Со времен изобретения первой угольной лампы накаливания прошло около 180 лет. Революция в мире освещения того времени уже давно осталась позади и мало кто задумывается, как все начиналось. Со временем технологии менялись: лампу с угольной спиралью сменила лампа накаливания с платиновой спиралью, затем лампа с обугленной бамбуковой нитью в вакуумированном сосуде и великое множество других модификаций ламп. Каких только материалов не было испробовано для создания более эффективной лампы накаливания, однако это не принесло существенных результатов. В современных лампах накаливания используется спираль из вольфрама, но и этот редкий материал позволяет добиться, что всего 5% энергии преобразуется в свет. Глобальный переворот пришелся лишь на эпоху энергосберегающих и светодиодных ламп. Основанные на совершенно ином принципе свечения, данные лампы позволили человечеству в разы улучшить качество освещения и сократить на него расходы.

Давайте же попробуем отследить всю историю источников света и существующие в наше время типы ламп.

В наши дни все лампы можно поделить на три основные группы: накаливания, газоразрядные и светодиодные. Люди «старой закалки» наотрез отвергают последние два вида, что напрасно. Но пойдем по порядку.

Лампы накаливания

Лампа накаливания представляет собой электрический источник света, светящимся телом которого служит проводник, нагреваемый протеканием электрического тока до высокой температуры. Все лампы накаливания можно разделить на пять видов:

К преимуществам ламп накаливания можно отнести их низкую стоимость, небольшие размеры, мгновенность включения, отсутствие токсичных компонентов, работа при низкой температуре окружающей среды. Но их недостатки, все же, не сопоставимы с современными требованиями к источникам света. К ним относятся: низкая эффективность (КПД не более 5%), короткий срок службы, резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения, цветовая температура в пределах от 2300 до 2900 К, высокая пожароопасность.

Лампы накаливания постепенно остаются в прошлом, но отдадим должное истории, проложившей тропу от истоков к современным источникам освещения:

1838-1854 гг. — первые лампы, работающие от электрического тока. Изобретатели: бельгиец Жобар, англичанин Деларю, немец Генрих Гебель.

11 июля 1874 года российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд.

В 1876 году российский изобретатель и предприниматель Павел Николаевич Яблочков разработал электрическую свечу и получил на неё французский патент. Свеча Яблочкова оказалась проще, удобнее и дешевле в эксплуатации, чем угольная лампа Лодыгина. Изобретение Яблочкова можно отнести также к разрядным лампам.

В 1879 году американский изобретатель Томас Эдисон патентует лампу с платиновой нитью. В 1880 году он возвращается к угольному волокну и создаёт лампу с временем жизни 40 часов. Одновременно Эдисон изобрёл патрон, цоколь и выключатель. Несмотря на столь непродолжительное время жизни его лампы вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение.

В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и Франьо Ханаман получили патент на использование в лампах вольфрамовой нити. В Венгрии же были произведены первые такие лампы, вышедшие на рынок через венгерскую фирму Tungsram в 1905 году.

В 1906 году Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании General Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама патент находит только ограниченное применение.

В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает улучшенный метод производства вольфрамовой нити. Впоследствии вольфрамовая нить вытесняет все другие виды нитей.

Остающаяся проблема с быстрым испарением нити в вакууме была решена американским учёным Ирвингом Ленгмюром, который, работая с 1909 года в фирме General Electric, придумал наполнять колбы ламп инертным газом, что существенно увеличило время жизни ламп.

Газоразрядные лампы

Опыты по созданию свечения в заполненных газом трубках начались в 1856 году. Свечение большей частью было в невидимом диапазоне спектра. И лишь в 1926 году Эдмунд Джермер предложил увеличить операционное давление в пределах колбы и покрывать колбы флуоресцентным порошком, который преобразовывает ультрафиолетовый свет, испускаемый возбуждённой плазмой, в однородный белый свет. В результате, началась эпоха газоразрядных ламп.

В настоящее время Э.Джермер признан как изобретатель лампы дневного света. General Electric позже купила патент Джермера, и к 1938 году довела лампы дневного света до широкого коммерческого использования.

1927-1933 гг. - венгерский физик Дэнис Габор, работая в компании Siemens&Halske AG (сегодня компания Siemens), разработал ртутную лампу высокого давления, которая сегодня повсеместно используется в уличном освещении.

Серьезный вклад в совершенствование флуоресцентного порошка, позже названного люминофором, сделал в 30-х годах прошлого века советский физик Сергей Иванович Вавилов.

1961 год - создание первых натриевых ламп высокого давления. В конце 70-х годов прошлого века компания General Electric первой выпустила на рынок натриевые лампы, а немного позже и металлогалогенные.

В начале 80-х годов появились первые компактные люминесцентные лампы (КЛЛ).

В 1985 году компания OSRAM первой представила лампу со встроенным электронным ПРА.

Все многообразие газоразрядных ламп можно представить следующей схемой:

Самые популярные из этой группы, пожалуй, компактные люминесцентные лампы. Они позволяют экономить электроэнергию до 5 раз по сравнению с лампами накаливания, при этом срок их службы составляет около 8 лет. Корпус данной лампы нагревается в незначительной степени, что позволяет использовать их повсеместно. Кроме того, люминесцентные лампы могут иметь различные цветовые температуры и различные варианты внешнего вида.

Но, к сожалению, КЛЛ обладают несколькими недостатками, к которым относятся:

• Значительное снижение срока службы при работе в сетях с перепадами напряжения, а также при частых включениях и выключениях.
• Спектр такой лампы - линейчатый. Это приводит не только к неправильной цветопередаче, но и к повышенной усталости глаз.
• Компактные люминесцентные лампы содержат 3-5 мг ртути.
• Использование выключателей с подсветкой приводит к периодическому, раз в несколько секунд, кратковременному зажиганию ламп (в качественных лампах невидимому для глаз), что приводит к скорому выходу из строя лампы.
• Обычные компактные люминесцентные лампы несовместимы с диммерами. Стоимость диммируемых ламп примерно в 2 раза выше.

По этим причинам вопрос о новых технологиях при изготовлении источников света оставался открытым. В свет широко шагнули светодиодные лампы.

Светодиодные лампы

Светодиодные источники света основаны на эффекте свечения полупроводников (диодов) при пропускании через них электрического тока. Малые размеры, экономичность и долговечность позволяют изготавливать на основе светодиодов любые световые приборы. В наши дни светодиоды занимают значительную долю рынка источников света и используются повсеместно.

Первое сообщение об излучении света твёрдотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом из Marconi Company. Примечательно, что эта компания впоследствии стала частью General Electric и существует по сей день.

В 1923 году Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиолаборатории показал, что свечение диода возникает вблизи p-n-перехода. Полученные им два авторских свидетельства на «Световое реле» (первое заявлено в феврале 1927 г.) формально закрепили за Россией приоритет в области светодиодов, утраченный в 1960-гг. в пользу США после изобретения современных светодиодов, пригодных к практическому применению.

В 1961 году Роберт Байард и Гари Питтман из компании Texas Instruments открыли и запатентовали технологию инфракрасного светодиода.

В 1962 году Ник Холоньяк в компании General Electric разработал первый в мире практически применимый светодиод, работающий в световом (красном) диапазоне.

В 1972 году Джордж Крафорд (студент Ника Холоньяка), изобрёл первый в мире жёлтый светодиод и улучшил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в 10 раз.

В 1976 году Т. Пирсол создал первый в мире высокоэффективный светодиод высокой яркости для телекоммуникационных применений, изобретя полупроводниковые материалы, специально адаптированные к передачам через оптические волокна.

Светодиоды оставались чрезвычайно дорогими вплоть до 1968 года (около $200 за штуку). Компания Monsanto была первой, организовавшей массовое производство светодиодов, работающих в диапазоне видимого света и применимых в индикаторах.

Компании Hewlett-Packard удалось использовать светодиоды в своих ранних массовых карманных калькуляторах.

