Искусственное висвітлення

Искусственное освещение

Виктор Лаврус Назначение штучного висвітлення — створити сприятливі умови видимості, зберегти добре самопочуття чоловіки й зменшити стомлюваність очей. При штучному висвітленні всі речі виглядають інакше, аніж за денному світлі. Це відбувається оскільки змінюється становище, спектральний склад парламенту й інтенсивність джерел излучения.

История штучного висвітлення почалася тоді, коли людина стала використовувати вогонь. Вогнище, факел і скіпа стали першими штучними джерелами світла. Потім з’явилися масляні лампи і свічі. На початку ХІХ століття навчилися виділяти на газ і очищені нафтопродукти, з’явилася гасова лампа [1], що використовується по сьогоднішній день.

При запалюванні ґнота виникає світну полум’я. Полум’я випускає світ лише тоді, коли тверде тіло нагрівається цим полум’ям. Не горіння породжує світло, а лише речовини, доведені до розпеченого стану, випромінюють світло. У полум’я світло випромінюють розпечені частинки сажі. У цьому переконатися, якщо помістити скло над полум’ям свічки чи гасової лампы.

На вулицях Москви і Санкт-Петербурга освітлювальні масляні ліхтарі з’явилося 30-х роках XVIII століття. Потім олію замінили спиртово-скипидарной сумішшю. Пізніше, як пального речовини, використовують гас і, нарешті, светильный газ, який отримували штучно. Світлова віддача таких джерел була відома дуже мала через низьку колірної температури полум’я. Вона не перевищувала 2000К.

По колірної температурі штучне світло відрізняється від денного, і ця різниця давно зазначалося зі зміни кольору предметів під час переходу від денного до вечірньому штучному висвітлення. Передусім зазначалося зміна кольору одягу. У ХХІ столітті із широкою поширенням електричного висвітлення зміна кольору за переходу до штучному висвітлення зменшилося, але з исчезло.

.

Рис. 1. Модель газового заводи на Мюнхенському музее.

Сегодня рідкісний людина знає про заводах, які виконували светильный газ (мал.1). Газ отримували при нагріванні кам’яного на ретортах. Реторти — це великі металеві чи глиняні порожнисті судини, які наповнювали вугіллям і нагрівали в печі. Выделившийся газ очищали і збирали в спорудах для зберігання светильного газу — газгольдерах.

Более сто років у 1838 року, «Суспільство висвітлення газом Санкт-Петербурга» побудувало перший газовий завод. Наприкінці ХІХ століття майже у всіх великих містах Росії з’явилися газгольдеры. Газом висвітлювали вулиці, залізничні станції, підприємства, театри й житлові будинки. У Києві інженером А.Є.Струве газове висвітлення було влаштовано в 1872 году.

Создание електрогенераторів постійного струму з приводом від паровий машини дозволило широко скористатися наявними можливостями електрики. Передусім винахідники подбали про джерела світла, і зауважили властивості електричної дуги, яку вперше спостерігав Василю Володимировичу Петров в 1802 року. Сліпучо світло давав підстави сподіватися, що зможуть відмовитися від свічок, лучини, гасової лампи і навіть газових фонарей.

В дугових світильниках доводилося постійно притуляти поставлені «носами» друг до другу електроди — вони досить швидко вигорали. Спочатку їх зсували вручну, потім десятки регуляторів, найпростішим з-поміж яких був регулятор Аршро. Свічадо складалася з нерухомого позитивного електрода, закріпленого на кронштейні, і рухомого негативного, з'єднаний з регулятором. Регулятор складалася з котушки та економічного блоку з грузом.

При включенні світильника через котушку протікав струм, сердечник втягувався в котушку і відводив негативний електрод від позитивного. Дуга поджигалась автоматично. За зменшення струму втягивающее зусилля котушки зменшувалася і негативний електрод піднімався під впливом вантажу. Широкого поширення ця та інші системи не отримали через низьку надежности.

В 1875 року Павло Миколайович Яблочков запропонував надійне однак рішення. Він розташував вугільні електроди паралельно, поділивши їх ізолюючим шаром. Винахід мало колосальний успіх, і «свіча Яблочкова» чи «Російський світло» знайшов широке поширення Европе.

