电灯。发明和生产的历史

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白炽灯是一种人造光源，其光是由被电流加热到高温的白炽体发出的。作为加热体，最常用的是由难熔金属（最常见的是钨）或碳丝制成的螺旋。为了防止加热体与空气接触时氧化，将其放置在抽空的烧瓶中，或充满惰性气体或卤素蒸气的烧瓶中。

现代白炽灯：1-灯泡； 2-烧瓶的腔体（真空或充满气体）； 3-发光体； 4、5——电极（电流输入）； 6 - 热体的挂钩； 7——灯腿； 8——外接电流引线、熔断器； 9 - 基本情况； 10——底座绝缘子（玻璃）； 11 - 底座底部的接触

在 XNUMX 世纪的最后几十年，电灯进入了许多欧洲城市的生活。它首先出现在街道和广场上，很快渗透到每一个房子、每一个公寓，成为每个文明人生活中不可或缺的一部分。这是技术史上最重要的事件之一，产生了巨大而多方面的后果。

电气照明的快速发展导致了大规模电气化、能源革命和工业的重大转变。然而，如果许多发明家的努力没有为我们创造出像电灯泡这样常见且熟悉的设备，这一切可能不会发生。在人类历史上最伟大的发现中，她无疑属于最光荣的地方之一。

在 XNUMX 世纪，两种类型的电灯变得普遍：白炽灯和弧光灯。弧光灯出现的时间稍早一些。它们的发光是基于一种有趣的现象，如伏打弧。如果你取两根电线，将它们连接到足够强的电流源上，连接它们，然后将它们推开几毫米，然后在导体的末端之间形成类似火焰的东西。如果用两根尖头碳棒代替金属丝，这种现象会更漂亮、更亮。它们之间有足够大的电压，就形成了耀眼的能量之光。

电弧

1803 年，俄罗斯科学家瓦西里·彼得罗夫首次观察到了电弧现象。 1810 年，英国物理学家德维做出了同样的发现。他们俩都在木炭棒的末端之间使用一大组电池获得了电弧。他们俩都写道，电弧可用于照明目的。但首先有必要为电极找到更合适的材料，因为木炭棒在几分钟内就会烧毁，对实际使用几乎没有用处。弧光灯还有另一个不便——当电极烧坏时，必须不断地将它们移向彼此。一旦他们之间的距离超过某个允许的最小值，灯的光线就变得不均匀，开始闪烁并熄灭。

1844年，法国物理学家福柯设计了第一盏手动可调弧光灯。他用硬可乐棒代替了木炭。 1848 年，他首先用弧光灯照亮了巴黎的一个广场。这是一次短暂且非常昂贵的体验，因为强大的电池可以作为电力来源。然后发明了各种设备，由发条控制，在电极燃烧时自动移动电极。

很明显，从实际使用的角度来看，希望有一种不会因附加机制而复杂化的灯。但是没有它们有可能吗？事实证明是的。如果两块煤不是相对放置，而是平行放置，从而只能在它们的两端之间形成弧线，那么使用该装置，煤的两端之间的距离始终保持不变。这样一盏灯的设计看似很简单，但它的创作却需要极大的匠心。它是1876年由曾在巴黎宝玑院士工坊工作的俄罗斯电气工程师雅布洛奇科夫发明的。

Yablochkov 蜡烛由两根由致密的旋转煤制成的棒组成，它们平行排列并由石膏板隔开。后者起到了双重作用，因为它既可以将煤固定在一起，也可以将它们隔离，从而使电弧仅在煤的上端之间形成。随着煤从上面燃烧，石膏板熔化并蒸发，因此煤的尖端总是突出到板上方几毫米。

蜡烛雅布洛奇科夫，1876 年

雅布洛奇科夫的蜡烛吸引了所有人的注意力，引起了很大的轰动。 1877 年，在他们的帮助下，街道电力首次安装在巴黎歌剧院大道上。次年开幕的世界博览会让许多电气工程师有机会了解这一奇妙的发明。以“俄罗斯之光”的名义，雅布洛奇科夫的蜡烛后来被用于世界各地许多城市的街道照明。这些灯也很奇怪，因为它们本身只需要交流电，因为它们中正极和负极的燃烧速率不同，而直流电则必须使正极更厚。

雅布洛奇科夫的蜡烛装置

格拉姆为 Yablochkov 制造了他的第一台交流发电机。但是，除了 Yablochkov 蜡烛的优点之外，它们也有缺点。主要的不便之处在于，里面的煤很快就烧光了——一根中等大小的蜡烛只亮了两个小时。

