Till elbelysningens historia

Denna berättelse börjar med ett ämne mycket långt ifrån elektricitet, vilket bekräftar det faktum att det i vetenskapen inte finns några sekundära eller kompromisslösa för studier. 1644 Den italienska fysikern E. Toricelli uppfann barometern. Enheten var ett glasrör cirka en meter lång med en tät ände. Den andra änden doppades i en kopp kvicksilver. I röret sjönk inte kvicksilveret helt, men den så kallade "Toricellian tomhet" bildades, vars volym varierade på grund av väderförhållandena.

I februari 1645 Kardinal Giovanni de Medici beordrade att flera sådana rör installerades i Rom och hålls under övervakning. Detta är överraskande av två skäl. Toricelli var en student av G. Galileo, som under de senaste åren har skämts för ateism. För det andra följde en värdefull idé från den katolska hierarken och sedan dess har barometriska observationer börjat. I Paris började sådana observationer 1666.

En fin dag (eller snarare natt) 1675g. Den franska astronomen Jean Picard, som bar en barometer i mörkret, såg mystiska ljus i "Toricellian tomhet." Det var lätt att verifiera Picards observation, och så upprepade dussintals forskare experimentet. Det observerades att ljusens ljusstyrka berodde på kvicksilverets renhet och närvaron av restluft i tomrummet. Och det är allt. Ingen kunde förstå varför eld uppstår i ett isolerat utrymme. Det var ett riktigt pussel vars svar varade i många år. (1)

Sir Isaac och Francis Gauksby Sr.

5 december 1703 presidenten för den engelska vetenskapsakademin (Royal Society of London) är den stora fysikern Isaac Newton. Samma dag tar Francis Gauksby över som operatör för akademin. Hans ansvar inkluderar förberedelser och demonstration av experiment genomförda av akademiker. Denna slump innebär att Newton visste vem han skulle ta som sina assistenter. (2)

Londonmekanikern Gauksby, ägaren av verkstaden, ansågs vid denna tidpunkt som en förstklassig designer av vetenskapliga instrument och verktyg, inklusive uppfinnaren av en ny typ av vakuumpump.

Under dessa år arbetade Newton med optikproblem. Han och många andra forskare var då intresserade av fenomenet glöd i mörkret av olika stenar, eldflugor, ruttna trä. Barometerns glöd kom till detta ämne. De bestämde sig för att testa hypotesen att ljus i barometerns tomrum ger el från friktion av kvicksilver på glas. F. Gauksby beslutade att simulera denna process. Han tog en ihålig glasboll och pumpade luft ut ur den. Jag satte kulans järnaxel på stöden och, med hjälp av en remtransmission, förde den i rotation. När man gnuggade bollen med handflatorna såg det ljus inuti den, dessutom, ”så ljus att det var möjligt att läsa ord med stora bokstäver. Samtidigt var hela rummet upplyst. Ljuset verkade som en konstig magenta. ” (3). Det barometriska mysteriet löstes.

British Encyclopedia kallar Gauksby för en forskare som är långt före sin tid och därför inte kan utveckla sina idéer. Speciellt var installationen med en gnuggad boll den första elektriska maskinen. Det glömdes och årtionden senare uppfanns i Tyskland. Men forskarna som fick en ulmande elektrisk urladdning spelade en stor roll i utvecklingen av doktrinen om elektricitet. Moderna gasurladdningslampor och neonskyltar räknar med från denna tidpunkt.

Som en paradox noterar vi en annan historisk figur. Londonapotekaren Samuel Wall, enligt vissa källor, sa farbror Gauksby redan 1700, med en vag uppfattning om optik och elektricitet, att han hade utvunnit en gnista från riven bärnsten som fick honom att tänka att dess ljus och sprakande representerade likheten av åsk och åska . Men hans antaganden glömdes omedelbart.De kom ihåg när det visade sig vara sant. (4)

Blixtens Herre

Elbelysning behövde inte uppfinnas. Det uppfanns av naturen själv och sommar åskväder övertygar oss om detta. Och likheten hos gnistan med ett blixtnedslag efter Wall noterades av mer än en forskare. "Jag medger att jag skulle ha velat tanken väldigt mycket," resonerade en av dem, "om den hade visat sig väl, och bevisen för detta är uppenbara" (5). Men hur undersöker man processen i molnen och är extremt farlig för experimentets liv? När allt kommer omkring fanns det inga flygplan, inga ballonger och till och med mycket höga byggnader för att komma till åskmoln.