Кто придумав лампочку?

Изобретателем електричної лампочки розжарювання вважають російського електротехніка А. Н. Лодыгина. У 1872 року він продемонстрував зразок лампи розжарювання з вугільної ниткою і коли одержав привілей (патент) № 1847.

В той час, інший винахідник електричної лампочки, з іншого боку Атлантики, вперше замислився про використання електричного висвітлення, коли газова компанія відключила газ його майстерні через несплату [2]. Звати його — Томас Алва Едісон. На Всесвітній виставці в 1881 г. він представив розроблену їм систему висвітлення. Пізніше цю пошесть сучасник Еміль Ратенау* так описав свої враження: «По тодішнім поняттям гігантський генератор струму, під назвою „Джумбо“, зі своєї конструкції і набагато поступався сучасним Колосів. Однак уперше було створено машини, які можуть на цю назву. У центрі нової системи перебував шедевр — лампа розжарювання із вугільною ниткою. Система висвітлення Едісона була такою продумана до найменших подробиць і майстерно виконано, що висловлювали думку, ніби десятиліттями опробовалась в численних містах» [3]. Слід зазначити, що лампи з тілом напруження з спирализованной вольфрамової дроту мають світлову віддачу в 8…10 разів більше, ніж перші лампи із вугільною нитью.

* Еміль Ратенау — засновник концерну «Альґемайне электрицитетс-акциенгезельшафт» («АЭГ»), Германия.

Несколько років через Еміль Ратенау оснастил лампами розжарювання Едісона королівський театр в Мюнхені, щоб продемонструвати публіці переваги цього технічного достижения.

Главной труднощами шляху до широкому застосуванню угольно-дугового висвітлення було відсутність надійного недорого джерела електричної енергії. Це перешкода усунуто в 1867 року Греммом, який вигадав самовозбуждаемую динамо-машину, вырабатывающую постійний струм. Приблизно ж час був зроблено ще одне відкриття, вплинуло на прогрес електричного висвітлення: Спренгел винайшов потужний вакуумний насос.

Многие матеріали, які окислюються при накаливании надворі, благополучно виконували своїх функцій в «вакууме».

В 1878 року Едісон звернувся безпосередньо до невирішеною проблемі електричного висвітлення побуті. Електричному світу потрібно було витримати конкуренцію цінується, яскравості і зручність з газовим ріжком. Перш ніж розпочати лабораторним дослідженням, Едісон до тонкощів вивчив газову промисловість. На папері він розробив план центральної електростанції і схему радіальних ліній до будинків і фабрикам. Потім він підрахував вартість міді інших матеріалів, які потрібні для виготовлення ламп і видобуток електроенергії з допомогою динамомашин, спонукуваних пором. Аналіз цих цифр визначив як розміри лампи, а й ціну її, равнявшуюся 40 центам.

Когда Едісон переконався, що зможе розв’язати проблему електричного висвітлення, заходився працювати над лампою із вугільною ниткою розжарювання, вміщеній в скляний кулю, з яких викачаний повітря. 27 січня 1880 року Едісон отримав патент на винахід № 223 898.

Сама собою думка була не нової, окрім те, що за конструкцією лампа Едісона відрізнялася від своїх попередниць. Головне його досягнення — це вичерпне вивчення матеріалів і те, що він у дивовижно стислі терміни знайшов найбільш ефективний та надійний вугілля для нитки накаливания.

Первые нитки розжарювання виглядали звичайні швейні нитки, покриті вугіллям. Вони могли перебувати у розпеченому вигляді у протягом сорока годин. Едісон перепробував все речовини, містять вуглець: продуктів харчування, смоли — загалом рахунку шість тисяч різновидів рослинного волокна. Кращий результат показав бамбук, надто та сорт бамбука, із якого зроблено футляр японського пальмової веера.

В останній день 1879 року в замовлених Эдисоном спеціальних поїздах 3 тисячі людина прибутку подивитися на сотні електричних лампочок, які горіли у його майстерні і околишніх дорогах, енергія подводилась до них від центральної динамомашины підземними проводам.

