/
Text
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ
БИБЛИОТЕКА
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ БИБЛИОТЕКА
А. С. ДАНЦИГЕР
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ
ЛАМПОЧКА
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ТЕХНИКО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МОСКВА 1949 ЛЕНИНГРАД
16-24
СОДЕРЖАНИЕ
Введение . . . *................................... . 3
1. «Пламенные» источники света......................... 4
2, Как рождается свет ................................. 7
3. Что такое электрический ток? ...................... 11
4. Дуга Петрова....................................... 14
5. «Русский свет» .................................... 18
6. Угольная лампа накаливания......................... 21
7. Русский свет завоёвывает мир....................... 24
8. Современная электрическая лампа.................... 27
9. На заводе электроламп.............................. 30
10 Газосветные лампы................................. 39
Заключение.......................................... 42
Подписано к печати 31/III 1949 г. 2,75 печ. л. 2,61 уч.-изд. л.
37 912 типогр. зн. в печ. л. А01649. Тираж 200 ООО экз.
___________________Цена книги 80 коп. Заказ № 1442._____________________
3-я типография ^Красный пролетарий» Главполиграфиздата при Совете Ми»
нистров СССР, Москва, Краснопролетарская, 16.
ВВЕДЕНИЕ
ТРто не знает электрической лампочки!
Мы видим её всюду — у себя дома и в поезде, на ули-
це, в трамвае, на заводе и в театре, в шахте и на
самолёте.
Трудно перечислить все случаи применения этой лампы.
Электрическое освещение стало для нас обычным. Одна-
ко было время —менее ста лет назад, — когда об электри-
ческом свете, о «свете без огня», мечтали лишь немногие
учёные.
Много труда затратили они, чтобы создать электриче-
скую лампочку — такую, какой мы её знаем теперь.
И лучшую, самую плодотворную долю труда вложили
в дело создания «нового света» наши соотечественники —
русские электротехники прошлого века — В. В. Петров,
В. Н. Чиколев, П. Н. Яблочков, А. Н. Лодыгин и другие.
«Русский свет», «Свет из России» — так называли ино-
странные газеты первые практически удобные электриче-
ские лампы прошлого века — «электрические свечи» Яб-
лочкова.
И это было действительно так.
Электрический свет пришёл в мир из России. В этом
огромная, незабываемая заслуга русских учёных.
Какой была первая электрическая лампочка? Как она
постепенно совершенствовалась? Как устроена лампочка
наших дней?
Вот этим вопросам и посвящён наш небольшой очерк.
Но прежде мы посмотрим, какими источниками света поль-
зовались наши предки.
2 А. С. Данциге^ л
!• «ПЛАМЕННЫЕ» ИСТОЧНИКИ СВЕТА
“Выло время, когда люди не имели огня, и единственным
" источником света для них являлось солнце.
Некоторые народные предания позволяют нам предпо-
ложить, что впервые огонь был получен людьми от молнии,
ударившей во время грозы в дерево. Случаи, когда от удара
молнии загораются деревья, не так редки.
Полученный огонь надо было сохранять. Не умея полу-
чать огонь, люди поддерживали неугасимый костёр. Прошло
Рис. 1. Добыча огня при помощи тре-
ния сухой палочки о дощечку.
много веков, прежде
чем человек научился
добывать огонь. Изго-
товляя из дерева раз-
личные орудия труда,
он замечал, что при
трении друг о друга
куски дерева нагрева-
ются. Если трение
усилить, куски стано-
вятся горячими и, на-
конец, загораются.
У разных народов
сохранились различ-
ные устройства для
получения огня тре-
нием. Чаще всего для
этой цели служили су-
хие дощечка с палоч-
кой (рис. 1). Палочка
вставлялась в углуб-
ление дощечки и бы-
стро вращалась ладо-
нями рук, пока искорки огня от палочки не поджигали
сухую траву, положенную рядом.
Приспосабливая различные твёрдые камни в качестве
орудий труда, человек заметил, что при обработке камней
нередко сыплются искры. Так в глубокой древности роди-
лось огниво. Сначала это были два твёрдых камня — кремня,
ударяемых друг о друга. Позднее один из кремней был за-
менён куском металла. Трут стал применяться в огниве
около 300 лет назад.
4
Наше современное средство добывания огня — спички—
появилось совсем недавно — в начале XIX века. Не так-то
легко было зажечь первые спички! Для этого их надо было
смачивать серной кислотой. Только в этом случае спичка,
в состав головки которой входили сера, бертолетова соль,
киноварь и сахар, загоралась.
Прошло два десятка лет, и появились фосфорные спички,
загорающиеся от трения. Но и эти спички были неудобны
в обращении — они легко самовоспламенялись; кроме
того в их головке содержался ядовитый фосфор.
Только в середине прошлого века были изобретены так
называемые безопасные спички, которыми мы и пользуемся
в настоящее время. В головках этих спичек фосфора нет.
Столь же несовершенны, как и первые способы добыва-
ния огня, были первые светильники: костёр, очаг, сухая
лучина, смолистая ветка дерева, факел.
Когда человек узнал, что жиры различных животных
горят и дают хороший свет, появились фитильные светиль-
ники. Просто было их устройство. Растопленный жир на-
ливался в раковину или глиняную плошку, в жир опу-
скался кусок моха — и светильник был готов.
Позднее фитили стали делать из ниток, а помимо живот-
ного жира применять и растительное масло — оливковое.
Фитильные масляные светильники, лучина и факел
просуществовали очень долго. Ещё в средние века по всей
Европе было широко распространено освещение лучинами.
Факелы сильно коптили и поэтому использовались
главным образом для освещения пути (рис. 2).
Факел наших далёких предков представлял собой сви-
тый из сухой травы и пропитанный растительным маслом
стержень, укреплённый на палке.
Прямой потомок факела — свеча.
Уже в древнем Риме существовали полуфакелы-полу-
свечи. Сердцевиной их были волокна растений, пропитан-
ные смолой и покрытые воском. Потом, примерно в X веке,
появились восковые и сальные свечи.
В начале XIX века химики получили новое дешёвое
вещество—стеариновую кислоту, а затем парафин. Восковые
и сальные свечи были вытеснены стеариновыми и парафи-
новыми.
Подобно свечам, лампы — масляные и керосиновые —
выросли из тех несовершенных фитильных светильников,
2*
5
о которых мы говорили. Первые фитильные светильники
давали слабый свет, сильно коптящее пламя и легко гасли.
Так было в течение многих тысячелетий, пока учёный Лео-
нардо-да-Винчи не сделал к такому светильнику простого
приспособления. Над пламенем светильника он расположил
небольшую жестяную трубку, захватывающую верхнюю
Рис. 2. Улицы городов в средние века освещались факелами.
часть пламени. Такая трубка резко увеличивала тягу воз-
духа, необходимого для горения. В результате масло, под-
водимое к фитилю, сгорало полнее, — пламя стало менее
коптящим и более ярким. Так появилась первая масляная
лампа.
В XVIII веке жестяная трубка масляной лампы была
заменена стеклянной, которая сначала также закрывала
лишь верхнюю часть пламени, но затем была опущена и
превратилась в знакомое нам ламповое стекло.
В 1779 году знаменитый русский изобретатель И. П. Ку-
либин сконструировал фонарь исключительной силы. Вот
что было написано об этом фонаре в газете «Санкт-Петер-
бургские Ведомости»:
6
«Санкт-Петербургской Академии Наук механик Иван
Петрович Кулибин изобрёл искусство делать... составное
из многих частей зеркало, которое, когда перед ним по-
ставится одна только свеча, производит удивительное дей-
ствие, умножая свет в пятьсот раз противу обыкновенного
свечного света и более, смотря по мере числа зеркальных
частиц, в оном вмещённых. Оно может поставляться и на
чистом воздухе в фонаре: тогда может давать от себя свет
даже на несколько вёрст... Зеркало сие особливо выгодно
для освещения больших зал и весьма для художников и
мастеровых, освещая сильным светом великое вокруг про-
странство, с самою малою свеч издержкою... Галлерея
на 50 сажен была освещена сим зеркалом посредством одной
только свечки...».
«Кулибинский фонарь» пользовался в XVIII веке боль-
шой известностью как очень сильный источник света.
В середине прошлого столетия появилось новое дешёвое
горючее — керосин — продукт переработки нефти, и через
четверть века малокоптящие керосиновые лампы распро-
странились повсеместно.
Ещё в конце XVIII века в качестве горючего для све-
тильников были использованы горючие газы: ацетилен и
«светильный газ». Главные составные части светильного
газа — водород и «болотный газ» — метан. Получается
светильный газ при сухой перегонке (при нагревании без
доступа воздуха) угля или дерева. Газ собирается в особые
газохранилища, откуда направляется по газоотводным
трубкам к газовым горелкам — «газовым рожкам».
В прошлом веке газовые рожки можно было видеть
всюду, где только вырабатывался светильный газ.
У всех светильников, с которыми мы сейчас познакоми-
лись, источником света является пламя.
Почему же пламя излучает свет? Как рождается свет?
2. КАК РОЖДАЕТСЯ СВЕТ
“Осякое тело, которое испускает свет, то-есть светится,
" мы называем источником света. Что же вы-
зывает свечение тел?
Чаще всего причиной свечения является высокая тем-
пература. И чем выше температура, тем ярче испускаемый
телом свет.
3 А. С. Данцигер
7
Вспомните, например, как начинает светиться кусок
железа, когда его разогревают на огне. Пока температура
железа не превышает 450—500 градусов тепла, железо —
тёмное несветящееся тело. Но вот температура нагрева
повышается до 600— 700 градусов, и кусок железа стано-
вится тёмнокрасным — он начинает испускать свет. При
800—1000 градусов железо светится уже светлокрасным
светом, при температуре 1000—1200 градусов — жёлтым,
а при температуре около 1500 градусов кусок железа на-
чинает излучать желтовато-белый свет.
Тугоплавкие тела, разогретые до 2000—2500 градусов,
испускают уже ослепительный белый свет.
Температура светящейся поверхности Солнца — около
6000 градусов. Здесь светятся раскалённые газы.
Но что светится в пламени? Что придаёт пламени той
или иной горелки яркий свет?
Чтобы ответить на этот вопрос, посмотрим, как горит
в примусе керосин. Когда горелка примуса хорошо прочи-
щена, она даёт синее, почти несветящееся пламя. Керосин
сгорает при этом почти полностью. Но стоит горелке за-
сориться, как пламя её сразу пожелтеет, становится более
видимым, даёт больше света.
В чём здесь дело?
Оказывается, яркость пламени зависит от мелких раска-
лённых частичек сажи, то-есть от тех твёрдых частиц, ко-
торые не успевают сгореть в пламени. Ведь при горении
в пламени за счёт освобождающейся скрытой химической
энергии горючего развивается большая температура; от
этого несгоревшие частички сажи нередко нагреваются
в пламени до 2000 градусов тепла и выше и испускают при
этом яркий свет.
Таким образом и в «пламенных» светильниках непосред-
ственным источником света является твёрдое тело, разогре-
тое до высокой температуры.
Почему же, однако, при повышении температуры тела
начинают испускать свет?
Чтобы понять, что происходит в теле при его нагревании,
вспомним, как устроены все окружающие нас тела.
Все тела в мире построены из мельчайших, невидимых ча-
стиц вещества — молекул и атомов. Число ато-
мов, отличных друг от друга по своим свойствам, — не-
велико — менее ста. Но из них состоят миллионы самых
8
разнообразных молекул, подобно тому как из небольшого
числа букв составляются многие тысячи различных слов.
Именно поэтому так многообразен окружающий нас мир.
Долгое время атомы считались простейшими, недели-
мыми частичками. Слово «атом» и означает «неделимый».
Теперь мы знаем, что это не так. Атом любого простого
вещества — это сложно устроенный мир. В центре каждого
атома расположено
тяжёлое ядро (рис.
3). Вокруг ядра дви-
жутся лёгкие части-
цы — электроны.
Электроны обра-
зуют «электронную
оболочку». Ч пело
электронов у разных
атомов различно. Од-
ни из этих электронов
находятся ближе к Рис. з. Упрощённая схема атома.
ядру атома, другие —
дальше. Последние, расположенные, как говорят, во внеш-
них оболочках атомов, называются внешними элек-
тронами.
Внешние электроны атомов и рождают свет.
Каким образом это происходит?
Как мы уже сказали, электроны движутся вокруг ядра
атома. Движение является неотъемлемым свойством не
только электронов, но и всех частиц вообще, неотъегтлемым
свойством всего вещества, всей материи, из которой
состоит Вселенная. В постоянном движении находятся
и атомы в молекулах и молекулы в телах.
От характера движения молекул и атомов зависит то,
в каком состоянии — твёрдом, жидком или газообразном—
находится тело. Движением этих частиц определяется и
температура тела. Нагревая какое-нибудь тело, мы тем
самым ускоряем движение его частиц. Впервые эту мысль
высказал великий русский учёный М. В. Ломоносов *).
*) О движении молекул и о связанных с этим движением свой-
ствах различных тел подробно рассказывается в брошюре «Научно-
популярной библиотеки» Гостехиздата: проф. Б. Б. Кудрявцев «Дви-
жение молекул».
3
9
Двигаясь, частицы постоянно сталкиваются друг с дру-
гом. Если температура тела невысока, эти столкновения
не нарушают порядка в расположении электронов вокруг
атома. Но что получится, если тело, например кусок же-
леза, нагреть до 600 градусов? При такой температуре атомы
железа движутся гораздо быстрее и при столкновениях
могут испытывать очень сильные толчки. Эти толчки уже
не проходят бесследно для атома: внешние электроны приоб-
ретают избыточную энергию. Атом, как говорят, «возбуж-
Рис. 4. Глубоководные рыбы с «фонарями» холодного света.
дается». Через малые доли секунды внешние электроны
отдают излишнюю энергию в виде лучистой, то-есть излу-
чают свет. Вот почему мы и наблюдаем свечение тел при
высокой температуре.
Имеются также тела, которые светятся и без нагревания,
дают так называемый «холодный» свет. Так светятся «холод-
ным» светом различные газы, если через них пропускать
электрический ток. В этом случае частицы газа приходят
в возбуждённое состояние под ударами быстро летящих
через газ электронов.
Сахар и некоторые другие тела светятся при ударе и тре-
нии. Светятся «холодным» светом, или, как говорят,
10
люминесцируют, фосфор, сернистые соли некото-
рых металлов, растворы многих органических красок.
Различные живые организмы также испускают «холод-
ный» свет; таковы светлячки, многие бактерии, глубоко-
водные рыбы (рис. 4).
Но и здесь, как и во всех других возможных случаях,
свет рождают частицы вещества — атомы и молекулы,
приведённые тем или иным путём в возбу?кдённое состояние.
О том, как используется «холодное» свечение некоторых
тел в так называемых «лампах дневного света», мы ещё рас-
скажем в конце нашей книжки. А теперь познакомимся
с наиболее распространённым в наши дни источником
света — с электрической лампочкой, с исто-
рией её рождения и совершенствования. Но прежде вспом-
ним, что такое электрический ток.
3. ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК?
ТМГы уже говорили о том, что в каждом атоме вокруг ядра,
•***- расположенного в центре атома, движутся электроны.
Какая же сила удерживает электроны в атоме? Ведь элек-
троны находятся от ядра по сравнению со своим размером
на огромных расстояниях.
Причина заключается в том, что электрон несёт отрица-
тельный электрический заряд, а ядро заряжено положи-
тельно. И силой, связывающей электроны с ядром атома,
является сила электрического взаимодействия между этими
разноимённо заряженными частицами.
Электрон несёт с собой мельчайший отрицательный
электрический заряд. Поэтому электрон называют
иногда «атомом отрицательного электричества». Положи-
тельный же заряд ядра атома по величине равен сумме от-
рицательных зарядов всех электронов, обращающихся во-
круг ядра. Таким образом, электрические силы ядра и
электронов как бы уравновешивают друг друга, и атом в
целом не обладает электрическим зарядом, — он, как гово-
рят, нейтрален. Нейтральны и состоящие из таких атомов
и молекул тела.
Теперь вспомним о простом опыте, знакомом всем школь-
никам. Вы берёте стеклянную палочку и натираете её кожей
или сухим шёлком. После этого она начинает притягивать
обрывки бумаги, пушинки и другие мелкие тела. Говорят,
И
что палочка наэлектризована, палочка обладает
электрическим зарядом.
Почему же на палочке возникает электрический заряд?
Оказывается, в этом случае благодаря трению из элект-
ронных оболочек атомов одного тела переходит по одному
или по нескольку электронов в электронные оболочки ато-
мов другого тела. При этом атомы, у которых теперь «на-
хватает» электронов, становятся уже электрически положи-
тельно заряженными.
Рис. 5.
Атомы с избыточными электронами приобретают, наобо-
рот, отрицательный электрический заряд, становятся отри-
цательно заряженными.
Таким образом, положительно заряженное тело — это
тело, которое потеряло часть своих электронов; а отрица-
тельно заряженное тело — тело, получившее избыточные
электроны.
Некоторые тела, например металлы, у которых часть
электронов всегда находится в свободном состоянии (пере-
мещается по всему телу), можно наэлектризовать и не
прибегая к трению. Поместим металлический брусок-стер-
жень, состоящий из двух половинок (рис. 5), между двумя
разноимённо заряженными пластинками. Под действием
12
силы притяжения со стороны положительно заряженной
пластинки часть свободных электронов в стержне перейдёт
на левую его половину и зарядит её отрицательно. Правая
половина стержня, в свою очередь, приобретёт положитель-
ный заряд. Оба заряда будут одинаковы по величине. Если
мы вынесем из пространства между пластинками поочерёдно
одну, а затем другую половину стержня, то заряды будут
держаться на них длительное время. Но стоит нам соеди-
нить обе половины стержня металлической проволокой,
как они тотчас потеряют свои заряды. Что здесь происхо-
дит? Под действием электрических сил лёгкие отрицатель-
ные заряды — электроны — устремляются по проволочке
с отрицательно заряженной половинки стержня к поло-
винке, заряженной положительно. В результате заряды
нейтрализуют друг друга.
Такое упорядоченное движение электронов от одного
тела к другому и называют электрическим током.
Этот ток электронов продолжается до тех пор, пока
разноимённо заряженные тела не станут нейтральными, не
разрядятся.
В нашем опыте с половинками стержней электрический
а ок будет мгновенным. Но если заряды на половинках стерж-
ня, соединённых проволокой, поддерживать постоянными,
тогда по проволоке будет идти постоянный электрический
ток. В этом случае электроны будут переноситься с положи-
тельно заряженной половины стержня на отрицательную
в том же количестве, в каком электроны уходят по прово-
локе от отрицательной половинки к положительной. Это
и достигается с помощью машин, создающих постоянный
электрический ток, — аккумуляторов, батарей гальвани-
ческих элементов, динамомашин и др.
Как известно, не все тела проводят электрический ток.
Металлы — медь, железо, алюминий, цинк — проводят ток
хорошо. Напротив, такие тела, как фарфор, стекло, шёлк
или резина, практически не проводят электрического
тока совсем (такие тела называются изоляторами). Не
проводит ток в обычных условиях и воздух.
Почему это так? Чем отличаются проводники электри-
ческого тока от изоляторов?
Все хорошие проводники отличаются от изоляторов
тем, что в первых всегда имеется большое число электронов,
не связанных с определёнными атомами. Такие, как мы уже
13
говорили, свободные электроны могут перемещаться по
всему объёму, занимаемому телом. В изоляторах же все
электроны закреплены у определённых атомов.
В обычных условиях свободные электроны движутся
в металлической проволоке самым беспорядочным образом,
во всех направлениях. Но стоит только концы этой прово*
локи присоединить к полюсам (электродам) электрической
машины, как в проволоке возникает упорядоченный поток
электронов — электрический ток.
В современных машинах, создающих электрический ток
(генераторах), чаще всего производится не постоянный,
а переменный ток. При переменном токе движение электро*
нов в проводах происходит не в одном направлении, а ме-
няется много раз в секунду. Достигается это тем, что заряды
на электродах у генераторов переменного тока постоянно
меняют свой знак. Положительно заряженный электрод
через короткую долю секунды становится отрицательным,
а отрицательный электрод — положительным. Затем пер-
вый электрод вновь становится положительным, а второй
опять отрицательным, и так далее*).
Именно такой переменный ток п используется в элек-
трической лампочке, о которой мы теперь и расскажем
подробно.
4. ДУГА ПЕТРОВА
ТЭ самом начале XIX столетия известный русский физик, по
"тербургский профессор Василий Владимирович Петров
проводил опыты по изучению явлений, вызываемых электри-
ческим током. Источником тока учёному служила сильная
электрическая батарея, построенная им самим. Этот «искус-
ственный электрический орган», как назвал В. В. Петров
свою батарею, был по тому времени самой мощной электри-
ческой батареей в мире.
Много важных и интересных открытий сделал русский
учёный при помощи своего «электрического органа». Но
наиболее замечательным было открытие нового способа по-
лучения света. Это была так называемая электрическая
дуга. Для получения электрической дуги Петров брал два
*) Подробнее об электрическом токе см. брошюру «Научно-
популярной библиотеки» Гостехиздата: Э. II. Адирович «Электриче-
ский ток».
14
Рис. 6. Электрическая
дуга.
угольных стерженька, соединял один из них с положи-
тельным полюсом электрической батареи, другой — с
отрицательным и приближал угли один к другому. Как
только угли сближались, их концы разогревались так
сильно, что начинали испускать яркий белый свет. Если
теперь угли немного отодвинуть друг от друга — в воздухе
между ними возникает ослепительно яркое, слегка изогну-
тое белое пламя, электрическая ду-
га (рис. 6).
В книге, вышедшей в 1803 году,
В. В. Петров так описал своё замеча-
тельное открытие:
«Естьли на стеклянную плитку или
на скамеечку со стеклянными ножка-
ми будут положены два или три дре-
весных угля,... и естьли потом метал-
лическими изолированными направля-
телями, сообщёнными с обоими полю-
сами огромной баттереи, приближать
оные (т. е, угли) один к другому
на расстояние от одной до трёх ли-
ней (иг. е. примерно от двух до ше-
сти миллиметров), то является между
ними весьма яркий белого цвета свет
или пламя, от которого оные угли
скорее или медлительнее загораются,
и от которого тёмный покой доволь-
но ясно освещён быть может».
Учёный отмечает, что жар элек-
трической дуги очень силен. В пла-
мени дуги «сгорают» даже железные
гвозди и медные пластинки. Это и
не удивительно — теперь мы знаем,
что температура в пламени дуги Петрова достигает 3500
градусов тепла!
Что же является причиной возникновения электриче-
ской дуги?
Как уже говорилось, различные вещества по-разному
проводят электрический ток; они, как говорят, обла-
дают различным сопротивлением прохождению
электрического тока. Например, сопротивление хоро-
шего проводника электричества — меди — очень невелико.
15
Сопротивление железа уже значительно больше. Ещё
больше сопротивление угля (рис. 7). Наконец, у многих
веществ электрическое сопротивление настолько велико,
что практически они не проводят электрический ток
совсем. Это — уже упоминавшиеся изоляторы.
Сопротивление проводника электрическому току зависит
не только от вещества проводника, но также и от размеров
и формы этого проводника. Сопротивление длинной прово-
локи всегда больше чем короткой (для проводника из одного
и того же материала), толстой — меньше чем тонкой.
• Уголь
• Ртуть
Свинец
Железо
Платина
(мммииити» Цинн
е» Алюминии
Медь
» Серебро
Рис. 7. Изображённые на рисунке отрезки проводников раз-
личной длины для различных веществ имеют одинаковое
электрическое сопротивление.
Воздух, как и другие газы, в обычном своём состоянии
электрического тока не проводит. Однако если воздух очень
сильно нагрет или сильно разрежён, то он становится уже
проводником. Но и в этих случаях электрическое сопротив-
ление воздуха велико.
При сближении угольных стержней электрической дуги
в месте их соприкосновения начинает течь электрический
ток. При этом ток будет встречать здесь сопротивление
значительно большее, чем в самих углях. Благодаря этому
сближенные концы углей сильно разогреваются и начи-
нают испускать свет. От разогретых до белого каления
концов углей нагревается и окружающий их воздух. Кроме
того, такие угли начинают выделять раскалённые газы.
Теперь, если мы слегка раздвинем угли, электрический
ток, идущий через дих, не прекратится: раскалённые газы
16
начинают проводить ток. Так между раздвинутыми углями
возникает непрерывный ток — светящаяся электрическая
Дуга.
Открытием В. В. Петрова заинтересовались очень мно-
гие изобретатели. В самом деле, ведь Петровым был открыт
совершенно новый источник света! Электрическая дуга
давала невиданно яркий, белый свет. Как заманчиво было
использовать её для освещения!
Однако осуществить эту мысль на практике оказалось
не так-то легко. Дело в том, что для получения электриче-
ской дуги требуется довольно сильный ток, а существовав-
шие в то время источники электрического тока — батареи
гальванических элементов — давали, как правило, ток
слабый.
Было и другое затруднение. Ведь при горении дуги
угольные стерженьки постепенно сгорают, и расстояние
между ними увеличивается. Наконец, наступает мо-
мент, когда дуга внезапно гаснет, — электрический ток
между углями прерывается. Таким образом, для того, чтобы
получить постоянное горение дуги, необходимо поддер?ки-
вать одно и то же расстояние между углями, сдвигать их
по мере сгорания.
Как это можно делать?
Сдвигать угли просто руками неудобно и невыгодно; для
этого надо у каждой лампы держать специального человека.
Нужно придумать какие-то механизмы, которые автомати-
чески поддерживали бы необходимое расстояние между
углями. И вот в ближайшие десятки лет изобретатели пред-
лагают различные регуляторы «дуговых электрических
фонарей» (так были названы новые лампы, в которых свет
давала электрическая дуга).
Однако все эти регуляторы были слишком неудобны для
практического применения, и дуговые электрические лампы
мало где применялись. Только в отдельных случаях — на
маяках, на каких-либо празднествах или в физической ла-
боратории учёного можно было увидеть лампу нового
света.
