ОТ ЛУЧИНЫ ДО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

КАК СОВЕРШЕНСТВОВАЛАСЬ ЛАМПА ЛОДЫГИНА

Вспомните, как нагреваются металлические предметы. Пока температура нагретого тела невысока, оно излучает лишь невидимые инфракрасные лучи. Таковы нагретый утюг, чайник с кипящей водой, истопленная печь. Ника­кого свечения нет. Но вот тело нагревается сильнее (эта температура составляет примерно 800 градусов) и начи­нает светиться красным светом: помимо инфракрасного излучения, оно испускает уже видимые лучи красного цвета. Если тело нагревать дальше, то красное свечение постепенно переходит в оранжевое и жёлтое — свет стано­вится ярче. Затем в излучении нагретых тел появляются зелёные и синие лучи. При температуре около 5500 граду­сов тело начинает светиться уже ярким белым светом.

Таким образом, с изменением температуры нагрева характер излучения тела не остаётся неизменным. Излу­чение нагреваемого тела как бы сдви­гается постепенно от длинноволновых инфракрасных лучей к лучам со всё более короткой длиной волны. Из этого ясно, что доля видимого света в излучении нагретого тела увеличивается по мере того, как повышается температура. Такое увели­чение доли видимого света в энергии излучения наблю­дается, однако, только до температуры в 6500 градусов. При дальнейшем повышении температуры доля видимого излучения снова уменьшается за счёт увеличения невиди­мого ультрафиолетового излучения.

Изменяется при повышении температуры и «цветность» света. При этом при температуре около 5500—6000 гра­дусов излучаемый телом свет наиболее близок к солнеч­ному. Это и понятно. Как известно, такую же температуру имеет солнце на своей поверхности.

Помимо этого, с повышением температуры увеличи­вается и общее количество излучаемой энергии. Если мы повысим температуру какого-нибудь тела, например, с 1500 до 3000 градусов, т. е. в два раза, то при этом излу­чение тела возрастёт примерно в 16 раз.

Отсюда ясно, что чем выше температура раскалённого тела, тем большийпроцент энергии, расходуемой на нагрев тела, переходит в свет.

С этой точки зрения первые лампочки накаливания были крайне неэкономичными источниками света. Светя­щийся волосок угольной лампы расходовал без пользы около 99,5 процента всей энергии, лишь полпроцента её превращалось в свет.

Естественно, что электротехники не могли мириться с такими большими потерями энергии. Началась борьба за повышение экономичности ламп накаливания.

Путь для этого был ясен: надо повышать температуру накала нити в лампочке. Однако на практике это оказа­лось не таким простым делом.

В первых лампах накаливания светились раскалённые тонкие угольные стерженьки. Электрический ток, подво­димый к лампе, раскалял угольный волосок примерно до 2000 градусов. При этой температуре лампа работала до­вольно длительное время, но коэффициент полезного дей­ствия её был очень низок. Задача увеличения экономич­ности этой лампы, казалось, решалась просто: стоит лишь значительно поднять температуру нагрева угольной нити, тем более, что уголь, как известно, очень тугоплавкий ма­териал (он расплавляется при температуре около 3800 гра­дусов). Однако первые же опыты разбили эту надежду. Хотя угольная нить и не расплавляется при дальнейшем повышении температуры, но резко уменьшается срок её службы, она очень скоро «перегорает». Была найдена при­чина этого нежелательного явления. Оказалось, что при высоких температурах происходит сильное испарение, распыление угольной нити. В результате нить быстро раз­рушается, и лампа выходит из строя.

Таким образом, уголь не годился для новых, более экономичных ламп накаливания. Надо было искать дру­гой материал.

Мы уже говорили, что он был найден самим Лодыги­ным. Изобретатель лампы накаливания предложил вместо угля использовать для нити накала тугоплавкие металлы: молибден, вольфрам и другие. Впервые такие лампочки появились уже в начале XX века. В 1900 году лампа Ло­дыгина с металлической нитью накаливания была пред­ставлена на всемирной выставке. В 1910 году были соз­даны первые пустотные лампы с вольфрамовой нитью. Они получили название «экономических». Самым слож­ным при этом оказалось изготовление из вольфрама тон­кой нити накала. Эти лампы и получили в дальнейшем широкое распространение.

Тонкие и прочные нити из тугоплавкого вольфрама позволили повысить температуру накаливания волоска лампы примерно до 2300 градусов. Свет стал значительно белее. Экономичность электрических ламп повысилась в 2—3 раза.

На первых порах вольфрамовые лампы накаливания делались только пустотными: из баллона лампы тщательно выкачивался воздух. Только при этом условии металличе­ский волосок лампы служил продолжительное время. Однако скоро было замечено, что и вольфрамовая нить, нагретая в сильно разреженном газе до высокой темпера­туры, подобно угольному стерженьку, довольно сильно испаряется и разрушается.

Чтобы избежать этого явления и тем самым увеличить срок службы электрической лампы, был найден такой вы­ход: баллон лампы, из которого откачан воздух, запол­няется инертным газом, не действующим на раскалённую вольфрамовую нить. Для этого были использованы азот и аргон (теперь обычно применяют их смесь). Ещё луч­шие результаты даёт применение наиболее тяжёлых инертных газов — криптона и ксенона.

В газонаполненных лампах распыление нагретой воль­фрамовой нити уменьшилось. Это позволило поднять ещё выше температуру её накала и таким образом сделать лампу ещё экономичнее.

Совершенствуя лампочку Лодыгина, электротехники обратили внимание и на форму нити. В первых лампочках

Тонкая, похожая на паутину, металлическая нить накала укреплялась зигзагообразно на ножке, помещаемой внутри баллона (см. рис. 20). При этом поверхность нити, сопри­касающаяся с газом, заключённым в баллоне, довольно ве­лика. Это ведёт к тому, что в лампе теряется много энер­гии в виде отдачи тепла газу. Чтобы уменьшить эти потери, нить стали делать в виде короткой спирали, а позднее, с 1933 года, и в виде биспирали, т. е. в виде двойной спи­рали. При такой форме нити уменьшается поверхность её охлаждения и удлиняется срок службы.

Спиралезидная нить позволила поднять ещё выше тем­пературу её накала.

Таков был путь усовершенствования электрической лампочки накаливания.