К преимуществам светодиодных ламп можно отнести:

Основные недостатки светодиодов в первую очередь связаны с их высокой стоимостью. Так, например, отношение цена/люмен у сверхъярких светодиодов в 50-100 раз больше, чем у обычной лампы накаливания. Помимо этого можно выделить еще два момента:

• Светодиоду необходим постоянный номинальный рабочий ток. Из-за этого появляются дополнительные электронные узлы, повышающие себестоимость системы освещения в целом.
• Относительно низкая предельная температура: мощные осветительные светодиоды требуют внешнего радиатора для охлаждения, потому что имеют конструкционно неблагоприятное соотношение своих размеров к выделяемой тепловой мощности (они слишком маленькие) и не могут рассеять столько тепла, сколько выделяют (несмотря даже на более высокий КПД, чем у ламп прочих видов).

На сегодняшний день специалисты сходятся во мнении, что за светодиодами ближайшее будущее в освещении. Более эффективной и практичной технологии в настоящее время не существует.

Учитывая возрастающую потребность человечества в искусственном освещении можно предположить, что появятся и новые, более эффективные технологии. Но придут они уже на замену светодиодов, которые в ближайшие годы станут такой же обыденностью как когда лампы-то накаливания.

ГООУ «Таловская школа-интернат для детей - сирот и

детей, оставшихся без попечения родителей»

ТВОРЧЕСКИЙ ПРОЕКТ

«ЭВОЛЮЦИЯ ОГНЯ КАК ИСТОЧНИКА СВЕТА»

Чесноков Николай.

Руководитель:

учитель технологии

2. Древнее время. От лучины до свечи

3. Появление электрических источников света

4. Типы источников света

5. Обоснование выбора темы проекта

6. Технология изготовления

7. Применение изделия

8. Экономический расчет

9. Технологическая карта

10. Приложения

1. История развития источника света. 1 сентября" href="/text/category/1_sentyabrya/" rel="bookmark">1 сентября 5509 г. до н. э., когда Бог произнес: «Да будет свет!...». Правда, является ли этот источник света искусственным – вопрос спорный.

Дата появления первых источников света теряется во мраке веков, однако они явно появились не ранее, чем древние люди стали применять огонь, то есть около 500000 г. до Р. Х. (См. Табл. 1). Несомненно, что первоначально огонь использовался для приготовления пищи, пока какому-то древнему изобретателю не понадобилось заглянуть в темную пещеру.

Таблица 1. История развития источников света.

Тип источника излучения
Начало использования огня	500000 г. до н. э.
Масляные лампы и факелы.	10000 г. до н. э.
Горящие камни в Малой Азии.	4000 г. до н. э.
Серийное производство глиняных ламп с маслом.	2500 г. до н. э.
Первые свечи в Греции и Риме.	500 г. до н. э.
Водородные лампы с электрическим зажиганием.
Лампа с сурепным маслом и плоским фитилем.
Лампы на угольном газе В. Мурдоха
Итал. физик Алессандро Вольта создал первый химический источник тока
Дуга Х. Дэви
Свечение накаленной проволоки из платины или золота.
Дуга между угольными стержнями.
Свечение тлеющего разряда в опытах.
Первые газовые лампы.
Первые парафиновые свечи.
Дуговая лампа Фуко с ручным регулированием длины дуги
Керосиновая лампа Лукашевича
Немецкий изобретатель Генрих Гебель разработал первую лампочку: обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде.
Дуговые лампы с автоматическим регулированием расстояний между углями Александра Шпаковского
Лодыгин получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень в вакуумированном сосуд.
“свеча” Яблочкова
Джозеф Сван получил в патент на лампу с угольным филаментом. В его лампах филамент находился в разреженной кислородной атмосфере.
Эдисон получает патент на лампу с угольной нитью.
Накаливающийся колпачок Ауэра
Газовые лампы “Газовый Рожок”
Ацетиленовая лампа
Лампа с целлюлозной нитью
Ауэр предлагает лампу с осмиевой спиралью.
Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании General Electric
Купер-Хьюит изобретает ртутную лампу низкого давления.
Кулиджу удалось получить ковкий вольфрам
Лэнгмюр предложил наполнять лампы инертным газом
Газонаполненная лампа Лангье с вольфрамовой спиралью.
Пирани изобретает натриевую лампу низкого давления.
Кух изобретает ртутную дуговую лампу высокого давления.
Ртутная лампа высокого давления с люминофором.
Шульц предлагает ксеноновую лампу.
		T8 линейная, с электронным балластом
		T5 линейная
Светодиод		белый светодиод
		Прототип светодиода
Дуговая лампа		Ксеноновые газоразрядные лампы
		Дуговые ртутные металлогалогенные лампы
Газоразрядная лампа		Натриевая лампа высокого давления
		Натриевая лампа низкого давления
		Лампа на галогенидах металлов
		1400Вт Серная лампа
Теоретически возможно

Первые в истории свечи - это чаши, наполненные жиром, с фитилём или щепочкой. Первые восковые свечи появились в Средневековье. Свечи долгое время были очень дороги. Чтобы осветить большое помещение, требовались сотни свечей, они чадили, черня потолки и стены.

Масляная лампа - светильник, работающий на основе сгорания масла. Принцип действия схож с принципом действия керосиновой лампы: в некую ёмкость заливается масло, туда опускается фитиль - верёвка, состоящая из растительных или искусственных волокон, по которым, согласно свойству капиллярного эффекта масло поднимается наверх. Второй конец фитиля, закреплённый над маслом, поджигается, и масло, поднимаясь по фитилю, горит. Масляная лампа применялась издревле. В древние времена масляные лампы вылепляли из глины, или изготовляли из меди. В арабской сказке «Аладдин» из сборника «Тысяча и одна ночь» в медной лампе живёт Джинн.

Керосиновая лампа - светильник на основе сгорания керосина - продукта перегонки нефти. Принцип действия лампы примерно такой же, что и у масляной лампы: в ёмкость заливается керосин, опускается фитиль. Другой конец фитиля зажат поднимающим механизмом в горелке, сконструированной таким образом, чтобы воздух подтекал снизу. В отличие от масляной лампы, у керосиновой фитиль плетёный. Сверху горелки устанавливается ламповое стекло - для обеспечения тяги, а так же для защиты пламени от ветра. Первая керосиновая лампа была описана Ар-Рази в Багдаде IX века. Современная керосиновая лампа была изобретена аптекарями Игнатием Лукасевичем и Яном Зехом в 1853 году во Львове.

Лампа накаливания общего назначения (230 В, 60 Вт, 720 лм, цоколь E27, габаритная высота ок. 110 мм Лампа накаливания (ЛН) - электрический источник света, светящимся телом которого служит так называемое тело накала (ТН, проводник, нагреваемый протеканием электрического тока до высокой температуры). В качестве материала для изготовления ТН в настоящее время применяется практически исключительно вольфрам и сплавы на его основе. В конце XIX - первой половине XX в. ТН изготавливалось из более доступного и простого в обработке материала - углеродного волокна.

Токарные станки" href="/text/category/tokarnie_stanki/" rel="bookmark">токарном станке . В дополнение к токарным изделиям я решил продублировать каждый источник света сюжетами быта, выполненными в технике выжигания по дереву. Все изделия были объединены на одной подставке, позволяющей каждый экспонат рассматривать в отдельности.

Использование изделия.

Мое изделие можно использовать в качестве наглядного пособия на урока истории, физики, природоведения , а также на внеклассных мероприятиях и различных выставках.

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТАРИАЛЫ.

Подставка для макета изготовлена из ламинированного ДСП, применяющегося при производстве мебели, с последующей оклейкой торцов ламинированной кромкой.

Точение макетов источников света выполнено на токарном станке по дереву СТД-120 из березовых заготовок, стандартным набором резцов.

Выжигание бытовых сюжетов я сделал на фанере толщиной 3 мм, при помощи электровыжигателя.

