Доклад история развития электрического освещения 8 класс: «История развития электрического освещения» | Образовательная социальная сеть

История развития электрического освещения

 

ГАПОУ
«СКАТК» СП  «Северо- Кавказский лесной техникум»

 

          

Реферат

 

Дисциплина «Физика»

 

Тема: «История развитии электрического освещения»

                    

           Специальность:
« Лесное  и лесопарковое хозяйство»

 

                                         

                                          
Выполнил(а): ст-ка 1 курса           Губаева Е.

                                             Преподаватель                               
Кадзова Ф.М.

 

                   

                    

 

 

 

 

 

 

г.Алагир 2018-2019 учебный год

 

 

 

Введение:

1. Немного истории.

2. «Свеча Яблочкова».

3.
Возвращение «свечи Яблочкова»

4.
Использование электрической энергии.

 

 

 

 

 

 

До 1650
года — времени, когда в Европе пробудился большой интерес к электричеству, — не
было известно способа легко получать большие электрические заряды. С ростом
числа ученых, заинтересовавшихся исследованиями электричества, можно было
ожидать создания все более простых и эффективных способов получения
электрических зарядов. В результате огромного количества экспериментов учёными
разных стран были сделаны открытия, позволившие создать механические
электрические машины, вырабатывающие относительно дешёвую электроэнергию.

 

 

 

В
середине X1X века начинается быстрый рост применения электродвигателей и все
расширяющееся потребление электроэнергии, чему немало способствовало
изобретение П. Н. Яблочковым способа освещения с помощью так называемой «свечи
Яблочкова». Ни одно из изобретений в области электротехники не получало столь
быстрого и широкого распространения, как свечи Яблочкова. Это был подлинный
триумф русского инженера. Павлу Николаевичу Яблочкову принадлежит честь:

·
создания самой простой по принципу дуговой лампы – электрической свечи, сразу
же получившей широкое практическое применение, заслужившей всеобщее признание и
повлекшей за собой прогресс всей электротехники;

·
изобретения способов включения произвольного числа электрических свечей в цепь,
питаемую одним генератором электрического тока. До изобретения П.Н. Яблочкова
этого делать совершенно не умели, каждая дуговая лампа нуждалась в отдельной
динамо-машине;

·
изобретения трансформатора;

·
внедрения в практику переменного тока. До П.Н. Яблочкова применение переменного
тока считали не только опасным, но и совершенно неподходящим для практического
использования;

·
изобретения различного рода других источников света, как, например, каолиновой
лампы, линейных светящихся проволок и других;

·
создания большого числа электрических машин и аппаратов оригинальной
конструкции, в том числе электрической машины без железа;

·
изобретения различных гальванических элементов, например, самозаряжающегося
аккумулятора, известного под названием авто аккумулятора Яблочкова. В наше
время электротехника возвращается к разработке идей П.Н. Яблочкова в этой
области.

Для
раздельного питания отдельных свечей от генератора переменного тока
изобретателем был создан особый прибор — индукционная катушка (трансформатор),
позволявший изменять напряжение тока в любом ответвлении цепи в соответствии с
числом подключенных свечей.

Именно
появление электрического освещения различных систем вызвало к жизни первые
электрические станции. Первая такая станция – блок-станция, то есть станция для
одного дома, не обеспечивающая передачу энергии на большое расстояние, была
создана в 1876 году в Париже для питания электричеством свечей Яблочкова.

А в 1881
году – первая Международная выставка электричества и Международный конгресс
электриков, Министр почт и телеграфа Франции, официальный спонсор выставки, в
докладе президенту Французской республики писал: «Эта выставка будет вмещать в
себя все то, что относится к электричеству: на ней будут демонстрироваться
всевозможные аппараты и приборы, служащие для получения, передачи,
распределения электрической энергии. Конгресс в Париже соберет наиболее
выдающихся ученых-электриков. Представители чудесной науки, только что
раскрывшей перед человечеством свои громадные ресурсы и вскружившей ему голову
своими беспрестанными эффектами, обсудят все результаты произведенных
исследований и новейшие теории, созданные в этой области. Представители других
стран, приглашенные во Францию, будут рады воспользоваться этим случаем, чтобы,
так сказать, узаконить науку об электричестве и измерить ее глубину».

Действительно,
успехи электротехники были тогда частыми и разнообразными. Но до 1881 года
электриками разных стран использовались десятки самых различных единиц тока,
сопротивления– не было стандарта на электрические единицы. Сопоставить
результаты исследователей разных стран было чрезвычайно сложно. Именно в 1881
году на Международном конгрессе электриков, приуроченном к первой Международной
выставке электричества, в нашу жизнь вошли столь хорошо известные нам сейчас единые
электротехнические единицы.

На
заседании конгресса слушатели в штыки встретили сообщение французского физика
Марселя Депрэ, высказавшего еретическую мысль о возможности передачи
электроэнергии на большие расстояния. Это сообщение котировалось в качестве
неплохой шутки, забавной утопии.

А уже
через год, на Мюнхенской международной электрической выставке, Марсель Депрэ продемонстрировал
буквально наповал пораженным посетителям небольшой водопад, действующий от
центробежного насоса, вращаемого электромотором. Но не это главное –
электромотор снабжался электроэнергией от линии передачи из другого города –
Мирбаха, расположенного в 57 километрах от Мюнхена, где электроэнергия
рождалась тоже в водопаде.

Еще в
1879 году Павел Николаевич Яблочков заявил, что передачу энергии надо вести при
помощи переменного тока. Спустя несколько лет, 25 августа 1891 года, Доливо -Добровольский
на электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне применил трехфазный переменный
ток и продемонстрировал передачу электрической энергии на расстояние 175
километров. Именно трехфазный ток вырабатывают станции и в наши дни Одновременно
с блестящим решением вопроса о передаче электрической энергии на расстояния
получила практическое осуществление и идея П. Н. Яблочкова о централизованном
производстве энергии на специальных станциях.

