Патент США № 374,876¶

Патент США № 374,876 — охранный документ, выданный Патентным ведомством США (USPTO) 13 декабря 1887 года на изобретение «Способ и устройство для производства электрической дуги» (Method of and apparatus for producing electric arc). Автором патента является американский изобретатель сербского происхождения Никола Тесла (Nikola Tesla). Патент описывает конструкцию электрической дуговой лампы с системой регулирования, которая позволяла стабилизировать горение дуги и повысить её эффективность, что имело значение для развития систем электрического освещения в конце XIX века.

¶История

¶Контекст изобретения

В 1880-х годах электрическое освещение активно вытесняло газовые и керосиновые источники света. Основными типами электрических ламп были дуговые лампы (использующие электрическую дугу между двумя угольными электродами) и лампы накаливания. Дуговые лампы давали яркий свет, но страдали от нестабильности горения дуги, быстрого износа электродов и необходимости частого регулирования. Никола Тесла, работавший в тот период в компании Томаса Эдисона (Edison Machine Works), а затем основавший собственную компанию Tesla Electric Light & Manufacturing, занимался усовершенствованием дуговых ламп.

¶Подача заявки

Заявка на патент № 374,876 была подана Теслой 30 апреля 1887 года. Патент был выдан 13 декабря 1887 года. В заявке Тесла описал конструкцию, в которой использовался электромагнитный регулятор, автоматически поддерживающий постоянное расстояние между угольными электродами по мере их сгорания. Это позволяло лампе работать без ручного вмешательства в течение длительного времени.

¶Значение для Теслы

Патент № 374,876 стал одним из первых патентов Теслы в области электрического освещения. Он закрепил за ним приоритет в разработке регулируемых дуговых ламп и способствовал коммерциализации его изобретений. Впоследствии Тесла продал права на этот патент компании Westinghouse Electric & Manufacturing Company, что стало частью более широкого сотрудничества между Теслой и Джорджем Вестингаузом.

¶Устройство и принцип работы

¶Основные элементы

Согласно описанию патента, дуговая лампа Теслы состояла из следующих ключевых компонентов:

• Два угольных электрода (анод и катод), расположенных вертикально.
• Электромагнитный регулятор, соединённый с верхним электродом.
• Система пружин и рычагов, обеспечивающая перемещение верхнего электрода.
• Корпус лампы, обычно из металла или стекла, с отверстиями для вентиляции.

¶Принцип действия

При подаче напряжения между электродами возникает электрическая дуга, которая выделяет тепло и свет. По мере сгорания угля расстояние между электродами увеличивается, что приводит к нестабильности дуги. Электромагнитный регулятор, включённый последовательно в цепь дуги, реагирует на изменение тока: при увеличении расстояния ток падает, электромагнит ослабевает, и пружина опускает верхний электрод вниз, восстанавливая оптимальный зазор. При чрезмерном сближении электродов ток возрастает, электромагнит притягивает якорь, поднимая электрод вверх. Таким образом, дуга поддерживается автоматически.

¶Отличия от предшественников

В отличие от более ранних конструкций дуговых ламп (например, лампы Павла Яблочкова, где использовались параллельные электроды без регулирования, или лампы с часовым механизмом, требовавшим ручного завода), лампа Теслы использовала электромагнитную обратную связь, что делало её более надёжной и долговечной. Тесла также применил специальную форму электродов и материал для них, что снижало скорость сгорания.

¶Применение

¶Освещение улиц и промышленных объектов

Дуговые лампы по патенту № 374,876 использовались для освещения улиц, площадей, заводских цехов, железнодорожных станций и других крупных объектов, где требовался яркий свет. В 1888 году компания Tesla Electric Light & Manufacturing установила несколько таких ламп в городе Нью-Йорке, включая освещение на Бродвее.

¶Конкуренция с лампами накаливания

Несмотря на преимущества в яркости, дуговые лампы имели недостатки: они создавали резкий свет, требовали высокой мощности, выделяли много тепла и выделяли продукты сгорания угля. К началу XX века лампы накаливания, особенно после усовершенствований, стали доминировать в бытовом и коммерческом освещении. Дуговые лампы остались в основном для прожекторов, маяков и кинопроекторов.

¶Критика и ограничения

¶Недостатки конструкции

Хотя патент Теслы решал проблему автоматического регулирования, лампы всё равно требовали периодической замены электродов (каждые несколько часов работы). Кроме того, электромагнитный регулятор был чувствителен к вибрациям и мог выходить из строя при резких колебаниях напряжения в сети. В условиях массового производства лампы Теслы были дороже, чем более простые конструкции конкурентов.

¶Споры о приоритете

В конце XIX века велись многочисленные патентные споры между изобретателями дуговых ламп. Тесла столкнулся с конкуренцией со стороны компаний, использующих патенты Чарльза Браша (Brush) и Элиу Томсона (Thomson). В судебных разбирательствах патент № 374,876 был признан действительным, но его коммерческий успех был ограничен из-за быстрого развития ламп накаливания.

¶Интересные факты

• Патент № 374,876 является одним из 112 патентов, полученных Теслой в США в период с 1886 по 1890 год.
• В описании патента Тесла впервые использовал термин «электрическая дуга» в контексте регулируемого источника света.
• Оригинальный чертёж к патенту хранится в архивах USPTO и доступен для публичного просмотра.
• В 1891 году Тесла продал права на этот патент компании Westinghouse, что помогло ему финансировать дальнейшие исследования в области высокочастотных токов.

¶Источники

• United States Patent Office. Patent No. 374,876. «Method of and apparatus for producing electric arc». Patented December 13, 1887.
• Cheney, M. (2001). Tesla: Man Out of Time. New York: Simon & Schuster.
• Carlson, W. B. (2013). Tesla: Inventor of the Electrical Age. Princeton University Press.
• Tesla, N. (1887). «Improvements in Electric Arc Lamps». Electrical Engineer, vol. 6, pp. 45–48.