Слава Едісона була великою, що ще до його того, як і 1880 року було видано перший патент на нове винахід, чутки у тому, що Едісон розв’язав проблеми електричного висвітлення, призвели до у себе різке зниження акцій газових компаний.

После кожної демонстрації, організованій Эдисоном, ціни акцій починали коливатися, а якось на Лондонській біржі відбулася справжня паника.

Но плани Едісона були значно ширше, ніж вдосконалення електричної лампи. «Усі це таке нове, — говорив Едісон, — кожен крок робиш у темряві. Потрібно створювати динамо-машину, лампи, провідники і думати скоріш про тисячі речей, про яких ще ніхто не чув». Едісон вживав терміни, застосовувані в газовому висвітленні: динамомашины відповідали газовим резервуарам; ізольовані дроти, вкладені вздовж вулиць, були еквівалентом газових труб. Треба було ще винайти електричні лічильники за аналогією з газовими для виміру споживання энергии.

Эдисон сконструював дво-фаза генератор, цим вирішивши проблему, яка здавалася безнадійної навіть провідним електрикам на той час. Люди, які висміювали Едісона над його невігластво в теоретичних питаннях, було неможливо повірити, що можна винайти динамо-машину, яка б за умов мінливою електричної навантаження. Адже споживачі постійно включають і виключають світ у домі або у різних будинках в одній вулиці. Динамомашина Едісона було побудовано всупереч усім канонам конструкторської науки на той час, але й цього разу виявився прав.

Затем Едісон розпочав виготовлення динамомашин, кабелів, лампочок і освітлювальних приладів. Він викликав з Англії Сем’юела Инсэлла та призначив його розпорядником своєї фірми. Так почалася кар'єра Инсэлла у ролі створення міських комунальних удобств.

После того як виробництво було налагоджено, багато допоміжні фабрики продано концерну, очолюваному Генрі Уиллардом, який нажив стан на будівництві залізниць у країнах. Нова корпорація тепер називається «Едісон Дженерал електрик компани».

Эдисон залишався в электроламповой компанії просто з принципу. Він тільки дав собі слово домогтися, щоб лампочка коштувала максимум 40 центів, інакше весь проект нічого очікувати мати комерційного значення, і був стримати це слово, ніж впустити себе у власних очах. Він зайнявся механізацією методу виробництва ламп. У перший рік тривають лампа коштувала 1 долар 25 центів, наступного року — 1 долар 10 центів, а в протягом третього року її її становить 50 центів. На рік кожна лампа вже приносила прибуток у три центи, і призначає нові доходи покрили попередніх втрати. Коли ціна лампи стала дорівнює 22 центам, Едісон продав фабрику.

Суд над электролампочкой

Внедрение науково-технічних набутків у повсякденну практику нерідко стикалося з таким протидією, що поборникам нового доводилося часом використовувати форму судовий процес з обвинувачами, захисниками і суддями для докази переваг нової техніки. Дивно, але факт, що з допомогою судовий процес довелося доводити широкому загалу, начебто, очевидні переваги електричного висвітлення. І тому у березні 1879 року англійський парламент заснував комісію, яка б покласти край кривотолкам і безглуздим чуткам, распускавшимся противниками електрики — газовими компаниями.

Комиссия мала значними повноваженнями: вона мала права викликати всіх свідків, яких визнає потрібними, і тієї ж правах, у яких їх викликає суд. Дізнання вироблялося як і, як судове слідство. Відповідачем було электричество.

Свидетели давали показання щодо його властивості і безкомпромісність дій, стенографисты записували їх. Члени комісії займали суддівські місця. Стіл з речовими доказами був заставлений різними електричними приладами, із якими відразу проводилися досліди. Стіни покривали креслення і диаграммы.

Председателем суду був обраний професор хімії Л.Плейфер. Суворо дотримуючись процедуру суду, комісія «допитала» свідків захисту — Тиндаля, Томсона, Приса, Сіменса, Кука і других.