 

                          

 

 

 

    ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ   

 

   

 

Промышленность, транспорт, сельское
хозяйство, бытовое потребление (освещение, холодильники, телевизоры). Большая
часть электроэнергии превращается в механическую, 1/3 —технические цели
(электросварка, плавление, электролиз и т. п.).

Главный способ получения электрической
энергии и в наши дни основан на применении вращающихся генераторов – динамо,
как их называли раньше. Таким путем получается электроэнергия не только на
обычных тепловых электростанциях и гидростанциях, где генераторы приводятся в
движение паром или текущей водой, но и на всех действующих атомных
электростанциях.

 

                                     

                           «СВЕЧА ЯБЛОЧКОВА»

 

 

        В
середине XIX века история науки и техники подошла к критическому периоду, когда
главные усилия ведущих ученых и изобретателей – электротехников многих стран
сосредоточились на одном направлении: создании более удобных источников света.
Раньше всего это удалось осуществить в конце 1870-х годов выдающимся русским
изобретателям – П.Н. Яблочкову, А.Н. Лодыгину и В.Н. Чигареву.

      Русский
инженер, один из пионеров мировой электротехники и светотехники Павел
Николаевич Яблочков (14 сентября1847, село Жадовка, Сердобского уезда
Саратовской губернии — 19 (31) марта1894, Саратов) закончил Техническое
гальваническое заведение в Петербурге, впоследствии преобразованное в
Офицерскую электротехническую школу, выпускавшую военных инженеров-электриков.
Техническое гальваническое заведение было первым в Европе военным учебным
заведением, ставившим своей задачей развитие и усовершенствование методов
практического применения электричества в инженерном деле. Одним из
организаторов и руководителей этого учебного заведения являлся крупнейший
русский ученый и изобретатель, пионер электротехники Б.С. Якоби .П.Н. Окончив
Гальваническое заведение, Яблочков был назначен начальником гальванической
команды в 5-й саперный батальон. Однако едва только истек трехлетний срок
службы, он уволился в запас, расставшись с армией навсегда. Яблочкову
предложили место начальника службы телеграфа на только что вступившей в
эксплуатацию Московско-Курская железная дороге. Уже в начале своей службы на железной
дороге П.Н. Яблочков сделал свое первое изобретение: создал“ черно пишущий
телеграфный аппарат”. Подробности этого изобретения до нас не дошли.

Свою
изобретательскую деятельность П.Н. Яблочков начал с попытки усовершенствовать
наиболее распространенный в то время регулятор Фуко. Весной 1874 года ему
представилась возможность практически применить электрическую дугу для
освещения.

От
Москвы в Крым должен был следовать правительственный поезд. Администрация
Московско-Курской дороги в целях безопасности движения задумала осветить этому
поезду железнодорожный путь ночью и обратилась к Яблочкову как инженеру,
интересующемуся электрическим освещением. Впервые в истории железнодорожного
транспорта на паровозе установили прожектор с лучшей по тому времени дуговой
лампой с регулятором Фуко. Дуговую лампу нужно было непрерывно регулировать.
Электрическая дуга, дающая яркий свет, возникает лишь тогда, когда концы
горизонтально расположенных угольных электродов находятся друг от друга на
строго определённом расстоянии.

Чуть оно
уменьшается или увеличивается, разряд пропадает. Между тем во время разряда
угли выгорают, так что зазор между ними всё время растёт. И чтобы применить
угли в электрической дуговой лампе, требовалось использовать специальный
механизм-регулятор, который бы постоянно, с определённой скоростью подвигал
выгорающие стержни навстречу друг другу. Тогда дуга не погаснет. Регулятор был
очень сложный, действовал с помощью трех пружин и требовал к себе непрерывного
внимания. Хотя опыт удался, но он еще раз убедил Павла Николаевича, что
широкого применения такой способ электрического освещения получить никак не
может. Стало ясно: нужно упрощать регулятор.

Дуговой
разряд в виде так называемой электрической (или вольтовой) дуги был впервые
обнаружен в 1802 году русским учёным профессором физики Военно -медико-хирургической
академии в Петербурге, а впоследствии академиком Петербургской Академии наук
Василием Владимировичем Петровым. Петров следующими словами описывает в одной
из изданных им книг свои первые наблюдения над электрической дугой: «Если на
стеклянную плитку или на скамеечку со стеклянными ножками будут  положены два
или  три древесных угля… и если металлическими изолированными направлятелями…
сообщенными с обоими полюсами огромной батареи, приближать оные один к другому
на расстояние от одной до трёх линий, то является между ними весьма яркий
белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее
загораются и от которого тёмный покой довольно ясно освещен быть может… ».

        
В 1810 году то же открытие сделал английский физик Дави. Оба они получили
вольтову дугу, пользуясь большой батареей элементов, между концами стерженьков
из древесного угля. Первую дуговую лампу с ручным регулированием длины дуги
сконструировал в 1844 году французский физик Древесный уголь он заменил
палочками из твердого кокса. В1848 году он впервые применил дуговую лампу для
освещения одной из парижских площадей.

Справедливости
ради надо сказать, что попытки использования дуговых ламп предпринимались в
России и до Яблочкова. Свои дуговые лампы с регуляторами разработали русские
изобретатели Шпаковски и Чиколев. Электрические лампы Шпаковского в 1856 уже
горели в Москве на Красной площади во время коронации Александра II. Чиколев же
использовал мощный свет электрической дуги для работы мощных морских
прожекторов. Придуманные этими изобретателями автоматические регуляторы имели
отличия, но сходились в одном —были ненадёжны. Лампы горели совсем недолго, а
стоили дорого.