Для электрического светильника использованы готовые электрические детали: патрон, плафон, кабель, штепсельная вилка, электрокабель.

Сборка всех деталей макета выполнена при помощи клея, гвоздей, саморезов.

Отделка деталей произведена мебельным лаком в два слоя, с промежуточной шлифовкой.

Перед работой мною была разработана инструкционная карта, определяющая порядок работы над изделием.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

На изготовление макета источников света было израсходовано:

Материалы:

Брус березовый-0.019 м3 по цене 4270 рублей за м3;

Ламинированного ДСП-1 м2 по цене 270 рублей м2:

Фанеры-0.86 м2 по цене 248 рублей м2 на общую сумму 565 рублей.

Отделочные материалы:

Лак 120грамм на сумму 96 рублей;

Кромка ламинированная на 65 рублей/метр;

Шлифовальная бумага на сумму 113 руб.. Итого: 274 рубля.

Электродетали мы в расчет не включаем, так как они были взяты от старого светильника.

Общее количество электроэнергии , затраченной при изготовлении макета, составило 47.6 Квт/час на сумму 176 рублей. Из них на точение 3.9 Квт/ч, выжигание 0,5 Квт/ч, освещение 43,2 Квт/ч.

Общая стоимость изделия составила 1015 рублей.

Литература

1. СЕТЬ ИНТЕРНЕТ

2. «Как солнце в дом вошло»

3. Журналы «Школа и производство»

4. «Токарные работы с древесиной»

Приложения

Все мы ежедневно, не задумываясь, пользуемся такой замечательной вещью, как электрическое освещение. Лампы стали для нас такой же неотъемлемой частью быта, как зубные щетки, но мало кто помнит и знает о том, как в действительности происходило развитие приборов освещения, чей вклад в становление электроэнергетики самый значительный, и о том, как американцы в очередной раз «нагрели руки» на изысканиях всего человечества.

Итак, тема сегодняшнего повествования – это история освещения, как она есть, с озвучиванием фактов и дат, за которыми кроются великие открытия и неустанный труд великих изобретателей.

Как и любая историческая тема, развитие электричества будет невозможно уместить в полном объеме в обычной статье. Но мы постараемся упомнить самые важные вехи данного процесса, и вспомним ученых, которые дни и ночи напролет делали свою работу, чтобы сегодня мы с вами: ездили на авто, смотрели телевизор, пользовались смартфонами и освещали свое жилище по ночам.

Игра с огнем

Принято считать, что первым источником огня для древнего человека (назовем его Укротителем) стала молния, ударявшая по деревьям и воспламеняя их. Любопытный и смелый Укротитель приблизился к костру и почувствовал тепло, которое он дает.

Тогда у Укротителя мелькнула мысль (напомним, что сегодня ученые склонны считать, что у древнего человека мозг работал намного лучше, чем у его современника, так как ему постоянно приходилось решать проблему выживания, что делало его ум острым и быстрым), почему я мерзну по ночам в своем убежище, ведь можно его обогреть. Он взял горящую ветку, и радостный побежал домой.

С тех пор Укротитель и все его многочисленные родственники и потомки научились не только греться у костра, но и готовить на нем вкусную горячую пищу, освещать им пространство вокруг себя, найти ему религиозное применение, а самое главное – самостоятельно разжигать пламя, так как новая молния может не ударить поблизости годами, а то и десятилетиями.

Приспособления для огня также изменялись со временем:

• Первоначально огонь горел посреди каменной пещеры, равномерно нагревая и освещая пространство вокруг себя.
• Затем костер поместили в специальное место, названное очагом, чтобы защитить себя и маленьких детей от ожогов и травм.

• На Руси придумали использовать в качестве источника света зажженную щепу, называемую лучиной. Принцип весьма прост – ее закрепляли под углом на подставке с металлическим наконечником (светец) и поджигали нижний конец. Под огонь ставили металлический лист или сосуд с водой, чтобы уберечь дом от пожара.
• Люди со временем стали открывать все новые вещества, которые могут поддерживать горение. В ход пошли различные масла и смолы, благодаря которым появились новые источники освещения – масляные горелки и факелы.

• Теперь стало намного проще освещать большие пространства. Лампы горели долго, и давали хоть и тусклое, но равномерное освещение. Спустя много лет такие горелки стали применять и для уличного освещения.

• В царских замках и городских ратушах появились специальные служащие, ответственные за горение таких ламп.

• Но история развития освещения огнем на этом не остановилась. Через много тысяч лет появились жировые свечи. Свойства горения жира стали известны человеку, еще задолго до этого, просто найти практическое применение этой информации ранее не получалось. Автор статьи даже представить себе не может, сколько потребовалось времени и усилий, чтобы додуматься, что тонкую палочку нужно окунуть в растопленный жир и дать ему затвердеть. Воистину, человеческие ум и усердие безграничны!

• На этом использование огня, как источника света не заканчивается. В 1790 году французский инженер Филипп Лебон начал работать над процессами перегонки сухой древесины и вскоре смог выделить газ, горение которого было намного ярче, чем у любого другого на тот день светового прибора. Некоторое время он продолжал свои эксперименты, усовершенствуя процесс, и вскоре свет увидел первый газовый рожок, на который Филипп получил патент.

• Первой в мире улицей, освещенной газовыми горелками, считается лондонская Пэлл Мэлл – в 1807 году король Георг IV распорядился об этом, так как улица считалась самой оживленной и требовала регулировки движения.

• В Россию газовое освещение улиц и площадей попало спустя более 50-ти лет – на улицах Петербурга и Москвы такие фонари появились в 60-х годах 19 века.

Газовое освещение стало настоящим переворотом в науке и технике того времени. Первые горелки были далеки от совершенства и частенько становили причиной пожаров, но со временем их конструкция дорабатывалась, и они продолжали служить человеку. Такие светильники использовались еще очень долго, даже после появления электрического света.

Электричество и освещение на нем

Ну вот, мы и добрались до самого интересного – и это история электрического освещения. Трудно переоценить роль электрического света в жизни современного человека, так как на нем завязано абсолютно все! Сегодня отсутствие лампочки в подъезде – это настоящая трагедия для его жильцов.

Итак, сама история как наука вызывает много вопросов. Многие современные авторитетные ученые склонны считать, что историческая действительность далека от той, которую нам преподают сегодня в школе.

Мы оставим дискуссии по этому вопросу для профессионалов, нас же интересует история создания электрического освещения, которую можно смело назвать достоверной, так как она, по большей части, развивалась в последние 250 лет, и не отдалена от нас пылью времен.

Основные исторические вехи эры электричества и эпилог

Прежде всего, подробнее опишем проникновение электрического света в нашу жизнь и вспомним обо всех основных событиях и открытиях, которые способствовали приходу и развитию такого освещения. Мы расскажем о видных ученых, имена которых несправедливо забыты на сегодняшний день.

• 1780 год – созданы водородные лампы, в которых впервые за всю историю для розжига используется электрическая искра.
• 1802 год – открыто свечение накаленной проволоки из платины и золота.

• 1802 год – русский ученый, физик-экспериментатор Василий Владимирович Петров, самостоятельно обучавшийся электротехнике, открывает явление электрической дуги между двумя угольными стержнями. Помимо светового излучения, он открывает и доказывает практическое применение данного эффекта для сварки и плавки металлов, а также восстановления их из руд. Петров делает еще ряд важных открытий, поэтому он по праву называется отцом отечественной электротехники.
• 1802 год – В.В. Петров открывает эффект свечения тлеющего разряда.
• 1820 год – английский астроном Уоррен де ла Рю демонстрирует первую из известных ламп накаливания.

• 1840 год – немецкий физик Уильям Роберт Грове впервые применяет для разогрева нити накаливания электрический ток.