Доводы свідків обвинувачення були такі. На думку художників, електричний світло «холодний і становить мало експресії*». Англійські леді знаходили, що він надає «якусь мертвотність обличчя і, ще, утрудняє вибір одягу, так як освітлені електричним світлом костюми здаються іншими, аніж за вечірньому висвітленні». Торговці Биллинсгсэтского ринку скаржилися те що, що «електричний світло надає поганий вид рибі, і просили зняти влаштоване вони висвітлення». Багато скаржилися на різь у власних очах і миготіння света.

* Експресія [латів. expressio вираз] - промовистість, сила прояви (почуттів, переживаний).

Свидетели захисту терпляче роз’яснювали, що можна не на ліхтарі, але в освітлені ними предмети, що їм дивитися безпосередньо в сонце непереливки, але хто б ставить це на карб сонячному світлу. Що мертвотність особи помічається лише «при змішанні газового світла з електричним». Що «миготіння» дуги в лампах від неякісно виготовлених електродів. І т.ін. і т.п.

В вироку комісія ухвалила, що електричний світло вийшов із області дослідів і спроб і він повинен надати можливість конкуренції з газовим освітленням. Комісія заборонила передавати електричне висвітлення газовим компаніям, «як некомпетентним у питаннях електротехніки». Що ж до економічності, то електротехніці потрібно було пройти ще тривалий шлях — до створення центральних електричних станцій, ліній електропередач і розподільних пристроїв [4].

Первые кроки електричного света

Первые випадки застосування електрики України потреб висвітлення відомі з 1970;х років уже минулого століття. У 1878 г. російський інженер А. П. Бородин обладнав токарському цех київських залізничних майстерень чотирма електричними дуговими ліхтарями. Кожен ліхтар мав свою електромагнітну машину Грама. Ліхтарі було розміщено удвічі низки в шаховому порядку. Вугілля розраховані на 3 години работи. У 1880 г. були застосовані лампи П. Н. Яблочкова висвітленню майстерень Дніпровського пароходства.

Первая електростанція у Росії з’явилася Петербурзі 1879 року і призначалася висвітленню Ливарного мосту, а наступна ще за кілька років у Москві - для висвітлення Лубянского пасажу. У 1886 року у Росії працювало кілька електростанцій — під Санкт-Петербургом і Москва, Києвом та Нижнім Новгородом, Баку, Харковом. Працювали на привізному паливі та виробляли постійний струм для вуличного освещения.

В 80-ті роки будуються перші міські електростанції загального користування у Москві і Петербурзі, складаються сприятливі умови до застосування електричного висвітлення побуті й промисловості. У 1886 г. було встановлено електричне висвітлення парку «Шато-де-Флер» у Києві*. Досвід використання електричного світла продемонстрував його величезні переваги над іншими видами висвітлення. Через 10 років у Києві введено в дію перша електрична станція загального пользования.

* Тепер стадіон «Динамо».

Первый контракт на пристрій електричного висвітлення міста уклали із «суспільством «Савицький і Страус», до складу якої входили комерсанти Києва. А роботи з спорудженню електричної станції виконувалися вітчизняними фахівцями. Освітлювальні лінії прокладали відставні унтер-офіцери мінних класів з Петербурга. І саме монтували устаткування. Консультували проект і будівництво професор із фізики Київського університету Н. Н. Шиллер і начальника київського залізничного училища И. М. Мацон, мав учений ступінь по електротехніці. Головним інженером суспільства «Савицький і Страус» став інженер-технолог М. К. Бахмутов.

Первая центральна електрична станція Києва загального користування почала працювати кінці 1890 г. Станція давала струм висвітленню міського театру, Хрещатика, і будинків приватних абонентів. Вона стала лежить у кам’яному будинку Театральної площі* й мала ізольовану котельну, машинне відділення і розподільче пристрій. У котельної було встановлено три парових казана, опалювались дровами. Вода надходила з міського водогону. Казани давали пар до трьох горизонтальних двухцилиндровых парових машин по 60л.с. (44,1кВт) кожна. Ці машини наводили на дію три динамомашины Сіменса. З іншого боку, для харчування 14 дугових ліхтарів встановлених дістався Хрещатика, було встановлено дві динамомашины з приводом від парових машин потужністю по 20л.с. (14,7кВт). Потужність електростанції становить близько 150л.с. (110,3кВт).

