|
Люди навчилися використовувати вогонь для освітлення не менше 500 000 років тому. З плином століть конструкція світильників все більше ускладнювалася, і сьогодні одним клацанням рубильника можна залити світлом цілі вулиці і будинки.
Як давно людина вперше занурив гніт і наповнену тваринним жиром миску, перетворивши її в світильник, сказати неможливо, але видовбані з крейди або пісковика примітивні лампи датуються вченими приблизно 80000 р. До н.е. е., а в Іраку були знайдені керамічні світильники віком близько 10 000 років.
Заслуга створення найпростішої лампи розжарювання в рівній мірі належить англійцю Джозефу Суон (1878) і американцеві Томасу Едісону (1879). Але винахід сучасної електролампи завжди - і, можливо, несправедливо - будуть пов'язувати з ім'ям американця.
Елементи лампи розжарювання, т. Е. Всім відомої електричної лампочки. Вольфрамова спіраль нагрівається електричним струмом. Кількість і колір випромінюваного світла залежить від робочої температури спіралі. Найяскравіший світло випромінюється при температурі нагріву 2700 ° С.
Біблія свідчить, що виготовлені з того ж тваринного жиру свічки горіли в храмі Соломона ще в 10 столітті до н. е. З тих пір без них не обходилося жодне богослужіння, але широке застосування в побуті вони знайшли тільки в епоху середньовіччя.
лампи Аргана
Століття сучасного освітлення почався з винаходу масляних ламп, які в 1784 р придбали спою найбільш досконалу форму стараннями швейцарця Амі Аргана. Його лампа була забезпечена трубчастим ґнотом; повітря всмоктується з боків крізь середину трубки, забезпечуючи яскраве і майже бездимний полум'я. Пізніше в лампі Аргана почали використовувати гас, що ще підвищило якість полум'я. На гасі посій день працюють лампи тина "кажан".
успіх газу
У 1798 р шотландець на ім'я Вільям Мердок почав використовувати кам'яновугільний газ для освітлення печери неподалік від його будинку в Корнуелл. Через 12 років він влаштував газове освітлення свого будинку в Редрута, а потім спробував створити газову освітлювальну систему на заводі під Бірмінгемом. У 1807 р лондонська Пелл-Мелл стала першою в світі вулицею з газовим освітленням. Незважаючи на труднощі з видаленням сажі, до1830 р вулиці більшості великих міст Європи і Північної Америки вже висвітлювалися газовими ліхтарями.
Перші газові світильники давали досить слабке полум'я, і тільки після появи в 1885 році сітчастої лампи барона фон Вельсбаха газ почали широко застосовувати для внутрішнього освітлення Над форсункою, в якій вугільний газ змішувався з повітрям, фон Вельсбах закріпив гартівне сітку. Коли газ запалювали, сітка яскраво загострювалася, випромінюючи теплий білий світ. Ця конструкція виявилася настільки вдалою, що аж до кінця 1930-х років газ залишався серйозним конкурентом електрики.
століття електрики
Найперші електролампи - вугільні дугові - були створені сером Хемфрі Деві в 1809 році. Два вугільних стержня підключалися до клем величезною батареї. У точці дотику ці стрижні розжарюється до білого. Коли ж їх розводили на відстань близько 10 см один від одного, між ними спалахувала сліпуче біла світлова дуга.
Однак практичне застосування вугільні дугові лампи знайшли тільки в 1831 році, з появою генераторів. У 1850-ті роки дугові лампи почали використовувати для тимчасового освітлення вулиць в Лондоні, Парижі, Берліні та Нью-Йорку, а в 1862 році перша стаціонарна дугова лампа була встановлена на маяку Дандженесс.
перші електролампи
Дугові лампи дають дуже яскраве світло, але вони занадто громіздкі, незручні, брудні і вимагають постійного догляду. Тоді вчені зайнялися пошуками альтернативи і спробували пропустити струм через тонку нитку провідника. Нитка при цьому загострювалася і випромінювала світло.
У 1878 році сер Джозеф Суон помістив в герметичну скляну колбу тонку нитку обвугленою целюлози, нагрів її, щоб вигнати гази з вугілля, а потім відкачав з колби повітря, щоб створити вакуум.
