Кто изобрёл лампочку

Единого изобретателя у лампочки нет. В школьном ответе обычно называют Томаса Эдисона, и это справедливо лишь отчасти: он не придумал саму идею, а создал первую долговечную и пригодную для массового применения лампу накаливания вместе с системой, которая её питает. Почти одновременно с ним, а по части публичных показов даже раньше, работал англичанин Джозеф Суон. До них угольные нити в стеклянных колбах пробовали русский изобретатель Александр Лодыгин, канадцы Генри Вудворд и Мэтью Эванс, а ещё раньше - англичане Уоррен де ла Рю и Хамфри Дэви. Ниже - кто что сделал и почему итоговое имя оказалось именно таким.

Ответ коротко: Эдисон и Суон

Если спросить, кто изобрёл лампочку в том виде, в каком ею пользовались десятилетиями, ответ состоит из двух имён. Джозеф Суон в 1878-1879 годах показал в Англии лампу с углеродной нитью в разреженной колбе и в 1880 году получил на неё британский патент. Томас Эдисон в октябре 1879 года провёл в Менло-Парке успешные испытания лампы с угольной нитью, а патент США на электрическую лампу ему выдали 27 января 1880 года. В 1883 году их компании объединились и выпускали лампы под общей маркой «Эдисван».

Если же считать изобретателем того, кто первым зажёг электрический свет в колбе, то претендентов больше. Лодыгин подал заявку в России в 1872 году и получил привилегию в 1874-м. Англичанин Уоррен де ла Рю в 1840 году зажёг в вакуумной трубке платиновую спираль. Дэви в первых годах XIX века раскалял проволоку током и показал электрическую дугу. Все они сделали настоящие шаги к лампе, но не довели её до товара.

Разница между «зажёг» и «изобрёл» здесь принципиальна. Лампа, которая горит десять минут, - лабораторный опыт. Лампа, которая горит сотни часов, недорого стоит и подключается к общей сети, - изобретение. Эдисон и Суон закрыли именно этот разрыв.

Как устроена лампа накаливания

Чтобы понять, в чём состояла трудность, стоит вспомнить принцип. Электрический ток идёт по тонкой проволоке, нити накала, и нагревает её за счёт сопротивления. Раскалённое до нескольких тысяч градусов тело излучает свет. Это тот же эффект, что у куска металла в горне: чем выше температура, тем светлее и белее свечение.

Проблема в том, что при такой температуре большинство материалов сгорает на воздухе за доли секунды. Поэтому нить заключают в стеклянную колбу, откуда выкачан воздух или который заполнен инертным газом. Тут возникают сразу три задачи: найти материал, выдерживающий жар и не плавящийся, получить хороший вакуум и, наконец, сделать так, чтобы нить имела достаточное сопротивление и не требовала огромного тока.

Именно сопротивление было ключом у Эдисона. Он понял, что для освещения целых городов лампы должны подключаться параллельно к общей сети, а значит, ток через каждую должен быть небольшим. Это требует нити высокого сопротивления, то есть тонкой и длинной. Платиновые лампы предшественников для этого не годились: платина слишком дорога и имеет низкое сопротивление. Тонкая угольная нить подходила гораздо лучше.

Дуговые лампы и ранние опыты

Прежде чем появилась лампа накаливания, электрическое освещение уже существовало в виде дуги. Хамфри Дэви в начале XIX века показал, что между двумя угольными стержнями, подключёнными к мощной батарее, возникает яркая светящаяся дуга. Её свет был очень сильным, но слишком резким для жилых помещений, к тому же угли выгорали и требовали постоянной подстройки.

Дуговые фонари долгое время освещали площади, вокзалы и заводы. Самую известную конструкцию создал в 1876 году в Париже русский инженер Павел Яблочков: «свеча Яблочкова» состояла из двух параллельных угольных стержней с изолирующим слоем между ними, не требовала механизма сближения и горела без регулировки. Её называли «русским светом», и в конце 1870-х годов она осветила часть парижских улиц.

