История развития освещения

58

Развитие освещения от факела до светодиода. Раскроем историю, полную неожиданных открытий и хитроумных интриг, личных трагедий и гениальных изобретений.

«Солнце село.
Горы, деревья, скала, река,
Все величественные здания погружены в тень.
Люди с большим интересом зажигают лампы,
В предвкушении того, что увидят,
В надежде найти то, что хотят».

Сюй Юйно, “Маленькое стихотворение”

От костров и факелов до светодиодов — человечество прошло огромный путь, создавая все новые и новые способы осветить свои дома и города. Развитие электроники позволило разработать немыслимые прежде, практически совершенные методы освещения. Но, оглядываясь назад, можно с уверенностью сказать, что и на этом прогресс искусственного освещения не закончился, и впереди нас непременно ждет что-то новое.

Однако это дело будущего. Пока же давайте вернемся в прошлое и заглянем в историю, полную неожиданных открытий и хитроумных интриг, личных трагедий и гениальных изобретений.

Этци

Наша история начнется с необычной стороны.

Неожиданная находка

В начале осени 1991 года немолодая семейная пара из Германии отдыхала в Тироле, в Этцальских Альпах. Гельмут и Эрика Симоны давно увлекались альпинизмом, и 18 сентября они отправились в очередной поход в горы. Целью было подняться на вершину Симилаун в 3600 метрах над уровнем моря: не слишком сложное восхождение для опытного скалолаза. На пике они оказались к 3.30 дня и потому не рискнули возвращаться назад — просто не успели бы спуститься до темноты.

Гельмут и Эрика сверились с картой и направились к Симилиан Хютте — небольшому каменному домику, прилепившемуся к склону горы, приюту альпинистов. К тому моменту, как они добрались до места, солнце уже уходило за горизонт. На утро они решили подняться на вершину Финалшпитце, а оттуда уже отправиться в Унзерфрау, где они остановились.

Чудесные виды, теплая погода, свежий горный воздух. Удовольствие портил лишь мусор, оставленный множеством альпинистов до них: где разбитая бутылка, где кусок снаряжения. И потому Гельмут лишь снова помрачнел, увидев что-то темное во льду впереди. Но тут Эрика ахнула: “Это человек!”

Прямо перед ними, вмерзшее в лед, лицом вниз лежало тело. Голова без единого волоса, темно-коричневая кожа, узкие худые плечи — “Кажется, это женщина”, предположила фрау Симон. Гельмут потянулся за фотоаппаратом и сделал снимок. “Найдутся родственники, покажем им, как все было”, — сказал он нахмурившейся жене. Рядом с телом лежал кусок от лыжного крепления. Супруги решили, что, возможно, этот неудачливый скалолаз погиб лет десять-двадцать назад.

Пять тысяч лет

Супруги спустились с горы и оповестили хозяина домика о своей находке; он сообщил о ней в полицию. Но погода переменилась; тело не могли извлечь несколько дней. Сперва удалось извлечь лишь несколько вещей, вмерзших в лед, в том числе и необычный топорик. 21 сентября к спасательной экспедиции подключились знаменитые тирольские альпинисты, Ханс Каммерландер и Рейнхольд Месснер. Увидев набросок топора, найденного рядом с телом, Месснер озвучил витавшую в воздухе мысль — а мертвец-то, кажется, старше, чем мы думали.

Только 24 сентября к телу, уже доставленному в Инсбрукский институт судебной медицины, пригласили эксперта-археолога. Конрад Шпиндлер на глаз определил возраст погибшего — “как минимум четыре тысячи лет”. Уже позже углеродный анализ позволил установить более точные цифры — примерно 5300 лет. “Ледяной человек”, Этци, как его назовут позже, оказался старейшей мумией человека, обнаруженной в Европе.

Реконструкция Этци. Фото: OetziTheIceman, South Tyrol Museum of Archaeology
Реконструкция Этци. Фото: OetziTheIceman, South Tyrol Museum of Archaeology, www.flickr.com

Но Гельмут Симон оказался прав насчет родственников. Ученые провели анализ ДНК 3700 добровольцев из Тироля и у 19-ти из них обнаружили те же генетические мутации, что и у Этци. То есть эти люди вполне могут быть его далекими потомками. Впрочем, это уже совсем другая история.

Скарб ледяного человека

А наша история — о нескольких вещах “ледяного человека”. Случайно или намеренно, но он оказался погребен во льду вместе со своим скарбом — луком и колчаном, медным топориком, скребком, ножом и, самое интересное, трутовиком и двумя берестяными корзиночками.

Потемневшая внутренняя часть корзинок, а также их содержимое, позволили предположить, что в них Этци переносил тлеющие угли, завернутые в свежие листья. Так они не гасли в течение нескольких часов; а снова раздуть их для костра было делом нескольких секунд. Не нужно долго возиться с огнивом, хотя наличие трутовика вполне говорит за то, что его владелец умел добывать огонь и таким способом.

Возраст Этци свидетельствует о том, что жил он в медном веке, а его вещи рассказывают о том, как люди времен энеолита согревали и освещали свои жилища — постоянные или временные.

Приручение огня

Впрочем, история “ледяного человека” — далеко не первое свидетельство того, что люди научились использовать огонь. Следы пламени на стоянках Сварткранса в Южной Африке и Чесованджи в Кении намекают на то, что человек “приручил” огонь еще 1,4 — 1,5 миллиона лет назад.

Некоторые ученые оспаривают это мнение, требуя в качестве доказательства намеренного применения огня какое-нибудь место, однозначно интерпретируемое как очаг, или хотя бы просто круг из обожженных пламенем камней. Сомнения вызывают даже следы пламени в Чжоукоудяньских пещерах, хотя именно их традиционно приводят в качестве подтверждения того, что 700-500 тысяч лет назад наши предки уже умели пользоваться огнем.

Возьмем однозначные свидетельства — Терра-Амату на юго-востоке Франции и каменные очаги, расположенные в центре того, что было, скорее всего, большими хижинами на берегу моря. Это — самые ранние следы одомашнивания огня в Европе, датируются они 400 — 230 тысячами лет до нашей эры.

Самым первым видом “переносного освещения” стали факелы — сперва просто подожженные палки, затем — палки с нанесенной на них древесной смолой для лучшего горения. А первыми “лампами” стали полые камни и раковины — их наполняли мхом и животным жиром, которые потом зажигали. Где-то между 6 и 4,5 тысячами лет до нашей эры в Египте, Индии, Греции, Месопотамии начали имитировать эти естественные формы в керамике.

В качестве топлива в этих лампах использовали уже не только животный жир, но масло — оливковое, кунжутное, льняное. Позже в них начали помещать фитиль — “проводник” для масла из растительных материалов. По тому же принципу стали делать и свечи.

Свечи

Воск и жир, орехи и рыба

Первые упоминания о свечах датируются 10 веком до нашей эры. В Риме, примерно в 500 году до нашей эры, делались свечи из твердого жира; несмотря на широкое распространение масляных ламп, такие свечи были довольно популярны, их часто дарили друг другу во время празднования Сатурналий.

В мавзолее императора Цинь Шихуанди (259–210 гг. до н.э.) были найдены свечи из китового жира. А в “Книге Цзинь”, посвященной династии Цзинь (265–420), есть четкое свидетельство об использовании свечей из пчелиного воска. Американские индейцы использовали в качестве свечей сушеные тушки эвлахона — рыбки, которая в повседневном английском до сих пор называется candlefish, свеча-рыба.

На Гавайских островах для освещения использовали орехи дерева лумбанг (тунг молуккский). Их нанизывали на очищенный от листьев пальмовый лист и зажигали по очереди. Каждый орешек горел примерно одинаковый период, около 15 минут, из-за чего их даже использовали для измерения и обозначения времени. Жирное масло, выжатое из орехов, заливали в каменные масляные лампы с фитилем, скрученным из ткани капа. Сейчас плоды лумбанга идут только в пищу и на украшения, но дерево и по сей день носит имя candlenut – свеча-орех.

История развития освещения

На Среднем Востоке, в Северной Африке, где оливковое масло было легко доступно, свечей долгое время не знали. В Европе же, особенно после падения Римской империи и, как следствие, прекращения широкой торговли оливковым маслом, свечи получили большое распространение.

В Средневековье стандартным материалом для их производства был животный жир — в идеале, овечий или коровий, потому что “свиной… издает плохой запах и густой черный дым”. Впрочем, вне зависимости от того, какой применялся жир, свет от таких свечей был тусклым, а дух… как от подгоревшего жира. К тому же фитиль требовалось подрезать каждые несколько минут, или он начинал усиленно коптить.

История развития освещения

Пчелиный воск в качестве материала для свечей был куда лучше — он не коптил так, как сало, и давал приятный аромат. Но был настолько дорог, что долгое время восковыми свечами могли пользоваться только очень богатые люди, королевский двор и церковь.

На производство же сальных свечей часто шли обрезки жира из кухни, поэтому они были дешевы. К тому же бедняки порой даже ели эти свечи, чтобы продержаться в голодные времена. Но, разумеется, как источник открытого огня, свечи были опасны — тем более в те времена, когда домостроение было в основном деревянным (помните поговорку “От копеечной свечи Москва сгорела”?).

Вошли в поговорку

И все же свечи, как практически единственный способ освещения, были очень востребованы. К XIII веку в Англии и Франции производство свечей стало гильдийным ремеслом; в 1300 году в Лондоне была образована Компания производителей сальных свечей — Tallow Chandlers Company, которая в 1456 году даже получила собственный герб.

Кстати, компания существует и по сей день, правда, свечами уже не занимается, хоть и сохранила старое название — сейчас это благотворительная организация. В начале XV века сальные свечи использовались даже для уличного освещения.

Параллельно с сальными свечами на Британских островах был распространен и другой способ освещения — rushlight, своеобразная британская разновидность русской лучины. Это был исключительно дешевый в производстве свет: высушенные стебли ситника несколько раз окунали в растопленное сало для пропитки, а затем закрепляли на каком-нибудь держателе и поджигали.