• 1841 год – английский изобретатель Ф. Молейнс патентует свою лампочку, в которой светился порошковый уголь, помещенный между двумя платиновыми стержнями.
• 1844 год – Американский ученый Старр пытается создать лампы с угольной нитью, но результаты его опытов неоднозначны.
• 1845 год – в Лондоне Кинг получает патент на применение нитей накаливания из угля и металла для освещения.

• 1854 год – Генрих Гебель, находясь в Америке, впервые создает лампу с тонкой угольной нитью. Ей он освещает витрину своего магазина, в котором он продавал сделанные им часы.
• 1860 год – в Англии появляются первые газоразрядные ртутные трубки.

• 1872 год – русский электротехник Лодыгин демонстрирует свои лампы накаливания, освещая ими аудитории технологического университета в Петербурге по улице Одесской. Спустя два года он получает патент на свое изобретение сразу в нескольких странах.
• 1874 год – Павел Николаевич Яблочков, русский военный инженер, электротехник и предприниматель создает первую установку в мире для освещения железной дороги электрическим прожектором, установленным на носу локомотива.

• 1876 год – П.Н. Яблочков изобретает свечу из двух угольных стержней разделенных диэлектриком (каолином). Данное изобретения стало переворотом в электротехнике и стало использоваться повсеместно для освещения городов. Подробнее поговорим об этом в следующей главе.
• 1877 год – Макссим, американский изобретатель, делает лампу из платиновой ленты без прозрачной колбы.
• 1878 год – Сванн, английский ученый, демонстрирует свою лампу с угольным стержнем.

Позволим себе небольшое лирическое отступление. Где же во всей этой череде открытий спрятался всем известный изобретатель Томас Эдисон?

Несмотря на то, что сам Эдисон провел своими руками около 1200 опытов с лампами, его можно скорее назвать талантливым предпринимателем, сумевшим доработать конструкцию ламп. Дело в том, что основные эффекты и типы ламп на тот момент уже были изобретены.

Эдисон скупает все необходимые патенты, объединяет технологии и изобретает патрон для ламп накаливания, который нам знаком и по сей день. Мы не умаляем заслуг знаменитого американского изобретателя, просто несправедливо считать, что лампа накаливания – это только его рук дело.

В лампах Эдисона используется тот же принцип, что и в свечах Яблочкова, с той лишь разницей, что вся конструкция помещена в вакуумную колбу, благодаря чему лампа стала работать намного дольше.

В 1880 году Томас Эдисон получает патент на свое изобретение и начинает массовое производство, которое набирает обороты год от года. Эдисон стал богачом, тогда как Яблочков умирает в 1894 году в Саратове в нищете.

• 1897 год – немецкий ученый Вальтер Нернст создает лампы накаливания с металлический нитью. За основу взята лампа Эдисона.
• 1901 год – начало 20 века. Купер-Хьюит изобретает ртутную лампу низкого давления.

• 1902 год – русских ученый германского происхождения Больтон использует для нити накаливания тантал.

• 1905 год – Ауэр использует для нити накаливания вольфрам и осмий.
• 1906 год – Кух изобретает ртутную лампу высокого давления.
• 1920 год – открыт галогенный цикл.
• 1913 год – Лангье изобретает газонаполненную лампу с вольфрамовой спиралью.

На фото — натриевая лампа низкого давления

• 1931 год – Пирани представляет свою натриевую лампу низкого давления.
• 1946 год – Шульц создает ксеноновую лампу. В этом же году появляется ртутная лампа высокого давления с люминофором.
• 1958 год – создаются первые галогенные лампы накаливания.
• 1960 год – ртутные лампы высокого давления и с йодистыми добавками.
• 1961 год – изобретена первая натриевая лампа высокого давления.

• 1962 год – Ник Холоньяк создает для компании General Electric первый видимый светодиод. Кстати, данная компания основана еще Томасом Эдисоном.
• 1982 год – теперь галогенная лампа может работать на низком напряжении.
• 1983 год – люминесцентные лампы становятся компактными.
• 2006 год – появления на рынке светодиодных ламп для домашнего пользования.

На самом деле перечисленный список далеко не полон. В него можно было включить еще открытия многих эффектов, но у нас, к сожалению, ограничено место, и мы выбрали самые на наш взгляд важные.

Если же вам интересно погрузиться в данный вопрос глубже, то ищите информацию в интернете или в научных справочниках.

Роль Яблочкова в развитии электроэнергетики

Как же не поговорить о самом электричестве, и открытиях связанных с ним. Первые опыты ученых начались еще в далеком 1650 году. Именно с тех пор многие ученые «заболели» этим вопросом, и результатом их трудов стало создание электрических механических машин.

Начиная с середины 19 века наметился рост применения электрических двигателей. Техника с таким приводом начала понемногу вытеснять паровые машины.

Этому немало способствовало внедрение в производство, так называемой «свечи Яблочкова». Ни одно изобретение до этого не получало такого быстрого и широкого распространения.

Это был настоящий триумф русского изобретателя, которому принадлежит и очень много других открытий:

• Яблочков придумал способ, как подключать к источнику питания произвольное количество ламп. До него до этого не додумался никто, и каждая лампа запитывалась отдельной динамо-машиной.
• Петр Николаевич придумал и собрал первый трансформатор электрического тока.
• Яблочков научился применять переменный ток, что до него считалось опасным и не находящим практического применения.
• Создал первый генератор переменного тока.
• Он придумал еще несколько источников света.
• Создал множество электрических машин.
• Изобрел первый гальванический автомобильный аккумулятор.

Сегодня многие идеи, озвученные талантливым русским ученым, находят новое применение в электротехнике, но начал он свою карьеру с того, что попытался усовершенствовать регулятор Фуко, распространенный в то время.

В 1974 году из Москвы в Крым должен был отправиться правительственный поезд, и администрация Московско-Курской железной дороги решила осветить проезд в целях повышения безопасности. Они обратились к Яблочкову, который, как ходили слухи, интересовался электрической энергией.

Яблочков размещает на локомотиве свой прожектор, работающий по принципу образования электрической дуги. Дуговую лампу нужно было постоянно регулировать из-за того, что электрическая дуга возникала лишь при соблюдении определенного расстояния между угольными стержнями. Сами же стержни во время работы выгорали, поэтому и требовался регулирующий механизм, который с нужной скоростью будет двигать стержни навстречу друг другу.

Результат эксперимента показал, что конструкцию регулятора нужно упрощать, так как она требовала к себе постоянного внимания, и Яблочков стал думать над этой проблемой. Попутно он проводил опыты по электролизу раствора поваренной соли.

По ходу одного из таких экспериментов, параллельно расположенные угли в солевом растворе коснулись друг друга, и моментально вспыхнула яркая электрическая дуга. Тут-то, принцип работы лампы без регулятора и пришел ученому в голову.

В 1975 году Яблочков везет в Париж сделанную им динамо-машину и подает заявку на патент. В докладе на заседании Французского общества физиков он сообщил принципы работы своего изобретения и продемонстрировал их в действии.

15 апреля 1876 года, находясь в Лондоне, Яблочков публично демонстрирует работу своей свечи на выставке физических приборов. Многочисленная публика была в восторге. Именно эта дата считается триумфальной в биографии ученого.

Далее следует быстрое распространение новинки, но в 1881 году миру была представлена лампа накаливания, которая могла работать до 1000 часов. Новинка была намного экономичнее, поэтому цена использования электроэнергии стала заметно меньше.

Современные лампы для освещения

Как ни странно, но сегодня мы по-прежнему пользуемся и лампами Эдисона и «свечами Яблочкова». И если первые доживают свой век, вытесняемые люминесцентными и светодиодными аналогами, то вторые получили полное перерождение.

Электрическая световая дуга снова вернулась к нам в виде галогеновых автомобильных ламп. Использование галогенов позволило продлить срок службы нити накаливания. Это же позволило создавать лампы большей мощности.

Конечно, данные лампы изготавливаются по новым технологиям и в них применяются совсем другие материалы, чем 140 лет назад, но основной принцип работы остался тем же, что и раньше.