Och nödvändigheten av forskningsinstrument i mitten av XYII-talet. var mycket magra. Den elektriska laddningen bestämdes av en vanlig kork från en flaska upphängd på en sidentråd. Hon tillfördes en laddad kropp och lockades av den, och när den laddades avstod den. Fysiker hade till hands en annan enhet - en Leyden-burk. Det var en primitiv kondensator. Vatten som hälldes i flaskan var en av dess plattor med borttagande av kontakt från halsen. Ett annat foder var forskarens handflata. Experimenteraren kontrollerade styrkan hos den elektriska urladdningen på sig själv.

Kan man genomföra de farligaste experimenten med en uppsättning sådana möjligheter? Naturligtvis inte! Och optimismen hos vissa forskare orsakade ett bittert leende. Men geni tar upp saken, och uppgiften förenklas till primitivismen. Lösningen är enkel, övertygande och till och med elegant.

För att falla i molnen använder den stora amerikanen B. Franklin en barnleksak - en drake, lanserad i vinden i åskmoln på en linnetråd. Våt, den har utmärkt elektrisk ledningsförmåga. När draken nådde åskmoln förde Franklin ledningen av Leyden-burken till strängen och laddade den. Det är allt. Hon var anklagad och nu kunde experiment med molnladdningen genomföras i hennes lägenhet. Och laddningen av denna burk gav gnistor av samma färg, den var trasig, den gav en specifik lukt, det vill säga den gav samma effekter som den elektricitet som fick från friktionsmaskinen.

Franklin bestämde till och med att molnen elektrifieras huvudsakligen av en negativ laddning. Och det är också enkelt. Han laddade en Leiden-burk med en laddning från ett moln, en annan från en gnuggad glasboll. När han förde korken på sidentråden till den första burk, drog korken sig upp och sköt av sig. Efter att ha tagit henne redan till den andra banken, så upptäckte jag att hon var lockad, vilket visar att blixtnedslaget och glas (positiv) el har olika tecken. (6)

Dessa experiment som genomfördes 1751 var så övertygande att de inte lämnade någon skugga av tvivel. Och elektriskt ljus skulle bli bländande ljust om man kunde förlänga blixtens gnista från tusendels sekund (som blixtnedslag) till den tid som faktiskt krävs för belysning.

Elektrisk båge

1799 Och Volta skapar den första galvanisk cell. Elementets kemiska energi gjorde det möjligt för konsumenten att generera elektricitet under en betydande tid, inte som en Leiden-bank. Sann laddningspotential var låg. För att få höga spänningar började forskare att ansluta celler i serie till batterier.

Petersburg akademiker V.V. Petrov monterade snart ett batteri med en elektromotorisk kraft i storleksordningen 2000 volt. Jämfört med potentialen för åskväder var det naturligtvis inte tillräckligt, men utsläppet av konstgjorda blixtar kunde hålla i minuter.

I ett av experimenten, med användning av kol som elektroder, fick Petrov en mycket ljus och långvarig urladdning när kol fördes till 5-6 mm. Den kommer då att kallas en elektrisk båge. Forskaren skrev att mellan elektroderna "finns det ett mycket vitt ljus eller flamma, från vilka dessa kol lyser upp och från vilken den mörka lugnet kan vara ganska tydligt upplyst." (7)

Det finns en direkt indikation på användningen av bågen för att belysa mänskligt hus.Faktum är att det arkaiska, nu halvt glömda ordet TULL enligt V. Dahl betyder "rum, kammare, kammare; varje bostadsavdelning. ” Nu kan detta sällsynta ord höras på sjukhuset - den mottagande avdelningen eller i Kreml - de kungliga kamrarna.

Dessa var dock inte mer än önskemål.Komplexiteten och kostnaden för att tillverka en kemisk strömkälla var sådan att det inte fanns fråga om någon praktisk tillämpning av sådan belysning. Och de första försöken att helt enkelt visa det för allmänheten var begränsade till att visa "soluppgången" vid operaen i Paris, organisera nattfiske på Seinen eller belysa Kreml i Moskva vid kroningsfirandet.