Однак справжнім переможцем в цих перегонах за створення електролампи став американець Томас Алва Едісон. Через рік після Суон він виготовив лампу з тонкою ниткою з карбонизовані бамбука, а в 1882 році побудував в Нью-Йорку першу електростанцію, яка постачала енергією 10 000 ламп. Так почався бурхливий розвиток століття електрики.
Електролампи наших днів
У колбах сучасних електроламп світиться вольфрамова спіраль. Електричний струм, проходячи через спіраль, нагріває її приблизно до 2 700 ° С, змушуючи випромінювати яскраве біле світло.
Випромінюється лампою світло вимірюється в люменах. Співвідношення між кількістю світла і споживаної електрики називається світловий ефективністю. Світлова ефективність лампи з вольфрамовою спіраллю дорівнює приблизно 12 люмен / ват. Іншими словами, це низькоефективних джерело світла. Велика частина випромінювання спіралі знаходиться в невидимому інфрачервоному або тепловому спектрі. Інша проблема в тому, що атоми вольфраму випаровуються з поверхні спіралі, осідаючи на внутрішній поверхні колби. Колба поступово чорніє і кількість випромінюваного світла зменшується. Зрештою, вольфрам випаровується настільки, що спіраль перегорає, і лампа гасне.
Від сильного теплового випромінювання потужних ламп, необхідних для підводних зйомок, звичайне скло розтріскалося б. Замість нього застосовується жаропрочное кварцове скло, акуратно вирізаний лазерним променем.
Щоб уповільнити випаровування спіралі, колби ламп заповнюють аргоном і азотом, але позбавитися від нього повністю неможливо. Чим вище температура спіралі, тим швидше випаровування, але і тим яскравіше випромінюється світло. Виробникам вдалося домогтися деякого компромісу, і сучасні лампи випускаються з ресурсом приблизно 1 000 годин, але і в випромінюваному ними спектрі більше жовтого кольору, ніж в сонячному.
галогени
Іншим способом сповільнити випар спіралі стало використання вольфрамово-галогенних ламп. У колбу лампи вводився невелика кількість галогену - йоду або брому. Вони утворюють з вольфрамом нестійке хімічна сполука, яка, в кінцевому рахунку, осідає на самій спіралі, а не на зліпках колби.
Однак йод і бром теж роблять хімічний вплив на скло, тому колбу доводиться робити з дорогого кварцу. Вольфрамово-галогенні лампи допускають високі температури розжарення й без шкоди для довговічності випромінюють більш яскравий білий світ, близький до природного спектру.
Газорозрядні лампи застосовуються з початку 1930-х років. Перші лампи замість откачанного повітря заповнювалися невеликою кількістю пеона. Висока напруга подавалося на електроди, розміщені в обох кінцях трубки.
Між електродами виникав електричний розряд, і лампа починала випромінювати червонувате світіння. Ці трубки можна було згинати, утворюючи різні форми або букви, і вони швидко знайшли застосування в рекламі. Так почалася ера неонових вогнів, що виблискують майже в усіх міських центрах.
Потужні прожектори - металогалоїдні лампи високого тиску в герметичних скляних рефлекторах - застосовуються для освітлення не тільки стадіонів, але і промислових комплексів, будівельних майданчиків і т. Д. Металлогалоідний лампи, що випромінюють яскраве біле світло, широко використовуються і для внутрішнього освітлення - наприклад, у великих залах.
Експерименти з іншими газами відкрили широкий спектр різних кольорів. Натрієві лампи низького тиску випромінюють жовте світло і використовуються для освітлення вулиць. На перших порах ефективність натрієвих ламп не перевищувала 70 люмен / ват, але зараз вона зросла до 200люмен / ват.
Зелене світло
Знайшлося застосування і ртутним лампам з ефективністю близько 45 люмен / ват. Правда, в їх зеленому, хоча і не монохромному, світлі предмети і люди здавалися трохи примарно-плоскими.