* У цей час площею перебуває Державний академічний театр опери, і балету їм. Т. Г. Шевченка. Старий театр згорів в 1895 г.

Плата за електроенергію стягалися за 1ч горіння лампи ліхтаря. Ціна не перешкоджала збільшення кількості споживачів. Домовласники міста охоче проводили електричне освещение.

В 1886 року у Росії було споруджено першу у країні й дуже невелика за проектною потужністю (всього 350 кінських сил) гідроелектростанція річці Охте у Петербурзі. Наступна — у трьох разу міцніше була споруджена в 1903 року на гірської річці Подкумке поблизу Єсентуків. Одержуваний від нього електроенергія дозволила освітлити вулиці Кисловодська, Железноводска і Пятигорска.

В 1888 року «Суспільство електричного висвітлення 1886 року» побудувало в закуті Великий Дмитровки і Георгієвського провулка у Москві першу щодо потужну електростанцію, здатну постачати електроенергію в приватних споживачів. На станції вироблявся постійний струм напругою 120 У, який надходив до абонентам підземними кабелям. Але втрати енергії при электропередаче виявилися такі великі, що вже наступна московська електростанція, споруджена на Раушской набережній в 1897 року, виробляла змінне напруга 2 кВ частотою 50 гц. До споживачеві подавалося змінне напруга 127 У після знижувальних трансформаторов.

Тем щонайменше втрати у кабельних магістралях залишалися дуже істотними. Зростала потреба у передачі дедалі більших і великих потужностей. Тому з 1910 року більшість проектованих електростанцій був розрахований на напруга 6,6 кВ що використовується і сегодня.

Чтобы ще більше знизити втрати під час передачі електроенергії, вимагалося підвищити напруга, яке надходить безпосередньо до споживача. Ця робота розтяглася на десятилетия.

Напряжение 220 У почали залучити до Москві з 1925 року. Через 20 років його отримували 20% споживачів. У 1970 року було вирішено перевести всю московську електромережу на напруга 220 У. Це практично повсюдно виконано до кінця 1995 року. Поступовість у цьому можна зрозуміти: не міг змушувати людей одночасно замінити у квартирах все електроприлади, та й узяти, їх в таких кількостях не було звідки. Що ж до невеликих «особистих» знижувальних трансформаторів, то широке їх застосування звело на немає всю задуману економію енергії. І все-таки 25 років — занадто довго. Тим паче, що тепер в Москві збереглося певну кількість будинків усе з тим самим дореволюційним напругою 127 У. У тому числі - Російська державна бібліотека, яка просто більше не має грошей зміну всієї існуючої в неї апаратури і приладів, і навіть ВЕЛИКИЙ ТЕАТР, міністерства закордонних справ і кілька десятків житлових домов*.

* Нові проблеми енергетиків. Дубинський Є., головний інженер Енергозбуту АТ «Мосэнерго».

Они були й залишаються у числі первых

Важнейшим, по винайденні паровий машини та залізниці, подією господарської життя XIXв. був перехід для використання електрики. Потрібні були люди нового складу. Німці з’явилися нацією, що у числі найперших висунула таких людей.

С початку на чолі електротехнічній промисловості стояли два сімейства, які додали силу німецької індустрії й вони допомогли їй зробити світового визнання. Їх підприємства міста і сьогодні дають роботу сотням тисяч чоловік. Це сімейства Сіменсів і Ратенау.

Феноменальным в історії сімейства Сіменсів з’явився навіть те що, що він у потрібний момент висунуло зі своїх лав генія, бо, що у одному поколінні дало відразу цілий квартет людей, які мали винятковими здібностями: брати Вільгельм, Карл, Вернер та його кузен Георг Сименс.

Примой цієї четвірки став Вернер Сіменс. Він був людиною, який зустрічається, мабуть, разів у століття. Журналіст Фелікс Пиннер, який відрізнявся відомої критичністю своїх суджень, писав про неї: «Вернер Сіменс був, можливо, найяскравіший сплав геніальних почав у області техніки, науку й підприємництва, що будь-коли з'єднував у собі житель Німеччини». Ні наука, ні техніка не були самоціллю для Вернера. Розвиваючи свої ідеї, він завжди виходив із творців тієї проблеми, на яку вони вважали собою можливе решение.

12 жовтня 1847 г. було зареєстровано відкрите торгове суспільство фірма «Сіменс унд Хальске». Її засновниками стали Вернер Сіменс і, механік Георг Хальске. Негласним учасником фірми став радник юстиції Георг Сименс.

Эмиль Ратенау, народжений на 22 роки від Вернера Сіменса, був виходець з заможної купецької сім'ї Берліна. Він вивчав машинобудування в Ганновері і Цюріху, працював конструктором у Августа Борзига [3], та був пішов у Англію для поглиблення своїх знаний.

Однажды, на шляху з Англії, він зустрівся з Вернером Сіменсом і обговорював можливості висвітлення міських вулиць електричним світлом. Рік тому у Парижі Еміль Ратенау пережив головна подія свого життя. На Всесвітній виставці 1881 г. він зустрівся з Томасом Эдисоном.

Ратенау отримав у Едісона одну-єдину ліцензію виробництва його лампочки в квітні 1883 г. заснував фірму «Дойче Эдисон-гезельшафт фюр ангевандте электрицитет АГ"*. «Спочатку — місцева електрична промисловість поміркованих сфер зовнішньої та устремлінь у межах німецької економіки; наприкінці - світова промисловість, що за своїми розмірам не поступається промисловості ніхто інший країни», — дивувався журналіст Фелікс Пиннер тих подій, що сталися у такі роки [3].

* У 1887 г. назва фірми було змінено на «Альґемайне электрицитетс-акциенгезельшафт» («АЭГ»).

Сфера електротехніки надто велика у тому, щоб у ній могла панувати одна-єдина фірма, а подальше вдосконалення техніки вимагає все великих витрат. Тому першого червня 1919 року три фірми: «АЭГ», «Сіменс унд Хальске АГ» і «Ауер Гезельшафт АГ» об'єднали свої зусилля щодо виробництву ламп розжарювання. Так виникла торгову марку ОСРАМ і фірма «ОСРАМ Гмб"*. Сьогодні день єдиним засновником «ОСРАМ» є Сіменс АГ.

* Торговельна марка ОСРАМ був зареєстрований в 1906 року і належить до найстарішим торговим маркам.

Вторым відомим виробником джерел кольору є Філіпс Лайтинг. Слід сказати є частиною концерну Філіпс Електронікс — одного з відомих світових компаній у галузі електроніки. Лайтинг — найстаріше підрозділ концерну Філіпс, якому понад сто. На початку століття століття пан Ентоні Філіпс, брат засновника фірми Герарда Філіпса, здійснив низку вдалих ділових поїздок з Росією про те, аби уявити російському ринку останні досягнення фірми. Висвітлення Зимового Палацу було на той час найбільшим проектом компанії Филипс.

В 1914 року у Санкт-Петербурзі відкрилося торгове представництво фірми. Двома роками пізніше вона продавала у Росії вже 2 мільйони лампочок на рік. У 1917 року торгове представництво було закрите. Після вісімдесятирічного відсутності компанія Філіпс Лайтинг відновила своєї діяльності на ринках Росії, України, Білорусі. Сьогодні відкриті представництва у Москві, Санкт-Петербурзі, Києві, Мінську, Алма-Аті, Ташкенте.

В трійку найбільших виробників джерел кольору також входить електротехнічна компанія Дженерал електрик (США), засновану в 1892.

Список литературы

Лаврус В. С. Джерела енергії. До.: НиТ, 1997.

Изобретено на зло. «Наука життя й» № 1, 1988.

Гюнтер Оггер. Грюндеры і грюндерство. — М.: Прогрес, 1985.

Б. Хасапов. Процес над… электролампочкой. «Техніка — молоді», 1988.