Фактически, это была не свеча (хотя свечи с фитилем из ситника делали тоже), а, скорее, просто пропитанный горючим материалом фитиль. Хватало такой “лучинки” ненадолго, да и светила она не очень ярко. Но зато позволяла “прибавить яркость”: достаточно было зажечь ее с обоих концов. Знаете поговорку “Жечь свечу с обоих концов”? Вот именно о такой свече в ней и идет речь (стандартную свечу, которая стоит на собственном основании, поджигать с обеих сторон не слишком удобно).

Лучины из ситника использовались в сельской Англии до конца XIX века и даже на время вернулись в период Второй Мировой Войны. В некоторых отдаленных уголках Уэльса они применялись вплоть до середины прошлого столетия.

Ворвань, стеарин и парафин

Но, конечно, свечи давали куда более яркий и “долгоиграющий” свет. В начале XVIII века для производства свечей (и лампового топлива) стали активно применять жир китов и кашалотов, что привело к бурному развитию китобойного промысла и значительному сокращению популяции этих животных. Свечи из ворвани не издавали неприятного запаха, светили куда ярче, чем сальные, к тому же были много тверже, чем свечи из животного жира или воска, то есть не размягчались и не изгибались в летнюю жару.

В начале XIX века французский химик Мишель Шеврёль открыл способ выделения стеариновой кислоты из сала и в 1825 году получил патент на производство стеариновых свечей. Теперь из того же сала можно было производить куда более качественные свечки. В 1830 году Карл фон Райхенбах получил из дегтя твердую кристаллическую субстанцию, стабильную и горючую — парафин. Однако с таким источником материала парафиновые свечи стоили слишком дорого. Но в 60-е годы XIX века парафин научились извлекать из нефти. Эта технология позволила получать его в больших количествах, то есть теперь высококачественные свечи стали довольно доступны.

В России свечи, особенно качественные — восковые, спермацетовые (из жира кашалотов), были прерогативой церкви и состоятельных людей. Впрочем, даже обеспеченные семейства не всегда использовали их в обычной, повседневной жизни (тут применялись свечи из сала), а оставляли скорее для особых случаев. Вот что пишет об этом Лев Толстой в “Двух гусарах” (1856): “В 1800-х годах, в те времена, когда…. в длинные осенние вечера нагорали сальные свечи, освещая семейные кружки из двадцати и тридцати человек, на балах в канделябры вставлялись восковые и спермацетовые свечи…”. Как тут не вспомнить еще одну поговорку: “Игра не стоит свеч”, изначально описывающую ситуацию, когда выигрыш не покрывал стоимость свечей, при свете которых шла игра.

Единица силы света

Но для неимущих даже и сальные свечи были едва ли не роскошью. В 1858 году, уже после появления стеарина, большинство бедных жилищ освещались, как и прежде, горящими лучинами. В 1878 году лучины по-прежнему в ходу, но теперь сальные свечи есть уже во многих домах. В 1887 году, как сообщают источники, в Нижегородской губернии “керосин вытесняет сальную свечу, да и стеариновая свеча стала все больше проникать в дом крестьянина”. В 1892 году Менделеев пишет о том, что “русское производство стеарина с распространением керосина сильно упало”. Свечи постепенно уступают место сперва фотогеновым, а затем керосиновым лампам.

Впрочем, они и по сей день не утратили своего значения, хотя теперь используются, скорее, в декоративных, художественных целях. Ну или для “навигации” по дому, когда вдруг отключили электричество, а на улице темно. Хотя сейчас роль такого светильника, скорее, выполняет фонарик смартфона.

Но о значении свечи как базовой единицы освещения по-прежнему напоминает “кандела” (“свеча”) — одна из семи основных единиц Международной СИ, определяющая силу света.

Масляные лампы

Аргандова лампа

Начиная с XIV века люди стали все больше испытывать потребность в различных формах света. Богатые домовладения хотели получить качественное освещение, чтобы вести активную жизнь после заката. Механизация и рост текстильной промышленности требовали света, чтобы продлить рабочие часы. Города, с ростом урбанизации, нуждались в улучшении уличного освещения, чтобы обеспечить общественную безопасность.

Свечи уже не могли удовлетворить всех этих потребностей, и им на смену постепенно начали приходить лампы. И общество снова обратилось к масляным лампам, известным с самых древних времен. В античности те представляли собой керамические (а затем и металлические) сосуды с носиком (помните лампу Аладдина?), в который вставлялся фитиль. Но такие конструкции давали мало света, да и не были удобны в использовании.

Lampa
Лампа

Революция в мире масляных ламп началась с разработки швейцарского физика и химика Франсуа-Пьера Арганда, известного также как Ами Арганд. В 1780-м году он начал первые попытки усовершенствовать традиционную масляную лампу. Его идея была в том, чтобы создать полый цилиндрический фитиль, в котором воздух может проходить через его середину. Вкупе с цилиндрической стеклянной трубкой, которая улучшала приток воздуха, это позволяло добиться полного сгорания газов и паров масла и увеличения яркости лампы.

История развития освещения
Лампа Арганда
Лампа Арганда
Лампа Арганда

Лампа Арганда давала свет, эквивалентный 6-10 свечам, а благодаря более полному сгоранию фитиля его не требовалось часто подрезать. Плюс лампа практически не коптила, а в качестве горючего можно было использовать различные вещества, от оливкового, рапсового или любого другого растительного масла до ворвани и тюленьего жира.

Жак-Луи Давид, "Портрет доктора Альфонса Лероя", 1783 г. Деталь картины.
Жак-Луи Давид, «Портрет доктора Альфонса Лероя», 1783 г. Деталь картины.

Аргандовы лампы быстро обрели популярность, некоторое время их даже использовали на маяках в качестве источника света. Но у них было и несколько недостатков. Так, в оригинальной конструкции резервуар с маслом, соединенный с горелкой трубочкой маслопровода, должен был располагаться выше самой горелки (иначе густое тяжелое масло плохо поднималось по фитилю). В результате лампы получались неустойчивыми, а цилиндр с горючим отбрасывал большую тень.

Кинкет

Практически сразу после появления аргандовых ламп другие изобретатели начали их совершенствовать. Француз Антуан Кинкет наладил производство несколько усовершенствованного светильника Арганда, но уже под своим именем.

Между двумя разработчиками началась тяжба; в итоге в англоязычных странах закрепилось название “аргандова лампа”, а во франкоязычных (а также тяготевших к французской культуре Польше и России) — “кинкетная” или просто “кинкет”.

Вскоре их производство было налажено и в нашей стране; богато украшенные кинкеты — напольные, настенные, настольные, подвесные — можно увидеть на картинах, изображающих интерьеры аристократических домов и императорских дворцов.

Карсель

Еще большую популярность обрели карсельские лампы, названные по имени французского часовщика Бернара Гийома Карселя. Он улучшил лампу Арганда, добавив в ее конструкцию часовой механизм, который приводил в действие пружину, а она, в свою очередь, приводила в действие поршень, нагнетающий масло к фитилю. Лампы, как часы, нужно было время от времени заводить; ключ располагался в нижней части корпуса.

Такая конструкция позволила расположить резервуар с горючим (обычно с рапсовым маслом) под фитилем; лампа стала устойчивей и удобней. Этот светильник давал ровный, приятный глазу свет, рапсовое масло не чадило и хорошо пахло. Масло расходовалось достаточно экономно и лампа светила до 16 часов без дозаправки.

Карсельская лампа была настолько удобной и яркой, что во Франции в 1860 году даже появилась новая мера освещенности — “карсель”. Она обозначала интенсивность света стандартной карсельской лампы, со стандартной горелкой, которая жгла рапсовое масло со скоростью 42 грамма в час, с высотой пламени в 40 мм. В современной терминологии 1 карсель равен примерно 9,74 канделы.

Впрочем, у лампы были и свои минусы. Во-первых, в то время рапсовое масло использовалось главным образом для очищения высококачественной шерсти, и его доступность для освещения зависела от потребностей текстильной промышленности и урожая. Во-вторых, лампа была достаточной дорогой, то есть доступной далеко не всем слоям населения, а сложный механизм был склонен к поломкам. В-третьих, ее нельзя было использовать для уличного освещения, потому что рапсовое масло слишком густело на холоде.

Разрабатывались и иные модификации аргандовой лампы, но все они были потеснены газовыми и керосиновыми светильниками, а затем и лампами накаливания. Впрочем, в богатых домах, особенно в Старом свете, особенно в королевских и императорских дворцах масляные и даже свечные лампы (с несколькими свечами внутри) применялись даже в начале XX века.

Газ

Газификация Европы

Первые упоминания об использовании газа для освещения и отопления домов датируются еще примерно 500 годом до н.э., когда в Древнем Китае в период Чуньцю (период Вёсен и Осеней) использовались бамбуковые трубопроводы для передачи природного газа на большие расстояния.

В Европе же природный и каменноугольный газ начал применяться для этих целей лишь в конце XVIII века. Хотя, конечно, о том, что газ воспламеняется, было известно гораздо раньше: шахтеры, добывавшие уголь, давно в этом убедились.

Первым, кто получил горючую жидкость путем перегонки угля, стал британец Стивен Хейлс; его статья об этих экспериментах появилась в 1726 году. Но особого внимания она не вызвала; потребовалось еще много лет работы и опытов, прежде чем газовое освещение стало коммерчески доступным.

В 1792 году шотландский инженер и изобретатель Уильям Мёрдок начал эксперименты по перегонке угля и распределению полученного газа. В начале 90-х годов он работал на фабрике Мэттью Болтона и Джеймса Уайта; наблюдение за паровыми двигателями в шахтах Корнуэлла подтолкнуло его к изучению разных типов газа. Пять лет спустя, в 1797 году, он оснастил газовыми лампами собственный дом и мастерскую. А его первые практические системы газового освещения в крупных масштабах датируются примерно 1805-1813 годами.

Параллельно с Мёрдоком эксперименты с газом проводил и французский инженер Филипп Лебон, которого также считают изобретателем газового освещения. В 1801 году он оснастил газовыми лампами собственный дом и сад и начал разрабатывать проекты по внедрению уличного освещения на газу (газовыми фонарями Париж обзавелся в 1820-м).

Газовые лампы на страже закона

Немецкий изобретатель Фридрих Винцер (после переезда в Британию известный как Фредерик Винзор), усовершенствовав технологию Лебона, в 1804 году получил патент на освещение каменноугольным газом. В 1807 году он установил на улице Пэлл-Мэлл в Лондоне газовые фонари и, к празднованию дня рождения короля Георга III, провел их показательное включение.