До кінця 1930-х років лампи стали покривати фосфорним люмінофором, який доповнив ртутний спектр відсутньою червоним відтінком. Це були перші кроки люмінесцентного освітлення. Більшість офісних приміщень висвітлюються ртутними газорозрядними лампами з невеликою домішкою аргону. Тиск пару зберігається низька, щоб випромінювалося більше ультрафіолетового, ніж видимого світла. Внутрішня поверхня трубки покрита фосфором. Ультрафіолетове випромінювання "збуджує" люмінофор, і той починає флуоресцировать, тобто поглинати ультрафіолетові промені, видаючи замість них видиме світло. За допомогою різних фосфорних сумішей можна добитися майже будь-якого кольору світіння.
Вчені працюють з лазерним променем, який генерується алюмоітрієвому гранатом в реакції з пластинками металу неодиму.
Хірурги використовують ендоскоп в ході операції. Промінь лазера, що проходить по гнучким оптичних волокнах, оперує хворий орган замість звичайного скальпеля.
трохи червоного
В середині 1960-х років в покриття ртутних ламп високого тиску стали додавати рідкоземельні з'єднання ванадат ітрію. Видаване їм червоне світіння дозволило заповнити недолік червоного кольору в спектрі ртутних ламп. Вони були набагато компактніше люмінесцентних ламп і при відповідній компонуванні легко підключалися до звичайної електроарматура. Вони споживають вчетверо менше енергії, ніж лампи розжарювання, випромінюючи набагато менше тепла, а домішки певних металів - талію, диспрозия, індію і натрію - у ртутних парах високого тиску покращують передачу кольору. Металогалоїдні лампи ефективністю 80-85 люмен / ват випромінюють білий свічок, близький до природного спектру. 1 000-ватні металогалоїдні лампи в герметичних рефлектора із пресованого скла застосовуються для висвітлення стадіонів і прийшли на зміну застарілим дуговим лампам при висвітленні телевізійних зйомок на відкритому повітрі.
Волоконна оптика - провісник епохи систем майже миттєвих телекомунікацій. За тонким оптичним кабелям можна передавати зі швидкістю світла величезні обсяги інформації.
Одним із способів поліпшення передачі кольору є підвищення тиску пари в натрієвих лампах. Однак при високому тиску скляний балон лампи може не витримати хімічної атаки іонізованого натрію, що утворюється при температурах вище 700 ° С. Було знайдено кілька варіантів вирішення цієї проблеми. Можна застосовувати алюмінієво-керамічні або кварцові лампи, або покривати їх внутрішню поверхню порошковим напиленням. У наші дні проводиться кілька різних типів натрієвих ламп високого тиску.
Виробники розробляють ксенонові газорозрядні лампи, що дають поліхромний світло, майже ідентичний природному сонячному спектру. Однак майбутнє, очевидно, належить електролюмінесценції - явищу, що змушує світитися поверхні стін і стель.
волоконна оптика
Ведуться розробки і в інших напрямках світлотехніки. У промисловості застосовуються лампи з особливим спектром світіння, що викликає певні хімічні реакції. Під променями інфрачервоних ламп прискорюється висихання пофарбованих поверхонь, а в медицині знайшли застосування і ультрафіолетові, і інфрачервоні лампи. В організм хворого вводяться ендоскопи з підсвічуванням, що зводять до мінімуму хірургічне втручання і дозволяють бачити операційне поле без великих розрізів. Волоконно-оптичні світловоди висвітлюють місця, в яких звичайною лампою користуватися не можна. Більш того, ендоскоп з волоконних провідником, на кінчику якого виблискує найтонший лазерний промінь, здатний лікувати внутрішні органи. За допомогою лазерів лікують багато недуг - зупиняють кровотечу шлункових виразок, видаляють пошкоджені ділянки головного мозку, відключають больові центри та випалюють ракові клітини на шийці матки.
смертоносні лазери
Конструктори намагаються перетворити лазери в ефективне руйнівну зброю, не задовольняючись тим, що вони вже використовуються в системах наведення та інформаційних мережах.Скажімо, бомби з лазерним наведенням набагато точніше потрапляють у ціль, ніж при візуальної наводкою, так і ракети, що наводяться розсіяним лазерним променем, здатні вразити ціль з убивчою точністю. Значення цих видів озброєнь добре показала війна в Перській затоці. Однак для лазерів, здатних безпосередньо знищувати військові цілі, як було задумано американською програмою "зоряних воєн", потрібно набагато більше енергії, ніж може собі дозволити будь-яка держава.
|