Совместно
с опытным электротехником Н.Г. Слуховым  Яблочков начал заниматься в мастерской
усовершенствованием аккумуляторов и динамо-машины, проводил опыты по освещению большой
площади огромным прожектором. В мастерской Яблочкову удалось создать электромагнит
оригинальной конструкции. Он применил обмотку из медной ленты, поставив ее на
ребро по отношению к сердечнику. Это было его первое изобретение.

        Наряду
с опытами по усовершенствованию электромагнитов и дуговых ламп Яблочков и Глумов
большое значение придавали электролизу растворов поваренной соли. Во время одного
из многочисленных опытов по электролизу поваренной соли параллельно
расположённые угли, погруженные в электролитическую ванну, случайно, коснулись
друг друга. Тотчас между ними вспыхнула ослепительно яркая электрическая дуга.
Именно в эти минуты зародилась у него мысль о постройке дуговой лампы… без
регулятора.

В
октябре 1875 года Яблочков отправляется за границу и везет с собой изобретенную
им динамо-машину. Осенью1875 года Павел Николаевич в силу сложившихся
обстоятельств оказался в Париже в мастерских физических приборов Бреге. В
докладе, прочитанном 17 ноября 1876года на заседании Французского физического
общества, Яблочков сообщал:

“Я
придумал новую лампу, или электрическую свечу, в высшей степени простой
конструкции. Вместо того чтобы помещать угли друг против друга, я их размещаю
рядом и разделяю посредством изолирующего вещества. Оба верхних конца углей
свободны”. Свеча Яблочкова состояла из двух стержней, изготовленных из плотного
роторного угля, расположенных параллельно и разделенных гипсовой пластинкой.

Последняя
служила и для скрепления углей между собой и для их изоляции, позволяя
вольтовой дуге образовываться лишь между верхними концами углей. По мере того
как угли сверху обгорали, гипсовая пластинка плавилась и испарялась, так что кончики
углей всегда на несколько миллиметров выступали над пластинкой.

Простота
устройства свечи, удобство обращения с нею были просто поразительны, особенно
по сравнению со сложными регуляторами. Это и обеспечило свече громкий успех и
быстрое распространение. 23 марта Павел Николаевич взял на нее французский
патент за №112024, содержащий краткое описание свечи в ее первоначальных формах
и изображение этих форм. Этот день стал исторической датой, поворотным пунктам  в
истории развития Электра — и светотехники, звездным часом Яблочкова. «Русский свет»
(так называли изобретение Яблочкова) засиял на улицах, площадях, в помещениях
многих городов Европы, Америки и даже Азии. «Из Парижа, — писал Яблочков,-
электрическое освещение распространилось по всему миру, дойдя до дворца шаха
Персидского и до дворца короля Камбоджи»).

        
15 апреля 1876 года в Лондоне открывалась выставка физических приборов. На ней
показывала свою продукцию и французская фирма Бреге. Своим представителем на
выставку Бреге направил Яблочкова, который участвовал на выставке и
самостоятельно, экспонировав на ней свою свечу. В один из весенних дней
изумленный Лондон ахнул, когда изобретатель провел публичную демонстрацию
своего детища. На невысоких металлических столбах (постаментах) Яблочков
поставил четыре своих свечи, обернутых в асбест и установленных на большом
расстоянии друг от друга. К светильникам подвел по проводамток от динамо-машины,
находившейся в соседнем помещении. Поворотом рукоятки ток был включен в сеть, и
тотчас обширное помещение залил очень яркий, чуть голубоватый электрический
свет. Многочисленная публика пришла в восторг.

Так
Лондон стал местом первого публичного показа нового источника света и первого
триумфа русского инженера.

        
В годы пребывания во Франции Павел Николаевич работал не только над
изобретением и усовершенствованием электрической свечи, но и над решением
других практических задач. Только за первые полтора года – с марта 1876 по
октябрь 1877 – он подарил человечеств уряд других выдающихся изобретений и
открытий.

        П.Н.
Яблочков сконструировал первый генератор переменного тока, первым применил
переменных ток для промышленных целей, создал трансформатор переменного тока
(30 ноября 1876 года, дата получения патента, считается датой рождения первого
трансформатора) и впервые использовал статистические конденсаторы в цепи
переменного тока .Открытия и изобретения русского инженера, обессмертившие его
имя, позволили Яблочкову первому в мире создать систему дробления света, основанную
на применении переменного тока, трансформаторов и конденсаторов.

       В
России первая проба электрического освещения по системе Яблочкова была
проведена 11 октября 1878 года, то есть незадолго до приезда изобретателя на
Родину. В этот день были освещена казармы Кронштадтского учебного экипажа,
площадь у дома, занимаемого командиром Кронштадтского морского порта. Опыты
прошли успешно. Спустя две недели, 4декабря 1878 года, свечи Яблочкова (8
шаров) впервые осветили в Петербурге Большой театр. Когда «внезапно зажгли
электрический свет, — писало»Новое время» в номере от 6 декабря, — по зале
мгновенно разлился белый яркий, но не режущий глаз, а мягкий свет, при котором
цвета и краски женских лиц и туалетов сохраняли свою естественность, как при
дневном свете. Эффект был поразительный».

Вскоре
после приезда изобретатель Петербург была учреждена акционерная компания
«Товарищество электрического освещения и изготовления электрических машин и
аппаратов П.Н. Яблочков-изобретательи Ко». Свечи Яблочкова, изготовляемые
парижским, а затем петербургским заводом общества, зажглись в Петербурге,
Москве и Подмосковье, в Киеве, Нижнем Новгороде, Гельсингфорсе (Таллин),
Одессе, Харькове, Николаеве, Брянске, Архангельске, Полтаве, Красноводске и
других городах России.