Но для дома нужен был мягкий, небольшой источник света, который можно включить повсюду и выключить обратно. Эту нишу и занимала лампа накаливания.

Первым заметным шагом считают опыт Уоррена де ла Рю: в 1840 году он поместил платиновую спираль в вакуумную трубку, и она светилась. Опыт показал принцип, но платина стоила слишком дорого, а вакуум был несовершенным. В следующие десятилетия появилось множество экспериментов, некоторые из которых сопровождались громкими заявлениями об успехе.

Часто упоминается история немецкого механика Генриха Гёбеля, эмигрировавшего в США. По позднейшим свидетельствам, ещё в 1850-х годах в Нью-Йорке он делал лампы с обугленной бамбуковой нитью в колбе из-под одеколона и освещал ими витрину своей мастерской. Рассказ всплыл в 1893 году, когда в судах шёл спор вокруг патента Эдисона, и подтверждался показаниями людей, знавших Гёбеля.

Эта история остаётся спорной. Документы, которые доказали бы лампы Гёбеля прямо в 1850-х, не сохранились, а свидетельства давались спустя несколько десятилетий, и мотивы у сторон были коммерческие. Судья в итоге не признал их убедительными. Поэтому наш вывод осторожен: возможно, Гёбель делал нечто подобное, но проверить это сегодня нельзя.

Александр Лодыгин: русский приоритет

Самый заметный предшественник Эдисона - Александр Николаевич Лодыгин. Он родился в 1847 году в Тамбовской губернии, служил военным, затем занялся изобретениями. К началу 1870-х он разработал лампу с тонким угольным стержнем в запаянной стеклянной колбе, из которой выкачали воздух. Заявку он подал в 1872 году, а в 1874-м получил в России привилегию, то есть охранный документ на изобретение. Часть учёных называют именно его создателем первой практически работающей лампы накаливания.

В 1873 году в Петербурге на одной из улиц проходили показы освещения лампами Лодыгина, а позднее его лампы проверялись в других местах. Академия наук присудила ему за изобретение Ломоносовскую премию. Лампы Лодыгина обладали рядом недостатков: угольный стержень быстро выгорал, а вакуум удерживался недолго, поэтому для длительного горения нужна была система, которая подставляла следующий стержень. Это были реальные, но несовершенные образцы.

Позднее Лодыгин жил за границей и в США, где получил ряд патентов. Любопытна его роль в истории металлических нитей: в конце 1890-х и начале 1900-х он предлагал использовать для нитей вольфрам и молибден, а в 1906-1907 годах получил патенты на лампы с вольфрамовой нитью. К массовому применению вольфрама путь оказался долгим, и об этом ниже. Умер он в 1923 году в США.

Приоритет Лодыгина признан в российской и советской литературе, но на Западе о нём вспоминают реже. Причина проста: в Европе и Америке распространилась лампа Эдисона и Суона, а за ними стояли компании, активно поддерживавшие свою версию истории.

Канадские изобретатели Генри Вудворд и Мэтью Эванс в 1874 году запатентовали в Канаде лампу с угольным стержнем в колбе, заполненной азотом. Они не имели средств на продвижение, и в 1879 году продали права Эдисону. Это важный эпизод: он показывает, что Эдисон знал о предшественниках и приобретал патентные права, чтобы защитить свою позицию.

Такой подход вообще характерен для эпохи. Изобретатели и компании скупали чужие патенты, судились и объединялись. Ведущая роль в истории техники часто доставалась не лучшему изобретателю, а тому, кто умел собрать права и деньги.

Джозеф Суон: вторая сторона истории

Англичанин Джозеф Суон, химик из Ньюкасла, начал работать над лампой накаливания ещё в 1850-х годах. Он пробовал угольные полоски из обугленной бумаги в вакуумной колбе, но вакуумные насосы того времени были слабыми, и нить быстро портилась. Только после того, как в 1870-х годах появился улучшенный ртутный насос Шпренгеля, Суон смог вернуться к опытам с хорошим результатом.

