Лампочка Эдисона: история гениального изобретения, перевернувшего мир

Когда Эдисон и его исследователи из Менло-Парка вышли на сцену, они сосредоточились на улучшении нити накаливания — сначала тестировали углерод, затем платину, прежде чем, наконец, вернуться к углеродной нити. К октябрю 1879 года группа Эдисона изготовила лампочку с карбонизированной нитью из непокрытой хлопчатобумажной нити, которая могла работать в течение 14,5 часов. Они продолжали эксперименты, пока не остановились на нити, сделанной из бамбука, которая продлила срок службы лампы до 1200 часов — эта нить стала стандартом для ламп Эдисона на следующие 10 лет. Эдисон также внес и другие улучшения в конструкцию лампочки: например, создал более совершенный вакуумный насос для полного удаления воздуха из лампочки и разработал винт Эдисона (который сейчас является стандартным патроном для лампочек).

Нельзя говорить об истории электрической лампочки, не упомянув Уильяма Сойера и Албона Мэна, получивших в США патент на лампу накаливания, и Джозефа Свона, запатентовавшего свою лампочку в Англии. Вечный вопрос, о котором не перестают спорить и по сей день: не нарушали ли патенты Эдисона на лампочки патенты этих других изобретателей? В конце концов американская осветительная компания Эдисона объединилась с Thomson-Houston Electric Company — компанией, производящей лампы накаливания по патенту Сойера-Мэна, — чтобы образовать General Electric, и английское освещение Эдисона компания объединилась с компанией Джозефа Свона и образовала Ediswan в Англии)

Что делает вклад Эдисона в электрическое освещение таким выдающимся, так это то, что он не остановился на улучшении лампочки — он разработал целый набор изобретений, которые сделали использование лампочек практичным. Эдисон смоделировал свою технологию освещения на основе существующей системы газового освещения. В 1882 году на виадуке Холборн в Лондоне он продемонстрировал, что электричество можно распределять от расположенного в центре генератора по ряду проводов и трубок. Одновременно он сосредоточился на улучшении производства электроэнергии, разработав первую коммерческую энергетическую станцию ​​​​под названием Pearl Street Station в Нижнем Манхэттене. А чтобы отслеживать, сколько электроэнергии потребляет каждый потребитель, Эдисон разработал первый электросчетчик.

Пока Эдисон работал над всей системой освещения, другие изобретатели продолжали вносить небольшие улучшения, дорабатывая процесс производства нити накаливания и повышая эффективность лампы. Следующее большое изменение в лампе накаливания произошло с изобретением вольфрамовой нити европейскими изобретателями в 1904 году. Новые лампы накаливания с вольфрамовой нитью работали дольше и давали более яркий свет по сравнению с лампами накаливания с нитью из углерода. В 1913 году Ирвинг Ленгмюр выяснил, что помещение в колбу инертного газа, такого как азот, удваивает ее эффективность. В течение следующих 40 лет ученые продолжали вносить усовершенствования, которые снизили стоимость и повысили эффективность лампы накаливания. Но к 1950-м годам исследователи все еще выяснили, как преобразовать около 10% энергии, потребляемой лампой накаливания, в свет, и начали фокусировать свою энергию на других решениях в области освещения.

В 19 веке два немца — стеклодув Генрих Гайсслер и врач Юлиус Плюкер — обнаружили, что они могут производить свет, удаляя почти весь воздух из длинной стеклянной трубки и пропуская через нее электрический ток. Это изобретение стало известно как трубка Гейслера. Тип газоразрядной лампы, эти лампы не пользовались популярностью до начала 20-го века, когда исследователи начали искать способ повысить эффективность освещения. Газоразрядные лампы стали основой многих технологий освещения, включая неоновые лампы, натриевые лампы низкого давления (тип, используемый в наружном освещении, например, в уличных фонарях) и люминесцентные лампы.