然而，这个缺点是许多其他弧光灯所固有的。发明者不止一次想到将电弧封闭在没有氧气的气氛中。毕竟，多亏了这一点，灯可以燃烧更长的时间。很长一段时间，这些尝试都失败了，因为他们试图从整个灯中抽出全部空气。美国 Jandus 是第一个提出不将整个灯放在圆顶下，而只将其电极放置的想法的人。当电弧发生时，容器中的氧气迅速与炽热的碳发生反应，容器内部很快形成了中性气氛。虽然氧气继续从缝隙中流过，但它的影响却大大减弱了，这样的灯可以连续燃烧大约200小时。

带电磁控制的弧光灯

但即使采用这种改进的形式，弧光灯也无法广泛使用。电弧是一种非常强的光源。其燃烧的亮度不能降低到一定限度以下。因此，弧光灯被用来照亮大厅、车站或广场。但它们完全不适合在狭小的生活或工作空间中使用。

从这个意义上说，白炽灯泡要方便得多。每个人都知道他们的设备：电流通过细线，将其加热到高温，因此它开始发光。早在 1820 年，法国科学家 Delarue 就制造了第一盏这样的灯，其中铂丝用作白炽灯体。在那之后的半个世纪里，白炽灯几乎没有被使用，因为他们找不到合适的灯丝材料。起初，煤炭似乎是最方便的。

1873 年，俄罗斯电气工程师洛迪金用旋转煤的灯丝制造了一个灯泡。他是第一个开始从气球中抽气的人。最终，他成功地创造了第一个白炽灯泡，并获得了一定的实用性，但仍然很不完善。 1878 年，美国电气工程师 Sawyer 和 Man 找到了一种方法，通过在石墨粉中炭化纸板来制造小横截面的小碳弧。这些弧线被封闭在玻璃帽中。然而，这些灯泡的寿命很短。

洛迪金的灯，1873

1879年，美国著名发明家爱迪生着手改进电灯泡。他明白，要让灯泡长时间亮着，发出均匀不眨的光，首先要找到合适的线材，其次，要学会制作一个非常气球中的稀薄空间。对各种材料进行了大量的实验，建立了爱迪生的特征范围。据估计，他的助手至少测试了 6000 种不同的物质和化合物，而在实验上花费了超过 100 万美元。

起初，爱迪生用一种更耐用的煤制成的木炭代替了易碎的纸炭，然后他开始尝试各种金属，最后选择了一根烧焦的竹纤维。同年，爱迪生在三千人面前公开展示了他的电灯泡，用它们照亮了他的房子、实验室和几条相邻的街道。这是第一个适合大规模生产的长寿命灯泡。

爱迪生灯

由于用竹子制造线非常昂贵，爱迪生开发了一种用经过特殊加工的棉纤维整理它们的新方法。首先，将棉花放入热的锌-氯溶液中，逐渐溶解。用泵将所得液体增稠至糊状状态并通过细管挤出到装有酒精的容器中。在这里，它变成了一根细线，缠绕在鼓上。通过几个中间操作，将得到的线从氯锌溶液中分离出来，干燥、切割、封装成 V 形并在没有空气进入的烘箱中炭化。然后将一层薄薄的煤喷到细丝上。为此，他们被放置在一个充满照明气体的盖子下，并让电流通过它们。在电流的作用下，气体分解，在灯丝上沉积了一层薄薄的碳。在所有这些复杂的操作之后，线程就可以使用了。

制作灯泡的过程也非常复杂。将线放置在两个与玻璃熔合的铂电极之间的玻璃帽中（必须使用昂贵的铂，因为它具有与玻璃相同的热膨胀系数，这对于产生密封性非常重要）。最后，在水银泵的帮助下，空气被从灯泡中抽出，因此在常压下，其中所含的空气不超过十亿分之一。当抽气结束时，灯泡被焊接并放在一个带有触点的底座上，用于拧入墨盒（墨盒和底座，以及许多其他电照明元件，直到今天都没有改变 - 开关、保险丝、电表等等——也是爱迪生发明的）。

爱迪生灯泡的平均寿命是连续燃烧 800-1000 小时。

近三十年来，灯泡以上述方式制造，但未来是带有金属灯丝的灯泡。早在 1890 年，Lodygin 就提出了用耐火钨制成的金属丝代替碳丝的想法，这种金属丝的白炽温度为 3385 度。然而，这种灯泡的工业生产直到 XNUMX 世纪才开始。

作者：Ryzhov K.V.

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