Каждый фонарь был подключен к газопроводу, трубы для которого были сделаны из старых мушкетных стволов. Винзору достаточно было поднести единственную искру, чтобы все фонари вспыхнули разом. Пораженная толпа ахнула. В тот вечер на Пэлл-Мэлле было в буквальном смысле не протолкнуться от зевак.

В последующие десятилетия тысячи газовых ламп зажглись по всему Лондону. Многих беспокоила эта новомодная технология — в первое время она была не очень безопасной и довольно часто случались взрывы. Но впервые в истории по столице Великобритании стало относительно безопасно передвигаться в темноте. Как писало издание Westminster Review, появление газовых ламп сделало для уничтожения безнравственности и преступности больше, чем все церковные проповеди вместе взятые.

Новые возможности

История развития освещения

К 1823 году газ осветил многие города Соединенного королевства. Газовое освещение стоило до 75% дешевле, чем освещение масляными лампами и свечами, что, конечно, помогло ускорить его развитие и применение. К 1859-му газовые лампы можно было найти по всей стране; их обслуживали около тысячи газовых заводов.

И если сперва такой свет использовался главным образом на промышленных предприятиях, на улицах и в театрах, то постепенно газовые лампы проникли и в жилища. Яркое освещение давало людям возможность больше и дольше читать, больше и дольше работать. Все это позволило ускорить Вторую промышленную революцию.

Если 40-м годам XIX века газовые светильники были лишь в некоторых домах, то вскоре они стали неизменным атрибутом жилья среднего класса. Журнал Englishwoman’s Domestic Magazine даже рекомендовал дамам всегда организовывать приемы при газовом освещении, а если дело происходит днем, то задергивать шторы и опускать жалюзи, чтобы продемонстрировать свои газовые люстры во всем великолепии. Правда, газ выжигал кислород, и леди викторианской эпохи часто падали в обморок не только из-за тесных корсетов, но и из-за нехватки воздуха в своих гостиных.

В США первый государственный газовый завод появился в Балтиморе, Мэриленд, в 1816 году; в том же году один из первых таких заводов появился и в Германии. К 1860-му в Северной Америке было уже более 400 газовых компаний, в Германии — 266. Ближе к концу XIX века каменноугольный газ стал замещаться природным газом, сперва в США, а затем и в других уголках мира, хотя в консервативной Великобритании газ, произведенный из угля, был в ходу вплоть до начала 70-х годов XX века.

Российский термоламп

В России история газового освещения началась в 1811 году, когда инженер Петр Соболевский создал устройство, названное “термоламп”. В следующем году он был награжден орденом за это изобретение. Прибор был предназначен для переработки древесного топлива в газ, который затем по трубкам подводился к светильникам с вентилями. Газ из термолампа горел ярко, без запаха и копоти, и мог служить как для освещения, так и для отопления помещений, поскольку при его сгорании выделяется много тепла.

Новое изобретение было представлено императору Александру I; и уже в 1812 году Соболевскому поручили разработать план по внедрению газового освещения в Санкт-Петербурге. Изобретатель хотел установить 100 газовых фонарей на Адмиралтейском бульваре. Но реализацию замыслов задержала Отечественная война 1812 года, а затем и проблемы технического плана: лампы то не зажигались, то тут же гасли. Однако к осени 1819-го первые газовые фонари осветили улицу на Аптекарском острове. Еще раньше, в 1815 году, Соболевский наладил газовое освещение в производственных помещениях Пожвинского завода, где прежде использовались свечи. Уже через год от свечного освещения на предприятии полностью отказались.

В 1835-м было основано Санкт-Петербургское общество освещения газом; к концу этого же года построена фабрика по производству светильного газа, уголь для которой подвозили из уэльского Кардиффа. 27 сентября 1839 года в Санкт-Петербурге были торжественно зажжены 204 новые газовые лампы. В последующие десять лет их количество достигло 800. К середине XIX века многие центральные улицы и здания тогдашней столицы Российской империи освещались газом: Дворцовая площадь, Большая и Малая Морские улицы, Невский и Царскосельский (сейчас Московский) проспекты, торговый дом “Пассаж”, Технологический институт, Петропавловская крепость.

Калильная сетка Ауэра

Постепенно новый тип освещения распространялся по стране; газ освещал улицы российских городов вплоть до начала 30-х годов XX века. Однако применявшийся в лампах светильный газ все же был не слишком удобен и довольно опасен. Эта смесь водорода, метана, угарного газа и других горючих газов сама по себе не имеет запаха, но ядовита. Протечки газа, вызванные повреждениями газопроводных труб или незакрытым газовым краном, вызывали отравление, порой со смертельным исходом.

Отказаться от его использования позволило открытие австрийского химика Ауэра фон Вельсбаха. В 80-х годах XIX века, исследуя редкоземельные элементы, он выяснил, что некоторые из них, в частности оксиды церия, ярко светятся от высоких температур. На основании своих исследований он сконструировал и запатентовал калильную сетку (иначе называемую колпачком Ауэра) — переплетение шелковых или искусственных нитей, пропитанных солями редкоземельных металлов.

При нагревании ткань выгорает, а металлические соли превращаются в твердые оксиды, которые при нагревании дают яркий светлый свет. Со временем сетки были усовершенствованы — изменился и материал основы, и состав металлов, чтобы добиться максимальной эффективности; в современных калильных сетках используются нити из вискозного волокна или керамические нити.

Впервые установленное в 1891 году в здании Венской оперы, устройство быстро распространилось по всей Европе. К 1893 году было произведено уже около 43 тысяч таких ламп, к 1913 году по всему миру их ежегодно производилось до 300 миллионов штук.

Газовые светильники с сеткой фон Вельсбаха обеспечивали в десять раз более яркое освещение, чем старые горелки с открытым пламенем. Но даже это улучшение не позволило газовым лампам выдержать конкуренцию с керосиновыми, а потом и с электрическими лампами, и постепенно они начали уходить в прошлое.

Историческое наследие

Впрочем, не везде. Во многих исторических городах по-прежнему сохранилось газовое освещение. Мягкий желтый свет старинных газовых фонарей, освещающий пешеходные дорожки ночного Берлина, будто переносит прохожих назад во времени.

Столица Германии по сей день может похвастаться самой обширной сетью уличного газового освещения из почти 30 тысяч фонарей. Некоторое время назад её решили ликвидировать, из-за неэффективности, дороговизны и определенного вреда для окружающей среды. Но местные жители резко воспротивились такому решению. Активисты кампании Gaslicht-Kultur настаивают на том, что газовые фонари — часть культурного и исторического наследия Берлина, которое “нельзя рассматривать только с точки зрения издержек и расходов”.

Тем не менее, перевод уличного освещения на светодиодные лампы постепенно идет. По некоторым прогнозам, завершиться он должен только к 2027 году, так что у любителей старины вполне есть время, чтобы застать настоящие артефакты нашей истории света.

Впрочем, газовые фонари сохранились не только в Берлине. Почти полторы тысячи их освещают и Лондон: Королевские сады, периметр Букингемского дворца, многие улицы Ковент-Гардена. В Бостоне, штат Массачусетс, в исторических местах города, таких как Бикон Хилл, сохранились более 2800 фонарей. В Праге некоторые старинные, XIX века, фонари, электрифицированные в конце прошлого века, были снова переведены на газ в 2012 году. То, что некогда было удивительной и даже сомнительной новинкой, стало неотрывной частью истории, за которую стоит побороться.

Керосин

Домашняя альтернатива газу

Об использовании продуктов переработки нефти писал еще персидский врач и алхимик Абу Бакр Мухаммад ар-Рази — в IX веке, в своей “Книге тайн”. Десять веков спустя керосин, горючая смесь жидких углеводов, получаемая из нефти, стала популярным топливом в европейских лампах.

Но если сейчас в Старом и Новом свете керосиновые лампы применяют в основном туристы в походах; то во многих отдаленных регионах Африки и Азии, где электричество слишком дорого или его попросту нет, они по-прежнему очень широко распространены. Настолько широко, что даже сейчас, в XXI веке, люди продолжают их улучшать и разрабатывать новые версии керосинок. Но обо всем по порядку.

Газовое освещение, распространившееся в XIX веке, использовалось для уличного освещения куда больше, чем для освещения домов, даже в густонаселенных городах. Причина проста — для подведения газа к домам требовалась инфраструктура, прокладка трубопроводов; а это, в свою очередь, требовало времени и денег. Так что газификация сельской местности практически и не рассматривалась — слишком долго, слишком дорого. И потому на смену свечам и масляным лампам здесь пришел керосин, сперва производимый из угля, затем и из нефти.

Это стало революцией в домашнем освещении. Керосиновые лампы светили значительно чище и ярче, чем их предшественники, и давали куда меньше дыма и копоти. А появление колпачков Ауэра, приспособленных под такой тип ламп, сделало их еще лучше.

Керосинка, спасённая жизнь и трагедия

История развития освещения

Современным “отцом керосина” можно назвать Абрахама Пинео Геснера — канадского врача и геолога, который в 1846 году разработал процесс получения жидкого топлива из угля, битума и горючего сланца. Его продукт горел чище и стоил дешевле, чем продукты-конкуренты, такие как ворвань и скипидар. В 1850-м Геснер основал компанию Kerosene Gaslight Company и занялся установкой освещения на улицах Галифакса и других канадских городов, а затем и в США. В середине-конце 50-х годов выяснилось, что керосин выгоднее производить из нефти, что привело к активному развитию нефтедобывающей промышленности. Керосин из угля (в России более известный как “фотоген”) сменился керосином из нефти.

“Отцом” первых керосиновых ламп, а также одним из создателей керосина из нефти называют польского фармацевта и изобретателя Игнация Лукасевича. В 1852-м он, вместе с коллегой-фармацевтом Яном Зехом, начал экспериментировать с нефтью. О топливе для освещения речи не шло — коллеги занимались разработкой новых лекарств. Одним из продуктов их опытов стала желтоватая маслянистая жидкость, которая при горении излучала ровный яркий свет.