И Томас Эдисон, и Никола Тесла экспериментировали с люминесцентными лампами в 1890-х годах, но ни один из них никогда не производил их в коммерческих целях. В этой области большего успеха добился Питер Купер Хьюитт: его прорывное изобретение в начале 1900-х годов стало одним из предшественников люминесцентной лампы. Хьюитт создал сине-зеленый свет, пропустив электрический ток через пары ртути и включив балласт (устройство, подключенное к лампочке, которое регулирует поток тока через трубку). Хотя лампы Cooper Hewitt были более эффективными, чем лампы накаливания, у них было мало подходящих применений из-за цвета света.

К концу 1920-х и началу 1930-х годов европейские исследователи проводили эксперименты с неоновыми трубками, покрытыми люминофором (материалом, который поглощает ультрафиолетовый свет и преобразует невидимый свет в полезный белый свет). Эти открытия вызвали в США исследовательские программы по люминесцентным лампам, и к середине и концу 1930-х годов американские осветительные компании демонстрировали люминесцентные лампы военно-морскому флоту США и на Всемирной выставке в Нью-Йорке в 1939 году. Эти лампы работали дольше и были примерно в три раза эффективнее ламп накаливания. Потребность в энергосберегающем освещении американских военных заводов привела к быстрому внедрению люминесцентных ламп, и к 1951 году линейные люминесцентные лампы производили больше света в США.

Еще одна нехватка энергии — нефтяной кризис 1973 года — заставила инженеров по освещению разработать люминесцентную лампу, которую можно было бы использовать в жилых помещениях. В 1974 году исследователи из Sylvania начали исследовать, как можно уменьшить размер балласта и встроить его в лампу. Хотя они разработали патент на свою лампочку, они не смогли найти способ ее производства. Два года спустя, в 1976 году, Эдвард Хаммер из General Electric придумал, как согнуть люминесцентную лампу в спираль, создав первый компактный люминесцентный светильник. Как и Sylvania, General Electric отложила этот проект, потому что новое оборудование, необходимое для массового производства этих ламп, было слишком дорогим.

Первые компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) появились на рынке в середине 1980-х по розничной цене $25-35, но цены могли сильно различаться в зависимости от региона из-за различных рекламных акций, проводимых коммунальными предприятиями. Потребители указали на высокую цену как на препятствие номер один при покупке компактных люминесцентных ламп. Были и другие проблемы — многие компактные люминесцентные лампы 1990 года были большими и громоздкими, они плохо вписывались в светильники, имели низкую светоотдачу и непостоянную производительность. С 1990-х годов улучшение характеристик КЛЛ, цены, эффективности (они потребляют примерно на 75% меньше энергии, чем лампы накаливания) и срока службы (они служат примерно в 10 раз дольше) сделали их жизнеспособным вариантом как для арендаторов, так и для домовладельцев. Спустя почти 30 лет после того, как КЛЛ были впервые представлены на рынке, их цена упала и модель ENERGY STAR, к примеру, стоит всего $1,74 США за лампочку при покупке в упаковке из четырех штук.

Одной из наиболее быстро развивающихся технологий освещения наших дней являются светодиоды. Они используют полупроводник для преобразования электричества в свет, часто занимают небольшую площадь (менее 1 квадратного миллиметра) и излучают свет в определенном направлении, что снижает потребность в отражателях и рассеивателях.

Они также являются самыми эффективными светильниками на рынке. КПД лампочки, также называемый световой отдачей, представляет собой меру излучаемого света (люменов), деленную на потребляемую мощность (ватты). Лампа со 100-процентной эффективностью преобразования энергии в свет будет иметь эффективность 683 лм/Вт. Для сравнения, лампа накаливания мощностью от 60 до 100 Вт имеет эффективность 15 лм/Вт, эквивалентная КЛЛ имеет эффективность 73 лм/Вт, а современные сменные лампы на основе светодиодов, представленные на рынке, варьируются от 70 до 100 Вт. 120 лм/Вт при средней эффективности 85 лм/Вт.

В 1962 году, работая в General Electric, Ник Холоньяк-младший изобрел первый светодиод видимого спектра в виде красных диодов. Затем были изобретены бледно-желтые и зеленые диоды. По мере того как компании продолжали совершенствовать красные диоды и их производство, они начали появляться на рынке во все большем разнообразии – и с годами их разновидностей становится все больше. А ведь все начиналось с одной-единственной лампочки...