И все же
электрическое освещение в России такого широкого распространения, как за
границей, не получило. Причин для этого было много: русско-турецкая война,
отвлекавшая много средств и внимания, техническая отсталость России,
инертность, а подчас и предвзятость городских властей. Не удалось создать и
сильную компанию с привлечением крупного капитала, недостаток средств ощущался
все время. Немаловажную роль (в который раз) сыграла и неопытность в финансово-коммерческих
делах самого главы предприятия. Павел Николаевич часто отлучался по делам в
Париж, а в правлении, как писал В.Н. Чиколе в«Воспоминаниях старого электрика»,
«недобросовестные администраторы нового товарищества стали швырять деньги
десятками и сотнями тысяч, благо они давались легко!» Изобретатель был сильно
разочарован.Умей он, как Эдисон, пускать свои изобретения в промышленный оборот
с расчетом использовать средства для продолжения экспериментов, мир, вероятно,
получил бы от П.Н. Яблочкова немало и других полезных изобретений.

         
1 августа 1881 года в Париже открылась Международная электротехническая
выставка, которая показала, что свеча Яблочкова, его система освещения,
сыгравшие великую роль в электротехнике, начали терять свое значение. У свечи
появился сильный конкурент в лице лампы накаливания, которая могла гореть
800-1000 часов без замены. Ее можно было много раз зажигать, гасить и снова
зажигать. К тому же она была и экономичнее свечи. Яблочков переключился целиком на создание
мощного и экономичного химического источника тока. Проводя эксперименты с
хлором, Павел Николаевич сжег себе слизистую оболочку легких и с тех пор стал
задыхаться. В ряде схем химических источников тока Яблочков впервые предложил
для разделения катодного и анодного пространства деревянные сепараторы. Впоследствии
такие сепараторы нашли широкое применение в конструкциях свинцовых
аккумуляторов.

 

Возвращение
«свечи Яблочкова»

Никто из
производителей автомобилей сейчас уже не применяет в качестве головного
освещения вакуумные лампы накаливания. Прослужив человечеству несколько
десятилетий, они заняли почетное место в технических музеях и лишь изредка
встречаются в магазинах запчастей. На смену пришли галогенные лампы накаливания. Применение
галогенов позволило значительно увеличить срок службы нити накаливания и,
вследствие этого, изготавливать лампы большей мощности. До сих пор в
подавляющем большинстве выпускаемых автомобилей для головного света применяются
галогенные лампы накаливания.

        Но
прогресс не стоит на месте, история делает новый виток и вот уже Вольтова дуга
укрощена и, заключенная в стеклянную колбу, свеча Яблочкова вновь привлечена к
работе.

Разумеется,
электроды, их положение, материалы уже очень далеки от своих предшественников
начала XX века ,но принцип остался тем же — электрическая дуга в качестве
источника света. Принципиально новая газоразрядная лампа представляет собой
колбу малого объема из кварцевого стекла с двумя электродами, заполненную
хлоридами некоторых металлов и ксеноном (отсюда и название — ксеноновый свет).

 

                                           
Литература:

Малинин
Г. Изобретатель«русского света». – Саратов: Приволж. кн.изд-во, 1984.

Колтун
М.М. Солнце и человечество М: Наука 1981

Карцев
В.П. «Приключения великих уравнений». М.: Знание, 1986.

Дягилев
Ф.М. «Из истории физики и жизни ее творцов», М. Просвещение, 1986г.

«Наука и
техника», журнал,10.08.2001 г.

 

Реферат на тему: История развития электрического освещения

Содержание:

1. Введение
2. История изобретений
3. Принцип работы
4. Дизайн
5. Заключение
6. Список литературы

Тип работы:	Реферат
Дата добавления:	21.01.2020

• Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
• Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

 

Если вы хотите научиться сами правильно выполнять и писать рефераты по любым предметам, то на странице «что такое реферат и как его сделать» я подробно написала.

Введение

Электрическое освещение жилых и нежилых помещений в настоящее время является привычном. И сложно представить что еще не так давно такое освещение казалось чем-то невероятным.

Рассмотрим с чего начиналось изобретение электрического освещения, какие изобретения дали основу для изобретения электрического освещения. Разберем принципы работы электрических ламп освещения и их виды и дизайн.

История изобретений

1. 1809 Англичанин Деларуэ строит первую лампу накаливания (с платиновой нитью накала).
2. В 1838 году бельгиец Йобар изобрел лампу накаливания на древесном угле.
3. В 1854 году немецкий Генрих Гебель разработал первую «современную» лампу: обугленную бамбуковую нить накаливания в эвакуированном сосуде. В течение следующих 5 лет он разработал то, что многие называют первой практичной лампой.
4. В 1860 году английский химик и физик Джозеф Вильсон Свон продемонстрировал первые результаты и получил патент, но трудности с получением вакуума привели к тому, что лампа Свона работала лишь ненадолго и неэффективно.
5. 11 июля 1874 г. русский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент № 1619 на лампу накаливания. В качестве нити накала он использовал углеродный стержень, помещенный в эвакуированный сосуд.
6. 1875 В.Ф. Дидрихсон усовершенствовал лампу Lodygin, выкачав из нее воздух и поместив в нее несколько волосков (если один из них перегорит, то следующий включится автоматически).
7. В 1876 году Павел Николаевич Яблочков разработал один из вариантов электроуглеродной дуговой лампы, названный «Яблочковской свечой». Преимущество этой конструкции заключалось в том, что не требовался механизм для поддержания расстояния между электродами, чтобы дуга горела. Электродов хватило примерно на 2 часа.

Английский изобретатель Джозеф Уилсон Свон в 1878 году получил британский патент на лампу из углеродного волокна. Его лампы содержали волокно в разбавленной кислородной атмосфере, что давало очень яркий свет.