Svårigheterna med att organisera elektrisk belysning var oöverstigliga inte bara på grund av bristen på en tillförlitlig elkälla, dess kostnad och komplexitet i underhållet, utan också på grund av sakens besvärlighet, vilket bevisades av händelsen i Paris 1859.

Arkitekt Lenoir bestämde sig för att använda elektriskt ljus i ett trendigt kafé under uppbyggnad i stadens centrum. Denna frestande idé, även om det inte var en fråga om värde, kunde inte förverkligas. Enligt beräkningar visade det sig att för installation av 300 ljuskällor skulle det vara nödvändigt att bygga en enorm byggnad för batterier, lika med själva kaféet. (8)

Generals är intresserade

Sedan 1745 en elektrisk gnista lärde sig att sätta eld på alkohol och krutt. I ett halvt sekel har denna förmåga visats på universitet, bås och skolor, men har inte hittat praktisk tillämpning. Anledningen till detta var svårigheten att elektrifiera kroppar med friktion att producera en gnista. Det är en sak att få gnistor i ett torrt, uppvärmt rum eller på sommaren, men i praktiken? Historien har bevarat en sådan incident.

Vi har redan nämnt S. Wall, som föreslog likhet mellan blixt och gnista. Det råder ingen tvekan om att han fick en gnista, men i närvaro av medlemmar av Royal Society of London kunde han inte upprepa sin egen erfarenhet, så han valdes inte till medlem i detta samhälle.

Med tillkomsten av galvaniska celler har situationen förändrats. När som helst garanterades det att få en gnista. Sedan uppmärksammade militären på henne. Rysk officer och diplomat P.L. Schilling 1812 gjorde den första undervattens explosionen av en pulverladdning, vilket nästan är omöjligt att göra på ett annat sätt.

General K.A.Schilder investerade mycket energi för att införa elektrisk gruvsprängning i arméns praxis, som använde sina användbara elektriska armaturer för explosioner - säkringar, kontaktanordningar, frånkopplare. Han gjorde också iakttagelsen att elektriskt brandstift kan göras med en tråd, i stället för en annan, den elektriska ledningsförmågan hos land och vatten.

Med tanke på elmöjligheterna 1840. Militärtekniska avdelningen inrättade den tekniska galvaniska institutionen, där militär personal utbildade sig i användning av elektriska apparater, och även utförde forsknings- och designfunktioner. En fysiker i världsklass B.S. Jacobi var kopplad till de militär-elektriska problemen, vars roll knappast kan överskattas i utvecklingen av en ny riktning för militärvetenskap.

Teknisk galvanisk institution kan vara stolt över sin examen 1869. P. Yablochkov, som introducerade användningen av växelströmmar, transformatorer och båglampor under namnet "Russian Light" i världspraxis, men det kommer att bli senare, och nu är elektriska säkringar en del av den ryska arméns praktik och används allmänt i kriget i Kaukasus - Tjetjenien och Dagestan . Ibland uppfyller armén också order från civila avdelningar - den rensar floden Narva eller Kronstadt hamn med explosioner från iskvadd. (9)

Mitt krig

Krim bröt ut 1853. Koalitionen i västländerna har åter ingripit i frågor som ligger långt från deras gränser utan att ge Ryssland fredliga utvecklingsmöjligheter. De viktigaste händelserna utspelades på Svarta havet. De allierade använder redan ånga mot den ryska segelflottan, och gevär används mot ryska smoothbore-vapen.Våra landsmän måste dränka flottan för att förhindra att fiendens ångfartyg kommer in i Sevastopol vikar. När det gäller aggressorgevärerna, träffar kulorna från dem med straffrihet från avstånd som är otillgängliga för ryska vapen. Det är dåligt att vara ett tekniskt bakåtriktat land. Och den här erfarenheten beaktades på något sätt inte av våra moderna reformatorer.

