении. Яблочков первым указал на то, что электрическая энергия должна распределяться подобно тому, как доставляются к потребителям газ и вода.

Дальнейший прогресс электрического освещения был связан с изобретением лампы накаливания, которая оказалась более удобным источником спета, имеющим лучшие экономические и световые показатели.

Самая ранняя по времени лампа накаливания построена англичанином Деларю в 1809 г. В этой лампе накаливалась платиновая спираль, находящаяся в стеклянной трубке. Следующий шаг сделан в 1838 г., когда бельгиец Жобар стал накаливать угольные стержни в разреженном пространстве. Эта лампа была, конечно, дешевле, но срок ее службы был незначительным.

После 1840 г. предлагались многочисленные конструкции ламп накаливания: с телом накала из платины, иридия, угля или графита и т. д. В 1854 г. по улицам Нью-Йорка разъезжал немецкий эмигрант Гебель, на повозке которого находились подзорная труба и лампа накаливания. Последняя служила для привлечения публики, которая приглашалась взглянуть через подзорную трубу на кольца Сатурна. Замечательным было то, что источником света в лампе Гебеля служило обугленное бамбуковое волокно. Нить была помешена в верхнюю часть закрытой барометрической трубки, т. е. в разреженное пространство. Медные проводники подходили к нити накала сквозь стекло. Лампа Гебеля могла гореть в течение нескольких часов.

В 1860 г. изобретатель Сван (Англия) впервые применил для лампы накаливания обугленные полоски толстой бумаги или бристольского картона, накалявшиеся в вакууме. В 1870–1875 гг. развернулись работы русского отставного офицера Александра Николаевича Лодыгина (1847–1923). [10]

Стремясь увеличить время горения лампы накаливания с тонким угольным стерженьком, заключенным в стеклянном баллоне, Лодыгин предложил устанавливать несколько угольных стерженьков, расположенных так, чтобы при сгорании одного автоматически включался следующий. Первая публичная демонстрация ламп Лодыгина состоялась а 1870 г., а в 1874 г. он получил русскую привилегию (авторское свидетельство) на свою лампу. Затем он запатентовал свое изобретение в нескольких странах Западной Европы.

Постепенно он усовершенствовал лампы. Если первые лампы работали 30–40 мин, то со временем, когда он применил вакуумные колбы, срок службы увеличился до нескольких сотен часов. За изобретение лампы накаливания А.Н. Лодыгин был удостоен Ломоносовской премии Петербургской Академии наук. [10].

В 90-х годах в качестве тела накала в лампах Лодыгин предложил использовать вольфрамовую нить. Новые лампы Лодыгина демонстрировались на Парижской выставке 1900 г. [10]

Больше всего известности, почестей и славы в связи с электрической лампой выпало на долю Эдисона. Но Эдисон не изобрел лампу. Он сделал нечто большее: Эдисон разработал во всех деталях систему электрического освещения и систему централизованного электроснабжения.

К 1879 г., когда Эдисон заинтересовался проблемой электрического освещения, он был уже известен как изобретатель автоматического счетчика голосов, как автор усовершенствования в области многократной телеграфии и в конструкции телефонного аппарата Белла, как изобретатель фонографа.

Есть достаточно убедительные сведения о том, что Эдисон хорошо знал изобретения своих предшественников в области электрического освещения накаливанием, в том числе и работы А.Н. Лодыгина. Он находился также под впечатлением успехов «электрической свечи» Яблочкова. Впрочем, сам Эдисон любил повторять, что всегда, когда он хотел сделать что-то новое, он тщательно изучал все, что было сделано по данному предмету до него, к этому времени Эдисон имел уже прекрасную лабораторию в Менло-Парке (США) и способных помощников. [10]

Эдисон сразу поставил перед собой две задачи: лампа должна создавать умеренную освещенность; каждая лампа должна гореть совершенно независимо от других. Так он пришел к выводу о необходимости иметь нить высокого сопротивления, что позволит включать лампы параллельно (а не последовательно, как до этого поступали с любыми электрическими лампами).

12 апреля 1879 г. Эдисон получил первый патент на лампу с платиновой спиралью высокого сопротивления, а затем – на лампы с угольными нитями (27 января 1980 г.). Эдисон разработал систему откачки баллонов, технологию крепления вводов и угольной нити. 1 января 1880 г. Эдисон устроил публичную демонстрацию в Менло-Парке.

Для того чтобы система освещения стала коммерческой, Эдисон должен был придумать множество устройств и элементов: цоколь и патрон, поворотный выключатель, плавкие предохранители, изолированные провода, крепящиеся на роликах, счетчик электрической энергии и, в заключение, построил в 1882 г в Нью-Йорке на Пирльстрит первую центральную электростанцию.