Но этот керосин, полученный путем дистилляции нефти, не годился для использования в существующих масляных лампах, — был слишком взрывоопасен. И Лукасевич с Захом разработали усовершенствованный светильник для своего изобретения. Первая керосиновая лампа осветила ту самую аптеку, где они работали. 31 июля 1853 года керосиновая лампа фактически спасла жизнь человеку — в Львовской больнице, освещая операционную, где поздним вечером хирург проводил экстренную операцию по удалению аппендицита. Эта дата считается официальным днем рождения польской нефтяной и газовой промышленности.

В дальнейшем Лукасевич и Зах работали по-отдельности. Уже 2 декабря 1853 года Ян Зах получил от властей привилегию на переработку нефти, затем основал собственный завод, где производил керосин, парафин для свечей, смазочные материалы, которые продавались как в стране, так и за рубежом. И все было хорошо до начала 1858 года: в феврале в одном из магазинов нефтепродуктов вспыхнул пожар, вызванный утечкой керосина. В пламени погибла молодая жена Заха и ее младшая сестра.

Зах не смог оправиться от трагедии. Он отказался от своего успешного бизнеса и вернулся к скромной работе фармацевта, в 1861-м женился на другой сестре своей покойной жены и больше не имел дела с производством керосина.

Делая мир лучше

Лукасевичу повезло больше. В начале 1854 года он переехал в Горлице, поближе к нефтяным месторождениям, и продолжил как работу в аптеке, так и практические опыты с нефтью. Уже к концу года на одной из улиц Горлице появился первый в мире керосиновый фонарь — сейчас на этом месте стоит красивая часовенка в форме керосиновой лампы.

В том же году он открыл первую “шахту” для добычи нефти, затем еще несколько нефтяных скважин и завод по переработке ископаемого топлива. Правда, поскольку спрос на керосин увеличивался медленно, сперва завод скорее специализировался на производстве машинного масла, смазочных материалов и так далее. Своих бед у Лукасевича, как и у Заха, тоже хватало — в 1859-м, совсем еще ребенком, умерла единственная дочь, в том же году сгорел завод. Но Лукасевич решил не отказываться от дела своей жизни и начать заново. Завод был перестроен, бездетные супруги удочерили девочку.

К 1863-му году, через десять лет после создания своей первой лампы, Лукасевич стал одним из самых знаменитых и богатых предпринимателей своего времени, владельцем нескольких заводов и скважин. А также известным меценатом: на его средства строились дороги и церкви; он выделял деньги на борьбу с бедностью и бесплатно раздавал керосин церковным общинам. А, кроме того, платил своим сотрудникам хорошие деньги и впервые ввел систему страхования работников от болезней и несчастных случаев. В 1877 году он организовал первый Нефтяной конгресс с участием ученых и нефтепромышленников Европы, а также основал национальное нефтяное общество и до конца жизни не отходил от дел, популяризовывая керосин как вид топлива.

В лампах, фонарях и печах

Но вернемся к самим лампам. Принцип их работы мало чем отличается от принципа работы масляной лампы. В зависимости от конструкции лампы в ней могут использоваться разные дополнительные устройства — средства для защиты пламени и защиты от проливания, для подачи воздуха и переноски, но в целом идея та же — керосин заливается в резервуар, откуда по фитилю, за счет капиллярного эффекта, постепенно подается в зону горения. В отличие от густого масла, которое требовалось размещать либо выше горелки, либо нагнетать специальным механизмом, керосин — легкое горючее и легко впитывается в фитиль.

Существует несколько вариаций керосиновой лампы — с традиционным плоским фитилем (самая простая, самая экономная, но небезопасная в использовании и наименее яркая), с кольцевым фитилем (как в лампе Арганда) и калильная лампа (оборудованная колпачком Ауэра). Конструкция последней — самая сложная и сильнее нагревается, зато светит куда ярче своих “сестер” и более экономична, чем лампа с кольцевым фитилем.

Керосиновые лампы XIX-XX веков были подвесными, навесными, настольными; яркий свет калильной сетки даже требовалось приглушать абажурами из ткани или бумаги, либо же рассеивать специальными шарами из матового стекла, которые надевались поверх стекла самой лампы.

В России керосиновые лампы появились в начале 60-х годов XIX века и постепенно начали вытеснять масляное, скипидарное и даже свечное освещение, благодаря относительно низкой стоимости. Примерно в это же время в стране начали появляться нефтеперерабатывающие заводы, и уже к концу века в России объем производства керосина составлял около 100 миллионов пудов в год. До революции заводские рабочие даже получали часть зарплаты керосином.

Разумеется, все эти производимые объемы шли не только на освещение домов. Параллельно с газовыми фонарями, в стране использовались и керосиновые. Так, только в Петербурге их насчитывалось порядка семи тысяч. Их плюс был в дешевизне — как топлива, так и самого фонаря. Их никогда особо не украшали, а потому и использовали главным образом на окраинах, где, как предполагалось, красоты не требовалось. Большой популярностью они не пользовались, и потому были быстро вытеснены электрическими лампами.

Популярность же керосиновых ламп в домах дополнительно поддерживалась использованием примуса и керосинки, приборов для приготовления пищи, куда шло то же топливо, что и в лампах. А керосинки, заменившие дровяные печи и плиты, в России широко применялись почти до 60-х годов прошлого века.

Керосиновые лампы сегодня

Современные керосиновые лампы, в виде настольных ламп или переносных фонарей, применяются и по сей день, там, где нет постоянного доступа к электричеству. По подсчетам экологов, ежегодно в них сжигается до 77 миллиардов литров керосина. Они по-прежнему достаточно опасны в применении, поскольку используют огонь, а даже небольшие загрязнения топлива могут привести к возгораниям и взрывам.

Кроме того, во многих бедных регионах порой используют даже не промышленно произведенные лампы, а делают их самостоятельно из подходящих предметов, например, бутылок, чтобы на освещение тратилось еще меньше денег. Такие импровизированные лампы легко опрокидываются и приводят к пожарам, в которых зачастую гибнут люди. Для решения этой проблемы, по крайней мере, на Шри-Ланке, в конце прошлого века местный врач Виджайя Годакумбура разработал простые и недорогие керосиновые лампы из толстого стекла (чтобы не бились) с закручивающейся крышкой (чтобы удерживать фитиль на месте и не допускать разлива керосина). Но главное — сама форма сосуда: он низкий и плоский, и, в отличие от обычной бутылки, его не так просто уронить. И даже упав, он не будет кататься по полу или столу, разливая опасное горючее. Эта “безопасная бутылка”, как окрестили лампу, наверняка спасла немало жизней.

И, хотя газовые и керосиновые лампы где-то до сих пор остаются конкурентами электрического освещения, их постепенно вытесняют безопасные светодиодные системы, работающие от солнечных батарей.

Лампы накаливания

Эксперименты Эбенезера Киннерсли

ΧΙΧ-е столетие можно смело назвать веком света — именно в эти сто лет появились и получили развитие сразу три революционных способа освещения: газовый, керосиновый и электрический.

Первые имена, которые приходят на ум при упоминании лампы накаливания, — Томас Эдисон и Джозеф Свон. Но фактически процесс ее изобретения занял более двухсот лет, и к тому моменту, когда в дело вступили американский и английский изобретатели, технология уже была достаточно хорошо изучена. Впрочем, это отнюдь не умаляет вклада Эдисона и Свона — ведь именно благодаря им лампа накаливания из проработанной, но все же непрактичной лабораторной диковинки, которая светила от силы несколько минут, стала утилитарным продуктом, работающим месяцами и даже годами.

А все началось еще в 1761 году, с англо-американского физика и изобретателя Эбенезера Киннерсли. В одном из своих писем к другу и коллеге Бенджамину Франклину он описал свои эксперименты с электричеством. С помощью лейденских банок он пытался установить, производит ли электричество тепло, и в эксперименте № 11 сумел добиться того, чтобы кусок медной проволоки раскалился докрасна. Сейчас мы бы сказали, что это было электромагнитное излучение в форме видимого света, вызванное нагревом.

Второй разряд расплавил проволоку. Киннерсли продолжил эксперименты с проволокой из тех же материалов, но разного диаметра, и выяснил, что толстые куски заметного нагрева не демонстрируют — из-за более низкого сопротивления.

“Дома и города вскоре будут освещаться электричеством”

Следующим шагом на пути к электрической лампе стало изобретение “Вольтового столба” — первой батарейки, построенной Алессандро Вольта в 1800 году. На основе этого элемента Вольта британский ученый Хэмфри Дэви в первом десятилетии XIX века разработал дуговую лампу. Источником света в ней была электрическая дуга, возникающая между двумя электродами. Дэви использовал палочки угля, установленные горизонтально, и две тысячи элементов питания, чтобы создать дугу в 10 см.

Свет получился очень ярким, но эту ранняя лампа большого распространения не получила. Она была слишком яркой, часто мигала, издавала громкое шипение и была слишком громоздкой и слишком дорогой. Использовать такую установку в доме было совсем не целесообразно, особенно в отсутствии постоянного и надежного источника питания.

В следующие 75 лет многие ученые экспериментировали в этой области — создавая что-то новое или повторяя работы своих предшественников. В 1831-м Майкл Фарадей (ученик Хэмфри Дэви) открыл электромагнитную индукцию — принцип, на котором основана работа электрических трансформаторов и генераторов. Теперь ток стал доступен, а электричество из любопытной редкости превратилось в новую мощную технологию.

В 30-е годы XIX века шотландский изобретатель Джеймс Боумен Линдси писал о том, что “дома и города вскоре будут освещаться электричеством вместо газа и обогреваться им, вместо угля, и машины будут работать на нем вместо пара”. И он говорил об этом на основании собственного опыта: в 1836-м Линдси продемонстрировал свое устройство для производства постоянного электрического света во время публичной лекции в Данди, своем родном городе. Правда, особых подробностей об этой лампе не сохранилось, лишь слова самого Линдси о том, что он мог читать книгу при ее свете даже на расстоянии в полметра от лампы.

Изобретение популярности не получило — у Линдси не было ни желания, ни предпринимательской жилки, чтобы поставить свою идею на коммерческую основу. Его интерес к электричеству был продиктован в первую очередь желанием обеспечить безопасным освещением заводы по переработке джута, где часто вспыхивали пожары. Ну и, конечно, возможностью читать после заката.