Чем же мы пользуемся для освещения сегодня? Очень широкое распространение получили люминесцентные лампы. Их используют для уличного освещения, освещения производств, школ, детских садов и дома. В 80-х годах прошлого века такие лампы научились делать компактными, что позволило устанавливать их в люстры и настольные светильники.

По-другому, современные люминесцентные лампы называются энергосберегающими, и это не единственный их плюс:

1. Применение таких ламп позволило сократить потребление электроэнергии на освещение в 6-7 раз;
2. Они пожаробезопасны, так как сильно не нагреваются во время работы;

Минусов у таких ламп тоже хватает:

1. Цена – самый главный из них. Средняя стоимость такой лампы составляет 200-300 рублей, и это относится к низкокачественному сегменту.
2. Лампы имеют спиралевидную форму, что подходит по эстетическим соображениям не к каждому светильнику. Правда, со временем их научились помещать в дополнительные колбы различной формы.

1. Утилизация энергосберегающих ламп – это целая проблема, так как в их составе есть ртуть, пары которой считаются очень ядовитыми.

Как вы понимаете, минусы весьма серьезны. Это и подтолкнуло технику к новому скачку – в качестве основного источника света стали применяться светодиоды.

Светодиоды хоть и были открыты еще в середине 20 века, но использоваться, как лампы, они стали лишь в начале 21-го. Причина кроется в том, что светодиоды излучают в очень узком диапазоне, что мешало создать источник света, приемлемый для глаза человека. К тому же данное световое излучение несовместимо с человеческим зрением и способно нанести ему вред.

Все указанные причины потянули за собой долгую стадию разработок, в течение которых большинство получилось разрешить, и с 2006 года светодиоды становятся полноценным источником света.

Их приход ознаменовал следующие выгоды для приобретателей:

• Расход энергии сократился даже по сравнению с люминесцентными энергосберегающими оппонентами;
• Тепловыделение таких ламп находится на очень низком уровне и направлено не в сторону излучения, а в цоколь лампы, который все равно холоднее, чем у конкурентов;
• Длительный срок службы, рассчитанный на многократный цикл включений выключений. По этому параметру ни одна другая лампа не дотягивает до светодиодов;
• Цветовой спектр – недостаток превратился в преимущество, так как разнообразие цветового излучения стало очень велико;
• Простая утилизация – чтобы выбросить лампу не нужно беспокоиться о последствиях или бежать в пункт приема;
• Лампы из светодиодов экологичны – при их работе не выделяется никаких вредных веществ;
• Корпуса многих светодиодных ламп изготавливают из прочного пластика, способного легко пережить падение с высоты в несколько метров

Но как водится, не обошлось и без минусов, которые мы тоже обязаны озвучить:

• В некоторых лампочках наблюдается мерцание, невидимое глазу. Это относится к дешевым изделиям из Китая и прочих азиатских стран. Такие лампы способны нанести вред здоровью человека.
• Те же недорогие изделия могут излучать во вредном для глаз человека спектре.
• Излучение света у светодиода происходит строго в одном направлении, что делает угол освещенности очень маленьким, по сравнению с оппонентами. Для решения проблемы сконструированы лампы типа «кукуруза», как на одном из фото выше. В них светодиоды располагаются вокруг центрального стержня, чем и напоминают початок культуры, в честь которой названы.
• Со временем отдельные светодиоды в лампе могут сгорать, что вызывает падение яркости. С одной стороны лампа продолжает работать, но с другой – ее мощности уже может не хватить для комфортного использования, и замена неизбежна.

Раньше к недостаткам можно было отнести и цену светодиодных ламп, но в последнее время они становятся все более доступными. Так, например, неплохая лампа может быть куплена за 150 руб. Продукция известных брендов, типа «Phillips», по-прежнему стоит очень дорого (от 500 до 2000 рублей).

Совет! Ответить на вопрос, какую лампу выбрать сегодня не так-то и просто! Подробнее узнать о современных осветительных приборах поможет видео, которое мы прилагаем к статье.

Отсюда сделаем свой вывод, что эволюция осветительных приборов еще далека от завершения. Но то, что мы используем сегодня уже близко к этому. Кто знает, но может быть завтра, откроют что-то концептуально новое, и светодиоды тоже станут частью истории, но пока, их смело можно назвать вершиной развития приборов освещения.

История развития электрического освещения, кратко описанная в нашей статье, озвучена далеко не полностью. Ее творила не одна тысяча светлых умов, каждый их которых внес свою лепту в это интересное дело. И каким бы мизерным этот вклад не казался, без данного шага могло бы и не быть следующих. Ну, а мы стараемся не забывать свою историю, и рассказываем о ней своим читателям. На этом все! Всего наилучшего!

Размещено на сайте 08.11.2007.

ПРЕДИСЛОВИЕ КАФЕДРЫ ПРОГНОЗОВ

Добрый день уважаемые читатели!

Программа «патентного пейнтбола», с которой вы познакомились в предшествующих трёх выпусках, будет, разумеется, продолжена. Ещё несколько человек изъявили желание вступить «в войну» и готовят свои материалы. Любой создатель новой теории в ТРИЗ может принять участие в этом эксперименте на «верификацию».

Однако, КП не «журнал про пылесосы», поэтому мы решили поставить сегодня работу «про лампочки». Тема пылесосов, как впрочем, и любых других машин, которые отвечают за ЗДОРОВЬЕ человека - неисчерпаема, хотя бы потому, что в мире Науки постоянно появляются какие-то новые результаты.

Можно с уверенностью сказать, что каждые полгода вполне реально формировать новое прогнозное решение именно на материале научных новинок, рассматривая их с позиции возможности конкретного использования.

Информационную среду постоянно «тралят» как «специалисты по пылесосам», так и профессиональные «поисковики», к числу которых принадлежит и представляемый сегодня автор.. Поэтому будет правильно настроить свои ожидания на то, что «пылесосная тема» будет «всплывать» постоянно, но, конечно, не будет доминирующей.

С удовольствием представляю работу моего коллеги и друга д.т.н., профессора, Мастера ТРИЗ Александра Кынина, который сейчас работает ТРИЗ экспертом в южнокорейской компании Самсунг Электромекеникс. Пять лет оторванности от Родины не сделали этого человека «усталым» или пассивным в совершенствовании исследовательских навыков, что не может не вызывать восхищения.

Можно смело назвать эту статью «краткой энциклопедией истории светильников». Кроме того, это «тренинг распознавания закономерностей», без которых невозможен профессиональный рост прогнозиста. Причём, тренинг очень высокого уровня.

Объём информации в работе велик, поэтому материал будет предъявлен в двух выпусках.

При обсуждении рукописи и подготовке её к публикации возник ряд полемических вопросов и уточнений, которые мы решили вынести в

ПОСЛЕСЛОВИЕ КАФЕДРЫ ПРОГНОЗОВ.

Эти вопросы требуют некоторого осмысления. Кроме того, на них может дать ответ не только автор, но и любой читатель, для которого тема прогнозирования развития технологий важна. Эти вопросы – «заделы» для будущих исследований по теме прогнозирование развития техники.

Приятного чтения,

С уважением, Ведущий рубрики КП,

РАЗВИТИЕ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА

А. Кынин

1. ИСТОРИЯ

Светить всегда, светить везде...
В. Маяковский

Человек всегда стремился предугадать будущее. Одной из целей таких попыток является прогнозирование процесса развития Технических Систем (ТС). До сих пор в Теории Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ) при описании процессов развития систем преобладают не количественные, а качественные оценки, что затрудняет позиционирование ТРИЗ как научного направления. Целью представленной работы является показать пример реализации Законов Развития Технических Систем (ЗРТС), сформулированных в рамках ТРИЗ для описания развития ТС на примере реальных систем - искусственных Источников Света (ИС). Кроме того, показана возможность их описания кривыми развития и прогнозирования изменения параметров на основе математических моделей.

