Модель лампы созданная яблочковым

Работа с мощной дуговой лампой заводского производства требует достаточно высокой инженерной квалификации демонстратора, иначе часто перегорают балластные сопротивления и источники тока. Такую лампу вполне можно заменить самодельными моделями – «мини-дугой» Петрова и «мини-свечой» Яблочкова, которые эффектны в демонстрации, не боятся коротких замыканий и, будучи закрыты оконным или электроламповым стеклом, позволяют учащимся рассмотреть их устройство.

Высоковольтный трансформатор

Для начала необходимо сделать высоковольтный источник тока с большим внутренним сопротивлением. Его делаем из дроссельной катушки и школьного универсального трансформатора (УТ). Число витков дроссельной катушки превышает в 3,6 раза число витков сетевой катушки УТ, поэтому, включив дроссельную катушку в качестве вторичной обмотки УТ и меняя с помощью лабораторного автотрансформатора напряжение на первичной обмотке УТ от 0 до 250 В, на выходе можно получить напряжение до 250 В 3,6 = 900 В.

Замкнём выходную цепь полученного трансформатора на реостат сопротивлением не менее 1000 Ом, выдерживающий силу тока 0,4 А. Последовательно с реостатом включим миллиамперметр (0–400 мА). Постепенно уменьшая сопротивление реостата, убеждаемся в том, что ток короткого замыкания вторичной цепи не превышает 400 мА и не вызывает перегрева обмоток трансформатора. Этот результат полезно использовать при изучении темы «Трансформатор» (продемонстрировать работу УТ с различными коэффициентами трансформации, в том числе и в режиме короткого замыкания при напряжении 220 В в первичной цепи).

Возникает вопрос: нельзя ли подключать нагрузку малого сопротивления непосредственно к выходу УТ? Другими словами, можно ли замыкать накоротко его низковольтные обмотки, если первичная обмотка подключена к сети 220 В? Используя реостат и амперметр, убеждаемся, что режим короткого замыкания в этих случаях недопустим. Теперь ставим аналогичный опыт с дроссельной катушкой. Выясняем, что дроссельная катушка, обладая значительным индуктивным сопротивлением, не боится коротких замыканий.

Модели дуги Петрова и свечи Яблочкова

Для изготовления модели электрической дуги Петрова требуются тонкие, прочные, плохо проводящие тепло проводники. Подходят стержни для карандашей, прокалённые в течение нескольких минут в вытяжном шкафу химкабинета или на открытом воздухе. Стержни закрепляем горизонтально в отверстиях в стойке. Они очень хрупкие, поэтому на концы надеваем мягкую проволочную оплётку (например, от экранированных монтажных проводов) и прижимаем сверху болтами. В качестве источника тока можно взять самодельный описанный выше трансформатор, выпрямитель ВС 24М, вышедший из употребления автотрансформатор для киноаппаратов и т.п.

Теперь можно ставить опыты по изучению теплового и светового действий тока. Стержни накрываем рассеивателем света или каким-нибудь стеклянным колпаком и подключаем к источнику тока.

Модель дуги Петрова или стерженьковой лампы Лодыгина

Собственно, у нас получилась модель стерженьковой лампы накаливания Лодыгина. Такие лампы требовали больших токов. Кроме того, вставала проблема впаивания толстых электродов в защитные стеклянные колбы. Эта проблема была блестяще решена Т.-А.Эдисоном, который заменил толстые стержни тонкими длинными нитями, которые разогревались в вакууме в результате пропускания малого тока.

Итак, два стержня разогреваем электрическим током. В месте неплотного контакта они сначала искрят, и учащиеся наблюдают, как плохой, искрящий контакт электрической цепи превращается в яркий дуговой разряд. Именно это явление часто становится причиной разрушения колб ламп, а то и пожара. Через несколько минут электроды выгорают, расстояние между ними становится слишком большим, дуга гаснет. Возникает проблема: как продлить горение дуги? Сближать стержни (вручную или автоматически) – в некотором роде решение, но далеко не лучшее.