В декабре 1878 года Суон выступил с докладом в Ньюкасле и показал лампу, а в феврале 1879 года повторил показ. В 1880 году он получил британский патент. Заметно, что Суон придумал использовать нить из хлопка, пропитанную серной кислотой, которая после обугливания давала ровную прочную углеродную нить. Позднее он же изобрёл способ продавливать раствор нитроцеллюлозы через тонкое отверстие, получая искусственное волокно. Для лампы это дало лучшую нить, а для текстильной промышленности - предтечу искусственного шёлка.

Когда Эдисон начал продавать лампы в Британии, Суон подал на него иск о нарушении патента. Вместо долгой тяжбы стороны договорились создать общую компанию. Так в 1883 году появилась «Эдисон и Суон Юнайтед Электрик Лайт Компани», известная как «Эдисван».

Эдисон и работа Менло-Парка

Эдисон в 1878 году начал серию экспериментов, имея сильную лабораторию, финансирование от банкиров и помощников. Главным среди них был Фрэнсис Аптон: математически образованный сотрудник, рассчитывавший электрические параметры. Эдисон интересовался не столько лампой самой по себе, сколько системой: генератором, проводами, счётчиками, предохранителями, патронами и выключателями.

Первые опыты с платиновыми нитями показали дороговизну и ненадёжность. Затем перешли к углероду. 22 октября 1879 года, по записям лаборатории, лампа с обугленной хлопковой ниткой горела около тринадцати с половиной часов. Это считается точкой старта практичной лампы Эдисона. Затем эксперименты перешли на бамбук: помощники перепробовали огромное число растений и волокон, пока бамбук некоторых сортов не дал нить, служившую более тысячи часов.

Патент США на «электрическую лампу» с углеродной нитью был выдан 27 января 1880 года. В нём описывалась нить из обугленных материалов высокого сопротивления в стеклянной колбе с вакуумом. А в 1882 году на Перл-стрит в Нью-Йорке заработала первая коммерческая электростанция Эдисона, которая питала лампы у десятков потребителей в нижнем Манхэттене. Так лампа превратилась из прибора в часть системы электроснабжения.

Многие подробности легенды об Эдисоне условны. Например, история о «тысяче неудачных попыток» - популярное преувеличение: он говорил, что нашёл тысячи способов, которые не работают, но число меняется от пересказа к пересказу. Мы не будем приводить точных чисел там, где первоисточники расходятся.

Не менее важно сказать о людях рядом. Американский изобретатель Льюис Латимер, сын беглых рабов, работал чертёжником и позже у Эдисона. Он получил в 1881 году патент на улучшенный способ изготовления угольных нитей. Это значительный вклад, который долго оставался в тени.

Вольфрам, газ и современная лампа

Углеродные нити были хрупки и неэкономичны: лампа давала свет, но жгла много энергии. Решением стал вольфрам. Это самый тугоплавкий из металлов, он плавится при температуре выше трёх тысяч градусов. Но вольфрам очень трудно обрабатывать: он хрупок и не вытягивается в проволоку.

В первые годы XX века появились лампы с вольфрамовой нитью, полученной через спекание порошка. Настоящий переворот совершил американский инженер Уильям Кулидж, который в 1910-1911 годах разработал способ получения пластичной вольфрамовой проволоки. Затем Ирвинг Ленгмюр в 1913 году показал, что заполнение колбы инертным газом, например аргоном, замедляет испарение нити, а спиральная форма нити повышает светоотдачу. Эти два шага дали лампу, которую мы знаем по бытовым светильникам: вольфрамовая спираль в колбе с газом.

Следующее важное улучшение - двойная спираль, то есть спираль, скрученная в ещё одну спираль. Такая нить меньше теряет тепла и даёт больше света на единицу мощности. Но даже у лучших ламп накаливания большая часть энергии уходит в тепло, и в видимый свет превращается лишь несколько процентов. Поэтому лампа накаливания - это скорее обогреватель, который заодно светит, и её постепенно заменили более экономичными источниками.