Эдисон превратил электрическую энергию в товар, продаваемый всем желающим, а электрическую установку – в систему централизованного электроснабжения.

Уже в 80-е годы начинается быстрое развитие электрического освещения, все более расширяющееся массовое производство ламп накаливания, вызвавшее дальнейшее развитие электромашиностроительной промышленности, электроприборостроения, электроизоляционной техники и совершенствование способов производства и распределения электрической энергии. [10]

В 1879 году русские электротехники П. Н. Яблочков, А. Н. Лодыгин, В. Н. Чиколев совместно с рядом других электротехников и физиков организовали в составе Русского технического общества Особый Электротехнический отдел. Задачей отдела было содействие развитию электротехники.

В апреле 1879 г. впервые в России электрическими фонарями освещен мост – мост Александра II (ныне Литейный мост) в Санкт-Петербурге. При содействии Отдела на Литейном мосту введена первая в России установка наружного электрического освещения (дуговыми лампами Яблочкова в светильниках, изготовленных по проекту архитектора Кавоса), положившая начало созданию местных систем освещения дуговыми лампами некоторых общественных зданий Петербурга, Москвы и других больших городов. Электрическое освещение моста устроенное В.Н. Чиколевым, где горело 12 свечей Яблочкова вместо 112 газовых рожков, функционировало всего 227 дней.

В 1880 году организовано Товарищество «Электротехник». Это Товарищество устраивало дуговое электрическое освещение в садах и общественных учреждениях, применяя, главным образом, дифференциальные лампы Чиколева, строило мелкие частные электростанции. В 1880 г. Товарищество объявило, что оно принимает на себя устройство электрического освещения вокзалов, железных дорог, типографий, фабрик и мастерских, гостиниц, ресторанов, магазинов, клубов, театров, садов, площадей, мостов и улиц в городах и т. п. На объявлениях Товарищества изображалась дифференциальная лампа Чиколева. В тексте объявления пояснялось, что электрическое освещение дифференциальными лампами дешевле всякого другого освещения.

В 1880 г. Товарищество «Электротехник» обратилось в Санкт-Петербургскую городскую думу с предложением осветить Невский проспект электричеством. На все согласования ушло более двух лет, только в августе 1882 г. Городская управа заключила с Товариществом договор на освещение Невского проспекта на участке от Адмиралтейства до Аничкова моста. Однако недостаточность финансовых средств не позволила завершить проект и Карл Федорович Сименс, располагая крупным капиталом, использовал инициативу русских технических кругов, скупил всю сеть и фонари, установленные Товариществом «Электротехник», и организовал электрическое освещение главной улицы столицы. После опробования с 30 декабря 1883 г. окончательно установилось освещение Невского проспекта 32 фонарями (дуговыми лампами) силой света около 1200 свечей. Две электростанции: одна на деревянной барже на реке Мойке у Полицейского (ныне Зеленого) моста с 3 локомобилями и 12 динамо-машинами постоянного тока мощностью 35 киловатт, другая – у Казанской площади с 2 локомобилями и 3 динамо-машинами, обслуживались штатом в 30 человек. Начала действовать «Контора освещения Невского проспекта электричеством». Таким образом, к середине 1880-х гг. торговым домом «Сименс и Гальске» осуществлялись работы не только по электрическому освещению Невского проспекта и прилегающих улиц, но и ряда домов столичной аристократии. [11]

В 1883 году Карл Сименс приобрел лицензию на использование в России ламп Эдисона и построил в Санкт-Петербурге фабрику по производству соответствующего оборудования – кабелей, ламп, переключателей и т. д. Помимо неё и фабрики по изготовлению телеграфного и телефонного оборудования Карл Сименс решил построить в Петербурге завод динамо-машин, который производил бы электромоторы большой мощности, а также турбогенераторы и трансформаторы. Завод получил название «Сименс-Шуккерт» и был построен в 1912 г. [11].

Очевидные преимущества электроламп побудили специалистов искать возможности замены газового освещения в Зимнем дворце и прилегающих к нему залов Эрмитажа. Инженер Василий Петрович Пашков – техник дворцового управления, предложил в качестве эксперимента использовать электричество для иллюминации дворцовых залов во время рождественских и новогодних праздников 1885 г. Опыт удался. 9 ноября 1885 г. проект строительства «фабрики электричества», предусматривающий использование только отечественного оборудования, был высочайше утвержден с примечанием: «Зимние балы 1886 года (10 января) должны освещаться электричеством полностью». Работа была поручена В.П. Пашкову. Чтобы исключить возможность вибрации здания от работы паровых машин, размещение электростанции предусмотрели в отдельном павильоне из стекла и металла. Он находился во втором дворе Эрмитажа, с тех пор называемом «Электрическим».