Начинаются поиски «свечи Яблочкова». После обсуждения показываем действующую модель «электрической свечи». Её нетрудно изготовить из плоского медного провода 10 2 мм, применяемого в обмотках сварочных трансформаторов.

Изготавливаем пружинящие медные контакты. Два отрезка указанного провода длиной приблизительно по 7 см складываем вместе широкими сторонами и закрепляем вертикально в тисках. Посередине сборки высверливаем (или выпиливаем надфилем) вертикальные канавки (глубиной около 1 мм и длиной 12 мм) под круглые стержни, которые мы будем зажимать между контактами. Сгибаем оба отрезка под прямым углом и закрепляем их болтами на толстой фанере с зазором 4 мм. В зазор вставляем тонкое покровное стекло. Полученную пару пружинящих контактов подсоединяем к клеммам, от которых идут провода к источнику тока.

Прокалённые стержни покрываем вязким раствором каолина, оставляя чистыми концы длиной около 15 мм для соединения с контактами. Каолиновое покрытие наносим кисточкой несколько раз до получения ровного слоя толщиной около 1 мм, каждый раз оставляя просыхать. Через несколько часов стержни закрепляем в пружинящих контактах, подключаем их к трансформатору и «поджигаем» с помощью заточенного карандаша (на карандаш для изоляции надеваем плотный кембрик, резиновую трубку или изоленту).

Можно сделать более простой вариант. Возьмём перегоревшую лампу накаливания (150 Вт), в которой сохранились целыми токовводы. Освобождаемся от колбы и стеклянного штабика с крючками. На никелевых токовводах закрепляем покрытые каолином стержни. Полученную «свечу» вкручиваем в патрон – модель готова к работе. После зажигания такую свечу можно закрыть колбой от той же лампы.

Источник постоянного тока

Источник переменного напряжения 0900 В легко превратить в источник регулируемого постоянного напряжения 01000 В, подключив к выводам вторичной обмотки трансформатора диодный мостик с простейшим конденсаторным фильтром. С помощью такого источника можно проверять, при каком напряжении зажигаются лампы дневного света, как работает электрометр в качестве электростатического вольтметра, поставить опыт-иллюстрацию к дискуссии о том, кто являлся первооткрывателем взаимодействия между проводником с током и магнитной стрелкой – итальянец Романьози или датчанин Эрстед. Моделируем опыт Романьози: закрепляем на одном полюсе источника постоянного напряжения алюминиевую пластину, а возле неё на расстоянии около 5 мм располагаем вращающуюся на острие магнитную стрелку. Постепенно повышая напряжение источника, обнаруживаем электростатическое взаимодействие пластины и магнитной стрелки (притяжение и последующее отталкивание). Соотечественник Романьози, историк науки М.Льоцци, полагает, что тот в лучшем случае мог наблюдать электростатическое взаимодействие одного из полюсов незамкнутого вольтова столба с намагниченной иглой на подвесе.

Споры о том, кто был истинным изобретателем лампы накаливания, ведутся по сей день. В основном, фигурируют два имени – Томас Эдисон и Александр Лодыгин. На самом же деле, великое открытие состоялось благодаря упорной работе многих ученых.

Кто первым в мире и когда придумал и изобрел?

С древних времен люди искали способы освещения в ночное время. Например, в Древнем Египте и Средиземноморье использовались аналоги керосиновой лампы. Для этого в особые глиняные сосуды вставлялся фитиль из хлопчатобумажной ткани и наливалось оливковое масло.

Жители побережья Каспийского моря использовали похожее устройство, только вместо масла в сосуд наливали нефть. В Средние века глиняные светильники сменили свечи из пчелиного воска и сала.

Но во все времена ученые и изобретатели искали возможность создать долговечный и безопасный осветительный прибор.

После того как человечество узнало об электричестве, исследования вышли на качественно новый уровень.

За изобретение первых электрических ламп, подходящих для коммерческого использования, мы должны благодарить трех ученых из разных стран. Независимо друг от друга они проводили свои эксперименты и в итоге добились результата, перевернувшего мир.

ВАЖНО! В 70-е годы XIX века было получено три патента на новейшие устройства – угольные лампы накаливания в вакуумных колбах.

В 1874 г. выдающийся ученый Александр Николаевич Лодыгин запатентовал свою лампу накаливания в России.

В 1878 г. Джозеф Уилсон Суон подал заявку на британский патент.

В 1879 г. американский патент получил изобретатель Томас Эдисон.

Именно Эдисон создал первую промышленную компанию по производству ламп накаливания. Большой заслугой стало то, что он сумел добиться длительной продолжительности работы – более 1200 часов – благодаря использованию карбонизированного бамбукового волокна.

В начале 80-х годов XIX века Эдисон и Суон организовали в Британии совместную компанию. Она так и называлась «Эдисон и Суон». В то время она стала самым крупным производителем электрических ламп.

В 90-е годы Александр Лодыгин переехал в Америку, где и предложил использовать вольфрамовую или молибденовую спираль. Это был очередной технологический прорыв. Лодыгин продал свой патент компании General Electric, которая начала производить электрические лампы с вольфрамовой нитью.

А уже в 1920 году один из работников компании Уильям Дэвид Кулидж рассказал миру, как можно производить вольфрамовую нить в промышленных масштабах. В том же году другой ученый из General Electric по имени Ирвинг Ленгмюр предложил наполнять колбу лампочки инертным газом.

Именно это значительно повысило период работы лампы накаливания, а также увеличило светоотдачу.

Этими устройствами человечество пользуется по сей день.

История создания электрической лампочки

Конечно, история создания лампы неотделима от развития такой науки, как электротехника. Она берет начало с открытия в XVIII веке электрического тока. Это открытие поспособствовало тому, что выдающиеся ученые со всего мира занялись изучением и развитием электротехники, которая к тому времени выделилась в самостоятельную науку.

• XIX век стал веком глобальных открытий. В 1800 году был изобретен гальванический элемент – химический источник тока. Его еще называют вольтовым столбом в честь итальянского ученого Алессандро Вольта.
• В следующем году в Санкт-Петербурге руководство Петербургской медико-химической Академии приобрело электрическую батарею. Это мощное устройство было куплено в кабинет профессора Василия Петрова. Состояла батарея из 420 пар гальванических элементов. Целый год профессор Петров проводил с ней эксперименты, пока в 1908 году не открыл знаменитую электрическую дугу. Она представляет собой разряд, возникающий между угольными стержнями-электродами, разведенными на определенное расстояние. Тогда же и было предложено использовать электрическую дугу как источник света.
• Первым шагом к созданию современных ламп накаливания стало изобретение в 1809 году первой лампы с платиновой спиралью в основе. Сделал это англичанин Деларю.
• Через несколько десятилетий, в 1854 году немецкий ученый Генрих Гебель создал похожее устройство. Главным отличием было то, что он использовал обугленную бамбуковую нить, помещенную в вакуумный сосуд. То есть, этот вариант был уже гораздо ближе к известной всем нам электрической лампе. Гебель продолжал совершенствовать свое изобретение еще пять лет, создав устройство, которое называют первой практической лампой. К сожалению, получить патент он не мог, т. к. был эмигрантом без денег и связей. Тем не менее, он использовал свое изобретение для освещения принадлежавшего ему магазина часов.
• Что касается массового электрического освещения, то здесь несомненный вклад внес наш соотечественник, выдающийся ученый Павел Николаевич Яблочков. Свои эксперименты он начал в России, а затем продолжил в Париже после эмиграции. Именно он создал простую, недорогую и долговечную «электрическую свечу». В 1876 году ученый представил свое изобретение на выставке в Лондоне. В том же году лампы, созданные Яблочковым стали появляться сначала на самых посещаемых улицах Парижа, а затем распространились на весь мир.

НА ЗАМЕТКУ! Отличительной чертой «свечи Яблочкова» было то, что для нее не требовалось вакуума. Нить накала, изготовленная из каолина, не перегорала и не теряла своих свойств на открытом воздухе.

И, конечно, говоря об истории электротехники, нельзя не вспомнить ученых, перевернувших мир – Александре Лодыгине и Томасе Эдисоне. Именно они, проводя эксперименты независимо друг от друга, в 70-е годы XIX века создали электрическую лампу.

Александр Лодыгин – изобретатель из России

В 1872 году в Санкт-Петербурге Александр Николаевич Лодыгин приступил к опытам по электрическому освещению.

Его первые лампы представляли собой тонкую угольную палочку, зажатую между объемными стрежнями из меди. Все это находилось в закрытом стеклянном шаре.

Это было еще несовершенное устройство, тем не менее, они начали активно использоваться для освещения зданий и улиц Петербурга.

В 1875 году в товариществе с Коном была выпущена усовершенствованная электрическая лампа. В ней угольки заменялись автоматически, кроме того, они располагались в вакууме. Эта разработка принадлежит электротехнику Василию Федоровичу Дитрихсону.

В 1876 году другой исследователь, Булыгин также внес коррективы. В его разработке уголек выдвигался по мере сгорания.

В конце 70-х годов лампа накаливания, созданная Лодыгиным и запатентованная в России, Франции, Великобритании, Австрии и Бельгии, попала, наконец, и в США. Лейтенант Хотинский отправился к побережью Америки, чтобы принять корабли, построенные для Российского флота. Именно Хотинский посетил лабораторию и показал «лампу Лодыгина» и «свечу Яблочкова» американскому исследователю Томасу Эдисону.

Доподлинно неизвестно, как это повлияло на ход мыслей Эдисона, который и сам в то время работал над созданием искусственного освещения. Как бы то ни было, именно Эдисон довел конструкцию лампы накаливания до качественно нового уровня, а также популяризовал ее, организовав массовое производство. Это помогло значительно снизить стоимость, что позволяло покупать лампу даже беднякам.

Александр Лодыгин также не останавливался в своем рвении усовершенствовать лампу накаливания. После переезда в США, в 1890 году, Лодыгин получил еще один патент – на лампу с металлической нитью из тугоплавких металлов — осьмия, иридия, родия, молибдена и вольфрама. Это был настоящий прорыв в области электротехники. Изобретение имело оглушительный успех, и в 1906 году патерн на него был куплен компанией General Electric. К слову, компания эта принадлежала Томасу Эдисону.

Создание лампочки Эдисоном

Во всем мире принято считать, что электрическую лампочку изобрел ученый Томас Альва Эдисон.

На протяжении многих лет Эдисон ставил эксперименты в области электротехники. В течение почти двух лет он искал идеальный вариант для нити накаливания.

Исследователь провел эксперименты более чем с шестью тысячами углеродсодержащих материалов. Методично перебирая и исследуя разнообразные вещества, Эдисон пришел к выводу, что лучшим вариантом является японский бамбук, из которого создан футляр для веера.

В 1879 году появилась первая заметка в газете, гласящая об изобретении Томасом Эдисоном лампы накаливания с угольным стержнем. Названа она была «Эдисоновский свет». Такая лампа могла непрерывно гореть в течение сорока часов. В том же году Эдисон запатентовал свое изобретение.

Нельзя сказать, что Эдисон внес значительные изменения в лампу накаливания, созданную Лодыгиным.

Как выглядел вариант лампы Эдисона?

Это также была стеклянная колба, из которой был полностью выкачан воздух. Горел в ней так же угольный тонкий стержень. Но именно Эдисон создал условия для максимально комфортной работы ламп накаливания. Он изобрел такие вещи, как винтовой цоколь, патрон, счетчики энергии, а также выключатели и предохранители.

Более того, организовав собственное производство, он поставил на поток изготовление электрических лампочек и механизмов электрический системы. Несмотря на то что лампа накаливания была создана задолго до получения патента американским ученым, именно благодаря Эдисону электрическое освещение получило столь широкое распространение.

Патент Эдисона на лампу накаливания вскоре (еще до окончания срока действия) был призван недействительным.

Говоря о великом изобретении – лампе накаливания – нельзя называть только одно имя. Без сомнения, у нее было несколько выдающихся изобретателей, каждый из которых внес неоценимый вклад в развитие электротехники.

Первая дуговая электрическая лампа была изобретена в 1802 г. русским физиком В.В. Петровым. Ее основу составляли два угольных стержня, располагавшиеся горизонтально. Один из них присоединялся к положительному полюсу электрической батареи, другой — к отрицательному. Разогреваясь, стержни начинали светиться, и между ними возникала светящаяся электрическая дуга. Чтобы получить такую дугу, следовало разводить угольные стержни на строго определенное расстояние, что было трудно осуществить технически.

В середине XIX в. французский физик Ж. Фуко придумал регулятор, который автоматически поддерживал необходимое расстояние между углями. Однако это усложнило конструкцию лампы. В конце XIX в. идея создания удобной в использовании электрической лампочки, что называется, витала в воздухе. П.Н. Яблочков одним из пер-вых принялся за решение этой проблемы.

«Свеча Яблочкова» отличалась простой конструкцией. Угольные электроды изобретатель расположил не горизонтально, как это делали до него, а ; вертикально, поместив между ними .изолятор (фарфоровую вставку). При пропускании через «свечу» электрического тока вверху возникала светящаяся дуга, зажигавшая электроды. Чтобы добиться равномерного освещения, Яблочков обмазывал электроды слоем каолина — бе-лой глины, выполнявшей роль изолятора. Лампы работали в течение часа, а затем сгорали. Чтобы лампа светила дольше, Яблочков увеличил толщину одного угольного стержня, а также использовал переменный ток.

К изобретателю пришла слава. В Париже его лампочками был впервые освещен магазин «Лувр». Газовые фонари на улицах французской столицы были демонтированы — их повсеместно заменили «свечи Яблочкова». Помещенные в белые матовые шары, они давали приятный яркий свет.

Лампы Яблочкова можно было встретить не только в Париже: они горели на центральных улицах всех европейских столиц, В залах и ресторанах лучших гостиниц, на аллеях крупнейших парков Европы. На предприятиях товарищества выпускалось по 10 тыс. лампочек в день, а раскупались они мгновенно (одна лампочка стоила 20 копеек, что было по тем временам не так уж дешево).

Но триумф русского изобретателя был недолгим. Вскоре стали утверждать, что на самом деле свет пришел не из России, а из Америки и что русский ученый специально сделал свои лампы недолговечными, чтобы разбогатеть. Но и объективно будущее принадлежало не дуговой лампе, а лампе накаливания, изобретенной нашим соотечественником А.Н. Лодыгиным и усовершенствованной Т. Эдисоном (именно такой лампой мы пользуемся до сих пор).

В 1879 г. П.Н. Яблочков вернулся в Россию. В Петербурге было налажено производство дуговых ламп, но запустить их в широкое потребление не удалось. Тем не менее заслуга изобретателя несомненна. Благодаря «свече Яблочкова» в жизни людей наступила новая эра: электрический свет перестал восприниматься как чудо. Сегодня мы вспоминаем о П.Н. Яблочкове с глубоким уважением к его многотрудной жизни и его изобретению.

100 великих русских изобретений, Вече 2008