Во второй половине 1870-х годов американский изобретатель Томас Эдисон провел исследования, в которых опробовал различные металлы в качестве нитей. В 1879 году он запатентовал лампу с использованием платиновой проволоки. В 1880 году он возвращается к углеродной нити накала и создает лампу, которая длится 40 часов. В то же время Эдисон изобрел бытовой поворотный переключатель. Несмотря на столь короткий срок службы, его лампы вытеснили газовое освещение, которое использовалось до этого времени.

В 1890-х годах А.Н. Лодыгин изобрел несколько типов ламп с нитями из тугоплавких металлов. Лодыгин предложил использовать вольфрамовые и молибденовые нити накаливания в лампах (такие используются во всех современных лампах) и скручивание нити накаливания в виде спирали. Он предпринял первые попытки удаления воздуха из ламп накаливания, что спасло нить накаливания от окисления и многократно увеличило срок ее службы. Впоследствии была изготовлена первая американская коммерческая лампа с вольфрамовой нитью накаливания под патентом Лоджина. Он также производил газонаполненные лампы (с углеродной нитью накала и азотным наполнением).

С конца 1890-х годов появились лампы с нитью нити магния, тория, циркония и оксида иттрия (лампа Нернста) или нитью металлического осмия (лампа Ауэра) и тантала (лампы Болтона и Фейерлейна).

Принцип работы

Лампа накаливания — это электрический источник света, в котором нить накаливания (огнеупорный проводник), содержащаяся в прозрачной емкости, заполненной вакуумом или инертным газом, нагревается до высокой температуры пропуском электрического тока, тем самым излучая широкий спектральный диапазон, в том числе и видимый свет. Используемый в настоящее время материал накаливания представляет собой в основном спираль из сплавов на основе вольфрама.

Лампа накаливания использует эффект нагревания проводника (нити накаливания) при прохождении через него электрического тока. После включения тока температура вольфрамовой нити резко повышается. Нить накала лампы накаливания излучает электромагнитное излучение в соответствии с законом Планка. Функция Planck имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум смещается в сторону более коротких длин волн с увеличением температуры (закон Вена о смещении). Для получения видимого излучения температура должна быть порядка нескольких тысяч градусов. Чем ниже температура, тем меньше пропорция видимого света и чем «краснее» излучение. Часть электрической энергии, поглощаемой лампой накаливания, преобразуется в излучение, а часть выбрасывается в процессе теплопроводности и конвекции.

Лишь небольшая часть излучения находится в видимом световом диапазоне, большая часть поступает от инфракрасного излучения. Для повышения эффективности ламп накаливания и получения «белого» света необходимо повысить температуру нити накаливания, которая, в свою очередь, ограничена материальными свойствами нити накаливания — температурой плавления. В современных лампах накаливания используются материалы с самой высокой температурой плавления — вольфрам (3410°C) и, очень редко, осмий (3045°C).

При практически достижимой температуре 2300-2900°C не выделяется ни белый, ни дневной свет. По этой причине лампы накаливания излучают свет, который кажется более «желто-красным», чем дневной свет. Так называемая цветовая температура используется для характеристики качества света.

При нормальном воздухе при таких температурах вольфрам сразу же превращается в оксид. По этой причине вольфрамовая нить защищена стеклянной колбой, заполненной нейтральным газом (обычно аргоном).

Первые лампы накаливания были изготовлены с использованием ламп накаливания вакуумного типа. Однако вольфрам быстро испаряется в вакууме и при высоких температурах, делая нити тоньше и затемняя стеклянную колбу при размещении на ней. Позже лампочки стали заполняться химически нейтральными газами. Вакуумные лампы накаливания теперь используются только для ламп небольшой мощности.

Дизайн

Конструкции ламп накаливания очень разнообразны и зависят от назначения. Однако общими чертами являются нить накала, лампочка и провода блока питания. В зависимости от типа лампы могут использоваться различные цоколи, а также могут изготавливаться лампы с разными цоколями, дополнительными внешними лампами и другими дополнительными конструктивными особенностями.

Лампы общего назначения оснащены предохранителем, членом ферроникелевого сплава, сваренного в конце одного из силовых проводов и расположенного снаружи лампы накаливания, как правило, в штоке. Предохранитель предназначен для предотвращения разрушения лампы в случае разрыва нити накаливания во время работы лампы. Причина этого заключается в том, что зона разлома создает дугу, которая может расплавить остатки нити накаливания, а расплавленные капли металла могут разрушить стекло лампы и вызвать пожар. Плавкий предохранитель сконструирован таким образом, что при воспламенении дуги ток электрической дуги значительно превышает номинальный ток лампы. Ферроникелевый элемент расположен в полости, где давление равняется атмосферному, поэтому дуга легко гасится.

Заключение

Почти вся энергия, поступающая в лампу, преобразуется в излучение. Потери, связанные с теплопроводностью и конвекцией, невелики. Однако только небольшой диапазон длин волн этого излучения виден человеческому глазу. Основная часть излучения находится в невидимом инфракрасном диапазоне и воспринимается как тепло. Эффективность ламп накаливания достигает максимума 15% при 3400K.

При практически достижимых температурах 2700K эффективность составляет 5%. С повышением температуры повышается эффективность лампы накаливания, но значительно сокращается срок ее службы. При температуре нити накала 2700K срок службы лампы составляет около 1000 часов, при 3400K — всего несколько часов. При повышении напряжения на 20% яркость увеличивается в два раза. При этом срок службы сокращается на 95%. Снижение напряжения в два раза (например, при последовательном подключении) снижает эффективность, но увеличивает срок службы примерно в тысячу раз.

Этот эффект часто используется для обеспечения надежного резервного освещения без особых требований к яркости, например, на лестничных клетках. Ограниченный срок службы лампы накаливания определяется в меньшей степени испарением нити накаливания во время работы, чем неровностями в нити накаливания. Неравномерное испарение материала нити накала создает разреженные участки повышенного электрического сопротивления, что, в свою очередь, вызывает еще больший нагрев и испарение материала в этих участках. Если одно из этих сужений настолько тонкое, что материал нити накаливания плавится или полностью испаряется в этот момент, то то ток прерывается и лампа выходит из строя.