Under belägringen av Sevastopol fiende var det nödvändigt att upprätta ett medeltida teknisk försvar - dike, bastioner, skyddsväggar. Därefter utjämnade chanserna för skytten. I nära strid var pistoler också lämpliga, och styrkan hos den ryska bajonetten var känd för alla. Motståndarna var rädda för att närma sig befästningar. Då började de allierade ett gruvkrig. Vad är det här?

För att undvika förluster under den beläggade fästningens murar, lägger sappar från den angripande armén gallerier, gropar, glader under jord. De gräver hål under befästningens väggar, lägger sprängämnen och undergräver dem. Försvarare förgås och förstörda strukturer är lättare att ta. Försvarare driver ett motverkskrig. Och allt detta är förknippat med ett stort antal underjordiska arbeten.

När de försvarade Sevastopol utförde ryssarnas sappare ett stort antal jordarbeten. I sju månader av det underjordiska gruvkriget lägger försvararna 7 km kommunikation under jorden. Och allt med en spade och pickax utan ventilation. Dessa var mestadels hålor. Ingenjör A.B.Melnikov, chef för underjordiskt arbete, vänner kallade skämt "Ober-mol".

Brist på ventilation förvärras vanligtvis av den rökiga luften på slagfältet. En brännskada av krutt och rök, som innehåller kolmonoxid som är farligt för människor, är värre än kulor. Sappers har den så kallade gruvsjuka. Här är symtomen på dess allvarliga manifestation: "Patienten faller plötsligt, hans andning upphör och döden inträffar när medvetslös och kramper inträffar." (11)

Tvingad ventilation under krigsförhållanden är omöjlig att organisera. Att öka hålens diametrar innebär att man tappar tid. Det fanns bara en reserv: täckning av underjordiskt arbete. Vanligtvis använde sappar ljus. De fungerade också som eldkällor om de underminerades, men de kan också användas för att försena tiden för att möjliggöra att sapperna lämnar det drabbade området. En bana från krutt hälldes till laddningen och ett stearinljus sattes in i det. När han brände ut - inträffade en explosion. Det är tydligt att arbete med krutt och öppen eld ledde till stora förluster från olyckor

Men inte bara detta var en dålig öppen eld. Det här är vad som står skrivet i en tidskemi för kemi: ”En man bränner 10 g kol med andetaget varje timme. Brinnandet av ett ljus, lampa och gas förändrar luftens sammansättning på samma sätt som en persons andetag. (12). Om du använder en ljuskälla som inte konsumerar syre, skulle ventilationsproblem för sappar hälften lösas. Sådant ljus kan skapas med hjälp av elektricitet. Och militären hade alla förutsättningar för detta. Källan till elektricitet som de hade var ledig nästan hela tiden, med undantag av sekunder att undergräva.

Erfarenheterna från Krimkriget visade att den elektriska detoneringsmetoden som användes av ryska gruvarbetare var mer tillförlitlig och bekväm än den allierade brandmetoden. Till exempel var antalet misslyckanden i ryska gruvarbetars explosioner bara 1% och fiendens 22%.

För införandet av elektrisk belysning underjordiska kvar för några. Det var nödvändigt att hantera denna fråga nära. Och detta kunde göras först efter krigens slut.

De första försöken att introducera

Rysslands nederlag under Krimkriget och gruvkrigets framgång i det övertygade generalerna om behovet av ledarskap inom fältet för användning av elektricitet i militära frågor. Sedan 1866 de första försöken att använda elektrisk belysning under jord börjar. Användningen av starkt ljusbåge för underjordiskt arbete var hänsynslöst, och det enda sättet på den tiden var belysning med Geisler-rör. Detta visas fortfarande i Polytechnic Museum of Moscow. Vad är det här?

Efter att ha uppfunnit kvicksilverpumpen grundade den tyska uppfinnaren Heinrich Geisler en verkstad med vetenskapliga instrument i Bonn som en glasblåsare. Sedan 1858 han började massproduktion av glasrör i olika konfigurationer och storlekar med två elektroder i ett vakuumutrymme fylld med olika sällsynta gaser. På det elektriska fältet lyste de i olika färger (olika gaskompositioner) även från en vanlig elektroformaskin. (Kom ihåg upptäckten av Gauksby). Med den utbredda introduktionen av galvaniska celler kunde röret antändas från dem, men med hjälp av induktionsspolar, vilket ökade spänningen till höga potentialer.

