7.3. Лампи розжарювання

Вивчення теплової дії електричного струму дає другий спосіб отримання світла електричним шляхом, а саме нагріванням твердого тіла за допомогою струму до розжарювання.

Думка у такий спосіб користуватися електричним струмом для освітлення з'явилася на початку 80-х років ХІХ століття. У 1837 р. Жобар в Брюсселі запропонував доводити струмом до розжарювання і свічення вугільну паличку в безповітряному просторі. У 1840 р. Грове влаштував першу електричну лампу розжарювання, в якій тілом нагріву служив платиновий дріт. У 1859 р. проф. Фермер освітив, як він сам стверджував, свій дім в Ньюпорті 42 лампами розжарювання і, таким чином, влаштував першу домашню установку електричного освітлення.

Перші досліди з електричними лампами розжарювання дозволили визначити їх безперечну перевагу порівняно з дуговими, особливо у вирішенні проблеми «дроблення електричного світла» і використанні малопотужних ламп для побутового освітлення. Отримання слабких джерел світла за допомогою дугових ламп виявилося неможливим. Лампи розжарювання мали кращі економічні та світлові показники (особливо після заміни вугільних ниток вольфрамовими).

У Росії першим винахідником лампи розжарювання був інженер Олександр Лодигін, що розробив в 1870–1875 рр. декілька таких ламп.

Його перша лампа була герметично закупореним скляним циліндром. Крізь його кришки були пропущені металеві провідники. Горіла перша лампа Лодигіна всього 30–40 хвилин. Прагнучи збільшити час горіння, Лодигін запропонував встановлювати декілька вугільних стрижнів, розташованих так, щоб при згоранні одного автоматично включався наступний. Перша публічна демонстрація лампи Лодигіна відбулася в 1870 році.

Олександр Миколайович Лодигін (1847–1923) – відомий російський електротехнік, винахідник лампи розжарювання. Спочатку він експериментував із залізним дротом. Зазнавши невдачі, він скористався вугільним стрижнем, вміщеним в скляний балон. Пізніше Лодигін першим запропонував використовувати як нитку розжарювання вольфрамовий дріт. Саме вольфрам використовується в сучасних електричних лампах. Крім того, Лодигін конструював прилади електричного опалювання, електричні печі для плавки металів з руд та інші електричні пристрої. 

Згодом, в 1893–1894 рр., мешкаючи вже в Сполучених Штатах Америки, Лодигін запатентував лампу розжарювання з нитками з тугоплавких металів, у тому числі з вольфрамовою ниткою. Це був прообраз лампи розжарювання, відомої в наш час у всьому світі.

Мал. 7.9. Лампа розжарювання Едісона

Томас Алва Едісон (1847–1931) – американський винахідник в галузі електротехніки, підприємець, засновник крупних електротехнічних компаній. Протягом життя Едісона Бюро патентів в США видало йому 1093 патенти – такої кількості ніколи не одержувала жодна людина.  Наприкінці 70-х років XIX століття за вирішення задачі виробництва невеликих електричних ламп розжарювання з декількох сторін взялися в Англії і Америці.

У 1878 р. до проблеми електричного освітлення звернувся великий американський винахідник Томас Едісон.

Ознайомившись з лампою Лодигіна, Едісон зацікавився проблемою електричного освітлення. При цьому він розумів, що електричним світильникам потрібно було витримати конкуренцію в ціні, яскравості, зручності та надійності з газовим ріжком. Провівши величезну кількість дослідів і перепробувавши більше шести тисяч різновидів матеріалів, Едісон визначив найбільш надійний на той час матеріал для ниток розжарювання, яким виявилося вугілля. У 1879 році ним була запропонована достатньо вдала конструкція вакуумної лампи з вугільною ниткою і гвинтовим цоколем. Через рік Едісон завершив практичну розробку своїх ламп розжарювання (мал. 7.9) і влаштував їх презентацію на пароплаві «Колумбія», розвісивши на ньому 115 засвічених ламп. Зрозумівши, що завдання практично вирішене, в останній день 1879 року він влаштував шоу. На замовлених Едісоном спеціальних потягах три тисячі чоловік прибули подивитися на сотні електричних лампочок, які горіли в його майстерні та на навколишніх дорогах. Енергія до них підводилася від центральної динамо-машини підземними кабелями.

Едісон винайшов патрон до електричної лампочки і збільшив розрідження в балоні, що дозволило значно продовжити термін служби ламп. Одного разу як нитку розжарювання він використав бамбукові волокна, з'ясувавши, що нитці необхідно надати можливо більший опір.

27 січня 1880 року Едісон отримав патент на нову конструкцію електричної освітлювальної лампи з патроном, що спричинило різке падіння акцій газових компаній. Але плани Едісона були значно ширші, ніж просто удосконалення електричної лампи розжарювання. «Все це настільки ново, – казав Едісон, – що кожен крок робиш в потемках. Потрібно створювати спеціальну динамо машину, лампи, провід ники і думати про тисячу речей, про які ще ніхто ніколи не чув». Ним були винайдені гвинтовий цоколь лампи, поворотний вимикач, запобіжник з плавкою вставкою і штепсельне з'єднання. Створена для реалізації ідеї масового електричного освітлення корпорація одержала назву «Едісон дженерал електрик компані».

У 1881 р. в Парижі відбувся міжнародний електротехнічний конгрес і велика електрична виставка, на якій Едісон продемонстрував свої електричні лампочки розжарювання. З того часу освітлення розжарюванням почало швидко розповсюджуватися. Електричні лампочки розжарювання стали дуже зручні для освітлення житлових приміщень, фабричних і заводських цехів; дістали можливість працювати при яскравому електричному освітленні водолази.

Кількість випромінюваного світла в сучасних лампах розжарювання залежить від робочої температури вольфрамової спіралі, яка нагрівається електричним струмом. Найяскравіше світло випромінюється при температурі нагріву 2700°С.