Платиновые лампочки

В 1838 году бельгийский изобретатель Марселин Жобар предложил создать электрическую лампу, в которой углеродное волокно находилось бы в вакууме. Правда, уголь, использованный им в качестве нити накаливания, слишком быстро перегорал.

Два года спустя британский астроном Уоррен де ла Рю решил использовать в качестве нити не дешевый уголь, а дорогую платину. Идея была в том, что высокая температура плавления платины позволит ей работать при высоких температурах, а удаление воздуха из лампы позволит продлить срок службы нити. Но, хотя направление мысли было верным, цена материала не позволила сделать лампу де ла Рю коммерчески эффективной.

Тем не менее в 1841 году ирландский политик Фредерик де Молейнс, интересовавшийся и наукой, подал документы на получение патента на вакуумную лампу с платиновой нитью. Но, понимая суть проблемы, он продолжал экспериментировать и с более дешевыми материалами, в том числе и углем.

В 1845 году американский изобретатель Джон Веллингтон Старр получил патент на два типа ламп — с платиновой нитью, но без вакуума, и с углеродной нитью в вакууме. Однако поставить на коммерческую основу свои проекты он не успел, в 1846-м став жертвой распространенного тогда туберкулеза. Кто знает, может, останься он жив, мы говорили бы не о лампочке Эдисона, а о лампочке Старра — платиновой лампочке.

Лампа Лодыгина

Среди наших соотечественников, работавших в этом направлении, нельзя не упомянуть Александра Лодыгина и Павла Яблочкова. Лодыгин, хоть и ставший военным в соответствии с семейной традицией, всегда интересовался наукой. Уйдя в 23 года со службы, он начал посещать лекции в Технологическом институте Санкт-Петербурга, параллельно работая над грандиозной задумкой — проектом электрического летательного аппарата.

Одновременно он вел и эксперименты по созданию осветительного прибора. Зная о работах своих предшественников, он пытался найти наиболее подходящий материал для нити накала, но патент, полученный им в 1874-м году, описывал лампу с угольным стержнем. В том же году он получил награду от Петербургской Академии наук и основал компанию по производству своих ламп накаливания.

На протяжении последующих десяти лет Лодыгин работал не только над усовершенствованием осветительных приборов, но и над другими своими изобретениями, в том числе и водолазным аппаратом. Однако после убийства императора Александра II начались репрессии на народников, и ученый, вовлеченный в это движение, был вынужден эмигрировать — сперва во Францию, потом в США, где он продолжил улучшать лампы накаливания.

Поскольку все применяемые на тот момент нити сгорали слишком быстро, он начал экспериментировать с тугоплавкими металлами; именно Лодыгин одним из первых начал использовать вольфрам. Соответствующий патент он в начале XX века продал General Electric — компании Томаса Эдисона.

Свеча Яблочкова

Павел Яблочков пошел другим путем. Как и Лодыгин, он начинал свою карьеру как военный, но интерес к инженерному делу и науке оказался сильнее. Он уволился в запас, занялся гражданской работой и вступил в кружок электриков-изобретателей: еще во время службы он окончил Техническое гальваническое заведение (Электротехническую военную школу) в Кронштадте, которая готовила военных специалистов в области электротехники.

В кружке он занялся усовершенствованием дуговых ламп, которые на тот момент были слишком сложны и требовали особого регулятора. В 1874-м году Яблочков открыл в Москве собственную электротехническую мастерскую для работы и экспериментов, которые заложили основу для его будущих изобретений в области электрического освещения, гальванических элементов и аккумуляторов.

В 1875-м году он, волей случая, оказался сперва в США (где на всемирной выставке демонстрировал свои разработки и достижения русской электротехники), а затем в Париже. В столице Франции он, наконец, смог добиться успеха и создать дуговую лампу без регулятора. Весной 1876-го он получил патент на “электрическую свечу”, получившую известность как “свеча Яблочкова”.

Фактически это была электрическая дуговая лампа, состоящая из двух вертикально стоящих столбиков угля, разделенных изолирующим материалом. Сверху угли соединяла тонкая проволока или угольная паста; при подаче электричества проволока/паста сгорала, зажигая дугу. Одной свечи хватало примерно на 1,5 — 2 часа, пока не выгорал весь уголь; после этого свечу нужно было менять.

Первые свечи Яблочкова питались переменным током от генератора Грамма и гасли, если электричество пропадало. Погасшая свеча повторно уже не зажигалась — после того, как сгорала верхняя проволока, контакта между электродами не было. Не отработавшую свой ресурс свечу все равно приходилось менять. Со временем Яблочков решил эту проблему, подмешивая к изолирующему материалу различные металлические порошки — это позволяло снова зажигать дугу.

Устройство было простым, недорогим, ярким и получило большую популярность. Свечами Яблочкова освещались театры и фешенебельные магазины Парижа, проспект Оперы, столичный ипподром. Новая лампа быстро распространилась в Европе, США, Индии и, конечно, в России. Но недостатки свечи, такие как малое время работы и отсутствие электрических сетей, не позволили ей в достаточной мере конкурировать с газовым освещением.

Возвращение Джозефа Свона

Сложно определить, какой именно момент оказался решающим на пути лампы накаливания к успеху, но одно можно сказать точно — большой вклад внесло изобретение ртутного вакуумного насоса в 1865 году. Именно это позволило создавать вакуум более высокого качества, а это, в свою очередь, продлило срок службы нитей накаливания.

Один из “отцов” лампы накаливания, британский химик и физик Джозеф Свон, экспериментировал с электрическим освещением еще в 50-е и 60-е годы XIX века, но был вынужден признать поражение по двум причинам — низкое качество вакуума и недостаток электроэнергии. С появлением вакуумного насоса он вновь с энтузиазмом взялся за дело, и к 1878 году смог добиться того, чтобы его лампа при работе не чернела изнутри. В ней использовалась толстая угольная нить, и светить она могла до 40 часов к ряду.

Первая публичная демонстрация его осветительного прибора, параллельно с лекцией об электричестве, была запланирована на 18 декабря 1878 года, но прошла неудачно — ярко просветив несколько минут в лаборатории, лампочка перегорела из-за чрезмерного напряжения. 17 января 1789 года он повторил свою лекцию, с одновременной демонстрацией своей лампы — на сей раз все прошло отлично. Уже третьего февраля он показал свое изобретение на собрании литературного и философского общества в Ньюкасл-апон-Тайне, своем родном городе. В аудитории было несколько сот человек, включая председателя общества, барона Уильяма Армстронга, которого очень заинтересовала новинка.

Свон получил патент на свою первую лампу, но, как и во многих предыдущих случаях, она оказалась коммерчески невыгодна: толстая нить требовала очень высокого напряжения и, соответственно, очень мощных проводов для питания. Поэтому он продолжил экспериментировать.

На сей раз Свон взял хлопковую нить, обработанную серной кислотой. Она оказалась надежной, прочной и тонкой, диаметром всего 0,25 мм, и ее можно было скрутить в спирали размером в 2,5 мм. При напряжении в 100 вольт лампа с такой нитью давала силу света в 60 кандел. В 1880 году изобретатель получил патент и на нее.

Освещая Британию

В этот момент Свон начал популяризовывать свою разработку. Его лампы осветили сперва его собственный дом; затем, по заказу Армстронга, и его поместье. В том же 1880 году электрические лампы впервые осветили улицу — Мозли-стрит в Ньюкасл-апон-Тайне.

В 1881 году была образована компания Swan Electric Light Company, и началось коммерческое производство ламп. Электрический свет озарял все больше домов и зданий Великобритании, включая Королевский судный двор и театр Савой в Лондоне, на освещение которого пошло 1200 светильников.

Все проблемы, которые возникали с лампами, Свон решал по ходу дела — например, сумел добиться единообразной толщины нити, чтобы обеспечить равномерный нагрев (разумеется, подкрепляя все новшества патентами).

К июню 81-го лампы Свона осветили частный корабль, “Город Ричмонд”; сразу после этого электричество на своих кораблях провел и Королевский флот. Электрические лампы Свона использовались и на строительстве железнодорожного тоннеля под рекой между Англией и Уэльсом; в шахтах — Свон разработал для них специальные светильники, чтобы обезопасить шахтеров от взрывов газа и возгорания угольной пыли при контакте с пламенем. Заказов на новый тип света поступало все больше и больше.

Томас Альва Эдисон

В это же время в Новом свете не менее кипучей деятельностью занимался и американец Томас Эдисон, уже известный своими изобретениями фонографа, а также усовершенствованиями для телеграфа и телефона. В 1878 году он, независимо от британца Свона, начал экспериментировать с лампами накаливания. В том же году он получил свой первый патент в этой области и, при содействии финансистов Джона Моргана, Спенсера Траска и семьи Вандербильтов, основал компанию Edison Electric Light Company.

Как и Свон, Эдисон использовал вакуумный насос и угольные нити. Зная об экспериментах предшественников, он работал и с платиной, и с другими металлами, но все же остановился на угле. Первая успешная лампа Эдисона работала 13,5 часов; после некоторой доработки он, 4 ноября 1879 года, подал документы на свой самый знаменитый патент № 223,898, и в январе 1880-го получил соответствующий документ. Как и у Свона, запатентованная лампа Эдисона работала 40 часов.

Первая демонстрация этой лампы состоялась в канун нового 1880 года, еще до получения патента. Во время этой демонстрации изобретатель и произнес знаменитые слова: “Мы сделаем электричество таким дешевым, что только богатые будут жечь свечи”.

Возможности нового источника света заинтересовали многих присутствующих. Был среди них и Генри Виллард, президент транспортной компании Oregon Railroad and Navigation Company. Он сразу дал Эдисону заказ — оснастить электрическими лампами свой новейший пароход, “Колумбию”. Освещение корабля стало первым коммерческим применением лампы Эдисона.

Продолжая эксперименты уже после получения патента, Эдисон выяснил, что нити из карбонизированного (обогащенного углеродом) бамбука работают куда дольше — до 1200 часов и более. По легенде, идея об использовании именно этого материала для ламп пришла ему во время рыбалки — удилище его удочки было из бамбука.

