Лампа накаливания прошла долгий путь развития. Относительная долговечность и удобство в эксплуатации позволили ей одержать верх над конкурентом – дуговой лампой, и на долгие годы сделали самым востребованным и совершенным электрическим источником света. В настоящее время это удивительное изобретение уже сдаёт свои позиции, уступая менее ресурсоёмким люминесцентным и светодиодным аналогам. Тем не менее, лампа накаливания навсегда оставит яркий след в истории искусственного освещения.

Изобретение и конкуренция

Начало 19 века ознаменовалось прорывом в области электротехники. Почти одновременно было сделано сразу два открытия электрического источника света, сходных по направлению, но различных по способу воплощения. В 1802 г. В.В. Петров получил первую электрическую дугу, а в 1809 г. Деларю использовал платиновую спираль для получения света. Эти изобретения дали начало двум направлениям развития электротехнической мысли целого столетия и предопределили конкуренцию между дуговой лампой и лампой накаливания.
Поначалу несовершенство обеих конструкций сводило к нулю их практическую значимость. Было разработано немало вариаций лампы накаливания в попытках улучшить её параметры. Проекты Вердемана и Ренье показали свою несостоятельность, так как накаливание цилиндрического уголька происходило при доступе воздуха, что способствовало его быстрому сгоранию. Поэтому основные разработки велись в области усовершенствования вакуумных ламп накаливания. Угольной нити придавались всевозможные формы, менялись способы её обработки, вследствие чего появлялось множество конечных вариантов. Жерар использовал для нити накаливания прессованный кокс и изгибал её под углом. Максим придал нити вид буквы М, материалом для её создания послужил обугленный картон. Крюто пробовал получить свет при помощи платиновой нити с угольным покрытием. Жозеф Сван изготовил петлеобразную нить накаливания из хлопчатой бумаги и загнул её на полтора оборота. Это и была первая лампа накаливания, а 1860 год стал годом начала её существования.
В 1873 году неожиданно осветилась одна из тёмных улиц Петербурга. Здесь проводились испытания лампы накаливания А.Н. Лодыгина. Он был первым из изобретателей, осуществивших уличное освещение. Некоторые источники признают именно это событие датой появления электрической лампы. Лодыгин первоначально рассчитывал на несовершенную конструкцию, представляющую собой плотно укупоренную колбу с толстым стержнем из угля. Практические опыты показали, что воздух поступает внутрь колбы и провоцирует быстрое сгорание стержня. Тогда изобретатель улучшил герметичность колбы и поместил внутрь неё медный цилиндр для того, чтобы уменьшить объём воздуха. В дальнейшем Лодыгин стал откачивать воздух насосом и заменил стержни из обычного угля прокалёнными палочками из твёрдой древесины с нанесённым на них угольным порошком. Улучшенные лампы накаливания были опробованы изобретателем в одном из крупных магазинов Петербурга. Достижение было по достоинству оценено в научном мире, Лодыгин получил патенты в России и Америке, отодвинув конкурентов на второй план. Вдохновлённый успехом, учёный попробовал запустить серийное производство ламп накаливания, но его неблагополучное финансовое состояние нарушило планы.
Тем временем, в Америке Томас Эдисон приступил к опытам по созданию своей версии лампы накаливания. Он потратил огромное состояние на тысячи экспериментов, но всё же создал первую долговечную лампу. Его изобретение имело нити из волокон бамбукового дерева, обугленных и загнутых в форме буквы U. Эта лампа могла светиться около тысячи часов и была пригодна для серийного производства, а также имела улучшенное сопротивление. На этом Эдисон не остановился, и создал систему централизованного электроснабжения и резьбовой цоколь.
И всё-таки патент на изобретение устройства, позволяющего освещать пространство при помощи электрического света, получил Лодыгин. Он вошёл в историю электротехники и как создатель лампы с нитью накаливания из тугоплавких металлов взамен угольной. В 1906 году американцам пришлось выкупать у русского учёного право на серийное производство такой лампы.
А что же дуговая лампа? Стремительное развитие лампы накаливания не оставило ей шансов. Конструкция и характеристики дугового аналога отстали от параметров соперницы на этапе изобретения Эдисона. Впрочем, лампы дуговой конструкции не были забыты, и стали прообразом современных ксеноновых ламп.
В дальнейшем лампа накаливания приобрела спиральную нить и стала наполняться инертными газами для предотвращения испарения металла.

Принцип работы и устройство

Устройство лампы накаливания сохраняет постоянство на протяжении века. Конструкция включает цоколь, стеклянную колбу, контактные проводники и нить накаливания. Внутреннее пространство колбы заполнено инертным газом, не допускающим окисления вольфрамовой нити. Нить примыкает к стеклянным столбикам, внутри которых размещены соединительные провода.
Вольфрамовая нить является проводником. При разогревании до высоких температур, металл испускает свечение, так как электроны, которым сообщается определённое количество энергии, переходят на высший энергетический уровень, а затем, испустив фотоны, возвращаются в исходное состояние.
Одним из слабых мест лампы накаливания является то, что всего 2 процента энергии электричества преобразуется в свет. Современные лампы давно обогнали её по этому показателю. Тем не менее, она пока ещё находит применение в бытовом освещении и некоторых специфических областях.
Яркость свечения позволяет использовать лампу накаливания в оптических системах, а способность выдерживать агрессивные температуры (от -100 до +300 градусов) делает её применение универсальным. Кроме того, лампа накаливания имеет немалый диапазон мощностей и номинальных напряжений. Не лишена она и недостатков, среди которых: высокая температура при работе и большая теплоотдача, а также потенциальная пожароопасность.

В настоящее время использование ламп накаливания идёт на убыль. Более прогрессивные световые приборы отвоёвывают её привычные области применения. И всё-таки, списывать лампу накаливания со счетов ещё рано. И сейчас находятся умельцы, посвящающие время разработке более совершенных ламп накаливания. Один из них – Ю.В. Макаров, придумавший поместить нить накаливания в дополнительную колбу из жаропрочного материала. На эту внутреннюю колбу нанесён слой люминофора, который нагреваясь до 1500 градусов, испускает световое излучение в 2-3 раза ярче, чем сама спираль. Стоимость усовершенствованной лампы не превысит 10 рублей, а экономия энергоресурсов составит до 80%. Кто знает, может быть, новая лампа накаливания ещё осветит нам путь в будущее.