Классификация источников света

К сожалению, эти ТС, сыгравшие такую важную роль в развитии цивилизации, до сих пор практически не попадали в сферу интересов ТРИЗ - специалистов. Можно привести в пример только раздел в книге Ю.П. Саломатова и книгу Э.А. Соснина в которой рассмотрены только эксилампы.

В данной работе будут подробно рассмотрены только источники, применяемые для освещения помещений, то есть такие источники, которые дают белый свет, либо свет максимально к нему приближенный по спектру.

Как ни странно, но дата появления первого источника света зафиксирована довольно точно. Это, по Византийскому варианту 1 сентября 5509 г. до н. э., когда Бог произнес: «Да будет свет!...». Правда, является ли этот источник света искусственным – вопрос спорный.

Дата появления первых ИС теряется во мраке веков, однако они явно появились не ранее, чем древние люди стали применять огонь, то есть около 500000 г. до Р.Х. (См. Табл. 1). Несомненно, что первоначально огонь использовался для приготовления пищи, пока какому-то древнему изобретателю не понадобилось заглянуть в темную пещеру.

Таблица 1. История развития источников света.

Тип источника излучения
Начало использования огня	500000 г. до н.э.
Масляные лампы и факелы.	10000 г. до н.э.
Горящие камни в Малой Азии.	4000 г. до н.э.
Серийное производство глиняных ламп с маслом.	2500 г. до н.э.
Первые свечи в Греции и Риме.	500 г. до н.э.
Водородные лампы с электрическим зажиганием.
Лампа с сурепным маслом и плоским фитилем.
Лампы на угольном газе В. Мурдоха
Итальянский физик Алессандро Вольта создал первый химический источник тока
Дуга Х. Дэви
Свечение накаленной проволоки из платины или золота.
Дуга В.В. Петрова между угольными стержнями.
Свечение тлеющего разряда в опытах В.В. Петрова.
Первые газовые лампы.
Первые парафиновые свечи.
Дуговая лампа Фуко с ручным регулированием длины дуги
Керосиновая лампа Лукашевича
Немецкий изобретатель Генрих Гебель разработал первую лампочку: обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде.
Дуговые лампы с автоматическим регулированием расстояний между углями Александра Шпаковского
Лодыгин получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд.
“свеча” Яблочкова
Джозеф Сван получил в патент на лампу с угольным филаментом. В его лампах филамент находился в разреженной кислородной атмосфере.
Эдисон получает патент на лампу с угольной нитью.
Накаливающийся колпачок Ауэра
Газовые лампы “Газовый Рожок”
Ацетиленовая лампа
Лампа с целлюлозной нитью
Ауэр предлагает лампу с осмиевой спиралью.
Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании General Electric
Купер-Хьюит изобретает ртутную лампу низкого давления.
Кулиджу удалось получить ковкий вольфрам
Лэнгмюр предложил наполнять лампы инертным газом
Газонаполненная лампа Лангье с вольфрамовой спиралью.
Пирани изобретает натриевую лампу низкого давления.
Кух изобретает ртутную дуговую лампу высокого давления.
Ртутная лампа высокого давления с люминофором.
Шульц предлагает ксеноновую лампу.
Первые галогенные лампы накаливания.
Первые ртутные лампы высокого давления с йодистыми добавками.
Натриевые лампы высокого давления.
Безэлектродные серные лампы
Светодиоды белого свечения Nichia
Светодиод Luxeon K2

ИС, как техническая система, имеет ряд отличий от обычных ТС, которые обычно воспринимаются, как аналоги машин. Чтобы правильно найти все части системы сначала определим ее предназначение. Несомненно, предназначением ее является «создавать видимое излучение для освещения объекта». В этом случае продуктом такой системы будет являться свет - т.е. электромагнитное излучение. Излучает свет Рабочий Орган (РО). Снабжается РО от внешнего Источника Энергии (ИЭ) через Трансмиссию (Тр). Если считать функцией двигателя преобразование энергии из одного типа в другой, то в случае лампы накаливания им можно считать спираль (электрическая – тепловая энергия), а в случае люминисцентной лампы – люминофор, преобразующий УФ излучение в видимый свет. Управление человеком обычно ограничивается включением и выключением ТС.

В первую очередь, проанализируем все возможные варианты прямого получения света. Для этого используем таблицу Воздействие - Отклик из для случая электромагнитный отклик в форме электромагнитного излучения (см. Табл.2).

Как видно из приведенной таблицы только магнитное воздействие не приводит непосредственно к генерации света. Естественно, что рассматривать применение очень слабой по интенсивности триболюминесценции, а также гнилушек и светлячков (биолюминисценция) для освещения в данной работе не имеет смысла.

Таблица 2. Генерирование света при внешних воздействиях.

Теперь на основе полученных данных составим таблицу (см. Табл.3), в которой отразим природу и состояние элементов системы.

Таблица 3. Структура источников света.

Таким образом, по ИЭ лампы могут быть условно разделены на: Химические, Электрические и Электромагнитные.

Химические источники света

Первым источником тепла, а заодно и света, является костер, где в качестве топлива используется древесина, или уголь. В этом случае мы имеем ИЭ химической природы. Рабочим органом является раскаленный газ, который образуется в зоне горения при термическом разложении топлива в присутствии кислорода воздуха. Трансмиссией работает сам материал. Потом костер динамизировался и превратился в свой передвижной вариант - факел, а также минимизировался до лучины. Предназначением и костра и факела все-таки было не только освещение, но и генерация тепла. Поэтому первой «лампой» можно назвать именно лучину.

Долгие века такой источник света вполне устраивал людей. Но он был не только слишком громоздким, но и крайне неэффективным источником света. Это обусловлено тем, что значительную часть своей энергии он должен затрачивать на термическое разложение материала - горючего. Кроме того, пользоваться им было крайне неудобно.

Поэтому появились масляные лампы. В них ИЭ служило жидкое масло. Для транспортировки масла из резервуара к зоне горения потребовалось ввести трансмиссию - фитиль. Однако такое изменение конструкции привело к усложнению отношений между людьми, так как потребовалось где-то добывать масло и делать светильники. В дальнейшем, для ИС мы будем использовать термин «лампа».

Следующим этапом явилось изобретение восковой свечи. Как не странно, это устройство может быть помещено между костром и масляной лампой на общей линии развития. Дело в том, что топливо свечи находится в твердом состоянии, но при нагреве плавится и далее транспортируется фитилем к зоне горения.

Затем на долгое время прогресс для ламп сводился к вариациям в конструкции масляных ламп и свечей. Сам процесс развития конструкций тоже представляет значительный интерес, поскольку в ходе изменения в первую очередь росло количество свечей. Если условно считать огонь свечи точечным источником, то он превратился сначала в псевдолинейный (канделябр), круговой (традиционное колесо со свечами в качестве люстры) и объемный (многоярусные люстры дворцов).

Пример объемной геометрической эволюции: точка - линия - поверхность - объем.

В начале ХIХ века появились парафиновые свечей и керосиновые лампы. В действительности, керосиновые лампы появились еще в Средние века. Но новую жизнь в них вдохнул польский изобретатель И. Лукашевич .

Любопытно отметить, что и жидкостные лампы прошли развитие, сходное со свечами. Так обычный шнурок-фитиль (условно точечный ИС) превратился сначала в линейный, а потом в кольцевой (у последних керосиновых ламп).

Пример линейной геометрической эволюции: точка - линия - поверхностная кривая - объемная кривая.

Следующим шагом было изменение источника энергии на газ. В конце XVIII века появились первые водородные лампы с электрическим зажиганием. Однако широкого распространения они не получили по причине сложности и взрывоопасности.