Лишь через 70 лет известный русский электротехник
В. Н. Чиколев построил удобное и чётко действующее при-
способление для автоматической регулировки угольных
стержней дуговых ламп, так называемый дифференциаль-
ный регулятор. К этому времени уже была изобретена и
17
динамомашина, способная давать ток большой мощности.
Однако и теперь дуговые лампы не могли получить широкого
распространения — лампа с механическим регулятором
стоила очень дорого.
5. «РУССКИЙ СВЕТ»
Рис. 8. Павел Николаевич Яблочков
(родился в 1847 году, умер в 1894 году).
ТГо вот в 1876 году в Лондоне на выставке точных и физиче-
-“-ских приборов русский изобретатель Павел Николаевич
Яблочков демонстрирует перед посетителями необыкновен-
ную «электрическую свечу». Похожая по своей форме на
обычную стеарино-
вую, эта свеча горит
ослепительно ярким
светом.
В том же году
«свечи Яблочкова» по-
явились на улицах
Парижа. Помещённые
г в белые матовые ша-
; ры, они давали яркий
приятный свет (рис.9).
В короткое время
чудесная свеча рус-
ского изобретателя
завоёвывает всеобщее
признание. «Свечами
Яблочкова» освеща-
ются лучшие гостини-
цы, улицы и парки
крупнейших городов
Европы.
свечей и керосиновых
Привыкшие к тусклому свету
ламп, люди прошлого века восхищались «свечами Яблоч-
кова». Новый свет называют «русским светом», «северным
светом». Газеты западноевропейских стран писали: «свет
приходит к нам с севера — из России», «Россия — родина
света».
Что же представляет собой свеча Яблочкова?
По существу, это та же дуговая лампа, но у неё нет ни-
каких регуляторов.
18
«Моё изобретение, — пишет Яблочков, — состоит в со-
вершенном удалении всякого механизма, обыкновенно
встречающегося в электрических лампах...».
Задачу регулировки углей при горении лампы Яблоч-
ков решает гениально просто. Он помещает угли не д р у г
над другом, а рядом, на таком расстоянии один
возле другого, чтобы между ними при пропускании тока
возникала дуга. Чтобы дуга горела только вверху, у кон-
Рис. 9. Одна из парижских улиц, освещённая лампами «русского
света» (со снимка прошлого века).
цов угольных стерженьков, угли разделены между собою
не проводящим электричество слоем, например слоем глины
или гипса.
Такое устройство дуговой лампы (рис. 10) действи-
тельно напоминает собой обыкновенную свечу.
Для запала «свечи» применяется тонкая пластинка из
материала, плохо проводящего электрический ток. Эта
пластинка соединяет друг с другом верхние концы углей.
При пропускании электрического тока через «свечу» пла-
стинка сгорает, и между концами углей возникает дуга.
По мере сгорания углей изолирующий слой между ними
19
постепенно испаряется. Угли же за всё время горения на-
ходятся на одном и том же расстоянии друг от друга. Их
не нужно поминутно сдвигать ни вручную, ни с помощью
каких-либо сложных приспособлений!
«Электрическая свеча» Яблочкова, простая и дешёвая,
горит ярким ровным светом больше часа.
Знаменитый изобретатель неустанно работает над улуч-
шением своих «свечей». Изменяя химический состав изо-
лирующей массы, Яблочков создаёт лам-
пы со светом различных оттенков. Он
z| " соединяет несколько «свечей» так, что
когда гаснет одна свеча, автоматически
загорается другая. Он конструирует са-
| I мые различные по силе света лампы —
’ от 80 до 3—5 тысяч свечей!
Но это было не всё. Совершенствуя
I своё изобретение, П. Н. Яблочков ста-
. I рается избавиться от одного существен-
11 ного недостатка «свечи». Дело в том, что
| |1 при работе на постоянном токе один
™ Ini v уголь «свечи» сгорает вдвое быстрее, чем
ж/ \ fl другой. Чтобы избежать неравномерно-
го СГ0Ранин углей, Яблочков делает один
из стерженьков более толстым. Однако
v это не так удобно и выгодно. Изобрета-
тель упорно ищет другого решения зада-
чи. И находит его. Он использует для
питания «свечей» не постоянный, а не-
Рис. 10. «Свеча Яб-
лочкова». Стрел-
ками показано на-
прав ление тока. ременный ток. В этом случае оба угля
сгорают равномерно. Таким образом,
П. Н. Яблочков является первым человеком, практически
применившим переменный ток в электротехнике! До работ
Яблочкова считалось, что первхменный ток не годится для
широкого практического применения.
Яблочков сделал для электрического освещения ещё
больше. Он решил задачу так называемого «дробления
электрического света». Яблочков разработал такую схему
включения дуговых ламп в цепь динамомашины, при кото-
рой один источник тока мог обслуживать уже не одну, а
большое число ламп. Это достигалось с помощью особых
индукционных катушек, работающих по принципу транс-
форматора (устройства, понижающего и повышающего
20
напряжение электрического тока), имеющего важнейшее
значение в электротехнике наших дней*).
Таким образом, П. Н. Яблочковым впервые был приме-
нён в электротехнике и принцип трансформации электриче-
ской энергии.
К 1880 году «Русский свет» освещал многие города мира.
В России «электрические свечи» горели в Москве,
Петербурге, Нижнем Новгороде, Полтаве и других го-
родах.
Однако в эти же годы у «свечей Яблочкова», кроме ста-
рых соперников — газовых рожков, — появился новый
серьёзный противник. Появились созданные в начале 70-х
годов А. Н. Лодыгиным совершенно новые электрические
лампы — так называемые «лампы накаливания», — те са-
мые лампы, которые уже к началу нашего века завоевали
весь мир.
«Свечи Яблочкова» не выдержали соперничества с но-
выми лампами и очень скоро начали повсеместно гаснуть.
И хотя в наши дни «электрическая свеча» Яблочкова яв-
ляется уже достоянием истории, мы не должны забывать,
что именно работы русского изобретателя П. Н. Яблочкова
дали электрическому свету «путёвку в жизнь».
Электрической свече мы бесспорно обязаны тем, что
удалось ввести электрический свет в повседневный обиход.
6. УГОЛЬНАЯ ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ
Уже давно, с самого начала XIX столетия, было известно,
что электрический ток, проходя по проводнику, на-
гревает его.
Сильный ток может нагреть до температуры светлого
каления и даже расплавить тонкую металлическую прово-
локу. Теперь мы знаем, почему это происходит. Ведь элек-
трический ток в металлах — это поток электронов. Двига-
ясь по проводнику, электроны сталкиваются на своём пути
с атомами проводника и усиливают их колебательное движе-
ние. Благодаря этому температура проводника повышается.
И чем больше столкновений с атомами выдерживают на
*) Как устроен и работает трансформатор, см. брошюру Э. И. Ади-
рович «Электрический ток».
21
Рис. 11. Александр Николае-
вич Лодыгин (родился в 1847
году, умер в 1923 году).
своём пути в том или ином месте электроны, тем больше
в этом месте нагревается проводник. Проводник может
нагреться настолько, что начнёт испускать свет. Это дей-
ствие электрического тока и было использовано изобре-
тателями новых электрических ламп — ламп накали-
вания.
Однако построить электрические лампы накаливания,
которые давали бы достаточно яркий свет и в то же время
работали продолжительное
время, оказалось делом не-
лёгким. Основная причина
этого заключалась в том, что
тонкие металлические прово-
лочки, как правило, очень
быстро плавились, как только
их разогревали до необходи-
мой температуры. Кроме то-
го, раскалённые металличе-
ские нити быстро окисляются
в воздухе и благодаря этому
также становятся непригод-
ными — «перегорают».
Работая над конструирова-
нием ламп, электротехники
пробовали изготовить нити
накала из платины. Платина
плавится только при темпе-
ратуре около 1750 градусов
и не окисляется. Однако та-
кой материал для нитей очень
дорог; в то же время при сильном нагреве платиновые нити
могут размягчаться.
Многочисленные попытки создать практически пригод-
ную лампу накаливания долгое время оканчивались не-
удачей. И лишь в 1872—1873 годах замечательный русский
электротехник Александр Николаевич Лодыгин создает
первую удачную конструкцию новой электрической
лампы.
Первая лампа накаливания Лодыгина была устроена
так. В небольшой стеклянный шар были впаяны две медные
проволочки от источника тока. Между этими проволочками
был закреплён тонкий угольный стерженёк. Как только
22
через медные проволоки и угольный стерженек пропу-
скался электрический ток, стерженёк, благодаря сильному
сопротивлению току, раскалялся и светился ярким светом.
А для того, чтобы стерженёк не сгорел быстро, из стеклян-
ного шара откачивался воздух.
Такие лампы горели не долго — около 20—30 минут.
Однако уже в следующие два года А. Н. Лодыгин создаёт
новые, улучшенные образцы электрических ламп накали-
вания. Новые его лампы способны гореть уже несколько
часов. В этих лампах вместо одного помещалось уже не-
сколько угольных стерженьков. Как только перегорал
один стерженёк, сейчас же автоматически загорался дру-
гой. Когда перегорали все стерженьки, они заменялись
новыми.
Достоинства лампы накаливания в сравнении с дуго-
выми были очевидны. Лампы накаливания давали мягкий
и яркий свет, потребляли мало электрической энергии,
были просты и совершенно безопасны в использовании,
сравнительно недороги. Важным преимуществом ламп
Лодыгина было также и то обстоятельство, что они по
силе света были маломощными — на 20—30 свечей; такие
лампы были очень удобны для освещения жилых поме-
щений.
В 1873 году Лодыгин демонстрировал свои лампочки
в Петербурге. Лампами нового света была освещена одна
из улиц русской столицы.
«Масса народа любовалась этим освещением, этим огнём
с неба, — писал один из современников Лодыгина о его
лампочках — ...Лодыгин первый вынес лампу накаливания
из физического кабинета на улицу».
В этом же году в Технологическом институте Лодыгин
показал, что его лампы могут применяться в самых различ-
ных условиях; здесь были сигнальный железнодорожный
фонарь, электрических! фонарь для подводных работ, фонари
для каменноугольных шахт и т. д. Через три года электриче-
ский фонарь Лодыгина для подводных работ был применён
на строительстве подводных частей моста через Неву. Каж-
дый такой фонарь можно было очень простым способом
зажечь и погасить отдельно от других.
Русская Академия Наук в 1874 году присудила Лоды-
гину за лампочку накаливания Ломоносовскую премию.
В решении Академии по этому вопросу указывалось, что
4 А. С, Данцдгер
23
A. H. Лодыгин сделал открытие, «обещающее произвести
переворот в важном вопросе об освещении».
Изобретение Лодыгина действительно произвело этот
переворот. Именно благодаря работам Лодыгина в каждом
уголке мира засияла электрическая лампочка.
Изобретение лампочки накаливания нередко приписы-
валось известному американскому изобретателю Эдиссону.
Это неверно. Эдиссон знал об опытах Лодыгина. Более
того, в 1877 году он даже получил от русского офицера
Хотинского несколько образцов лодыгинских ламп накали-
вания и мог изучить их устройство. Понимая всё значение
ламп нового света и располагая большими материальными
возможностями, Эдиссон лишь продолжил опыты по улуч-
шению ламп. Он поставил многие тысячи опытов по изуче-
нию различных угольных нитей ламп накаливания. И только
через семь лет после лампочки А. Н. Лодыгина Эдиссон
получил возможность в результате своих опытов организо-
вать выпуск ламп нового света.
Таким образом, первенство замечательного русского
электротехника А. Н. Лодыгина в изобретении электриче-
ской лампы накаливания несомненно.
РУССКИЙ СВЕТ ЗАВОЁВЫВАЕТ МИР
ТГосле работ Лодыгина лампа накаливания с угольной
нитью очень быстро начала вытеснять все другие источ-
ники света. По сравнению со «свечой Яблочкова» она была
много экономичнее. Если в «электрической свече» только
0,04 процента затраченной электрической энергии превра-
щалось в свет, то в угольной лампочке в свет превраща-
лось уже около 0,5 процента энергии.
Однако и в этом, последнем случае потери электрической
энергии были огромны. 99,5 процента электрической энер-
гии, использованной в угольной лампочке накаливания,
тратилось на нагревание стенок лампы! И все последующие
работы по усовершенствованию электрических лампочек ре-
шают, по существу, один основной вопрос: как уменьшить
потери электрической энергии в лампе накаливания, как
сделать её более экономичной?
Если нагревать какое-нибудь тело, например кусок
железа, то ( начала, как мы уже говорили, тело излучает
в окружающее пространство только тепло; затем оно пачи-
24
пает испускать видимые световые лучи — сначала красные,
а при дальнейшем нагревании — оранжевые и жёлтые.
Таким образом, повышение температуры не только увеличи-
вает количество испускаемых телом световых лучей. Свет
при этом становится всё более белым и ярким за счёт умень-
шения теплового излучения. Ч ем выше температура
тела, тем большая доля его тепла перехо-
дит в свет.
Значит, для более экономного использования электриче-
ской энергии в лампочке нужно повышать температуру
угольной нити. Тогда уголёк будет излучать больше света.
Но каким путём можно сильнее нагреть угольную нить?
Надо увеличить ток, текущий через лампочку. Для этого
достаточно несколько укоротить нить, уменьшив тем самым
её сопротивление. Можно также сделать нить толще. В обоих
случаях при этом в свет будет переходить больший процент
электрической энергии. Но здесь возникает новое затрудне-
ние: хотя уголь размягчается только при нагревании до
3500 градусов, при температуре около 1800 градусов он
уже сильно испаряется, а это ведёт к быстрому разрушению
тонкого волоска. Это привело электротехников к мысли,
что нужно найти какой-то другой материал для волоска.
И здесь А. Н. Лодыгин предвосхитил работы многих изобре-
тателей электрических ламп. В 1890 году и несколько позд-
нее он предложил изготовлять лампы накаливания с метал-
лическими нитями из тугоплавких металлов: вольфрама,
молибдена, осмия, иридия, палладия. В 1900 году лампы
Лодыгина с металлической нитью накаливания демонстри-
ровались на Всемирной выставке.
Лампочки с металлическими нитями первое время на-
зывали «экономическими», и они действительно намного
экономнее ламп с угольной нитью. В лучших современных
лампочках накаливания с металлической нитью в свет
превращается до 6—8 процентов электроэнергии.
Первые лампочки с вольфрамовой нитью появились
в 1910 году, когда был найден способ изготовления тянутых
нитей из вольфрама.
На первых порах лампы с вольфрамовой нитью довольно
быстро перегорали. Начались поиски причин быстрой
«смерти» лампочки. Оказалось, что на вольфрамовый воло-
сок вредно влияет воздух,который, хотя и в незначительной
доле, оставался в лампе после его откачивания. После
этого при изготовлении электрических ламп с вольфрамовой
нитью стали особенно следить за тем, чтобы воздух был по
возможности полностью удалён из баллона лампы (подроб-
нее об этом см. дальше, стр. 35).
В первое время металлическая нить в лампочке натяги-
валась зигзагообразно на крючочках ножки лампы (рис. 12);
при этом отдельные участки нити располагались сравни*
Рис. 12. Основные этапы развития электрической лампы нака-
ливания: а — лампа с угольной нитью; б — пустотная лампа с
вольфрамовой нитью; в — газонаполненная лампа с вольфрамовой
спиралью.
тельно далеко друг от друга. В дальнейшем нить стали
свёртывать в плотную спираль. Было установлено, что
в этом случае вольфрамовая нить служит более долгий срок.
При этом удалось поднять температуру нити ещё выше
и получить более яркий свет.
Далее, было замечено, что вольфрамовая нить при высо-
кой температуре довольно сильно испаряется и в результате
происходит быстрое разрушение нити. Чтобы уменьшить
испарение металла, баллон лампы стали наполнять газом,
не действующим на раскалённую нпть, чаще всего арго-
ном и азотом. Это уменьшает распыление нити. А уменьше-
ние разрушения вольфрамовой нити позволило поднять
температуру её накала ещё выше, чем в пустотных лампах.
Отсюда — выше сила света и экономичность газонапол-
ненных ламп.
26
В таком виде и существует в наши дни электрическая
лампа накаливания.
Последнее время нашими учёными ведутся работы по
изготовлению нитей накала из сверхтугоплавких веществ.
К таким веществам относятся, например, химические соеди-
нения — карбид-тантал и карбид-цирконий. Нить накала,
изготовленная из этих веществ, способна выдерживать тем-
пературу свыше 4 тысяч градусов.
Не забыта в наше время и дуговая лампа. Наши учёные
много сделали для совершенствования электрических дуго-
вых ламп. Вытесненные с улиц, эти мощные лампы успешно
применяются в прожекторах, на маяках, в кинопроекцион-
ных аппаратах.
Сотни миллионов лампочек «русского света» горят теперь
во всём мире.
8. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЛАМПА
Вы познакомились с историей возникновения и совершен-
ствования электрической лампочки накаливания.
Что же представляет собой эта лампочка в наши дни?
Как она устроена?