Странная история Сойера и Мана

А дальше разыгралась война патентов. В 1883 году Американское бюро патентов отозвало патенты Эдисона, так как сочло, что они основываются на предшествующих разработках других изобретателей, в частности, патентах Уильяма Сойера и Альбона Мана. Эдисон, разумеется, обратился к юристам, и началась длительная, многолетняя тяжба. Но кем были Сойер и Ман, и почему их имена не перечисляются в списке отцов электрической лампы?

Уильям Сойер и Альбон Ман познакомились в январе 1878 года. Первому было 28, он был талантливым электриком, но уже заслужил репутацию человека эмоционально неустойчивого и неравнодушного к алкоголю, из-за чего потерял работу. Второму было 52, он успел побыть и юристом, и банкиром, и управляющим поместья, и повоевать в Гражданской войне между Севером и Югом. При этом Ман всегда интересовался наукой; особенно его увлекали фотография, а также химические и электрические опыты.

Сойер убедил нового знакомого, что сможет сделать вечную лампу накаливания, предложил несколько чертежей с разными проектами и даже снял комнату для мастерской. В марте 1878 года они оба подали патент на “улучшение электрических ламп”, которое представляло собой сферу, заполненную азотом, в которой располагался углеродный проводник, поддерживаемый большими зигзагообразными радиаторами для удаления излишнего тепла.

Минусом такой лампы было жесткое крепление угольной нити, которая не могла сжиматься и расширяться, и в результате часто ломалась. Сойер и Ман экспериментировали с материалом (от ивовой древесины до бумаги), с формой нити, но результаты были неутешительные. Ман переживал, Сойер уверял, что все получится, и просил выделить еще денег на опыты. В июне 1878-го Ман, понимая, что за электричеством будущее и не желая упустить возможностей, вместе с друзьями-банкирами, основал фирму Electro-Dynamic Light Company, которая выкупила права на патент.

Компания начала вести переговоры об установке своих ламп с разными предприятиями (в частности, с текстильным комбинатом “Давол Миллз” в Массачусетсе), принимать на работу сотрудников, арендовала новое, просторное помещение под мастерскую, обдумывала планы по получению зарубежных патентов. Сойер был штатным электриком, Ман — президентом организации. Но буквально через несколько месяцев у Electro-Dynamic Light Company появился мощный конкурент — Edison Electric Light Company. Собственно, конкурентами они даже и не были: благодаря поддержке крупных финансистов капитал фирмы Эдисона составлял 3 миллиона долларов, а у Electro-Dynamic Light Company набиралось лишь чуть больше тысячи долларов.

Несмотря на то, что в ноябре 1878-го журнал Scientific American описал демонстрацию лампы Сойера-Мана и похвалил свет как “ровный и яркий”, а в декабре посвятил ему более развернутую статью, дела у компании шли не слишком хорошо.

Ман написал письмо юристу Гросвенору Лоури, другу Эдисона и одному из основателей Edison Electric Light Company, предлагая сотрудничество и ссылаясь на свои патенты. Лоури ответил, что Эдисону эти патенты не нужны, так как его изобретение работает принципиально иначе. Сотрудничества не вышло. Дальше — больше. Нет никаких сведений о том, что компания когда-либо устанавливала свои осветительные приборы, зарубежных патентов получить не удалось, поскольку не нашлось финансирования, и в итоге в марте 1879-го Ман распустил всех нанятых сотрудников.

Сойер попросил дать ему еще три месяца на эксперименты, после чего он вернет все долги компании. Он уверял, что его идеи были верны и он вскоре создаст вечную лампу, которая никогда не перегорит. Через два дня после этого он тайно написал письмо Эдисону, предлагая забыть все предыдущие разногласия и обещая, что его, Сойера, изобретения, станут собственностью Edison Electric Light Company. Эдисон предложение отклонил.

Лампочка раздора

Разумеется, Сойер не смог ничего выплатить компаньонам, и на попытки Мана поправить ситуацию сотрудничеством с другими фирмами реагировал агрессивно. Потеряв работу, он решил создать другую компанию — конкурента Electro-Dynamic. Действуя по прежней схеме, он нашел финансирование, арендовал помещения, но тут в газете New York Herald вышла статья о лампах Эдисона. В материале упоминались и другие изобретатели, которые работали над лампой накаливания, но имени Сойера в ней не было.

Тот написал в газету гневное письмо о том, что он разработал свою лампу за год до Эдисона. Информацией заинтересовался некий Чарльз Чирер из Нью-Йорка, специализировавшийся на спекуляции патентами. Он сумел уговорить Сойера и Мана подать документы на новый патент — собственно, на ту же самую лампу, только с добавлением новых типов проводников. Это, вкупе с успехами лампы Эдисона, позволило Сойеру найти еще больше желающих профинансировать его работу, и в январе 1880-го была создана Eastern Electric Manufacturing Company (EEMC), с капиталом в 2 миллиона долларов.

Возможно, что с хорошим финансированием Сойер и смог бы продвинуться в своих разработках, если бы не его взрывной характер. Повздорив с человеком, снимавшем квартиру в том же доме, что и он (ссора, кстати, разгорелась из обсуждения лампы Эдисона), Сойер застрелил его, был арестован, но выпущен под залог до решения суда. За год, ушедший на разбирательство дела, он успел запатентовать еще два варианта своей лампы, но рабочего прототипа не построил.

Номинально все еще существовавшая Electro-Dynamic за несколько дней до оглашения вердикта суда продала все права на лампу Сойера EEMC, а потом и вовсе исчезла. Сойера признали виновным, но незадолго до фактического заключения в тюрьму он умер в возрасте 33 лет из-за проблем со здоровьем. EEMC перешла на лампы Эдисона, патенты Сойера несколько раз перепродавались, Ман еще некоторое время продолжал судиться, но вскоре имена и Сойера, и Мана, и Electro-Dynamic сошли со сцены.

Забытые изобретения

Это была далеко не единственная компания, которая не смогла воплотить свои идеи или выдержать конкуренции в эти ранние годы развития электрического света. Чьи-то разработки оказались в принципе нежизнеспособны, какие-то получили распространение, но, с развитием технологий, ушли в небытие. Из второй категории была интересная лампа Нернста, разработанная в 1897 году немецким физиком и химиком Вальтером Нернстом.

Ее главное отличие от ламп Свона и Эдисона заключалось в том, что ей не требовался вакуум. Вместо углеродной нити накаливания в ней использовался тугоплавкий стерженек из особого вида керамики, не окислявшийся на воздухе. Керамический стержень давал яркий и более “естественный” свет, чем тогдашние электролампы. Но у детища Нернста было два недостатка, которые и определили его судьбу.

Используемая керамика при комнатной температуре тока не пропускала, поэтому ее требовалось предварительно нагревать (для этого вокруг стержня устанавливалась специальная спиралька, разогревавшаяся тем же током). То есть лампе требовалось некоторое время, чтобы заработать. К тому же сам материал стерженька был хрупким и неэкономичным. В итоге разработка Нернста, хоть и была популярной и использовалась довольно долго, сейчас практически не применяется.

Костюм электрического света

Между тем Эдисон продолжал работать. Чутье на людей его не подводило. Он знал, где лучше выкупить патент, с кем стоит сотрудничать и в каком направлении лучше двигаться.

В 1892 году Edison Electric Light Company, работавшая в США, объединилась с американской же компанией Thompson-Houston Electric, которая выпускала лампы по патенту Сойера-Мана, и стала известна как General Electric (да, да, та самая General Electric). Еще раньше, в 1882-м, он попытался судиться с компанией Свона, обвиняя ее в нарушении своего патента от 1879 года. Но Свон продемонстрировал свои разработки и публикации, сделанные ранее, и во избежание дорогой тяжбы с сомнительными шансами на успех, обе компании решили провести слияние. В итоге в 1883-м в Великобритании появилась фирма Edison and Swan Electric Light Company, более известная как Ediswan.

В то время как джентльмены вели войну за патенты и сферы влияния, дамы осваивали новые способы применения электричества, в том числе и довольно неожиданные. В марте 1883 года госпожа Альва Вандербильт, супруга железнодорожного магната Уильяма Киссэма Вандербильта, давала бал-маскарад в честь новоселья в своем новом доме на Пятой авеню в Нью-Йорке. Мужчины были в костюмах Людовика XV и XVI, герцога де Гиза, короля Лира, испанских рыцарей и флорентийских художников, а женщины одеты как венецианские принцессы, британские королевы, феи и даже как кошки или шершни (украшенные бриллиантами, разумеется). Но самый большой фурор произвела Элис Вандербильт, жена Корнелиуса Вандербильта II, в костюме… электрического света.

Желтое атласное платье с вышивкой в виде молний и солнечных лучей, усыпанное жемчугом и топазами, украшенное золотистой мишурой, прятало батарею, которая подавала электричество на красивую электрическую лампу, которую госпожа Элис торжественно воздевала над головой — будто статуя Свободы свой факел. Лучшей рекламы для ламп Эдисона в кругах нью-йоркского бомонда придумать было невозможно.

Электростанции и электросчетчики Эдисона

А сам Эдисон продолжал совершенствовать свое изобретение, изучать чужие работы в этой области и собирать нужные ему патенты. Он приобрел бумаги на разработки итальянца Артуро Малиньяни, который придумал более быстрый и безопасный способ массового производства ламп. За 5 тысяч долларов (около 100 тысяч в пересчете на современные деньги) получил патенты канадцев Генри Вудварда и Мэтью Эванса, которые спроектировали свой вариант лампы накаливания на пять лет раньше Эдисона, но не имели финансирования, чтобы запустить производство. Купил он и несколько патентов Лодыгина.

Впрочем, не только деньги и изобретательность сделали Эдисона самым знаменитым “лицом” электрического освещения. Он умел мыслить глобально, видеть картину целиком, и разработал целый комплекс нововведений, который помог сделать электрическое освещение еще более практичным. Например, в отличие от Свона, который счел, что питать лампы лучше от автономного персонального генератора, Эдисон сделал ставку на генераторные станции, которые могли вырабатывать электричество для освещения целых кварталов.

В 1882 году он продемонстрировал, что электричество может распространяться на большие расстояния от генератора с помощью кабелей и труб. Затем создал первую коммерческую электростанцию и даже первый электросчетчик, чтобы измерять объем потребленного электричества.