Первая настоящая газовая лампа была создана В. Мурдохом (William Murdoch «Murdock»)). В 1798 году он стал использовать лампы на угольном газе для освещения производственных помещений, а в 1802 году бывший сотрудник этой компании С. Клегг организовал фирму и стал массово внедрять газовое освещение . Следует отметить, что газовые лампы по сути дела являются модернизацией костра. Только в этом случае твердое горючее превращается в газ где-то на коксовом заводе (в надсистеме), и только затем транспортируется потребителю.

Пример перехода в надсистему: уголь в костре – угольный газ на заводе.

Особенно интенсивное развитие газовые рожки получили после изобретения калильных сеток, резко увеличивающих световой поток. В 1885 году Ауэр фон Вельсбах предложил использовать калильную сетку, представляющую собой мешочек из ткани, пропитанный раствором неорганических веществ (различных солей). При прокаливании ткань сгорала, оставляя тонкий «скелет», ярко светящийся при нагревании под действием пламени. Эти устройства получили название колпачки Ауэра .

В принципе, на этом история развития ламп, использующих химическую энергию в качестве ИЭ практически прекратилась, хотя газовое освещение еще долго составляло конкуренцию электрическому (См. Фильм «Газовый свет»). Появление ацетиленовой (карбидной) лампы не повлияло на этот процесс, тем более что она, будучи мобильной системой, использовалась для других целей (в шахтах, в фарах и т.д.). Однако сам переход в такой лампе Твердое - Газ дополняет общую картину.

Пример сегментации: полено (монолит) - разделенный монолит (лучина) - жидкость (масло, керосин) - газ (коксовый газ, ацетилен, пропан).

Необходимо отметить, что вопреки некритичному пониманию ТРИЗ, газовые лампы вовсе не исчезли. Они вернулись к нам сегодня в виде источников света для туристов, причем их характеристики немного выросли.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА

Практически параллельно с развитием химических источников света развивались электрические, причем они появились даже немного раньше газовых рожков.

В 1799 году итальянский физик Алессандро Вольта создал первый химический источник тока, который получил название "вольтов столб".

Итак, следующим классом ИС являются электрические, то есть такие устройства, которые используют в качестве ИЭ электричество, причем ИЭ не входит в ТС. Однако из Табл. 3 видно, что они отличаются между собой по виду РО. Основными классами будут являться:

Дуговые лампы, где под действием электрического разряда светится газ между электродами;

Лампы накаливания, у которых свет излучает нагретая нить;

Газосветные лампы, где используется тлеющий разряд, который формируется при низком давлении газа и малом токе;

Безэлектродные лампы (СВЧ);

Светодиоды.

Пример замены принципа действия ИЭ: Химический - Электрический - Электромагнитный.

Дуговые лампы

Сначала начали развиваться системы, которые использовали электрическую дугу. Наблюдали это явление одновременно Х. Дэви в Англии и В. Петров в России, что в очередной раз подтверждает неизбежность изобретений . Интересно отметить, что и горение электрической дуги и свечение раскаленной проволоки под действием тока наблюдались в один и тот же год.

Рис. 1. Ртутные лампы высокого давления с люминофором.

Однако только через 42 года французский физик Фуко создал первую дуговую лампу с ручным регулированием длины дуги, которая нашла достаточно широкое применение. Однако ручное регулирование было крайне неудобным и в дни коронационных торжеств в Москве на башнях Кремля зажглись дуговые лампы с автоматическим регулированием расстояний между углями - детище изобретателя Александра Шпаковского (Не путать с Николаем!) .

Вскоре Павел Яблочков усовершенствовал конструкцию, поставив электроды вертикально и разделив их слоем изолятора. Такая конструкция получила название «свеча Яблочкова» и использовалась во всем мире: например, с помощью таких «свечей» освещался Парижский оперный театр .

Пример повышения управляемости: Дуга Петрова (неуправляемая) - Фонарь Фуко (ручное управление) - Дуговая лампа Шпаковского (автоматическое регулирование) – «Свеча Яблочкова» (саморегулирование).

Дуговые лампы были, хотя и яркими, но не очень экономичными, поэтому вскоре свое триумфальное шествие начали лампы накаливания. Однако, дуговые лампы вовсе не исчезли, а заняли свою, вполне определенную нишу, что еще раз заставляет усомниться в выводах о «смерти ТС».

Основной проблемой оставалось быстрое сгорание электродов. Не раз у изобретателей являлась мысль заключить вольтову дугу в лишенную кислорода атмосферу. Ведь благодаря этому лампа могла бы гореть значительно дольше. Американец Джандус первый придумал помещать под купол не всю лампу, а только ее электроды. При возникновении вольтовой дуги кислород, заключенный в сосуде, быстро вступал в реакцию с раскаленным углеродом, так что вскоре внутри сосуда образовывалась нейтральная атмосфера. Хотя кислород и продолжал поступать через зазоры, влияние его сильно ослаблялось, и такая лампа могла непрерывно гореть около 200 часов .

От использования вакуума вскоре перешли к использованию инертных газов. Сейчас в качестве источников особо яркого света используются ртутные (См. Рис.1) и ксеноновые дуговые газоразрядные лампы.

Пример использования принципа инертной среды.

В большинстве газоразрядных ламп используется излучение положительного столба дугового разряда, в импульсных лампах искровой разряд, переходящий в дуговой. Существуют лампы дугового разряда с низким [от 0,133 н/м 2 (10-3 мм рт. ст.)], например натриевая лампа низкого давления, высоким (от 0,2 до 15 ат,1 ат= 98066,5 н/м 2) и сверхвысоким (от 20 до 100 ат и более, например ксеноновые газоразрядные лампы) давлением .

Цвет получаемого света зависит от вещества, пары которого находятся в лампе. Сравнительные характеристики газоразрядных ламп представлены в Табл. 4.

Таблица 4. Сравнительные характеристики дуговых ламп.

Натриевая лампа низкого давления характеризуется максимальной эффективностью среди всех источников света - около 200 лм/Вт.

Лампы накаливания (См. Рис. 2)

Рис. 2. Лампы накаливания.

Обычно историю лампочек накаливания связывается с именем Эдисона. Однако, первым, кто разработал первую лампочку, использовав обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде был немецкий изобретатель Генрих Гебель. Его соотечественник химик Герман Спренгел повторил это в 1865 году. А потом последовал целый водопад исследований. В Великобритании это были, Cruto, Gobel, Farmer, Maxim, Lane-Fox, Sawyer и Mann. Первый канадский патент был представлен Генри Вудварду и Мэтью 24 июля 1874. Наиболее известными оказались лампочки Лодыгина и Свана .

Хотя Эдисон не изобрел электрическую лампу накаливания, он, тем не менее, перенес теорию в практику и был первым, кто успешно освоил рынок освещения лампами накаливания. Самая главная заслуга Эдисона заключается в том, что он создал всю инфраструктуру для их использования, что и принесло, в конечном итоге, коммерческий успех.

Серьезным недостатком ламп накаливания был слишком короткий срок их работы. Это было вызвано быстрым разрушением нити в атмосфере кислорода. Поэтому, развитие ламп накаливания шло по двум направлениям:

Улучшение характеристик нити

Изменение атмосферы в лампе.

Улучшение характеристик нити шло по направлению повышения термостойкости материала. Первоначально использовались различные угли на основе бамбука, хлопка и т.д. К концу XIX века светоотдача таких лампочек составляла 3 люмен/ватт. Затем стали использовать различные тугоплавкие материалы. Так Ауэр предлагает лампу с осмиевой спиралью (Т пл = 2700 o С), пытались использовать тантал с температурой плавления 2996 o С эффективность которого в лампах составляла 7 люмен/ватт, а ряд изобретателей, в том числе Лодыгин, пытались применять для этих целей вольфрам. Однако только после того, как Кулиджу удалось получить ковкий вольфрам лампочки накаливания уверенно обошли газовые рожки и дуговые лампы.

И до сих пор, несмотря ни на что, лампы накаливания пока еще составляют большую часть используемых в мире ИС.

Галогенные лампы накаливания (См. Рис.3)

Рис. 3. Линейные 2-цокольные галогенные лампы накаливания.

