Михаил Шателен - Русские электротехники
Я думал, что в этих условиях можно получить большее количество света при одинаковой затрате работы.
Таким образом, от двух угольных полюсов, соединенных вольтовой дугой, я перешел к одному тонкому угольному стержню, не имеющему разрывов.
Проектируя на экран изображение двух угольных электродов в 7 мм в диаметре, я нашел, что светящиеся концы у них образуют два конуса, имеющих 3,5 мм в диаметре и 3,5 мм в высоту. Таким образом, 38,5 мм2 угольной поверхности достигают той температуры, которая необходима для достижения накала. Но так как ток должен поддерживать на определенной высоте температуру всего объема конусов, тогда как светится только их поверхность, то я подумал, что, заменив оба конуса одним цилиндром такого же объема, уменьшив диаметр этого цилиндра и увеличив его длину, я получу большую светящуюся поверхность при том же объеме цилиндра и, следовательно, при том же токе. Правда, каждая единица этой поверхности будет давать менее света, так как если, не изменяя объема, увеличить поверхность, то потеря теплоты лучеиспусканием пропорционально увеличится, но сумма света останется та же самая, и ее дробление значительно облегчится».
Далее, в той же брошюре, Лодыгин говорит о том, как он, стремясь уменьшить сгорание угля и руководствуясь результатом опытов Прово и Дезень, показавшим, что охлаждение нагретого тела происходит гораздо скорее в газообразной среде, чем в пустоте, пришел к заключению о необходимости помещать накаливаемый уголь в «герметически закупоренный, пустой, прозрачный сосуд».
Наконец, основываясь на опытах Беккереля, показавших, что с возрастанием температуры нагретого тела сильно растет сила света, испускаемая единицей его поверхности, Лодыгин счел весьма желательным, по возможности, увеличить температуру накаливаемого тела. Признавая, что изготовляемые им нити не выдерживают сильного накала, Лодыгин высказывает надежду, что, усовершенствовав способы изготовления нити, можно будет получить лампы накаливания, по экономичности равные дуговым, и высказывает убеждение, что в будущем лампы накаливания станут даже более экономичным источником света, чем дуговые.
В 1873 г. Александр Николаевич мог уже публично демонстрировать свою лампу, по внешней форме напоминающую существующие в настоящее время многоваттные шаровые лампы.
В стеклянном шаровом сосуде, между двумя массивными медными стержнями, помещался стерженек из ретортного угля. Провода, подводившие ток, проходили через металлическую оправу в нижней части лампы. Стеклянный сосуд плотно («герметически») закупоривался. Воздух первоначально из лампы не выкачивался, так как изобретатель предполагал, что находящийся в стеклянном сосуде кислород будет израсходован раньше, чем сгорит весь угольный стержень, и дальнейшего сгорания не будет. Однако, опыт показал, что лампа горит всего 30 мин., и затем стержень перегорает. При дальнейшем усовершенствовании ламп воздух из сосуда уже выкачивался. На фиг. 21 и 22 изображены три вида ламп Лодыгина первоначальной конструкции.
Как видно из фигур, первоначальный вид ламп претерпел немало изменений. Накаливаемый уголь то имел вид треугольника вершиной вниз, то принимал форму цилиндрического стержня, расположенного вертикально или горизонтально. Менялось также устройство оправы лампы, через которую проходили вводы тока, и способы крепления оправ на стеклянном баллоне. Однако, форма баллона оставалась неизменно круглой. Конструкции ламп, предложенные первоначально Лодыгиным, отличались большой простотой, если сравнить их с конструкциями, предлагавшимися другими изобретателями до Лодыгина. Его лампы по виду весьма близко напоминали современные лампы накаливания, и недаром Фонтен в своем труде об электрическом освещении говорит, что лампа Лодыгина явилась соединительной чертой между существовавшими до него конструкциями и современными лампами. К сожалению, от этих простых конструкций скоро отступили.
Свои лампы Лодыгин неоднократно демонстрировал публично. Сохранилась программа одной из демонстраций в августе 1873 г. в Технологическом институте. Приглашения на эту демонстрацию рассылались от имени «Товарищества электрического освещения Лодыгин и К°». На пригласительных билетах было напечатано:
«Билет для входа на опыты электрического освещения по способу А. Н. Лодыгина 7 августа в 9 часов вечера в Технологическом институте». На билете печать Товарищества электрического освещения Лодыгин и К° с датой 7 августа 1873 г.
К билету рассылалось приложение:
«Порядок опытов электрического освещения по способу А. Н. Лодыгина».