Rören var av hög kvalitet, tillverkade i stora mängder och fick därför namnet på tubtillverkaren. De hittade ansökan för demonstrationsändamål i fysikrummen i gymnastiksalar och universitet. Och även för vetenskapliga ändamål inom gasspektroskopi. Ingenjörsavdelningen försökte belysa underjordiskt arbete med sådana rör

Vi har tillgång till resultaten från de första sådana försök. Bunsenelement och en Rumkorf-induktionsspole användes. Spolens matningsspänning och frekvensen för rörströmmen, liksom längden på matningstrådarna, ändrades. Testen utfördes under jord under de verkliga förhållandena i Ust-Izhora-lägret.

Röret gav ”ett vitt, flimrande ljus. På väggen på en meters avstånd bildades en plats av så ljushet att det var möjligt att skilja mellan tryckta bokstäver och skrivna, men det är svårt att läsa. ”

Fuktigheten ganska förklarbar i fältet påverkade testresultaten starkt. Högspänningen kändes av testarna i form av elektriska stötar. Rumkorffs spole blev fuktig och instabil. Kontakt av självavbrytaren brändes oavbrutet och strippning krävdes. Här är slutsingenjörernas slutsats: "Dessa omständigheter tvivlar på framgången för Geisler-röret, både i svagt ljus och i den komplexitet som dessa enheter måste hanteras."

Så Geisler-rören dömdes, men det var inte slutgiltigt för användning av elektricitet i allmänhet. Optimistiska anteckningar hörs också i testrapporten: "Geisler-rör gav lite hopp om deras framgångsrika tillämpning för att arbeta i gruvgallerier, samtidigt som de syftade till att hitta ett mer pålitligt sätt." Löjtnant oberst Sergeyev, till exempel, ”föreslog att man använder en enhet som den belysningsapparat som han föreslog för att testa kanaler i vapen. Enheten är baserad på glödlampa från platinatråd ”(13).

Behov är vägen till uppfinningen

Stammar av artilleribitar efter flera skott under påverkan av pulvergaser slitna ojämnt. För deras felsökning har ”Enheten för inspektion av borrningen” länge använts. Instrumentpaketet inkluderade en spegel monterad på en ramrod cirka 2 meter lång och ljus på en speciell stift. Processen reducerades till det faktum att med hjälp av ett ljus en sektion av stammen upplystes, och dess tillstånd var synlig genom reflektion i spegeln.

Det är uppenbart att en sådan ansvarsfull kontroll (och stammarna ibland råkar spricka) i felaktig reflektion av den vibrerande ljusflamman inte kunde vara av hög kvalitet. Därför föredrog man en varm platinatråd med samma ljusstyrka som ett ljus, men som gav konstant ljus. Belysningsapparaten från V.G.Sergeev bevarades inte, även om en anordning för "inspektion av stammkanalerna" finns i facket för Museum of Artillery of St. Petersburg. Det är synd, men den första lampan på principen om glödlampa har inte bevarats och det finns ingen information om den.

Idén att använda en het platinatråd för att belysa underjordiskt arbete stöds av kommandot och beordrade att leva den av samma Sergejev. Han ledde verkstäderna i Sapper-bataljonen, så det fanns inga svårigheter i tillverkningen av prover. Situationen förenklades av det faktum att vid slutet av kriget i Ryssland utvecklades nya, kraftfullare sprängämnen, några av dem exploderade inte från lågan.För att inleda en explosion började de använda en liten laddning med krutt med en riktad explosion, som fungerade som en sprängkrets.

1865 föreslogs en sådan laddningsdetonator. D. I. Andrievsky. I denna säkring användes järnfilningar för att bilda en kumulativ utgrävning. (Fig. 1). Pistolen sattes i brand av en platinatråd, uppvärmd av en ström. Utan krut- och järnfiltringar var denna säkring en elementär elektrisk ficklampa med en konisk reflektor.

Det var emellertid omöjligt att använda lampan i denna form. Det kunde inte bara orsaka en explosion när en laddning placerades i härden, som ett ljus. Men för att arbeta på platser där det finns träskgas, var det nödvändigt att omge det med ett explosionssäkert Davy-nät, som gjordes i gruvlampor. Eller kom med något annat. V.G.Sergeev vägrar nätet.

