Электрическая лампа системы Вальтера Нернста
На рубеже XIX-XX веков главным конкурентом лампы Эдисона была лампа Нернста. Она была экономичнее и долговечнее. Вот только чтобы она заработала, требовалось полторы минуты её подогревать. Пользователи не хотели ждать — и предпочли эдисоновское изобретение.
Исследования электричества в начале XIX века были новым и самым передовым направлением в физике. В экспериментах физики пропускали ток через самые разные материалы. И опытным путём выяснилось много интересного. Например, если подключить к источнику тока платиновую проволоку, то она нагреется и будет излучать свет.
Так начались разработки разнообразных электрических ламп. Одной из самых известных стала лампа накаливания. В ней свет излучает тонкая нить проводника под напряжением. В 1880-х годах свою лампу накаливания разработал американский изобретатель Томас Эдисон — она состояла из угольной нити, через которую пропускали электрический ток.
Другой вид светильников — дуговая лампа, которая состоит из двух угольных электродов, подключённых к источнику питания. При подаче напряжения между электродами возникает электрическая дуга — излучающее яркий свет маленькое облако плазмы, то есть раскалённого ионизированного газа.
Русский инженер-электротехник Павел Яблочков, изобретатель дуговой лампы без регулятора, использовал в своей конструкции изолятор, который должен был разделять вертикальные угольные или металлические электроды. Изолятор был из каолина — по сути, из глины. Считалось, что этот материал не может проводить ток. Однако Яблочков обнаружил, что нагретая электрической дугой каолиновая пластинка тоже излучает свет.
Дело в том, что каолин — это проводник второго рода, то есть электролит. Такой же, как и, к примеру, кислота, налитая в аккумулятор. Но кислота — жидкий электролит, а каолин — твёрдый. Он проводит ток в особых условиях — только если его нагреть, а именно это и случилось с пластиной каолина в лампе Яблочкова.
Каолин — не единственный твёрдый электролит. Немецкий учёный Вальтер Нернст в 1890-х годах исследовал разные материалы, чтобы определить, какие из них стоит использовать в лампе. Оказалось, что источником света может быть керамический стержень, состоящий из разных веществ: оксидов циркония, иттрия, тория, эрбия.
Проблему нагрева Нернст поначалу решал просто — огнём. Чтобы электролитический стержень начал проводить ток и светиться, нужно было сперва нагреть его, например спичкой или свечой. Затем Нернст улучшил устройство — обернул стержень платиновой проволочкой для подключения к другой электрической цепи. При включении лампы проволочка раскалялась, разогревала керамический стержень, а после его «запуска» автоматически отключалась. На процесс нагрева уходило до полутора минут.
Лампа Нернста не хотела гореть просто так и требовала тепла — это было её недостатком. Зато она имела очевидные достоинства: потребляла вдвое меньше энергии, чем лампа накаливания, её белый свет был наиболее близок по спектру к солнечному и светила она почти вдвое ярче, чем разработка Эдисона. Свет лампочки Нернста был таким сильным, что её закрывали матовым стеклянным колпаком. Кстати, о колпаке — в отличие от лампы накаливания, которая без колбы не работает, электролитная лампа светила и без неё, а колба нужна была в основном для защиты от ветра. К тому же после перегорания нити лампу накаливания использовать уже невозможно, а в лампе Нернста достаточно было просто снять защитное стекло и поменять сгоревший стержень.
Достоинства разработки Нернста были настолько значительны, что компания AEG, купившая у учёного патент, продавала эти лампы миллионами. Изобретатель на деньги от продажи патента даже купил свой первый автомобиль. Тем не менее триумф твёрдого электролита продлился всего 10 лет. За это время главный конкурент — лампы накаливания — были существенно усовершенствованы. В 1905 году на рынок вышли первые лампочки с вольфрамовой нитью, которые могли гореть гораздо дольше предшественников и — самое главное! — включались сразу. В 1909 году AEG прекратила выпуск ламп Нернста, и лампы накаливания на долгие годы стали самым распространённым источником света в мире.
Лампа Нернста, модель «А». Напряжение — 96–160 В. Сила света — 180 кандел. В цилиндрическом корпусе лампы находятся балластный резистор и электромагнит для автоматического переключения режимов.