Серьезным шагом в развитии ламп накаливания явилось открытие галогенного цикла. Еще в 1949 году фирма OSRAM подала заявку на выдачу патента на галогенные лампы накаливания. Однако настоящий технический прорыв произошел только в 1959 году на фирме General Electric. Название этих ламп объясняется использованием в них галогенов (солей), йода или брома в качестве газов-наполнителей. Галогенный цикл в лампе предотвращает осаждение испарившегося со спирали накаливания вольфрама на внутренние стенки колбы, что обычно происходит у обычной лампы накаливания в течение ее срока службы. Во время работы лампы вольфрам и галоген соединяются, и испарившийся вольфрам осаждается на спираль. Галоген внутри лампы действует как чистильщик окон, поэтому колба лампы остается прозрачной.

Галогенные лампы накаливания, как и обычные лампы накаливания, излучают тепло, однако их рабочая температура составляет около 2800 o С. В результате этого они излучают более белый свет, имеют более высокую световую отдачу - до 25 люменов/Ватт и более длительный срок службы, составляющий от 2000 до 4000 часов .

Газоразрядные лампы

Газоразрядные лампы являются родственниками дуговых. Это большое семейство ламп, в которых разряд происходит между электродами в атмосфере какого-либо газа, или пара. Разряд вызывает ионизацию газа, то есть возникает плазма, которая и является РО системы. Однако, в отличии от дуговых, в газоразрядной лампе используется «тлеющий» разряд. В результате, температура и энергопотребление таких ламп существенно ниже.

Газовый разряд в газах вызывают излучение видимого света, спектр которого зависит от использованного газа.

Таблица 5. Цвета тлеющих разрядов в различных газах .

Рис. 4. Линейные люминесцентные лампы.

Самым распространенным примером таких ламп является люминисцентные лампы «дневного света» (См. Рис. 4), где излучателем света являются пары ртути. При этом генерируется УФ излучение, которое преобразовывается люминофором в видимый свет.

Пример использования принципа посредника.

Люминесцентные лампы накаливания обеспечивают световую отдачу от 30-50 лм/Вт. Они имеют довольно большой срок службы, до 20000 часов .

Компактные люминесцентные лампы (См. Рис. 5)

Рис. 5. Компактные люминесцентные лампы.

Основная особенность устройства компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) состоит в придании различными способами разрядной трубке таких форм, которые бы обеспечили резкое снижение длины лампы. Кроме того, большинство маломощных ламп, предназначенных для замены ламп накаливания, устроены таким образом, что могут непосредственно или через адаптер ввёртываться в резьбовой патрон.

Пример использования надсистемных ресурсов.

Современные лампочки имеют богатую и красивую историю, которая уходит корнями в глубину веков. С начала времен люди старались внести в свое жилище свет.

Сначала костер в пещере был синонимом уюта и безопасности, так как согревал своим теплом и отгонял хищников. Многие народы населяли ночное пространство монстрами, злыми духами, ведьмами, говорили, что именно ночью просыпаются злые чары, встают из могил покойники... И самым надежным средством спасения от ночных ужасов считался свет, который мог уничтожить все страхи мира. Свет обозначал чистоту, комфорт, защиту.

Чуть позже люди научились дружить с огнем настолько, что стали делать крепкие факелы, используя их не просто для освещения, но в качестве сигнального оборудования и оружия. Так огонь превратился в символ силы, и его власть над людьми стала почти бесконечной. Приспособления, которые помогали людям освещать пространство, постоянно менялись и совершенствовались. Огня в печи или очаге не хватало, чтобы разогнать темноту в домах. Египтяне, римляне и греки использовали для освещения горючий масляный раствор и специальную посуду, сделанную из глины, запалом служил фитиль из хлопка. Жители побережья Каспийского моря в подобные прото-светильники помещали в качестве горючего нефть.Чуть позже в Европе появились первые свечи - чаши, наполненные густым жиром, с фитилем из ткани или просто щепки. Жир горел дольше масла, но запах при горении такой свечи оставлял желать лучшего. Широко использовались маканые свечи - простые фитили, которые опускали в жир и зажигали в специальной тарелочке или фонаре. В XV веке появились первые литые свечи из пчелиного воска. Они стоили дорого, так как получить воск было довольно сложно.

Прогресс человечества в области китобойной промышленности и развитие химии в XVII-XVIII веках принесли новые материалы для свечей: китовый жир и стеариновую кислоту. Эти материалы и их производные горели чисто, не дымили, почти не давали запаха. Свечная промышленность стала одним из главных доходных дел, и конкуренция в этой области была очень ожесточенной.

Использование керосина как горючего для светильников также набирало обороты и было весьма популярным в XVIII-XIX веке. Керосин был недорогим, что помогало его распространению. Однако он имел ряд серьезных недостатков, в частности, керосиновые лампы коптили, а запах сгоревшего топлива впитывался в одежду, мебель, плохо выветривался из помещения.

В ряде европейских государств применялось газовое освещение. Так называемый «светильный газ» содержал бензол, дававший достаточно большое количество света. Газ легко доставлялся к светильникам по специальным трубкам, был прост в использовании и обладал высоким уровнем пожарной безопасности по сравнению со свечами и керосиновыми лампами.

Но в 1879 году произошло событие, которое навсегда изменило мир - Томас Л. Эдисон усовершенствовал конструкцию лампы Лодыгина и предложил долговечную лампу накаливания. Свечи, многие века освещавшие человеческий путь во вселенной, утратили своё предназначение, но сохранились как эстетический компонент жизни.

Не стоит думать, что изобретение лампы было мгновенным и сиюминутным событием. История электрической лампочки представляет собой целую цепь открытий, сделанных разными учеными в разное время. С начала 19 века активно проводились опыты с электричеством, имевшие немалый общественный резонанс. В 1802 году выдающийся русский физик В.В. Петров, изучавший свойства электрических воздействий на разные предметы, открыл явление электрической дуги - яркого разряда, который возникает между сведёнными на определённое расстояние угольными стержнями, и указал на возможность его применения в осветительной промышленности. Явление электрической дуги положило начало созданию дуговых ламп. В 1809 году француз Деларю начинает первые опыты по созданию лампы с нитью накала, которая будет давать свет.

Так появились два направления в создании электрического освещения. Научные изыскания продолжались почти 80 лет, и в конце XIX столетия была запущена в производство лампа накаливания, такая, какой мы ее знаем. В XX веке лампа накаливания появилась в каждом доме. Она меняла формы, размеры, цветность, но в одном была неизменна - в принципе работы. Лампа накаливания потребляла большое количество энергии, но была безопасна в использовании и прекрасно выполняла свою основную функцию.

Но было и третье направление в изучении электрического света - свечение газов под воздействием электрических разрядов. Впервые свечение газов под воздействием электрического тока наблюдал Михаил Ломоносов, пропуская ток через заполненный водородом стеклянный шар. А в 1886 году Никола Тесла запатентовал газоразрядную аргоновую лампу, предшественницу компактной люминесцентной лампы. Газоразрядные лампы прошли большое количество изменений, но доработка сделала возможным их использование в качестве ламп дневного света в общественных помещениях, на фабриках, в офисах и т.д.

В начале XX века проводились самые разнообразные опыты с электричеством. В результате одного из таких опытов в 1907 году британский изобретатель Генри Раунд задокументировал интересный эффект светоотдачи при использовании твердотельного диода. Позже советский физик О. Лосев в 1923 году наблюдал подобное свечение, проводя опыты с диодами из карбида кремния. Эти опыты можно считать рождением светодиодной лампы.

Мы живем в удивительное время, когда возможно наблюдать все источники света в действии. Мы используем их по-разному, меняем по своему вкусу, подыскиваем самые подходящие, создаем с их помощью атмосферу и уют. Светотехническая промышленность развивается, и, возможно, мы станем свидетелями новых открытий в области оптики и физики света.