Ritningar av Sergeyevs lampa bevarades inte, men det finns en ganska detaljerad beskrivning gjord av Belenchenko's stabskapten. Här är en kort text: ”Lyktan består av en kopparcylinder med en diameter på 160 mm, stängd på framsidan med glas. En annan cylinder är lödad till skårans kanter, som går in i den första. På glasets sida av yttercylindern täcks den inre av platt-konvext glas. En reflektor sätts in i den inre cylindern. De isolerade ledningarna avslutas i reflektorn med två stolpar, mellan vilka en platinatråd är placerad, krökt av en spiral. ” Vi har gjort det påstådda utseendet på lykta enligt denna beskrivning. (Fig. 2) Utrymmet mellan cylindrarna och glasögonen fylldes med glycerin för att kyla lampan.

 

Fig. 1 Mellanladdningsdetektor D. I. Andrievsky. 1 - järnfilm, 2 - krutt. Fig. 2 Den sista versionen av lampan V.G.Sergeeva med en het tråd.

Tester genomförda i augusti 1869 visade att "den främsta bekvämligheten med en ficklampa när den används i gruvgallerierna är att den kan lysa upp arbete där ljuset inte tänds (!!!) och är bekvämt när du gräver marken", det vill säga under tungt fysiskt arbete, när det bränner "Förstör inte luften."

Ett batteri av Grove-celler tänds från 3 till 4 timmar. Till en början kyldes lyktan av vatten, men när den värmdes flöt luftbubblor mellan glasögonen och försämrade ljusstrålens kvalitet. Ljusstrålen gav ljus av sådan styrka att "det var möjligt att läsa från lampan på ett avstånd av två fathoms (mer än 2 meter)." (16)

Sergeyevs lykta antogs och fanns 1887, då den stora ryska forskaren D.I. Mendeleev steg upp i ballongen i Sapper-bataljonen för att observera en solförmörkelse. (Ballongen fylldes med väte och var explosiv).

Tyvärr är ödet för den första glödlampan, som har hittat praktisk tillämpning i Ryssland, inte känt, även om designen var lovande och moderna gruvlampor i princip inte skiljer sig från Sergeyevs lykta, såvida inte gruvarbetarna har en strömkälla med sig. (17).

I stället för en slutsats

Elektrisk belysning fanns inte bara i Ryssland. Nästan alla designers började sitt arbete med att skapa glödlampor med glödande platinatråd. Men den har en låg smältpunkt, därför är den oekonomisk.

Uppfinnarna föreslog att glödande kol i luftfritt utrymme, sedan eldfasta metaller: volfram, molybden, tantal ...

Sedan visade det sig att ett speciellt glas behövdes för glödlamporna så att den termiska koefficienten för den linjära expansionen av den sammanföll med samma som för den ingående metallen, annars fick lampan tryckavtryckning. Vid höga temperaturer avdunstades den upphettade tråden, så att glödlamporna var kortlivade. De började göra gasfyllda ...

Det är uppenbart att de halvfabrikiska verkstäderna för ryska uppfinnare inte kunde utföra mycket forskning, design och teknologiskt arbete. Och saken stannade, även om det i Ryssland fanns uppfinnare av den första storleken, det räcker för att komma ihåg Yablochkov och Lodygin.De hade helt enkelt inte mycket pengar för detta.

Och här är Edison som har skapat 1879. hans design av foten, som redan ägs av det mäktiga företaget "Edison & Co." Därför kunde han ta upp frågan om att införa glödlampor till finalen. Aktieägarna i de ryska lampfabrikerna föredrog att importera alla grundläggande halvfabrikat, som glas, volfram, molybden från utlandet, istället för utrustningskostnader. Mest från Tyskland. Därför gick de in i första världskriget och kunde inte göra radiorör. På dessa dagar var skämtet utbrett att "i en rysk glödlampa endast rysk luft, och det är allt avluftat." Förresten, det tömdes dåligt, för radioröret kunde inte fungera med ett sådant vakuum. ” (18)

Det skulle inte fungera på samma sätt med nanoteknologi.