На рисунке 13 изображена современная газонаполнен-
ная лампа накаливания. Внешне!! оболочкой лампы служат
стеклянный баллон и цоколь. Последний
необходим для укрепления лампочки в патроне; он состоит
из трёх частей: металлического стаканчика с винтовой накат-
кой, изоляционного слоя и впаянного в этот слой металличе-
ского кружка. Внутри баллона лампы находится стеклян-
ная ножка с вольфрамовой нитью. Ножка состоит
из двух металлических проволочек, стеклянной палоч-
ки, тарелочки — расширенной части ножки — и тонкой
стеклянной трубочки; последняя служит для выкачивания
воздуха и для наполнения газом баллона лампы через не-
большое отверстие, продутое в стекле (см. рис. 13). Все эти
части соединены вместе в верхней сплющенной части та-
релочки. Эту часть называют лопаточкой.
Ножка лампы прикрепляется к баллону с помощью
тарелочки, нижняя часть которой присоединяется к стен-
кам баллона так^ что наглухо закрывает горло баллона.
Таким образом, тарелочка является как бы дном баллона
лампочки.
27
Для закрепления вольфрамовой нити на ножке имеются
упругие держатели—топкие проволочки с петлеоб-
разными крючками на концах. Эти проволочки делаются
из редкого металла — молибдена, который имеет свойство
сохранять свою упругость при
Рис. 13. Современная газонаполненная
лампа накаливания.
высоких температурах.
Держатели впаяны в
расплющенный в ви-
де чечевичного зёр-
нышка конец стек-
лянной палочки нож-
ки. Крючки держате-
лей удерживают воль-
фрамовую нить, изго-
товленную в виде
спиральки, в опреде-
лённом положении
внутри баллона. К
обоим концам воль-
фрамовой спиральки
подведены металличе-
ские проволочки —
электроды — те,
которые входят в со-
став ножки лампы.
Электроды соединяют
вольфрамовую спи-
раль пли нить с цоко-
лем лампы. Каждый
электрод состоит из
трёх различных ку-
сочков металлической
проволоки. Та часть
электродов, которая
находится внутри
лампочки и соединена с вольфрамовой нитью, состоит из
отрезка медной или никелевой (у мощных ламп)
проволочки. Верхняя, наружная часть электродов,
которая присоединяется к цоколю лампы, — отрезок м е д-
н о й проволочки. А средняя часть электрода, проходящая
через стеклянную лопаточку ножки, обычно делается из
особой проволочки, так называемой платинитовой.
Платинит это сплав никеля с железом. Сверху такая
28
проволочка покрыта, кроме того, топким слоем меди,
а на этот слой нанесён тончайший слой химического соеди-
нения — борнокислого калия (соль борной кислоты).
Такое устройство электродов необходимо вот для чего.
Стеклянный баллон лампочки представляет собой на-
глухо закрытый сосуд; в него не должен проникать наруж-
ный воздух. В противном случае вольфрамовая нить лампы
очень быстро окислится кислородом воздуха и перегорит.
Но, с другой стороны, мы должны соединить вольфрамовую
спираль лампочки, находящуюся внутри баллона, через
цоколь с электрическими проводами. Это делается с по-
мощью электродов, наглухо соединённых с ножкой в лам-
почке. Пока лампочка не горит, то-есть пока через электроды
лампочки и вольфрамовую спираль не идёт электриче-
ский ток, металлические проволочки—электроды, про-
пущенные через стеклянную лампочку, очень плотно соеди-
нены со стеклом; воздух здесь не пройдёт. Но что полу-
чается, когда мы «зажигаем» электрическую лампу? Элек-
трический ток, проходя через электроды и вольфрамовую
спираль, сильно разогревает спираль. А через короткий
промежуток времени от нагретой более чем до 2000 градусов
спирали нагреваются и электроды. При этом они, как и
всякое тело при нагревании, расширяются. В результате
плотное соединение электродов и стекла в лопаточке на-
рушится; металлическая проволочка, расширившись, либо
даст трещину в стекле, либо совсем разорвёт его.
Конечно, при горении лампочки расширяется от нагрева
и стекло. Однако если в качестве электрода взять медную
или железную проволочки, то их расширение не будет
«совпадать» с расширением стекла. При одном и том же на-
греве такие проволочки будут расширяться сильнее, чем
стекло. Значит, в этом случае всегда будет происходить
разрыв стеклянной ножки.
Какой же металл обладает расширением под влиянием
тепла, одинаковым со стеклом? Не один десяток лет искали
электротехники такой металл. Наконец, он был найден.
Такой сплав и называется платинитом. Из платинита де-
лается только та часть электродов лампы, которая впаи-
вается непосредственно в стеклянную лопаточку ножки.
Наружный и внутренний концы электродов делаются из
медной и никелевой проволок, хорошо проводящих элек-
трический ток.
29
Никелевая проволока для внутренних окончаний элек-
тродов берётся потому, что места соединения электродов
со спиралью нагреваются до высокой температуры. Мед-
ная проволочка, которая имеет более низкую температуру
плавления, чем никелевая, здесь может расплавиться, если
лампа достаточно мощная. Вместо никелевой проволоки
используется также проволока из сплава «инвар».
Таково устройство обычной современной электрической
лампочки накаливания, используемой для освещения в на-
ших домах.
Устройство других осветительных ламп накаливания,
таких, как кинолампы, лампы, применяющиеся в фарах
автомашин, и другие, не отличается чем-либо существен-
ным от описанных. Все такие специальные лампы имеют
лишь иное расположение вольфрамовой спирали и несколь-
ко другую форму стеклянного баллона.
Интересно производство электрических лампочек.
В цехах электроламповых заводов почти всю работу
выполняют машины-автоматы. Человек здесь только следит
за правильной работой машин. Таков, например, наш круп-
нейппш Московский электроламповый завод, оборудован-
ный самыми современными автоматами.
Посмотрим, как рождается на таком заводе электриче-
ская лампочка.
9. НА ЗАВОДЕ ЭЛЕКТРОЛАМП
Одна из первых операций при производстве электриче-
ских лампочек — изготовление ножек. Ножки изго-
товляются на особых автоматах. На рисунке 14, а показано,
в каком положении закладываются в автомат отдельные
части ножки. После этого детали ножки нагреваются огнём
газовой горелки, и особые щипцы автоматически сжимают
разогретые части ножки в лопаточку (рис. 14,6), При этом
сплющивается и верхняя трубочка, предназначенная, как
уже говорилось, для откачки воздуха из баллона и для
наполнения его газом. Поэтому необходимо сделать в лопа-
точке отверстие, для того, чтобы связать стеклянную тру-
бочку с баллоном. Для этого на том же автомате снова про-
гревают лопаточку в одном месте и в то же время через
открытый конец трубочки продувают с помощью насоса
воздух. Этот воздух и пробивает в размягчённой огнём
лопаточке небольшое отверстие (см. рис. 14,6).
ЗЭ
Между прочим, раньше воздух из баллона лампы уда-
лялся иногда не через ножку, а через отверстие, сделанное
в стекле баллона. У таких ламп на куполе баллона имелся
след запаянного отверстия — небольшой выступ в виде
соска. В этом случае стеклянная трубочка в ножке отсут-
ствовала.
На собранно!! таким образом ножке ещё нельзя закре*
пить вольфрамовую спираль. Для этого в стеклянную па-
Рис. 15.
лочку нужно впаять держатели из молибденовой прово-
лочки. Это и делается на следующем автомате.
Теперь, когда ножка имеет вид, изображенный на ри-
сунке 15,tz, производится закрепление спирали на держа-
телях. Концы спирали соединяются с электродами с по-
мощью особых прессиков. Ножка электролампы готова
(рис. 15, б).
Как изготовляется вольфрамовая спираль?
Как известно, проволока изготовляется на гвоздильных
заводах одним путём. Проволока протягивается через набор
31
волочильных машин с постепенно уменьшающимися отвер-
стиями — глазками. Такой же путь применяется и при
производстве нитей вольфрама. Но здесь дело осложняется
большой твёрдостью вольфрама. Ведь этот металл твёрже
стали. Стальные волочильные глазки поэтому здесь не го-
дятся. Вместо стали используют
алмаз и сверхтвёрдый матери-
ал — победит.
Волочение разогретой воль-
фрамовой проволоки начинают
на особых машинах с проволо-
ки диаметром около 1 милли-
метра и заканчивают нитью ди-
аметром в 20—30 тысячных до-
лей миллиметра! При этом про-
волока проходит более чем через
40 постепенно уменьшающихся
победитовых и алмазных глаз-
ков. Представьте себе теперь,
насколько трудно просверлить
в алмазе совершенно правиль-
но отшлифованный канал-отвер-
стие диаметром всего лишь в не-
сколько тысячных долей мил-
лиметра!
Изготовление спирали из
вольфрамовой проволоки произ-
водится на специальной машин-
ке. Здесь слегка нагретая элек-
трическим током проволочка на-
матывается на проволоку-сер-
дечник. Правильно ли машина
наматывает спираль на проволоку — рабочий наблюдает
в микроскоп.
Для ламп различной мощности делаются спирали раз-
личного диаметра и из различной по диаметру прово-
локи.