Демонстрировались:
«1) Фонарь с углем в 10 мм длиной и 1,75 мм толщиной;
8) Опыты над управлением тока из общего коммутатора.
2) Сигнальный фонарь для железных дорог;
3) Подводный фонарь: а) для каменноугольных копей; б) для гидравлических работ; в) для пороховых заводов. Длина угля 40 мм, толщина 1,75 мм (и т. д.).
9) Уличный фонарь. Длина угля 70 мм, толщина 1,5 мм.
Примечание. 1. Каждый фонарь может быть зажжен и погашен отдельно.
2. Стоимость освещения безошибочно выведена из данных, предоставленных в «Teсhnologie Electrique» Du Moncel, стр. 199, т. II, изд. 3. Из книги этой видно, что действие электромагнитной машины Аллианс, считая проценты на капитал, погашение капитала, содержание машиниста, смазку и пр., обходится в 1 фр. 10 сант. в час. Сумма света, получаемая от четырехдисковой машины Аллианс, равна, по фотометрическим исследованиям, 250 карсельским лампам, машины же г.г. Грамма и Сименса дают свет в 900 карсельских ламп. Так как по способу Лодыгина машина Сименса освещает до 50 электрических ламп, а каждая из этих 50 ламп дает свет до 4 газовых рожков, то свет, получаемый от каждого газового рожка, при способе Лодыгина обходится от 0,5 до 1 сантима в час, т. е. 0,125 — 0,25 коп. Лампы и все принадлежности для освещения работы Бр. Дитрихсон».
Одними лабораторными демонстрациями А. Н. Лодыгин не ограничивался. Он применял свои лампы и для уличного, и для внутреннего освещения. Так, в том же 1873 г. по свидетельству Н. В. Попова на одной из улиц на Песках (ныне Советские улицы), в двух фонарях керосиновые лампы были заменены лампами Лодыгина. Лампы имели калильные тела, состоящие из стерженьков ретортного угля в 2 мм в диаметре, помещенных в стеклянных баллонах, из которых был выкачан воздух. Лампы питались от магнитоэлектрической машины Аллианс (переменного тока) системы Ван-Мельдена. «Освещение своей яркостью привлекало внимание многочисленной публики, сравнивавшей электрическое освещение с керосиновым».
Изобретением Лодыгина заинтересовалось и Морское министерство, вообще бывшее в то время самым передовым из правительственных учреждений России. Лодыгину предложили продемонстрировать свое изобретение уполномоченным морским офицерам. Демонстрация состоялась весной 1874 г. в Петербурге в конце Васильевского Острова в Галерной гавани (у Кроншпицев).
Лодыгин показал все этапы, через которые он прошел на своем изобретательском пути. Он показал нагревание током сначала железной проволоки, потом кусков кокса. На открытом воздухе куски кокса сгорали весьма быстро. После этого были показаны опыты накаливания угля в герметически закрытой стеклянной колбе без откачивания воздуха (лампа служила 30 мин.), а затем в колбе, лишенной воздуха.
К решению выкачивать воздух из колбы посредством воздушного насоса Лодыгин пришел не сразу. После неудачи с накаливанием угля в колбе с воздухом он пробовал бороться со сгоранием угля, поглощая кислород в колбе посредством сжигания в ней другого угля. Для этого он помещал в колбу два угля, первый из них при накаливании сгорал в 0,5 часа, но следующий горел более 1,5 час. Но этого было, конечно, недостаточно. Так как главнейшим недостатком лампы накаливания было более или менее быстрое перегорание накаливаемого угля, происходившее от недостаточной закупорки ламп, вследствие чего в лампы проникал воздух, то на борьбу с этим было прежде всего обращено внимание. Лодыгин сконструировал новую лампу, в которой герметичность закупорки была более совершенна и достигалась погружением нижнего конца лампы в масляную ванну, через которую и проходили провода, соединявшие накаливаемые угольные стержни с источником тока (фиг. 23).
Так как воздух из лампы не выкачивался, а расчет велся на израсходование запаса кислорода в лампе в начальный период горения, то конструкторы стремились оставить в лампе возможно меньший запас воздуха, для чего в лампу помещали массивный медный цилиндр, вытеснявший значительную часть воздуха. Для увеличения срока службы лампы она снабжалась, как было сказано, двумя угольными стерженьками, которые могли включаться по очереди. Стержень, который включали первым, работал в среднем 30 мин., второй же стержень, включавшийся, когда запас кислорода в лампе уменьшался, служил уже более 2 час.