Юный техник, 2003 № 04 - страница 12

Рис. 3

Прежде всего, требовалось создать надежную угольную нить, пригодную для массового производства. В лампах Лодыгина она работала всего два часа. Эдисон получил более надежную нить из обугленного волокна бамбука, но она была непригодна для массового производства. Немецкий электротехник Вернер фон Сименс предложил другой способ. Он продавливал через тонкое отверстие раствор хлопка в кислоте и получал нить, которую затем обугливал. Но на ней было множество ямок и трещин, которые при пропускании тока сильно перегревались, а с них начиналось разрушение нити.

Хирам Максим, изобретатель пулемета, тоже некоторое время работал над созданием лампы накаливания. И обнаружил, что при прокаливании угольной нити в светильном газе из него выделяется углерод и садится на самые горячие участки нити.

Чтобы «вылечить» дефекты своих нитей, Сименс воспользовался этим открытием и начал прокаливать их в атмосфере светильного газа. На рисунке 4 изображены подлинные образцы ламп с угольными нитями, сохранившиеся до наших дней.

Рис. 4

Из их колб выкачан воздух, а угольные нити припаяны к кусочкам платиновой проволоки, впаянным в стекло. Этот драгоценный металл применили потому, что при нагревании он расширяется точно так же, как стекло, и в нем не образуется трещин. (Впоследствии платину заменили дешевым сплавом.) Такие лампы, несмотря на дороговизну, покупали охотно. В домах, где раньше господствовали свечи, керосиновые лампы и газовые фонари, стало гораздо светлее, сделался чище воздух. Но к хорошему быстро привыкают.

Вскоре появились нарекания: лампы расходуют много электричества, да и свет у них желтоват…

В 1890 году А.Н.Лодыгин предложил лампу накаливания с нитью из вольфрама — самого тугоплавкого металла. Опыты показали: она вдвое экономичнее и дает ярко-белый свет. Однако денег у Лодыгина по-прежнему нет, и за реализацию идеи вновь берутся западные фирмы.

С появлением вольфрамовой нити развитие лампы накаливания становится уделом все более и более узких специалистов. Это связано с тем, что малейшее улучшение в конструкции как бы умножается на его громадный тираж, и все развитие его складывается из множества крохотных шагов.

Преимущество вольфрама объяснялось прежде всего его способностью длительно выдерживать более высокую температуру, чем углерод. Благодаря этому доля светового излучения в его спектре выше. И потому у ламп с вольфрамовой нитью более высокая отдача света на единицу мощности. Эта величина, напомним, измеряется в люменах на ватт (лм/Вт). А люмен — это единица светового потока, приблизительно равная световому потоку свечи. (В старину, до изобретения электрического счетчика, мощность ламп измеряли в свечах, и «по свечам» платили за их использование. Иногда и сегодня в магазине можно услышать: «Дайте мне стосвечовую лампу». Продавец выдает лампу мощностью в 100 Вт, и ни он, ни покупатель не задумывается, что лампа мощностью в 100 Вт имеет световую отдачу около 16 лм/Вт и дает поток света в 1600 свечей.)

Между прочим, не так уж давно по историческим меркам, всего лишь лет двести назад, освещались только свечами.

Попробуйте себе представить, что какой-нибудь король решил поужинать при свете 1600 свечей. Каким трудным, быть может, невозможным делом это для него было. А нам с вами достаточно щелкнуть выключателем. Так что мы в чем-то богаче королей!

Но вернемся к лампе.

Поначалу вольфрамовая нить имела вид отрезка проволоки, помещенной в вакууме. Но вакуум способствовал быстрому испарению металла и тем ограничивал его температуру. В атмосфере инертного газа температуру вольфрамовой нити можно было значительно увеличить, не опасаясь, что она быстро перегорит. Но газ передает тепло к стенкам лампы. На это уходит дополнительная энергия, а световая отдача уменьшается.

Выход из положения оказался удивительно прост — свернуть нить в спираль. Спираль короче нити, вокруг нее образуется малоподвижный газовый слой, который укутывает ее, словно шуба. Испарение вольфрама на спирали тоже замедляется, испарившиеся частицы вольфрама на ее же витках и оседают. Так что температуру спиральной нити удается увеличить без уменьшения срока ее службы, а с температурой возрастает и световая отдача.