Список литературы

1. Васильева Е.Л. Световое оформление интерьера // Светильник — 2004, №9
2. Кузнецова А. Освещение в интерьере // Журнал «Гостиница» для профессиональной гостиничной индустрии. — 2013. №12.
3. Оформление интерьера // Свет — 2004, 
4. Парнов А.О. Освещение СПб. — 2014.

История лампочки

Министерство энергетики

22 ноября 2013 г.

Эта интерактивная карта недоступна для просмотра в вашем браузере. Пожалуйста, просмотрите его в современном браузере.

Узнайте больше об истории лампочки.

Более 150 лет назад изобретатели начали работать над блестящей идеей, которая оказала огромное влияние на то, как мы используем энергию в наших домах и офисах. Это изобретение изменило то, как мы проектируем здания, увеличило продолжительность среднего рабочего дня и дало толчок развитию новых предприятий. Это также привело к новым прорывам в энергетике — от электростанций и линий электропередач до бытовой техники и электродвигателей.

Как и все великие изобретения, лампочка не может быть приписана одному изобретателю. Это была серия небольших усовершенствований идей предыдущих изобретателей, которые привели к появлению лампочек, которые мы используем сегодня в наших домах.

Лампы накаливания освещают путь

Задолго до того, как Томас Эдисон запатентовал — сначала в 1879 году, а затем годом позже, в 1880 году — и начал коммерциализацию своей лампы накаливания, британские изобретатели демонстрировали, что электрическое освещение возможно с помощью дуговой лампы. В 1835 году был продемонстрирован первый постоянный электрический свет, и в течение следующих 40 лет ученые всего мира работали над лампой накаливания, возясь с нитью накаливания (частью лампы, излучающей свет при нагревании электрическим током) и атмосфера колбы (независимо от того, откачан ли воздух из колбы или она заполнена инертным газом для предотвращения окисления и перегорания нити накала). Эти ранние лампы имели чрезвычайно короткий срок службы, были слишком дорогими в производстве или потребляли слишком много энергии.

Когда Эдисон и его исследователи из Менло-Парка вышли на сцену освещения, они сосредоточились на улучшении нити накала — сначала тестировали углерод, затем платину, прежде чем, наконец, вернуться к углеродной нити. К октябрю 1879 года группа Эдисона изготовила лампочку с карбонизированной нитью из непокрытой хлопчатобумажной нити, которая могла работать в течение 14,5 часов. Они продолжали экспериментировать с нитью накаливания, пока не остановились на ней, сделанной из бамбука, которая продлила срок службы ламп Эдисона до 1200 часов — эта нить стала стандартом для ламп Эдисона на следующие 10 лет. Эдисон также внес другие улучшения в лампочку, в том числе создал более совершенный вакуумный насос для полного удаления воздуха из лампочки и разработал винт Эдисона (который сейчас является стандартным патроном для лампочек).

(Историческая сноска: нельзя говорить об истории электрической лампочки, не упомянув Уильяма Сойера и Албона Мэна, получивших в США патент на лампу накаливания, и Джозефа Свона, запатентовавшего свою лампочку в Англии. дебаты о том, нарушают ли патенты Эдисона на лампочки патенты этих других изобретателей. В конце концов американская осветительная компания Эдисона объединилась с Thomson-Houston Electric Company — компанией, производящей лампы накаливания в соответствии с патентом Сойера-Мэна, — чтобы сформировать General Electric, а Эдисон Английская осветительная компания объединилась с компанией Джозефа Свона и образовала Ediswan в Англии.)

Что делает вклад Эдисона в электрическое освещение таким выдающимся, так это то, что он не остановился на улучшении лампочки — он разработал целый ряд изобретений, которые сделали использование ламп накаливания практичным. Эдисон смоделировал свою технологию освещения на основе существующей системы газового освещения. В 1882 году на виадуке Холборн в Лондоне он продемонстрировал, что электричество можно распределять от расположенного в центре генератора по ряду проводов и трубок (также называемых трубопроводами). Одновременно он сосредоточился на улучшении производства электроэнергии, разработав первую коммерческую энергетическую станцию ​​​​под названием Pearl Street Station в Нижнем Манхэттене. А чтобы отслеживать, сколько электроэнергии потребляет каждый потребитель, Эдисон разработал первый электросчетчик.

Пока Эдисон работал над всей системой освещения, другие изобретатели продолжали вносить небольшие улучшения, улучшая процесс производства нити накаливания и повышая эффективность лампы. Следующее большое изменение в лампе накаливания произошло с изобретением вольфрамовой нити накаливания европейскими изобретателями в 1904 году. Эти новые лампы накаливания с вольфрамовой нитью работали дольше и давали более яркий свет по сравнению с лампами накаливания с угольной нитью. В 1913 году Ирвинг Ленгмюр выяснил, что помещение в колбу инертного газа, такого как азот, удваивает ее эффективность. В течение следующих 40 лет ученые продолжали вносить усовершенствования, которые снизили стоимость и повысили эффективность лампы накаливания. Но к 19В 50-х годах исследователи все еще только выяснили, как преобразовать около 10 процентов энергии, потребляемой лампой накаливания, в свет, и начали фокусировать свою энергию на других решениях в области освещения.

Нехватка энергии приводит к прорыву флуоресцентных ламп

В 19 веке два немца — стеклодув Генрих Гайсслер и врач Юлиус Плюкер — обнаружили, что они могут производить свет, удаляя почти весь воздух из длинной стеклянной трубки и пропуская электрический ток. ток через него, изобретение, которое стало известно как трубка Гейсслера. Тип газоразрядной лампы, эти лампы не пользовались популярностью до начала 20-го века, когда исследователи начали искать способ повысить эффективность освещения. Газоразрядные лампы стали основой многих технологий освещения, включая неоновые лампы, натриевые лампы низкого давления (тип, используемый в наружном освещении, например, в уличных фонарях) и люминесцентные лампы.