Лучше, но не идеально

Пока Эдисон работал над системой освещения в целом, другие изобретатели продолжали шаг за шагом совершенствовать процесс производства нитей накаливания и увеличивать эффективность ламп. Следующий качественный скачок произошел в 1904 году, когда на смену углю пришли нити из тугоплавкого материала — вольфрама (который используется и по сей день).

По некоторым данным, первым использовать вольфрам в лампах начал Александр Лодыгин, еще в 90-е годы XIX века, но официально первый патент на вольфрамовую нить получили венгерский и хорватский химики Шандор Юст и Франьо Ханаман. Вольфрамовые нити светили ярче и дольше, чем их предшественницы — если, конечно, не ломались: используемый в то время вольфрам был очень хрупок.

В 1906 году физик Уильям Кулидж, сотрудник лаборатории General Electric, смог получить гораздо более пластичный ковкий вольфрам, и пять лет спустя компания наладила производство ламп с новой нитью накаливания. В 1913 году другой сотрудник General Electric, Ирвинг Ленгмюр (позже ставший лауреатом Нобелевской премии), доказал, что нить накаливания работает гораздо эффективнее не в вакууме, как считалось до этого, а в инертном газе — азоте, аргоне. Он же выяснил, что скручивание нити в тугую спираль также увеличивает ее эффективность.

В 1917 году другой американский ученый, Берни Ли Бенбоу получил патент на дважды скрученные нити накаливания, хотя такую нить, устойчиво работающую и коммерчески доступную, удалось создать только в 30-е годы.

В 1921 году японский инженер Дзюнити Миура создал прототип лампы с двойной спиралью, но наладить ее коммерческий выпуск получилось лишь в 1936-м. А в 1924 году американский химик Марвин Пипкин запатентовал матовое покрытие для стекла ламп накаливания, которое позволило создать мягкий рассеянный свет.

В последующие годы инженерам удалось увеличить эффективность и снизить стоимость ламп, но к 50-м годам стало очевидно, что на освещение уходит лишь 10 процентов потребляемой энергии. Остальная часть просто рассеивается. И ученые направили свою энергию на поиски и совершенствование других источников света.

Газоразрядные лампы

Совершенно иной принцип

О том, что такое лампы накаливания, и как они работают, знают практически все. Газоразрядные лампы знакомы и понятны куда меньше, хотя они и сыграли (и играют до сих пор) важную роль в истории освещения. Некоторые из них широко применяются и в домах, и на улицах. Другие, такие как неоновые, заняли очень узкую нишу. Какие-то газоразрядные лампочки очень похожи на традиционные лампы накаливания, а какие-то, например, флуоресцентные, могут иметь совершенно другие размеры и формы.

Несмотря на возможное внешнее сходство, принцип работы газоразрядных ламп совершенно иной, чем у ламп накаливания. Свет в них дает не разогретая до высоких температур нить, а электрический разряд, проходящий через ионизированный газ. Это имеет два больших плюса. Во-первых, в зависимости от типа газа и/или внутреннего покрытия лампы, можно получить свет разных цветов. Во-вторых, служат такие лампы куда дольше и эффективней.

Видов газоразрядных ламп существует множество, и их подразделяют по разным признакам: например, по используемому газу (натрий, пары ртути, аргон, неон, ксенон и так далее), по величине давления (высокое или низкое), по типу источника излучения (непосредственно сам разряд, свечение люминофора или электродов под воздействием разряда). А найти их можно практически где угодно — в магазинах, офисах, других общественных местах, в автомобильных фарах (тот самый пронзительный ксенон), в сельском хозяйстве, в вывесках, в наших домах (витые “энергосберегающие”, они же компактные люминесцентные лампы).

Учитывая то, что газоразрядные лампы пришли на смену лампам накаливания, можно было бы предположить, что их история началась в XX веке. Но нет. Она начинается в 1675 году, когда французский астроном Жан-Феликс Пикар обратил внимание на сияние, исходившее от его ртутного барометра: при перемещении прибора пустое пространство в нем почему-то светилось.

Странное явление не могло не заинтересовать ученых мужей. Теории выдвигались разные, и первым верное объяснение нашел британский физик-экспериментатор Фрэнсис Хоксби. В 1705 году он продемонстрировал, за счет чего появляется это свечение; именно по этому принципу и работают современные газоразрядные лампы. Хоксби поместил немного ртути в стеклянную колбу с частично откачанным воздухом и пропустил через нее разряд статического электричества. Свет, излучаемый ртутью, был достаточно ярким, чтобы при нем можно было читать (только недолго, из-за жёсткого ультрафиолета, который портит зрение, — примечание редактора).

Тем не менее, до появления первых газоразрядных ламп оставалось еще более ста лет. Лишь в 1850-е годы немецкий стеклодув и изобретатель Генрих Гейслер разработал вакуумный насос и так называемые трубки Гейслера — стеклянные колбы со впаянными электродами, которые заполнялись различными газами. Эксперименты с содержимым трубок позволили выяснить, что некоторые газы, в особенности инертные, дают интересное свечение при прохождении электрического разряда.

Но если ученых, таких как Юлиус Плюккер, Уильям Крукс, Генрих Герц, изучение газов в трубках Гейслера привело к серьезным научным открытиям (от электрона до плазмы), то сам Гейслер предпочитал использовать свое детище в развлекательных и эстетических целях. В 1890-м году, через 32 года после появления первых трубок Гейслера и через 11 лет после изобретения Эдисона, в свет вышла книга профессора физики Сайруса Фогга Брэкетта, где трубки описывались как “красивые электрические игрушки”.

Свет для архитектуры

Еще шесть лет спустя электротехник Дэниел Мак-Фарлен Мур, опять-таки сотрудник General Electric, разработал “лампу Мура”, которая была первым коммерческим источником света на основе газовых разрядов. Именно она стала предшественницей современных неоновых вывесок и флуоресцентных ламп. Кстати, позже Мур разработает миниатюрную неоновую лампу, которая будет применяться в электронных дисплеях, а также вакуумные трубки, которые использовались в ранних телевизорах.

Маленькие светильнички в стиле “игрушек” Гейслера Муру были не интересны: он строил целые системы в десятки метров величиной, с прицелом на архитектурное использование. В качестве газа в его лампах использовался углекислый газ; чтобы компенсировать его “выгорание”, Мур разработал электромеханическую систему, которая бы позволяла добавлять в трубки газ при увеличении сопротивления. Конструкция была большая, сложная, не слишком надежная, но важность идеи, видения Мура сложно недооценить. Он задумывал осветительную систему как неотъемлемую часть здания — как окна, как вентиляция. Без него не было бы ночного Лас-Вегаса и Токио — таких, какими мы знаем его сейчас, без него мы бы представляли футуристические картины без традиционных для них ярких неоновых огней.

Впрочем, сам неон был открыт только два года спустя, в 1898 году. Но процесс получения этого газа (а также других инертных газов) из воздуха был настолько дорогим, что в коммерческих целях использовать его было бы невозможно. К поискам решения подключились французский инженер-изобретатель Жорж Клод и уже знакомый нам Мур.

В начале 1900-х годов Клод, одновременно с немецким коллегой Карлом фон Линде, изобрел методику сжижения воздуха, и это изобретение позволило получать редкие газы в промышленных масштабах. Последним большим препятствием на пути коммерческого применения газоразрядных ламп было отсутствие надежного электрода; но в 1915-м Клод получил патент и на него. Примерно же в это время начали распространяться первые неоновые рекламы и вывески.

Новые виды ламп

Новый тип света интересовал все больше ученых и производителей осветительных приборов. В попытках сделать лампы более коммерчески выгодными и более эффективными, инженеры экспериментировали с разными видами газа, включая и пары металла. Например, снова вернулись к ртути, с которой все началось.

Опыты с этим текучим металлом велись на протяжении всего XIX века, с разным успехом. Автором первой ртутной лампой, пригодной для коммерческого использования, стал в 1901 году американский изобретатель Питер Купер Хьюит. Два года спустя он выпустил улучшенную версию своего устройства, которая давала более качественный свет, и ее начали широко использовать в промышленности. В 1913 году патент на изобретение Хьюита купила… да, вы угадали, General Electric. В 30-е годы компания начала покрывать внутреннюю сторону ламп Хьюита фотолюминофором, чтобы получить более приятный глазу свет (этот фотолюминофор поглощал ультрафиолетовую часть спектра излучения от ртути). Так появилась люминесцентная (флуоресцентная) лампа.

История развития освещения

Натриевую газоразрядную лампу низкого давления создал американский физик Артур Холли Комптон в 1920 году. Но у этой ранней версии было несколько минусов. Во-первых, такие лампы излучают только специфический оранжево-желтый свет, из-за чего подходят лишь для уличного освещения. Во-вторых, в первых лампах натрий разъедал электроды, и стекло чернело. Вторую проблему разрешил Марселло Пирани в 1931 году, использовав стекло, которое не взаимодействует с натрием. Первую удалось обойти с созданием натриевых ламп высокого давления (в 1964-м), которые излучают более широкий диапазон света, но и у них цветопередача хуже, чем у других ламп.

Тем не менее, натриевые лампы нашли широкое применение в качестве уличных фонарей (яркий желтый свет хорошо виден даже в тумане) и охранного освещения, где точная передача цвета не важна.

Энергосберегающее решение

Более чистый белый свет, порой даже имитирующий естественный дневной, дают металлогалогенные лампы (разновидность ртутных ламп высокого давления). Эта особенность позволила широко применять их в качестве осветительных приборов в домах или на сцене, в местах больших скоплений людей, в карьерах и на железнодорожных станциях. Эксперименты с использованием галогенидов в ртутных лампах велись еще в 1912 году: Чарлз П. Штейнмец, американский инженер-электрик, пытался добиться от ртутных ламп более приятного света. Но, хотя качество света повысилось, такая лампа работала нестабильно и мигала.

Усовершенствовать разработку Штейнмеца получилось только в 1962 году — с использованием кварцевого стекла, вольфрамовых электродов и молибденовых фольговых токовводов. Такое устройство позволяло выдержать высокие температуры, до которых нагревается ртутная лампа высокого давления.

