Електричне освітлення сприяє народженню практичної електротехніки

Електронні пристрої не виходили за межі лабораторій, поки не було достатньо потужного і економічного джерела електричної енергії і масового споживача. До 1870 р таке джерело був створений. Наступні за цією датою 15-20 років пройшли як роки зародження основних електротехнічних пристроїв масового промислового і побутового призначення, як го становлення нової галузі техніки. Це був «героїчний» період історії електротехніки.

Першим по-справжньому масовим споживачем електричної енергії з'явилася система електричного освітлення. Електрична лампа і по нинішній день залишилася найпоширенішим електротехнічним пристроєм.

Протягом першої половини XIX ст. панівне становище займало газове освітлення, що мало істотні переваги перед лампами з рідким пальним: централізація постачання установок світильним газом, порівняльна дешевизна пального, простота газових пальників і простота обслуговування.

Але в міру розвитку виробництва, зростання міст, будівництва великих виробничих будівель, готелів, магазинів, видовищних приміщень воно все менше задовольняло вимогам практики, так як було небезпечно в пожежному відношенні, шкідливо для здоров'я, а сила світла окремої пальники була мала. Особливо недоліки газового освітлення стали позначатися на великих підприємствах з великим числом робочих, зайнятих на виробництві по 12 - 14 годин на добу, викликаючи різке зниження продуктивності праці.

Тому цілком своєчасними, відповідали соціальному замовленню суспільства були спроби створити електричні джерела світла, незабаром рішуче витіснили всі інші джерела. Як приклад необачного і недалекоглядного виступу вкажемо на висловлювання одного з найбільших електриків, головного інженера фірми Грамма Іполита Фонг, який видав книгу «Електричне освітлення». Там знаходимо такі слова: «Для житлових приміщень газове освітлення є найприємнішим, зручним і дешевим. Електричне освітлення, можливо, знайде застосування для окремих великих кімнат і в парадних квартирах, але це буде такими рідкісними винятками, що надмірно звертати на них увагу ... Ніколи електричне світло не завдасть шкоди газу, масляним лампам і свічок ».

Фонтен помилився. І лише як нагадування про ті часи збереглися до наших днів у деяких західноєвропейських містах газові ліхтарі, що створюють своєрідний міський затишок і атмосферу історичного музею.

Розвиток електричного освітлення йшло за двома напрямками: конструювання дугових ламп і ламп розжарювання.

Цілком природно почати історію електричного освітлення з згадки про досліди В. В. Петрова в 1802 р, якими (як уже зазначалося) було встановлено, що за допомогою електричної дуги «темний спокій досить ясно освітлений можливо». Тоді ж, в 1802 р, Деві в Англії демонстрував напруження провідника струмом.

Електрична або «вольтова» дуга була в буквальному сенсі яскравий прояв електричного струму і в першій паювіне XIX століття вона часто демонструвалася в лабораторіях і на лекціях про електрику. Принциповими недоліками дугового джерела є: відкрите полум'я (і звідси - пожежна небезпека), величезна сила світла і необхідність регулювання дугового проміжку в міру згоряння вугілля.

У 1844 р французький фізик Жан Бернар Фуко (1819-1868 рр.), Ім'ям якого названо відкритий ним вихрові струми, замінив електроди з деревного вугілля електродами з ретортного вугілля, що збільшило тривалість горіння лампи. Регулювання залишалося ще ручним. Такі лампи могли отримати застосування лише в тих випадках, коли потрібно нетривалий за часом, але інтенсивне висвітлення, наприклад, при підсвічуванні предметного скла мікроскопа, при влаштуванні сигналізації в маяках або театральних ефектах. Легко собі уявити захоплення (а може бути і переляк) залу для глядачів, коли в Паризькому оперному театрі в 1847 р по ходу спектаклю (а давали оперу Мейербера «Пророк») схід сонця імітувався за допомогою дугової лампи!

Подальша історія дугового електричного освітлення пов'язана з винаходами різних механічних і електромагнітних регуляторів.

Ідея диференціального регулятора Чиколева, який отримав широке застосування в прожекторостроеніі, була використана іншими конструкторами, зокрема німецьким фабрикантом 3. Шуккерт. Крупносерійним випуск дугових ламп з диференціальним регулятором почали виробляти в кінці 70-х років заводи Сіменса (з якими об'єдналися заводи Шуккерт), і така лампа стала продаватися під найменуванням «дугова лампа Сіменса».

З 80-х років диференціальні дугові лампи стали єдиним типом дугових джерел світла, які застосовувалися для освітлення вулиць, площ, гаваней, а також для освітлення великих приміщень виробничого або громадського призначення, вони стали звичайними джерелами світла в прожекторної і світлопроекційної техніці.

Особливе місце серед дугових джерел світла займає «електрична свічка» Павла Миколайовича Яблочкова (1847 1894). Винахід, про який піде мова, не привело до масового і стійкого застосування саме цього джерела світла, але воно заслуговує на особливу оцінку і окремої розповіді, оскільки саме «електрична свічка» була тією детонатором, який викликав бурхливе зростання електротехнічної промисловості.

П. Н. Яблочков був військовим інженером, випускником інженерного училища в Петербурзі. Закінчення їм училища збіглося але часу з появою дінамомашііи, і молодий офццер, зацікавившись електротехнікою, незабаром поступив в Технічне гальванічне заклад, в якому готувалися військові електротехніки. Бажаючи присвятити себе повністю робіт з електротехніки, Яблочков виходить у відставку і займається дослідженнями в створеній ним в Москві майстерні фізичних пркоороз.

Восени 1875 р Яблочков проводив досвід електролізу кухонної солі. Два вугільних електроди були розташовані паралельно, і одного разу, коли електроди на мить торкнулися один одного в нижніх своїх частинах, між ними виникла електрична дуга. Яблочков разом зі своїм помічником як заворожені спостерігали за товстими скельцями скляної посудини яскраве в буквальному сенсі слова явище і «надали вугіллю горіти до кінця, а судині тріснути». Побачивши тривале горіння дуги між паралельними стрижнями, винахідник вигукнув, звертаючись до свого колеги: «Дивись, і регулятора ніякого не потрібно!».

Винахід було важливим, але геніально простим: щоб позбутися від дорогах регуляторів потрібно просто повернути вугілля з зустрічного положення в паралельне. Необхідно було кілька днів, щоб технічно доопрацювати винахід. Але П. Н. Яблочков все життя був поганим підприємцем; його московська майстерня зазнала фінансовий крах і йому загрожувала боргова в'язниця. Рятуючи свій винахід, він терміново переїхав до Парижа.

У Парижі Яблочков познайомив зі своєю ідеєю великого вченого і власника заводу з виробництва точних приладів Бреге, і вже 23 березня 1876 року він отримав патент на що стала знаменитою «електричну свічку».

Електрична свічка Яблочкова 1 вугільні електроди, 2 - ізолюючий шар, 3 - затискачі для підключення до джерела електроенергії

Зовнішній вигляд електричної свічки показаний на малюнку, де видно, що в утримувачі з токоподводами зміцнювалися два паралельних вугільних стержня, відокремлених один від іншого шаром каоліну. У верхній частині лампи була тонка провідна перемичка - запал, коли включали лампу перемичка горіла, на її місці виникала дуга і вугілля вигоряли, зменшуючись в розмірах як стеаринова свічка.

П. Н. Яблочков став дуже відомою людиною, в знак визнання його робіт з'явився вираз "російська світло". У тому ж 1876 р він організував компанію з виробництва систем освітлення, в якій вів роботу в якості технічного керівника. Першою операцією компанії було освітлення універсального магазину «Лувр» в Парижі, потім іподрому і, мабуть, найефектніше - освітлення вулиці Опери.

Винахідник тепер став багатою людиною. Його винахід здійснювало тріумфальний хід по всьому світу: за Парижем було освітлення моста Ватерлоо в Лондоні, Гаврскій гавані, казарм і кораблів, Великого театру в Петербурзі.

Для впровадження своєї системи в Петербурзі Яблочков поїхав з Парижа, сплативши компанії все заощадження за право експлуатації своїх винаходів в Росії. Але діяльність нової компанії виявилася неуспішною, та й час тріумфу електричної свічки швидко скінчилося, з'явилися більш зручні лампи розжарювання. Яблочков пережив великі позбавлення, що супроводжувалися моральними переживаннями, і помер у себе на батьківщина, в Саратові, в віці всього 47 років, залишивши сім'ю без засобів.

Але повернемося знову до винаходів Яблочкова. Одна електрична свічка могла горіти близько 2 годин. При установці декількох свічок в спеціальному ліхтарі, обладнаному перемикачем Для включення черговий свічки можна було забезпечити безперебійне освітлення протягом більш тривалого часу.

Винахід електричної свічки сприяло впровадженню в практику змінного струму. Електрообладнання технології попереднього періоду базувалася виключно на постійному струмі (телеграфія, гальванотехніка, мінна справа). Дугові електричні лампи з регуляторами також харчувалися постійним струмом. При цьому позитивний електрод згорав швидше негативного, тому його доводилося брати більшого діаметра.

П. Н. Яблочков встановив, що для харчування свічки краще застосовувати змінний струм, в цьому випадку при електродах однакового діаметра виходила цілком стійка дуга. У зв'язку з тим, що освітлювальні установки по системі Яблочкова стали підключати до джерел змінного струму, помітно зріс попит на генератори змінного струму, які раніше не знаходили практичного застосування.

Про значення електричної свічки в розширенні виробництва електричних генераторів змінного струму можна судити з такого прикладу: якщо до появи електричної свічки завод Грамма випускав протягом 1870-1875 рр. по кілька десятків машин в рік, то за 1876 р випуск генераторів зріс майже до 1000 шт. Заводи виготовляли електричні генератори, спеціально призначені для установок електричного освітлення та навіть потужність машин позначалася за кількістю питомих електричних свічок (наприклад, «шестісвечная машина»).

Значному розвитку електротехніки сприяла також і розробка Яблочкова кількох дуже ефективних систем «дроблення електричної енергії», що забезпечували можливість включення в ланцюг, що живиться одним генератором, декількох дугових ламп.

Серед способів «дроблення», запропонованих Яблочкова, два отримали практичне застосування: секціонування обмотки якоря генератора (в результаті вийшло кілька незалежних ланцюгів, в які включалися свічки) і застосування індукційних котушок.

Схема розподілу електричної енергії за допомогою індукційних котушок 1 - переривник, 2 - індукційні котушки, 3 - електросвечі

Первинні обмотки котушок включалися послідовно в ланцюг, а у вторинну обмотку в залежності від її параметрів могли підключатися одна, дві і більше свічок. Якщо первинний ланцюг харчувалася постійним струмом, то передбачалося включення в неї спеціального переривника для наведення ЕРС у вторинних обмотках котушок.

З малюнка видно, що Яблочков використовує індукційну котушку як трансформатора. Схема цікава і тим, що в ній вперше отримала своє оформлення електрична мережа з її Але значення електричної свічки цим не вичерпується.

Винахід дешевого приймача електричної енергії, доступного для широкого споживача, необхідно було вирішити ще однією важливою електротехнічної проблеми - централізації виробництва електричної енергії та її розподіл. Яблочков першим вказав на те, що електрична енергія повинна розподілятися подібно до того, як доставляються до споживачів газ і вода.

Подальший прогрес електричного освітлення був пов'язаний з винаходом лампи розжарювання, яка виявилася більш зручним джерелом світла, які мають кращі економічні та світлові показники.

Веселовський О. Н. Шнейберг А. Я "Нариси з історії електротехніки"