И Томас Эдисон, и Никола Тесла экспериментировали с люминесцентными лампами в 1890-х годах, но никогда не производили их в промышленных масштабах. Вместо этого прорыв Питера Купера Хьюитта в начале 1900-х годов стал одним из предшественников люминесцентной лампы. Хьюитт создал сине-зеленый свет, пропустив электрический ток через пары ртути и включив балласт (устройство, подключенное к лампочке, которое регулирует поток тока через трубку). Хотя лампы Cooper Hewitt были более эффективными, чем лампы накаливания, у них было мало подходящих применений из-за цвета света.

К концу 1920-х и началу 1930-х годов европейские исследователи проводили эксперименты с неоновыми трубками, покрытыми люминофором (материалом, который поглощает ультрафиолетовый свет и преобразует невидимый свет в полезный белый свет). Эти открытия вызвали в США исследовательские программы по люминесцентным лампам, и к середине и концу 1930-х годов американские осветительные компании демонстрировали люминесцентные лампы военно-морскому флоту США и на Всемирной выставке в Нью-Йорке в 1939 году. Эти лампы работали дольше и были примерно в три раза эффективнее ламп накаливания. Потребность в энергоэффективном освещении американских военных заводов привела к быстрому внедрению люминесцентных ламп, и к 1951, больше света в США производили линейные люминесцентные лампы.

Еще одна нехватка энергии — нефтяной кризис 1973 года — заставила инженеров по освещению разработать люминесцентную лампу, которую можно было бы использовать в жилых помещениях. В 1974 году исследователи из Sylvania начали исследовать, как можно уменьшить размер балласта и встроить его в лампу. Хотя они разработали патент на свою лампочку, они не смогли найти способ ее производства. Два года спустя, в 1976 году, Эдвард Хаммер из General Electric придумал, как согнуть люминесцентную лампу в спираль, создав первый компактный люминесцентный светильник (КЛЛ). Как и Sylvania, General Electric отложила этот проект, потому что новое оборудование, необходимое для массового производства этих ламп, было слишком дорогим.

Первые компактные люминесцентные лампы появились на рынке в середине 1980-х по розничной цене 25-35 долларов, но цены могли сильно различаться в зависимости от региона из-за различных рекламных акций, проводимых коммунальными предприятиями. Потребители указали на высокую цену как на препятствие номер один при покупке компактных люминесцентных ламп. Были и другие проблемы — многие компактные люминесцентные лампы 1990 года были большими и громоздкими, они плохо вписывались в светильники, имели низкую светоотдачу и непостоянную производительность. С 1990-х годов улучшение характеристик КЛЛ, цены, эффективности (они потребляют примерно на 75 процентов меньше энергии, чем лампы накаливания) и срока службы (они служат примерно в 10 раз дольше) сделали их жизнеспособным вариантом как для арендаторов, так и для домовладельцев. Спустя почти 30 лет после того, как КЛЛ были впервые представлены на рынке, КЛЛ ENERGY STAR® стоит всего 1,74 доллара США за лампочку при покупке в упаковке из четырех штук.

Светодиоды: будущее уже здесь

Одной из самых быстро развивающихся технологий освещения сегодня являются светоизлучающие диоды (или светодиоды). Тип твердотельного освещения, светодиоды используют полупроводник для преобразования электричества в свет, часто имеют небольшую площадь (менее 1 квадратного миллиметра) и излучают свет в определенном направлении, что снижает потребность в отражателях и рассеивателях, которые могут улавливать свет.

Это также самые эффективные светильники на рынке. КПД лампочки, также называемый световой отдачей, представляет собой меру излучаемого света (люменов), деленную на потребляемую мощность (ватты). Лампа со 100-процентной эффективностью преобразования энергии в свет будет иметь эффективность 683 лм/Вт. Для сравнения: лампа накаливания мощностью от 60 до 100 Вт имеет светоотдачу 15 лм/Вт, эквивалентная КЛЛ имеет светоотдачу 73 лм/Вт, а существующие на рынке сменные лампы на основе светодиодов варьируются от 70 до 100 Вт. 120 лм/Вт при средней эффективности 85 лм/Вт.

В 1962 году, работая в General Electric, Ник Холоньяк-младший изобрел первый светодиод видимого спектра в виде красных диодов. Затем были изобретены бледно-желтые и зеленые диоды. Поскольку компании продолжали совершенствовать красные диоды и их производство, они начали появляться i

Как и все великие изобретения, лампочка не может быть приписана одному изобретателю.

Это была серия небольших усовершенствований идей предыдущих изобретателей, которые привели к созданию лампочек, которые мы используем сегодня в наших домах.

Узнайте больше об истории лампы накаливания.

Узнайте об истории люминесцентных ламп, от лампы Гейсслера до компактных люминесцентных ламп.

Узнайте о достижениях в области светодиодных светильников.

Ребекка Матулка

Работал специалистом по цифровым коммуникациям в Министерстве энергетики. Работал специалистом по цифровым коммуникациям в Министерстве энергетики.

еще этого автора

Дэниел Вуд
еще этого автора

Для запросов СМИ:

(202) 586-4940 или [email protected]

Подробнее читайте на странице новостей

energy.gov

Краткая история электрического освещения

Томас Эдисон ни в коем случае не был единственным, кто экспериментировал с лампами накаливания, и его лампа не была самой передовой, тем не менее его часто считают изобретателем обычной лампочки. Хотя это название может быть неверным, он в значительной степени ответственен за широкое использование ламп накаливания благодаря своему практичному дизайну и усилиям по распределению электроэнергии конечным пользователям с одной централизованной электростанции. Это позволило людям покупать только лампы накаливания и электричество для их питания, а не платить за строительство целой электростанции на месте. Это сделало электричество более доступным для обычного человека и привело к строительству централизованных электросетей по всему миру — структура электросетей, которую мы используем до сих пор.

