ОТ ЛУЧИНЫ ДО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

КЕРОСИН И ГАЗ

Усовершенствованные масляные лампы давали сравни­тельно яркий свет. Но устройство их было сложным, стоили они дорого. Горючее — растительное масло — плохо вса­сывалось фитилём, и поэтому приходилось выдумывать разные способы лучшей подачи масла в горелку. А это усложняло конструкцию масляных ламп.

Но вот в 50-х годах прошлого века появилось новое горючее — керосин, продукт перегонки нефти. Керосин за­менил в лампах масло, Керосиновые лампы ока­зались экономичнее и лучше масляных. Они давали более яркий свет. Скоро новые лампы повсеместно вытеснили своих предшественниц.

Керосин как горючее может давать почти совсем не­коптящее пламя. Но, оказывается, это для освещения не годится.

Для того чтобы пламя давало яркий свет, оно должно коптить!

В самом деле, посмотрите, как горят, например, керо­синка и хорошо прочищенный примус. В том и в другом случае используется одно горючее — керосин. Но в керо­синке пламя — светлое, желтоватое, а у примуса — сине­ватое, почти не дающее света.

В то же время известно, что хорошо прочищенный при­мус почти не пачкает дна кастрюли, а яркое светящееся пламя керосинки всегда сильно коптит, в нём много сажи, т. е. мелких, не успевших сгореть частиц угля.

Эти частички нагреваются в пламени до высокой тем­пературы и ярко светятся. Что при этом происходит?

Вспомним, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших материальных частиц — атомов и моле­кул. Всего в природе около ста атомов, отличных друг от друга по своему строению. Каждому сорту атома соот­ветствует определённый химический элемент.

В молекуле объединяется по нескольку атомов. Раз­личных молекул, различных комбинаций атомов сущест­вует много.

Строение атома очень сложное. В настоящее время из­вестно, что каждая такая частичка состоит из централь­ной, наиболее тяжёлой части — ядра и из более лёгких частиц — электронов, которые движутся вокруг атом­ного ядра на разных расстояниях по замкнутым путям, или «орбитам», образуя электронную оболочку атома.

Строение ядра и число электронов у разных атомов различны; так, например, атомы водорода имеют только один электрон, у атомов углерода их — 6, а у меди — 29. При этом электроны располагаются в атоме по слоям — одни слои ближе к ядру, другие дальше. Число электрон­ных слоёв не бывает больше семи. Семь слоёв имеют атомы самых тяжёлых, радиоактивных, элементов — урана, радия и других.

Электроны, расположенные в самом дальнем от атом­ного ядра слое, называются внешними (см. рис. 7). С перемещением этих электронов и связано возникновение света.

Вот как это происходит.

Атомы и молекулы находятся в телах в постоянном движении. В зависимости от характера движения этих частиц тело находится в твёрдом, жидком или газообраз­ном состоянии. В твёрдом теле каждая частица движется около своей определённой точки равновесия. В жидкостях частички имеют уже большую свободу движения; они перемещаются, но не могут оторваться одна от другой. А в газах движение молекул совсем хаотично; газовые молекулы носятся в самых различных направлениях, бес­прерывно сталкиваясь и отскакивая одна от другой.

Движение атомов и молекул определяется также тем­пературой. При нагревании тела его частицы ускоряют своё движение. При этом усиливаются и учащаются их столкновения. Пока тело нагрето несильно, соударения частиц не нарушают порядка в расположении электронов в атомах. Но чем выше поднимается температура, тем сильнее движутся частицы и тем более сильные удары испытывают они при столкновениях друг с другом. Нако­нец, наступает такой момент, когда соударения частиц не проходят для них бесследно. От ударов внешние элек­троны приобретают избыточную энергию и «перескаки­вают» на более удалённые от ядра орбиты. Через малые доли секунды они снова возвращаются на свои прежние места, а полученный излишек энергии отдают в виде из­лучения. Рождается свет.

Пламя ярко светится только тогда, когда в нём нахо­дятся раскалённые частички сажи.

По этой же причине даёт яркий свет пламя керосино­вых и масляных ламп, свечей, факелов. Все они в той или иной степени дают коптящее и потому яркое, светящееся пламя.

На первый взгляд кажется, что хорошо горящая керо­синовая лампа не коптит. Но это не так. Подержите над её стеклом некоторое время чайное блюдце и вы увидите,

Что на нём быстро появится чёрный налёт мельчайших ча­стиц угля — сажа. А раз в пламени есть сажа, значит горючее сгорает не полностью.

Таким образом для получения яркого пламени во всех источниках света, о которых мы говорили, необходимо неполное сгорание, неполное окисление горючих веществ.

У свечи и у керосиновой лампы можно до известной степени регулировать полноту сгорания. Например, убав­ляя в лампе фитиль, мы уменьшаем этим скорость испа­рения керосина, и горючее сгорает более полно. Однако сделать так, чтобы окисление проходило полностью, мы не можем. Да этого, как мы видели, и не нужно.

Вместе с керосиновыми лампами в XIX веке широкое распространение получило газовое освещение.

Уже давно было известно, что некоторые газы горючи. Это видно хотя бы из того, что масло, стеарин, сало, прежде чем сгореть в светильниках, превращаются в газ.

Горючие газы выделяются также из угля при нагре­вании его без доступа воздуха (т. е. при так называемой сухой перегонке угля). При этом образуется светильный газ, он состоит главным образом из соединений водорода и углерода, в частности из метана, известного под назва­нием «болотного газа».

Светильный газ стали применять для целей освещения. Газ собирался в особых хранилищах — газгольдерах — и отсюда направлялся по трубам к потребителям. В каждом доме газопровод оканчивался газовой горелкой — «газо­вым рожком». Это небольшая трубка с краном. Чтобы зажечь такую горелку, стоило лишь открыть кран и под­нести к «рожку» спичку.

Особенно яркое освещение давали так называемые га­зокалильные горелки. В них яркий свет излучало не само пламя, а твёрдые тела, накалённые до высокой темпера­туры. Например, в некоторых газовых горелках светился сетчатый колпачок, сделанный из редких тугоплавких ме­таллов— тория и церия, светящихся при нагревании зе- леновато-белым светом. В других газокалильных лампах в бесцветное пламя горящего газа помещались мелкие кусочки какого-либо тугоплавкого металла; они выпол­няли, по существу, ту же роль, что и частички сажи в пла­мени ламп и свечей.

В конце XIX века в России появились совершенно но­вые источники света — электрические.

Все светильники, о которых мы до сих пор говорили, можно объединить в одну группу — это «пламенные» све­тильники. Источником света у них служит пламя. Горючее подводится н сгорает здесь в самом светильнике.

Электрические лампы, лампы «русского света», яви­лись совершенно иным типом светильников.