Здание станции площадью 630 м² состояло из машинного отделения с 6 котлами, 4 паровыми машинами и 2 локомобилями и помещения с 36 динамо-машинами. Общая мощность достигала 445 л. с. Первыми осветили часть парадных помещений: Аванзал, Петровский, Большой фельдмаршальский, Гербовый, Георгиевский залы, и устроили наружную иллюминацию. Было предложено три режима освещения: полное (праздничное) включать пять раз в году (4888 ламп накаливания и 10 свечей Яблочкова); рабочее – 230 ламп накаливания; дежурное (ночное) – 304 лампы накаливания. Станция потребляла около 30 тыс. пудов (520 т) угля в год. [11].

16 июля 1886 г. в Санкт-Петербурге зарегистрировано промышленно-коммерческое «Общество электрического освещения». Эту дату принято считать датой основания первой российской энергосистемы. Среди учредителей были «Сименс и Гальске», «Дойче Банк» и русские банкиры. С 1900 г. компания носит имя «Общество электрического освещения 1886 г.». Цель компании обозначалась согласно интересам главного учредителя Карла Федоровича Сименса: «Для освещения электричеством улиц, фабрик, заводов, магазинов и всякого рода других мест и помещений» [Устав..., 1886 г., с. 3]. Общество имело несколько отделений в разных городах страны и внесло очень большой вклад в развитие электрической сферы экономики России.

25 августа 1890 г. организована Царскосельская электрическая станция, ставшая результатом реконструкции осветительной установки постоянного тока, существовавшей с ноября 1887 г. В 1887 г. при устройстве водопровода возникла мысль об использовании паровых машин не только для привода насосов, но и для привода динамо-машин. По проекту инженера Пашкова на улицах города было установлено 120 фонарей (дуговых ламп) на чугунных столбах – для уличного освещения, были освещены: шоссе от Царского Села в Ям-Ижору (на расстояние 4 верст), Александровский и Запасной дворцы, казармы лейб-гвардии гусарского полка и другие здания. Водопровод обслуживался двумя водонапорными башнями, соответственно было две электрических станции. На станциях первоначально было установлено 9 динамо-машин. В ходе эксплуатации Царскосельская установка все время развивалась. Протяженность воздушной сети, составляющая 60 верст в 1888 г., после 1890 г. значительно увеличилась. [11].

В 1890 г. была начата реконструкция станции с целью полного электрического освещения Царского Села и 25 августа этого же года официально открыта новая единая электростанция переменного тока напряжением 2400 В. После установки динамо-машины переменного тока, реконструкции электрической установки и устройства новой сети переменного тока 2000 В, Царское Село стало первым городом в Европе, «который сплошь и исключительно освещен электричеством», как писал С. Н. Вильчковский. [11].

По мере того, как электрическое освещение все больше внедрялось в жизнь, демонстрируя свои преимущества, проводилось замена или переоборудование осветительных приборов, оснащенных другими источниками света.

Богатые дома и дворцы аристократии, куда электричество было проведено в первую очередь, освещались красивейшими многорожковыми парадными люстрами, торшерами и др. Такие осветительные приборы стоили немалых денег. Понятно, что редко кто был готов их просто заменить. В основном, их переделывали под новый источник света – электрическую лампу.

Первоначально, помимо ощутимого преимущества в освещенности помещений, это сказывалось лишь на внешнем виде осветительных приборов. Провода, которые имели значительную толщину, прокладывались сверх деталей осветительного прибора. Позднее провода стали пытаться скрыть, где это возможно.

При этом орнаментованные чеканенные детали старых люстр безжалостно сверлились, обтачивались и т.д. Для закрепления патронодержателей заменялись или переделывались профитки и бабешки осветительных приборов. Документов, описывающих работы, проведенные по переделке практически никогда не оставалось.

Переделка осветительных приборов под электрическое освещение продолжается до сих пор. По мере передачи или возврата музеям исторических помещений для их освещения требуются все больше соответствующих времени интерьера осветительных приборов. Но множество осветительных приборов прошлых веков безвозвратно утеряны, поменяли место нахождения или находятся в плачевном состоянии.

Производится ускоренная реставрация осветительных приборов, сохранившихся в хранилищах и запасниках, естественно, под современный способ освещения.

К сожалению, при такой переделке даже в наше время многие осветительные приборы прошлых поколений продолжают безвозвратно терять свои неповторимые исторические элементы.

В ближайшее время в результате проводимых реставрационных работ без сохранения и музеефикации замененных элементов будет уже не найти образец исторической проводки, патронодержатель и патрон начала XX в., пример исторической вязки хрустальных гирлянд, уникальных резьбовых соединений и т.д.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: