Маркос Санчес - Поистине светлая идея. Эдисон. Электрическое освещение

После возвращения он, по рекомендациям, посетил фабрику «Уоллес энд Санс» — крупное предприятие, занимавшееся литьем из меди и латуни. Оно было особенно известно благодаря выпуску проводов и другой продукции в области связи, а его хозяин, Уильям Уоллес (1825-1904), провел десяток лет за экспериментами с электричеством и с 1874 года производил динамо-машину собственной конструкции. Незадолго до визита Эдисона он начал работать над системой освещения, основанной на дуговой лампе, питаемой от мощного электрического генератора. Лаборатория Уоллеса в Ансонии (штат Коннектикут) служила лучшим примером того, что могли предложить США в области использования электрической энергии.

Первый шаг — это найти идею... А вот дальше начинаются сложности.

Томас Альва Эдисон

Когда Эдисон увидел, как при включении генератора разом загорелись все лампочки Уоллеса, это показалось ему чудом. Его ум сразу принялся за подсчеты мощности, стоимости за час и прочего. Перед ним раскрывались самые манящие коммерческие возможности из всех, которые когда-нибудь встречались ему на пути. Даже начальные инвестиции, необходимые для разрешения всех возможных технических проблем и создания электрической сети, не должны были быть слишком значительными. На следующий день изобретатель усадил всю команду Менло-Парка, включая и себя самого, работать исключительно над созданием электрического освещения.

Хотя эта область и была новой для Эдисона, электричество уже являлось частью истории науки. В 1808 году британский химик Гемфри Дэви (1778-1829), считающийся одним из основателей электрохимии наряду с Вольтой и Фарадеем, использовал мощную электрическую батарею, чтобы продемонстрировать в Королевском институте, что электричество может производить свет двумя основными способами: создавая искру в форме дуги между двумя раздельными проводниками или нагревая тугоплавкий металл до раскаленного состояния. С тех пор возможность создания эффективной электрической лампы занимала многих исследователей и изобретателей, но ограниченная доступность и огромная цена электрического тока до начала 1860-х годов мешали какому-либо прогрессу в их деле. Хотя патенты на дуговые лампы и лампы накаливания выдавались начиная с 1840-х годов, никто так и не смог разработать функциональную модель лампочки, пригодную для использования на практике.

По большей части исследования концентрировались на дуговых лампах. Дэви использовал два куска угля, чтобы продемонстрировать: мощный электрический ток может производить постоянную электрическую дугу, испускающую очень яркий свет (см. рисунок 1). Эффективность работы лампы, то есть яркость света, зависела от зазора между кусками угля. Несмотря на простоту устройства, дуговая лампа не была лишена серьезных проблем. Прежде всего оставалось непонятным, как сделать так, чтобы сильный жар от дуги не расплавлял кончики угольных электродов при каждом включении источника питания. Кроме того, требовалось найти метод сохранения постоянного расстояния между электродами при их износе, происходящем в процессе испускания света.

РИС. 1

В 1878 году ученые уже хорошо знали основные технологические принципы дуговой лампы, и в ее конструкции был достигнут прогресс, позволявший использовать ее на практике. Уильям Уоллес рассказал Эдисону про самую последнюю новинку в этой области: электромагнитный регулятор, удерживающий угольные электроды на постоянном расстоянии друг от друга, благодаря чему при пропускании тока получался ровный яркий свет. В то время встречались дуговые лампы, освещающие общественные здания и магазины, но они не подходили для домашнего использования, потому что были слишком мощными. Для освещения частных домов, нуждавшихся в гораздо меньшей интенсивности света, вполне удовлетворительным вариантом считались газовые лампы.

По сравнению с дуговой лампой развитие технологии ламп накаливания сильно отставало. Дэви показал: электрический ток может нагреть вещество до такой температуры, что оно начнет светиться. Но основная проблема состояла в том, что рабочая температура должна быть достаточно высока, чтобы вызвать свечение, и в то же время она не должна вызвать окисление и сгорание вещества. Исключение представлял собой уголь, который не плавился при высоких температурах, однако благодаря своим свойствам мог легко вспыхнуть, из-за чего эксперименты с ним слишком далеко не продвинулись. Платина, обладающая высокой сопротивляемостью окислению, являлась еще одним материалом с приемлемыми качествами. Но она дорогая, и, что особенно важно, ее трудно довести до температуры свечения, которая очень близка к температуре плавления (около 1770 °С).

Во второй четверти XIX века многие исследователи изучали проблему лампы накаливания, разрабатывая нити из различных комбинаций платины или иридия и угольных прутков, заключенных в стеклянные сосуды с откачанным или частично откачанным воздухом.

Согласно определению, свет можно рассматривать как электромагнитную волну либо как поток фотонов (элементарных частиц). Он всегда служил одним из главных объектов физических исследований, в которых отметились такие известные ученые, как Ньютон, Гюйгенс, Френель, Юнг, Милликен, Эйнштейн и много других. Изучение световых явлений показывает, что свет обладает двойственной природой: волновой (то есть ведет себя как волна), когда он распространяется, и корпускулярной (то есть ведет себя как поток частиц), когда взаимодействует с материей. Этот постулат — один из базовых принципов квантовой механики. С одной точки зрения, основанной на корпускулярной природе света, фотоны определяются как сгустки энергии, обладающие импульсом, но не имеющие массы. Такие частицы могут испускаться атомом. Чтобы понять процесс, благодаря которому это становится возможным, необходимо ввести понятие атомных орбит. Электроны в атоме связаны с атомным ядром. В расширенном смысле можно сказать, что они занимают определенные области вокруг ядра, электронные орбиты, в зависимости от их уровня энергии. В целом электроны, расположенные на более высоких энергетических уровнях, движутся по орбитам, более удаленным от ядра. Процессы испускания фотонов (света) объясняются следующим образом: когда электрон принимает или получает энергию, например из-за столкновения с другими частицами (1), он может перескакивать на орбиту с более высоким энергетическим уровнем (2). Эта ситуация называется «возбужденное состояние» и длится мельчайшие доли секунды (переходное состояние). Почти сразу электроны стремятся к базовому энергетическому уровню (с меньшей энергией), возвращаясь на свою первоначальную орбиту. При этом энергия, соответствующая разнице между энергетическими уровнями, высвобождается в виде фотона (3).