Чтобы удалить из готовой спирали сердечник, его рас-
творяют в кислоте.
Следующая операция при сборке лампочки — спайка
готовой ножки с баллоном будущей лампы. Это произво-
дится на новом автомате.
32
Первоначальный вид стеклянного баллона электриче-
ской лампочки изображён на рисунке 16; перед тем, как
такой баллон поступит на сборку, у него отрезают колпа-
чок. Затем баллон идёт на автомат, где производится спайка
баллона с ножкой. Для этого сначала в автомат вставляется
Рис. 17.
псжка, которая затем сверху закрывается баллоном
(рис. 17, а). После этого под действием перекрёстных огней
горлышко баллона начинает постепенно размягчаться. Одно-
временно специальные щипцы оттягивают это горлышко
книзу. Горлышко начинает сужаться и через короткое
время сваривается с разогретым нижним краем тарелочки.
Так ножка закрывает горлышко баллона. Доступ воздуха
в баллон возможен теперь только через стеклянную тру-
бочку ножки и отверстие в лопаточке.
33
Для откачивания воздуха из баллона служат автоматы
с масляными насосами. При этом лампочки обычно прогре-
ваются при температуре около 350 градусов. Для чего это
нужно? Оказывается, при обычной температуре в стенках
стекла всегда находится какое-то количество поглощённого
стеклом воздуха. При нагреве этот воздух удаляется из
внутренних стенок стекла и, таким образом, удаление воз-
духа из баллона будет более полным.
После того как воздух из баллона откачан, лампу напол-
няют одним из нейтральных газов — обычно азотом или
аргоном — и при помощи газовой горелки запаивают не-
Рис. 18.
нужную уже теперь стеклянную трубочку. Так как внутрен-
нее давление газа в электрической лампочке несколько
ниже атмосферного, стеклянная трубочка, нагретая на огне
горелки, легко сжимается и закрывает вход в баллон лам-
почки (рис. 17, б).
Все эти операции — откачка воздуха, прогрев лампочки,
заполнение её газом и запайка трубочки ножки — произ-
водятся также машинами-автоматами.
Теперь нам остаётся приделать к лампочке цоколь.
Цоколь, как мы уже говорили, состоит из металлического
стаканчика с винтовой накаткой, изоляционного слоя и
впаянного в этот слой металлического кружка. Металличе-
ский, обычно латунный, стаканчик имеет винтовую накатку
для того, чтобы электрическая лампочка хорошо держалась
в патроне. Вместе с тем, он служит и одним из контактов:
к стаканчику припаивается один из электродов лампочки.
Другой электрод припаивается к металлическому кружку.
Изоляционный слой, изолирующий контакты друг от друга,
состоит обычно из стекловидной массы.
На рисунке 18 дана схема последовательности операций
при изготовлении цоколя.
34
Чтобы скрепить цоколь и баллон лампочки, внутренние
стенки цоколя намазывают особой, бакелитовой мастикой,
закрепляют в цоколе баллон и в таком виде сушат лампочку
в специальных печах.
После этого производится припайка электродов к контак-
там цоколя.
Электрическая лампочка готова.
Каким образом лампочка закрепляется с помощью цо-
коля в патроне, пока-
зано на рисунке 19.
Теперь остаётся лишь
произвести первый об-
жиг лампочки.
Делается это вот для
чего. Как ни хороши со-
временные насосы для
откачивания воздуха,
они не могут откачать
из баллона воздух пол-
ностью. Какое-то коли-
чество воздуха, пусть
очень небольшое, всегда
остаётся в лампочке.
Этот оставшийся воздух
сделает своё дело —
уменьшит срок службы
вольфрамовой нити. Как
избавиться от последних
следов воздуха в балло-
не лампочки?
Для этого вольфра-
мовую спираль, после
того как она закрепляется на ножке, обычно опрыски-
вают особым составом, в который входит красный фос-
фор. Это вещество при нагревании очень энергично
соединяется с кислородом воздуха. И вот когда произво-
дится первый обжиг лампочки, тонкий слой фосфора, на-
ходящийся на спирали, быстро сгорает, соединяясь с ки-
слородом, оставшимся в баллоне, — раньше, чем успевает
окислиться спираль. Образующееся при этом химическое
соединение — белый порошок — фосфорный ангидрид не
только не вредит лампе, а наоборот, очень полезен. Он
Рис. 19.
35
активно соединяется с водой и таким образом уничтожает
в баллоне случайные остатки влаги, которая вредно
действует на вольфрамовую нить.
Рис. 20. Электрические лампы накаливания различной мощности.
Самая большая лампа имеет мощность в 50 000 ватт, самая ма-
ленькая—в 0,4 ватта.
36
Так делаются электрические лампочки накаливания.
Продолжительность горения современных электриче-
ских лампочек не менее 800 часов.
Самые разнообразные электролампы — от миниатюрных
медицинских лампочек в 0,4 ватта до огромных метровых
ламп в десятки тысяч ватт — выпускают теперь электро-
ламповые заводы (рис. 20).
Рис. 21. При облучении электрическим светом быстрее созревают
плоды в теплицах.
Многообразно применение электрических ламп в наши
дни.
Электрические лампы освещают наши жилища, улицы,
заводы.
Работа многочисленных машин и точных приборов не-
мыслима без электрической лампы.
В сельском хозяйстве при освещении электрическим
светом скорее созревают плоды в теплицах (рис. 21), по-
вышается продуктивность животных.
37
Большую благодарную роль играет электрическая лампа
в медицине. Здесь с помощью света различных электро-
ламп — лампочки Минина, лампы Соллюкса, прожектора
и других — успешно излечиваются различные нервные и
ревматические заболевания.
Рис. 22. Лампы «горного солнца» широко приме-
няются в медицине для лечения различных за-
болеваний.
Благотворное влияние на организм оказывают также
лампы ультрафиолетового света, или, как их называют,
«лампы горного солнца» (рис. 22). Свет этих ламп убивает
многих бактерий; под влиянием ультрафиолетового света
из жировых веществ кожи вырабатывается противорахит-
ный витамин D; свет этих ламп благоприятно действует
на нервную систему и т. д.
38
10. ГАЗОСВЕТНЫЕ ЛАМПЫ
Если сравнить освещение с помощью керосиновых ламп
с освещением электрическим, то, конечно, все преиму-
щества будут на стороне электрической лампочки накали-
вания. Яркий, дешёвый и безопасный свет, «свет без огня»,
куда лучше тусклых и коптящих керосиновых ламп. Су-
щественным различием между пламенными лампами (за
исключением газовых горелок) и электрическими лампами
накаливания является также и то, что электрическая энер-
гия, потребляемая лампой накаливания, производится не
в самой лампе, а нередко за сотни километров от неё —на
электростанции. Отсюда энергия расходится ко многим
тысячам потребителей одновременно.
Однако так ли хороша электрическая лампочка накали-
вания сама по себе? Нет ли и у неё серьезных недостатков?
Есть. Как уже говорилось, далеко не вся энергия элек-
трического тока, поступающая в лампу, превращается в ней
в свет. Только 6—8 процентов электроэнергии в лучшем
случае используется в лампе накаливания так, как это
нам нужно—превращается в свет. Остальные 90 с лишним
процентов энергии тратятся бесполезно—переходят в те-
пловые, невидимые лучи. Далеко не экономична электриче-
ская лампочка накаливания. И повысить её экономичность
очень трудно.
Именно поэтому многочисленные учёные усиленно ра-
ботают последние годы над созданием совершенно новых
источников света.
О лампах «нового света» мы и расскажем сейчас коротко.
Около 200 лет назад великий русский учёный М. В. Ло-
моносов, изучая природу полярных сияний, предположил,
что причиной этого величественного явления служат элек-
трические разряды в воздухе. Чтобы проверить справедли-
вость своего предположения, Ломоносов проделал специаль-
ные опыты.
Из стеклянного шара он выкачивал воздух и пропускал
затем через шар электричество. Вот как описал учёный ре-
зультаты этих опытов: «... возбужденная Электрическая
сила в шаре, из которого воздух вытянут, внезапные лучи
испускает, которые во мгновение ока исчезают, и в то же
время новые на их места выскакивают, так что беспрерыв-
ное блистанье быть кажется...».
39
Позднее, в XIX веке, учёными были проделаны много-
Численные опыты по изучению прохождения электрического
Тока через разрежённые газы. Тогда же были построены
и первые «газосветные трубки».
Устройство таких трубок и принцип их работы не-
сложны. Обычно это — довольно длинная стеклянная
трубка, с двух концов которой впаяны электроды; через
них подводится электрический ток. Воздух из трубки отка-
чан, и она заполнена каким-либо разрежённым газом. В пер-
вых газосветных трубках это были азот, углекислый газ,
водород и другие газы; теперь чаще всего применяются
трубки, наполненные неоном, аргоном или гелием.