Еще большей термостойкости удалось добиться за счет использования специальной керамики вместо кварца. Первая такая лампа была представлена в 1981 году, но наладить ее производство удалось только в 1994-м.

Если вы родились до этого года, то наверняка помните длинные тонкие лампы-трубки в школьных классах или коридорах предприятий: жужжащие, мигающие, медленно разгорающиеся.

Примечание редактора. Жужжит не сама лампа-трубка, а электрический блок, необходимый для формирования электрического пробоя. Как правило этот блок содержит трансформатор, работающий на частоте сети 50/60 Гц.

Сейчас эти старые люминесцентные лампы, наверно, уже и не встретить. Им на смену пришли компактные люминесцентные лампы, получившие широкое распространение после 1995 года. Эти лампы, часто выполненные в форме спирали, лишены практически всех недостатков своих предшественниц: они маленькие, быстро включаются, не мигают и не издают шума.

Такие лампы еще называют энергосберегающими, потому что они куда более эффективны, чем традиционные лампы накаливания. Правда, это название наверняка скоро отойдет в прошлое — потому что, например, более современные светодиодные лампы обладают еще большей светоотдачей и более экономичны. Тем более что светодиодные лампы лишены и других недостатков газоразрядных ламп: их срок службы не зависит от количества циклов включения-выключения и в них не содержится опасных для здоровья веществ, таких как ртуть. Поэтому газоразрядные лампы, несмотря на всю свою экономичность, постепенно сдают позиции светодиодам.

Светодиоды

Светодиод

На сегодняшний день светодиоды — самая энергоэффективная и потому самая развивающаяся технология освещения. Но и ее истории уже больше века. Еще в 1907 году британский изобретатель Генри Раунд, экспериментируя с кристаллами для детекторных радиоприемников, заметил, что кристалл карбида кремния слабо светится под воздействием тока. Так была открыта электролюминесценция — явление, которое стоит за светодиодной технологией.

Но свет, который наблюдал Раунд, был слишком тусклым для какого бы то ни было практического использования, и о нем забыли больше чем на 10 лет. В 1921 году русский физик Олег Лосев повторил опыт Раунда. Свечение заинтересовало его куда больше, чем первооткрывателя, и Лосев в течение многих лет внимательно изучал этот феномен, пытаясь разобраться и объяснить его причины. Он провел немало экспериментов, опубликовал целый ряд статей по этой теме и даже получил два патента. Возможно, история светодиодов пошла бы по иному пути, если бы Лосев смог продолжить свою работу — но он погиб в блокадном Ленинграде.

Вторая Мировая война прервала исследования не только Лосева — последующие открытия в этой области датируются только 50-ми годами, когда появились первые публикации, объясняющие свечение в полупроводниках.

В 1961-м американские инженеры Джеймс Биард и Гари Питтмен создали первую светодиодную лампу — правда, для освещения она не годилась, потому что была инфракрасной, то есть излучала невидимый для глаза свет. А первый светодиод с видимым излучением получил в 1962 году Ник Холоньяк, работавший в… да, именно, в General Electric. Первые такие “лампочки” были красными — поскольку в качестве субстрата использовались кристаллы арсенофосфида галлия. Последующие эксперименты с другими полупроводниковыми материалами позволили создать светодиоды других цветов и сделать их более яркими.

Светодиоды 2

В 72-м появились первые желтые светодиоды, затем зеленые, но сферы применения LED-ламп все еще были ограничены. Только создание синего светодиода в начале 90-х годов прошлого века распахнуло для светодиодного освещения новые горизонты. Теперь, комбинируя три основных цвета — красный, зеленый и синий, можно было получать белый свет для освещения домов и улиц, для создания светодиодных экранов, даже для передачи данных! И, конечно, светодиодные лампы куда эффективнее традиционных ламп накаливания: они потребляют на 80% меньше электроэнергии и работают в 25 раз дольше.

Примечание редактора. Сроком службы светодиода считается падение интенсивности излучения в 2 раза по сравнению с исходной. Фактически светодиод можно считать рабочим и после этого срока, если качество создаваемого им освещения устраивает.

Но и на этом ученые не остановились. Уже появились светодиоды, излучающие яркий фиолетовый и даже “черный”, ультрафиолетовый свет, и все большее распространение получают органические светодиоды. Вообще, развитие LED-технологии — отдельная любопытная история.

Другие типы люминесценции

И, конечно, рассказ об истории света будет неполон, если не упомянуть еще несколько необычных и очень любопытных типов освещения. Речь идет о разновидностях люминесценции: хеми-, фото-, био- и даже соно-, радио- и триболюминесценции. Наиболее известна, наверно, хемилюминесценция, которая широко применяется в автономных химических источниках света. Помните, в фильмах: главные герои пробираются к цели по темным пещерам или по узким коридорам заброшенного космического корабля, и надламывают небольшие палки или трубки, которые начинают светиться бледным синеватым светом? Вот это и есть ХИС.

В этих трубках (палочках, браслетах — ХИСы выпускаются в разных вариантах) находится перекись водорода. В ней — стеклянная капсула с раствором фенилоксалата и флюоресцентным красителем. При сгибании капсула ломается, компоненты смешиваются и вызывают химическую реакцию, которая и создает свечение.

Такие “лампочки”, хоть светят и не очень ярко, зато довольно долго (до 12 часов), не требуют никаких дополнительных источников питания, не нагреваются, не пропускают воду, не горят, хорошо хранятся и довольно недороги. Поэтому их часто применяют спасатели, спелеологи, дайверы, туристы, рыбаки — для освещения, подачи сигналов и разметки территории. Кроме того, ХИСы используют и для развлечения — на концертах, в ночных клубах и так далее.

Еще один очень известный тип люминесценции — биолюминесценция. Именно благодаря ей светятся светлячки, некоторые медузы, рыбы — например, удильщики, приманивающие пищу светящейся “удочкой”-плавником. По сути, биолюминесценция — это разновидность хемилюминесценции, поскольку основывается на химических процессах.

Несмотря на то, что светлячки или рыбы светятся недостаточно ярко, это явление изучается в сферах генной инженерии и биомедицинских исследований. Некоторые ученые даже пытаются создать биолюминесцентные деревья, которые бы могли служить для освещения улиц по ночам. Столь кардинальное вмешательство в такую тонкую область как гены, разумеется, вызвало множество споров, хотя эксперименты по созданию этакого гибрида между светлячками и растениями начались еще в середине 80-х годов прошлого века.

Впрочем, биолюминесценция может усовершенствовать освещение и без таких спорных применений. Например, группа ученых из Университета штата Пенсильвания работают над созданием более эффективной “оболочки” для светодиодов. Существует два способа увеличения световой эффективности для светодиодных ламп. Первый — повысить квантовую эффективность, то есть производимый светодиодом свет. Второй — повысить эффективность извлечения света, то есть количество света, которое фактически покидает лампу.

Стюарт Инь и его коллеги решили пойти по второму пути. Их идея заключается в том, чтобы создать на внешней поверхности светодиода асимметричные микропирамидальные структуры, подобные тем, которые встречаются на поверхности брюшка светлячка. По словам исследователей, компьютерное моделирование показало, что это может увеличить эффективность извлечения света на величину до 90% от исходной.

Кроме хеми- и биолюминесценции, существует еще немало других способов извлекать свет из неожиданных источников. Например, сонолюминесценция — свечение в жидкости под воздействием ультразвука, фосфоресценция — свечение, при котором вещество постепенно излучает поглощенный свет, триболюминесценция — свечение, возникающее при разрушении кристаллических тел. Кто знает, может, когда-то эти малознакомые нам явления помогут создать еще более совершенные источники освещения.

Примечание редактора. Явление фосфоресценции является разновидностью люминесценции в сложных органических молекулах красителей. Сама по себе люминесценция в красителях может быть условно разделена на два вида: флюоресценция (синглетный квантовый переход молекулярной оболочки) и фосфоресценция (триплетный переход квантовый переход). Характеристическое время жизни синглетного состояния 10 в степени -9 секунд (одна наносекунда), а триплетного 10 в степени -3 (одна миллисекунда). То есть характеристическое время жизни отличается в 1 миллион раз. Это является причиной постепенного излучения запасённой энергии в случае фосфоресценции.

В заключение

Развитие освещения шло тем же путем, что и прогресс в целом: сперва очень медленно, затем — все ускоряясь. Тысячелетия жилища людей освещал и согревал огонь — сперва полученный случайно, затем добытый намеренно. Свечи, масляные, газовые и керосиновые лампы, хоть и далеко ушли от первобытного костра, но использовали то же самое пламя. Пожалуй, лампу накаливания можно счесть переходным этапом между освещением огнем и новыми источниками света, ведь принцип ее работы основывается на нагревании нити до высоких температур.

Очень долго свет был лишь функциональным элементом нашей жизни, но постепенно художники, артисты, архитекторы стали изучать его свойства, чтобы подчеркнуть формы и текстуры, создать нужную атмосферу — таинственного, мрачного полумрака или радостного и даже божественного сияния. Вспомните работы мастеров-живописцев времен Ренессанса, пришедшего на смену Темным (во всех смыслах слова) векам — как умело и как тонко они работают, играют с освещением!

Ближе к нашему времени был найден новый способ использования света: речь идет, конечно, о фотографии — “письме светом”. А в XX веке свет и вовсе стал самостоятельным персонажем в живописи, архитектуре, исполнительском искусстве; появилось даже отдельное направление — световое искусство.

С развитием освещения менялся и облик мира. Свет открывал и продолжает открывать для нас новые возможности. Теперь можно не только менять интенсивность и цвет самого освещения, но и использовать его для лечения (свето-, цвето-, лазеротерапия), украшения (светодиоды в одежде и в обоях), создания изображений и передачи данных.

И это наверняка еще не все. Кто знает, может, в будущем мы научимся летать или вовсе мгновенно перемещаться в пространстве с помощью света (а, может, даже во времени?)? И то, что сейчас кажется сказкой и мечтой, станет повседневной реальностью. Ведь для Этци, переносившего угольки своего костра в берестяной торбе, сказкой показалась бы и зажигалка, не говоря уже о фотоаппарате или OLED-телевизоре. Изобретательность человека, помноженная на способности света, равняется бесконечности.