Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Человеку всегда нужен был свет, и он использовал для освещения самые разные приборы с тех самых пор, как впервые разжег костер. В 1800 году главными источниками освещения были свечи, в основном сальные, и масляные лампы, в которых, как правило, горели животные или растительные жиры. Уильям Мердок произвел первый осветительный газ в 1790-х годах путем нагревания угля и извлечения его летучих компонентов, которые легко воспламенялись на воздухе. В 1798 году он построил газовую станцию для освещения здания в Бирмингеме. Во Франции Филипп Лебон (1767–1804) в 1799 году получил патент на газовое освещение, используя летучие газы от нагретого дерева. Но Лебон умер, не успев усовершенствовать свое изобретение. Он только осветил собственный дом и территорию. Здание Pall Mall в Лондоне было освещено газом в 1807 году, а Вестминстерский мост – в 1813 году. В Париже газовые фонари стали появляться на улицах в 1820 году. В Соединенных Штатах в 1812 году Дэвид Мелвилл (1773–1856) осветил свой дом в Ньюпорте угольным газом, который получал неподалеку, а в 1813 году – хлопковую фабрику. Балтимор стал первым американским городом с уличным газовым освещением. Компания, организованная в 1816 году, несколькими годами позже начала поставлять газ. Природный газ впервые стал использоваться для освещения во Фредонии, где в 1821 году был проведен небольшой газопровод (труба диаметром 1½ дюйма) от месторождения. Полученный газ в течение ряда лет снабжал тридцать уличных фонарей.

Томас Друммонд (1797–1840) ввел лампы накаливания в 1825 году, поместив твердый кусочек известняка в газовое пламя. Идея уже была известна, но впервые ее применил на практике Друммонд. Яркий свет, который испускал раскаленный добела известняк, стал известен как друммондов свет. Широко использованная калильная сетка Вельсбаха, разработанная в 1885 году австрийцем Карлом Ауэром вон Вельсбахом, использовала тот же принцип. В начале XX века газ оставался важным источником освещения, хотя электрическое освещение быстро распространялось.

В 1801 году английский химик Хамфри Дэви (1778–1829) обнаружил, что может получить яркую вспышку или дугу между двумя разделенными угольными стержнями в цепи батареи. Однако батарея Дэви была недостаточно мощная, чтобы дать стабильную дугу. Только в 1863 году, после испытания дуговой лампы на маяке Дандженесс, что на южном побережье Кента, в 1862 году, дуговые лампы стали использоваться на практике. В частности, они были установлены на одном из двух маяков возле Ле-Гавра. Малоэффективные генераторы типа генератора Пикси, построенные бельгийцем Флорисом Нолле (1794–1853), обеспечивали подачу электричества. Дуговое освещение стало коммерчески доступным только десятилетием позже, когда появилась дешевая электроэнергия, гораздо более дешевая, чем энергия батарей или ранних генераторов.

Бельгиец Зеноб Теофил Грамм (1826–1901) многое сделал для коммерческого развития генератора и двигателя. Его первый ручной экспериментальный генератор 1871 года был очень похож на генератор Пачинотти, хотя Грамм, скорее всего, не знал о работе итальянского профессора. В 1873 году Грамм установил свои первые машины для дугового освещения, чтобы заменить более старые генераторы во французских маяках. Одновременно он построил несколько генераторов, чтобы заменить батареи, которые тогда использовались для нанесения гальванических покрытий никеля и серебра. Генераторы Грамма работали от поршневых паровых машин и были лучше других современных коммерческих генераторов. В 1876 году Грамм усовершенствовал их. Теперь он мог строить генераторы, работавшие на более высоких скоростях, более легкие и мощные. Вся линейка генераторов Грамма основывалась на модели 1876 года и в конце 1880-х годов еще хорошо продавалась.

Работая на парижской фабрике, выпускавшей генераторы Грамма, русский инженер Павел Яблочков (1847–1894) в 1876 году изобрел «свечу Яблочкова» – один из вариантов электрической угольной дуговой лампы. Свеча состояла из двух угольных стержней, расположенных рядом, но изолированных друг от друга белой глиной, которая испарялась, когда стержни горели. Поскольку один стержень угольной дуги, использующий постоянный ток, горит быстрее другого, Грамм спроектировал генератор переменного тока, чтобы использовать его со свечой Яблочкова. Новое освещение появилось на парижских улицах в 1878 году. Оно было настолько ярким в сравнении с существующими газовыми лампами, что распространилось по многим европейским городам.

Американец Чарльз Фрэнсис Браш (1849–1929) установил первую систему уличного освещения Браша в Кливленде в 1879 году и другую – в Нью-Йорке в 1880 году. Система Браша была лучше системы Яблочкова, потому что лампа Браша светила вдвое дольше лампы Яблочкова до того, как приходилось менять угольные стержни. Браш также сконструировал генератор с переменным напряжением, которое контролировалось нагрузкой, а ток оставался постоянным. Чтобы регулировать дугу в лампе, когда угольные стержни сгорали, Браш придумал автоматическое зажимное устройство, которое держало горящие концы стержней на постоянном расстоянии друг от друга. Многие крупные города в Соединенных Штатах и Европе в начале 1880-х установили системы Браша. Дуговой свет использовался для освещения улиц и больших помещений даже в XX веке.

Томас Алва Эдисон (1847–1931) начал работать над электрической лампой накаливания в 1877 году. Он был далеко не первым изобретателем, который пытался создать такую лампу, и даже не первым, получившим работающий образец. На самом деле такая лампа была сделана еще в 1820 году, и в последующие десятилетия многие инженеры и изобретатели, в том числе англичанин Джозеф Уилсон Суон (1828–1914), придумывали самые разнообразные модели. Но только Эдисону удалось создать лампу накаливания, пригодную для массового производства и использования. Когда Эдисон начал работать, дуговой свет уже был хорошо известен. Не приходилось сомневаться, что он слишком яркий, чтобы использовать его в жилых домах. Поэтому Эдисон хотел придумать лампу, которая даст более мягкий, не такой яркий свет. Его первые лампы, сделанные в 1878 году, имели нить накаливания из платиновой проволоки в стеклянной колбе, откуда был откачан воздух, и работали при 10 вольтах. Эти последовательно соединенные лампы оказались совсем не такими надежными, как предсказывал Эдисон. Более того, он осознал, что, хотя последовательное соединение является удовлетворительным для уличного освещения, параллельные цепи, где каждая лампа контролируется отдельно (рис. 11.4), будут предпочтительнее для широкого применения. Во всех электрических последовательных цепях ток течет последовательно через каждую деталь, будь то лампа, двигатель или другое устройство. В параллельных цепях ток разделяется, так что только его часть течет через каждое устройство.