При обычном давлении газы не пропускают электриче-
ский ток. Но как только в трубке создаётся разрежение, че-
рез газ — от одного электрода к другому — начинает про-
ходить электрический ток. В трубке возникает свечение.
Цвет этого свечения определяется газом, заключённым в
трубке; Так, неоновые трубки дают яркий красный свет.
Трубки, наполненные аргоном, создают голубое свечение.
Такие трубки в наше время часто используются для
светящихся разноцветных надписей у магазинов, кино-
театров и т. п.
Первые газосветные трубки, применённые для освеще-
ния, требовали тока очень высокого напряжения — не-
сколько тысяч вольт. Позднее, в 1930 году, были изобретены
новые трубки; они работают уже на токе с напряжением в
120—220 вольт. В этих трубках происходит электрический
разряд в парах ртути или натрия.
Однако все названные газосветные трубки дают, как
правило, свет различных цветных оттенков. Поэтому, хотя
газосветные лампы и много экономичнее электрических
лампочек накаливания, применять их для освещения прак-
тически нельзя.
Поэтому до самого последнего времени учёные усиленно
искали пути улучшения газосветных ламп. И вот в 1938—
1939 годах были созданы, наконец, так называемые люми-
несцентные лампы или, как их сейчас часто называют,
«лампы дневного света».
Люминесцентные лампы — это, по существу, те же газо-
светные ртутные лампы низкого давления, но внутренняя
поверхность стекла у таких ламп покрыта особыми свето-
составами.
40
Принцип действия этих ламп прост. Газ, находящийся
в трубке лампы, излучает под действием проходящего сквозь
неё тока частью видимый, частью невидимый — ультра-
фиолетовый свет. Нужно превратить этот свет в обычный,
видимый, по окраске близкий к обычному дневному свету.
Можно ли это сделать? Оказывается, можно.
Давно уже учёные знали, что многие вещества ярко
светятся, когда на них падают лучи невидимого света. Эю
явление используется, например в театре, для создания
картин или декораций, светящихся в полной темноте.
Задача состояла в следующем: во-первых, надо было
подобрать смесь этих светящихся различными цветами со-
ставов так, чтобы свет, излучаемый ими, был подобен «бе-
Рис. 23. Лампа «дневного света». Показано, как устроен один
из её электродов.
лому», дневному; во-вторых, надо было добиться того,
чтобы потери энергии в лампе на выделение тепла были
малы.
Эта задача была с успехом разрешена.
Особенно много было сделано для создания ламп «днев-
ного света» советскими учёными школы академика С. И. Ва-
вилова.
Лампы дневного света представляют собой трубки раз-
личной формы, внутри которых содержится под небольшим
давлением газ (рис. 23). Излучаемый газом свет, видимый
и невидимый, превращается почти полностью в видимый
свет светящихся составов, покрывающих внутреннюю по-
верхность трубки.
Лампа почти не греется, потери на тепло в ней очень
малы.
Большим достоинством новых ламп является то, что
они «не режут глаз» — на горящую лампу дневного света
можно спокойно смотреть. Это происходит потому, что
свет такой лампы отдаётся с большой поверхности трубки,
41
в десятки тысяч раз превышающей поверхность раскалён-
ной нити обычной лампы накаливания. Поэтому она све-
тится так, как светится колпак из молочного стекла, одетый
на обычную лампу (рис. 24).
Пока лампы дневного света ещё дороги. Однако несом-
ненно, что скоро они найдут широкое применение: во многих
Рис. 24. Помещение, освещённое люминесцентными лампами.
случаях заменят менее экономичные электрические лам-
почки накаливания. Это даст нашей стране огромную эконо-
мию в расходе электроэнергии, сбережёт ежегодно миллионы
тонн угля.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1920 году на VIII съезде Советов, в Москве был при-
нят ленинский план электрификации нашей родины.
По этому плану было намечено построить за 10—15 лет
в разных районах Советской России 20 тепловых и 10 круп-
ных гидроэлектростанций.
Владимир Ильич Ленин, выступая на съезде, говорил
об огромном значении намеченного плана.
42
«Коммунизм — это есть советская власть плюс электри*
фикация всей страны», — сказал тогда Ильич.
Прошло 15 лет, и великий план электрификации Страны
Советов был намного перевыполнен. За эти годы были по-
строены десятки крупнейших электростанций — «фабрик
электричества».
Рис. 25. Москва ночью.
Десятки и сотни новых электростанций были построены
в последующие сталинские пятилетки.
К 1940 году производство электрической энергии в СССР
в 25 раз превысило выработку электроэнергии в 1913 году!
Согласно первому послевоенному пятилетнему плану даль-
нейшего развития нашего народного хозяйства к 1951 году
производство электроэнергии возрастёт на 70 процентов по
сравнению с 1940 годом.
Огромное количество электрической энергии, выраба-
тываемой советскими электростанциями, широко исполь-
зуется в нашей промышленности и сельском хозяйстве.
В самые первые годы Советской власти во многих глухих
43
районах страны загорелись «лампочки Ильича». С тех пор
они с каждым годом всё в большем количестве загораются
на просторах нашей родины. После Великой Отечественной
войны 1941—1945 годов особенно широко развернулось
строительство сельских электростанций.
В минувшем 1948 году каждые три с половиной часа
строилась одна такая электростанция! Многие десятки
районов уже завершили к настоящему времени электрифика-
цию всех своих колхозов.
Миллионы ярких электрических огней горят в городах
и колхозах нашей Родины.
Цена 80 коп.
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ
БИБЛИОТЕКА
= ГОСТЕХИЗААТА =
6.
7.
ВЫШЛИ В СВЕТ:
1. Проф. М. Ф. СУББОТИН. Происхождение и возраст Земли.
2. Проф. И. Ф. ПОЛАЦ. Как устроена Вселенная.
3. Проф. В. Г. БОГОРОВ. Подводный мир.
4. Проф. Б. А. ВОРОНЦОВ-ВЕЛЬЯМИНОВ. Происхождение
небесных тел-
s. Проф. А. А. МИХАЙЛОВ. Солнечные и лунные затмения.
Проф. В. В. ЛУНКЕВИЧ. Земля в мировом пространстве.
А. А. МАЛИНОВСКИЙ. Строение и жизнь человеческого
тела.
Проф. И. С. СТЕКОЛЬНИКОВ. Молния и гром.
Проф. Б- Л. ДЗЕРДЗЕЕВСКИЙ. Воздушный океан.
ф.ИМЬв. Сон и сновидения.
1РЕЛИК и М. Л. ЛЕВИН. Радиолокация.
8.
9. . , .. _____
10. Проф. А. И. ЛЕБЕДИНСКИЙ. В мире звёзд.
11. Проф. К- Ф. ОГОРОДНИКОВ. На чём Земля держится.
12. С М. ИЛЬЯШЕНКО Быстрее звука.
13- Проф. В. А. ДОРФМАН. Мир живой и неживой.
14. Проф. В. В. ЕФ1"
15- Проф. Г. С. ГО1
16. в. Д ОХОТНИКОВ. В мире застывших звуков.
17. Ю. М. КУШНИР- Окно в невидимое.
18. Проф. В. Г. БОГОРОВ. Моря и океаны
19. В. В. ФЕДЫНСКИЙ и И. С. АСТАПОВИЧ. Малые тела Все- _
ленной.
20. Г. Н. БЕРМАН. Счёт и число.
21. Б. Н- СУСЛОВ. Звук и олух-
22. Е. П. ЗАВАРИЦКАЯ. Вулканы.
23. Проф. А. И. КИТАЙГОРОДСКИЙ- Строение вещества.
24. В. А. МЕЗЕНЦЕВ. Электрический глаз.
25. А. С. ФЁДОРОВ и Г. Б. ГРИГОРЬЕВ. Как кино служит че-
ловеку-
26. Проф. Р. В. КУНИЦКИЙ. День ч ночь. Времена года.
27. Акад. В. А. ОБРУЧЕВ. Происхождение гор и материков.
28. Проф. Р. В. КУНИЦКИЙ- Было ли начало мира.
29. Проф. И. Ф. ПОЛАК. Время и календарь.
30. Проф. Г. П. ГОРШКОВ. Землетрясения.
31. Л. П. ЛИСОВСКИЙ и А. Е. САЛОМОНОВИЧ. Трение в при-
роде и технике.
А. С. ФЁДОРОВ. Огненный воздух.
Проф. Н. А. ВАЛЮС. Как видит глаз.
Проф. Б. Б. КУДРЯВЦЕВ. Движение молекул.
32.
33.
34. . .
35. Проф. В. И. ГРОМОВ.'Из прошлого Земли.
36. Э. И. АДИРОВИЧ. Электрический ток.
37. В. С. СУХОРУКИХ. Микроскоп и телескоп.