Заговор лампочек: правда или миф

Популярная легенда гласит, что производители лампочек намеренно сделали их недолговечными. В ней есть доля правды. В 1924 году ведущие производители ламп создали международное соглашение, известное как «Феб». Оно устанавливало ограничение срока службы ламп на уровне около тысячи часов и штрафы за выпуск более долговечных образцов. Мотив понятен: чем быстрее лампа перегорает, тем чаще покупают новую.

Нужно помнить и о противоположном аргументе: у долгоживущей лампы нить работает при более низкой температуре, а значит, светит тусклее и хуже по экономии. Производители утверждали, что тысяча часов - разумный компромисс между временем жизни и светоотдачей. Верно, наверное, и то и другое: соглашение действительно ограничивало срок службы, и оно же в определённой мере отражало технический баланс.

Самой известной «вечной» лампой считается Столетняя лампа в пожарной части города Ливермор в Калифорнии. Она горит с 1901 года с редкими перерывами и записана в книгу рекордов. Её нить толстая и работает при низкой яркости, она светит как ночник.

Что пришло на смену лампочке накаливания

Во второй половине XX века распространились люминесцентные лампы, а затем компактные люминесцентные. Они требуют меньше энергии, но содержат ртуть и мерцают. С 2000-х годов на смену им идут светодиодные лампы.

Светодиод - это полупроводниковый прибор, который излучает свет при прохождении тока. Первый красный светодиод видимого диапазона создал американец Ник Холоньяк в 1962 году. Долгое время не удавалось получить эффективный голубой светодиод, а без него белый свет невозможен. В 1990-х эту задачу решили японские учёные Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамура, получившие в 2014 году Нобелевскую премию по физике.

Многие страны поэтапно ограничивали продажу ламп накаливания. В Европейском союзе это происходило постепенно с 2009 года, а в России закон об энергосбережении 2009 года предусмотрел запрет на оборот ламп мощностью 100 ватт и более начиная с 2011 года. Точные сроки и мощности для каждой стадии зависят от конкретных актов, поэтому при необходимости их лучше сверять с текстами документов.

Экономия светодиодов хорошо заметна в квитанциях за электричество: об устройстве приборов, учитывающих потребление, рассказывает статья Как работает счётчик электроэнергии. А почему в розетке именно такое напряжение, объяснено в материале Почему напряжение в сети 220 вольт.

Частые вопросы

Кто изобрёл лампочку в России? В российской традиции называют Александра Лодыгина. Он получил привилегию в 1874 году на лампу с угольным стержнем в безвоздушной колбе. Яблочков известен другим изобретением - дуговой «свечой».

Правда ли, что Эдисон украл лампочку? Утверждение слишком резкое. Эдисон знал о предшественниках, скупал патенты и опирался на чужие идеи, как делали и другие. Но он же создал полноценную систему, без которой лампа осталась бы единичным устройством.

Почему лампочка перегорает? Нить постепенно испаряется, становится тоньше в самом слабом месте и в какой-то момент рвётся. Чаще всего это происходит при включении, когда холодная нить имеет малое сопротивление и через неё проходит повышенный ток.

Что такое цоколь Эдисона? Это резьбовой цоколь лампы, который он предложил для надёжного крепления и подключения. Обозначение Е27 и Е14, которое можно встретить на упаковке, происходит именно от этого типа: буква Е означает «Эдисон», а цифра - диаметр резьбы в миллиметрах.

Лампочку нельзя приписать одному человеку. Лодыгин и Суон показали, что нить в вакууме светится, Эдисон превратил это в товар и систему, Латимер улучшил производство нитей, Кулидж и Ленгмюр сделали вольфрамовую лампу, которой мы пользовались ещё недавно, а светодиоды сменили её целиком. Когда спрашивают, кто изобрёл лампочку, правильнее всего ответить: Эдисон и Суон довели её до масс, а Лодыгин и другие были раньше.