С истечением срока действия патента Эдисона на основную лампу в 1893 году на рынок вышло много новых конкурентов, что привело к значительному снижению цен. Это также помогло стимулировать инновации и разработку новых технологий освещения.

Газоразрядные лампы

Газоразрядные лампы стали более широко использоваться в начале 20-го века, но технология намного старше. Оригинальная газоразрядная трубка была изобретена Генрихом Гейсслером в 1857 году и часто используется в качестве чертежа для других типов газоразрядных ламп. Например, неоновые лампы, изобретенные французским химиком Жоржем Клодом в 1909, полученный из трубки Гейсслера. Они были представлены в США в 1923 году и стали чрезвычайно популярными для вывесок и рекламы на витринах магазинов. Мы все еще видим неоновые вывески сегодня, хотя эти огни, скорее всего, являются искусственными неоновыми огнями, использующими светодиодную технологию, чтобы создать впечатление неоновых огней.

Лампы люминесцентных ламп, обычно используемые в офисах и магазинах, также заимствованы из технологии Гейсслера. Конструкция была запатентована в 1926 году Эдмундом Гермером в Германии и имеет порошковое покрытие на внутренней стороне стекла, которое действует как преобразователь частоты, создавая более приятный свет для внутренних помещений. Производитель электроники GE приобрел права на люминесцентную лампу в 1939 и достиг крупномасштабного коммерческого производства после Второй мировой войны. Эти светильники стали основным продуктом в коммерческих зданиях, и их можно найти практически в любом магазине осветительных приборов. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) были представлены другим производителем электроники Philips в 1980 году и быстро зарекомендовали себя как лучшая альтернатива лампам накаливания для бытового использования.

В области наружного освещения преобладают различные технологии. В 1927 году венгерский физик и инженер Денес Габор разработал ртутную лампу высокого давления. Она использовалась в качестве уличного освещения на протяжении тридцатых годов, но вскоре была заменена натриевой лампой низкого давления. Пары натрия доминировали на рынке уличного освещения благодаря своей беспрецедентной эффективности в 200 люмен на ватт, что в двадцать раз выше, чем у ламп накаливания, и почти в пять раз выше, чем у ртутных ламп высокого давления. Однако их отчетливый желтый свет делал их пригодными только для использования на открытом воздухе. К концу 19В 30-х годах сельские районы Европы и Северной Америки были электрифицированы и на их улицах были установлены натриевые лампы.

Затем, в 1960-х годах, достижения в области ламп накаливания привели к появлению галогенных ламп. В галогенных лампах используется любой галоген (йод, бром, хлор и фтор), чтобы предотвратить испарение нити накала внутри лампочки. Металлогалогенные лампы сочетают в себе галоген с металлом для создания яркого света, который выглядит более белым, чем другие комбинации газов. Улучшенная цветопередача привела к более широкому использованию металлогалогенных светильников на парковках и уличных фонарях, и сегодня они являются наиболее распространенной технологией наружного освещения.

Светодиоды (светоизлучающие диоды)

Как и другие технологии освещения, светодиоды были разработаны несколькими исследователями. Первоначальный принцип был открыт Генри Дж. Раундом в 1907 году, когда он наблюдал электролюминесценцию соединения карбида кремния. Однако первый коммерчески жизнеспособный светодиод был создан исследователем GE Ником Холоньяком в 1962 году. Этот светодиод излучал видимый красный свет, но был чрезвычайно дорог для массового производства. По мере появления новых технологий обработки и упаковки в 19 в.В 70-х годах затраты на производство светодиодов резко упали, и желтый светодиод был разработан в 1972 году М. Джорджем Крафордом, который также оказался бывшим коллегой Холоньяка.

Несмотря на впечатляющий прорыв в светодиодных технологиях, красный и желтый свет полезны лишь в ограниченных случаях. Конечной целью было получить белый свет, который можно было бы использовать для самых разных целей. После десятилетий исследований японские исследователи Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамура в 1919 году разработали синий светодиод высокой яркости.89. Это открыло двери для производства светодиодов белого света, и трое исследователей разделили Нобелевскую премию по физике 2014 года за это открытие.

Светодиоды являются предпочтительной технологией освещения для большинства современных приложений из-за их эффективности, универсальности и длительного срока службы. Они используются во множестве продуктов, которые мы используем ежедневно — внутреннее и наружное освещение, сотовые телефоны, транспортные средства, рекламные щиты, дорожные вывески, телевизоры и компьютеры. Фактически, бизнес по модернизации светодиодов существует исключительно для замены старых технологий освещения светодиодами, потому что они являются гораздо лучшим вариантом. Многие коммунальные предприятия даже предлагают финансовые скидки, чтобы стимулировать переход на светодиоды. (Если у вас есть старое освещение, которое вы хотели бы заменить на светодиодное, Colite Technologies может помочь вам в этом.) Кроме того, с использованием технологий управления освещением, таких как датчики дневного света, датчики движения, диммеры и подключенные элементы управления, светодиодное освещение может быть оптимизирован для каждого приложения. Эта гибкость экономит энергию и сокращает потребность в обслуживании с течением времени, что хорошо как для вашего кошелька, так и для окружающей среды.

В этом очень кратком изложении истории электрического освещения отражены только основные моменты, произошедшие с течением времени. В развитие электрического освещения было внесено гораздо больше вкладов, и многие технологии нашли нишевые цели, не упомянутые здесь. Интересно, что лампы накаливания и другие подобные лампы были основным источником света на протяжении сотен лет, пока не появились светодиоды.