Артеламп — история и применение¶

Артеламп — это техническое устройство для освещения, работающее на принципе электрической дуги, возникающей между двумя угольными электродами. В отличие от ламп накаливания, где свет излучает раскалённая нить, в артелампе источником света служит сама электрическая дуга, нагревающая концы электродов до температуры, при которой они начинают ярко светиться. Устройство относится к классу дуговых ламп и исторически является одним из первых электрических источников света, получивших практическое применение.

¶Принцип действия и устройство

Основу артелампа составляют два угольных стержня (электрода), подключённых к источнику электрического тока. Для запуска лампы электроды необходимо свести до соприкосновения, а затем развести на небольшое расстояние. В момент размыкания контакта возникает электрическая дуга — устойчивый газовый разряд, характеризующийся высокой температурой (до 3500–4000 °C в центре) и интенсивным световым излучением.

Ключевая особенность работы артелампа — постепенное выгорание угольных электродов в процессе горения дуги. Положительный электрод (анод) расходуется примерно вдвое быстрее отрицательного (катода), так как на него приходится большая часть тепловой энергии. Из-за этого расстояние между электродами постоянно увеличивается, что приводит к нестабильности дуги и снижению светового потока. Для поддержания стабильного горения требовался механизм автоматического сближения электродов — регулятор. Наиболее известны дифференциальные регуляторы, например, конструкции В. Ф. Чиколева и П. Н. Яблочкова, которые автоматически поддерживали оптимальное расстояние между углями.

¶История развития

¶Ранние опыты и первые конструкции

Явление электрической дуги было открыто в начале XIX века. В 1802 году русский физик Василий Петров, экспериментируя с гальванической батареей, описал возникновение устойчивого разряда между двумя угольными стержнями, отметив его яркое свечение. Однако практического применения это открытие долгое время не находило из-за отсутствия мощных и стабильных источников тока.

В 1840-х годах английский учёный Уильям Стайт начал использовать дуговой разряд для освещения, но его конструкции были несовершенны и требовали ручной регулировки. Первые коммерчески успешные системы дугового освещения появились лишь в 1870-х годах, когда были разработаны надёжные генераторы постоянного тока.

¶Изобретение П. Н. Яблочкова

Важнейшим этапом в истории артелампа стало изобретение в 1876 году русским электротехником Павлом Яблочковым так называемой «свечи Яблочкова». Это была упрощённая конструкция дуговой лампы, не требующая регулятора: два угольных стержня располагались параллельно друг другу и были разделены слоем изолирующего материала (каолина), который выгорал вместе с углями. При подаче тока дуга возникала на верхнем конце стержней и постепенно опускалась вниз по мере выгорания. Свеча Яблочкова работала на переменном токе, что позволяло питать от одного генератора несколько ламп, соединённых последовательно.

Изобретение Яблочкова получило широкое распространение в Европе и России. В конце 1870-х годов свечами освещались улицы Парижа, Лондона, Санкт-Петербурга и других крупных городов. Однако срок службы таких ламп был ограничен (около 1,5–2 часов), после чего требовалась замена всего блока.

¶Лампы с регуляторами

Параллельно с разработкой Яблочкова совершенствовались конструкции дуговых ламп с автоматическими регуляторами. В 1879 году Владимир Чиколев создал дифференциальный регулятор, который обеспечивал равномерное горение дуги в течение длительного времени. Такие лампы использовались для освещения больших пространств: театров, вокзалов, заводских цехов, площадей.

К концу XIX века дуговые лампы достигли высокой степени совершенства. Они давали мощный световой поток (десятки тысяч кандел), но имели существенные недостатки: высокую стоимость, сложность обслуживания, необходимость в постоянном токе для многих конструкций, а также резкий, холодный свет с высоким содержанием ультрафиолета.

¶Применение и значение

Артелампы применялись преимущественно там, где требовалось мощное освещение больших территорий. До появления эффективных ламп накаливания они были единственным электрическим источником света, пригодным для практического использования.

Основные сферы применения:

Освещение улиц и площадей — первые электрические фонари в крупных городах мира работали именно на дуговых лампах.
Освещение промышленных объектов — заводские цеха, верфи, шахты, где требовался яркий свет для работы в ночное время.
Прожекторы — дуговые лампы использовались в военном деле (для обнаружения целей) и в театральных постановках для создания направленных световых лучей.
Кинопроекция — в ранних кинопроекторах и диапроекторах применялись дуговые лампы с угольными электродами для получения яркого изображения на экране.

Световая отдача артелампов была относительно высокой для своего времени — около 15–30 люмен на ватт, что значительно превосходило показатели ранних ламп накаливания (около 2–4 люмен на ватт). Однако необходимость частой замены электродов и сложность эксплуатации ограничивали их применение.

¶Упадок и трансформация

С начала XX века, после того как Томас Эдисон и Александр Лодыгин довели лампу накаливания до коммерчески приемлемого уровня (увеличение срока службы нити и снижение стоимости производства), дуговые лампы стали постепенно вытесняться. Лампы накаливания были проще в эксплуатации, безопаснее и не требовали специального обслуживания.

К 1920-м годам артелампы практически полностью исчезли из систем общего освещения. Однако принцип электрической дуги не был забыт. Он получил развитие в следующих направлениях:

Газоразрядные лампы — ртутные, натриевые, неоновые, в которых свет излучает газ при пропускании через него электрического тока.
Ксеноновые дуговые лампы — применяются в современных кинопроекторах, прожекторах, а также в качестве имитаторов солнечного света.
Сварочные аппараты — электрическая дуга является основным рабочим инструментом дуговой сварки.

¶Интересные факты

Первый в России электрический фонарь с дуговой лампой был установлен в 1879 году на Литейном мосту в Санкт-Петербурге по проекту Владимира Чиколева.
Свеча Яблочкова получила в Европе название «русский свет» и использовалась для освещения улиц Парижа ещё до появления там ламп накаливания.
В дуговых лампах применялись специальные угольные стержни, пропитанные солями металлов (например, церия), для улучшения цветопередачи и яркости. Такие электроды назывались «пламенными».
Кинопоказы в первых кинотеатрах сопровождались характерным шипением дуговой лампы, а киномеханик должен был вручную или с помощью автомата следить за сгоранием углей.

¶Критика и ограничения

Несмотря на революционность для своего времени, артелампы имели ряд серьёзных недостатков, которые отмечались современниками:

Пожарная опасность — высокая температура дуги и разлетающиеся раскалённые частицы угля могли стать причиной возгорания.
Неприятный свет — спектр излучения имел значительную долю ультрафиолета и сине-фиолетовой части, что искажало цвета и утомляло глаза.
Шум и мерцание — особенно при питании переменным током, дуга издавала гудение и могла мерцать с частотой сети.
Сложность обслуживания — требовался квалифицированный персонал для замены электродов и настройки регуляторов.

Эти ограничения, а также стремительное развитие ламп накаливания, и определили историческую роль артелампа как переходного этапа в эволюции электрического освещения.