Лодыгин против Эдисона

Лампа накаливания

Лампа накаливания — это великое всемирное изобретение. Как самолет и радио. Нет ни одного человека, о котором можно было бы однозначно сказать: он изобрел лампочку. Но в ряду тех, кто, без сомнения, внес огромный вклад в ее появление, нельзя не отметить нескольких наших соотечественников, в том числе двух гигантов электротехники XIX века — Яблочкова и Лодыгина.

Сперва — небольшой таймлайн.

Началось все с англичанина Гемфри Дэви и русского Василия Петрова. В 1802 году они почти синхронно представили перед Королевским институтом и Петербургской академией наук соответственно явление свечения электрической дуги. Подробно об этом можно прочесть в главе 20. Здесь я замечу лишь, что ни Дэви, ни Петров не нашли объективного практического применения своему открытию, и потому их опыты остались на уровне лабораторных диковинок.

Этим демонстрациям предшествовали проведенные еще во второй половине XVIII столетия эксперименты английского физика Эбенезера Киннерсли с нагреванием проволоки до раскаленного и светящегося состояния с помощью электрического тока. В общем, предпосылки для создания лампочки были — причем как дуговой, так и накаливания.

Работы Киннерсли, Дэви и Петрова положили начало активным изысканиям в этом направлении. И в 1835 году шотландский изобретатель Джеймс Боуман Линдси во время публичной демонстрации в Данди осветил с помощью раскаленной спирали пространство вокруг себя и, как писали газеты, мог в полной темноте читать книгу на расстоянии 45 сантиметров. Линдси был не очень организованным человеком, большую часть своих разработок в самых разных областях он даже не описывал толком, не говоря уже о получении патентов. Эксперименты с электрическим освещением он забросил, а демонстрация в Данди осталась историческим курьезом.

Тремя годами позже бельгийский фотограф и литограф Марселлен Жобар получил первый в мире патент на лампочку накаливания более или менее современного вида. Он придумал стеклянную колбу, догадался откачать из нее воздух, а в качестве тела накала использовал угольную нить. Жобар был исключительно разносторонним ученым, его 73 патента принадлежали к областям баллистики, транспорта, пищевой промышленности и прочая, и прочая, так что лампочка стала лишь одним из его многочисленных увлечений. Патент он не развивал, поскольку изначально полагал использовать электрическое освещение для фотографических процессов, но из-за чудовищной энергоемкости и плохой светимости счел проект не стоящим усилий.

В 1840 году британский физик и астроном Уоррен де ла Рю заменил угольный элемент платиновым, по сути создав первую лампочку, которая светила с достаточной силой, чтобы быть рабочим инструментом, а не демонстрацией технологии. Проблема заключалась в стоимости платины: в промышленных масштабах такие лампочки никто бы не стал выпускать. Годом позже конструкцию лампы с платиновой нитью запатентовал другой англичанин — Фредерик де Молейнс. Еще через пять лет появился патент на лампочку американцев Джона Веллингтона Старра и Эдварда Кинга (первый был техником, второй — его бизнес-партнером).

К чему я это рассказываю? Да к тому, что все перечисленные события произошли даже до появления на свет трех людей, которые в разных источниках так или иначе называются изобретателями лампы — Александра Лодыгина, Павла Яблочкова и, конечно, Томаса Эдисона. Кстати, интересный факт: все трое родились в 1847 году.

Да будет свет!

Что придумал Лодыгин

Хронологически Александр Николаевич Лодыгин был первым из этой троицы, кто всерьез занялся электротехникой. Он происходил из знатной, но не слишком богатой дворянской семьи, и ему была предначертана военная карьера. Он учился в кадетском корпусе — сперва в Тамбове, затем в Воронеже, потом служил в 71-м Белёвском пехотном полку, после чего окончил, уже по инженерной специальности, Московское пехотное юнкерское училище (ныне — Алексеевское военное училище). Но душа Лодыгина к войне не лежала, и как только представилась возможность, он тут же вышел в отставку — в возрасте 23 лет. Начиная с 1871 года, он занимался исключительно электротехникой, параллельно посещая Санкт-Петербургский практический технологический институт в качестве вольнослушателя.

За следующие несколько лет Лодыгин не только разработал собственную конструкцию лампы с угольным стержнем в качестве тела накала, но и запатентовал систему в России, Франции, Великобритании и ряде других европейских стран. В частности, он придумал не только откачивать из ламп воздух, но и наполнять колбу инертными газами, улучшающими светильные свойства тел накала и делающими конструкцию более долговечной. В 1873 году Александр Лодыгин провел триумфальную демонстрацию своей системы в фонарях на улицах столицы: длительность горения достигала 1000 часов! Его работы были замечены Петербургской академией наук, он получил от нее премию, но в целом денег катастрофически не хватало, и первая в нашей стране осветительная компания «Русское товарищество электрического освещения Лодыгин и К°» вскоре разорилась.

Из-за финансовых проблем, отсутствия толковых перспектив и ухудшения политической обстановки (как раз погиб император Александр II, и начались заслуженные гонения на народников, среди которых у Лодыгина были обширные связи) в 1884 году он уехал из России. Работая сперва во Франции, а затем в США в компании Джорджа Вестингауза, Лодыгин добился серьезного успеха. Вестингауз, будучи важнейшим конкурентом Эдисона, всегда с радостью устраивал у себя инженеров, способных упрочить положение компании. Позже он возьмет на работу Николу Теслу и его руками выиграет знаменитую «войну токов».

Вплоть до 1906 года Лодыгин курсировал между Нью-Йорком и Парижем — патентовал всё новые и новые системы освещения. За это же время он основал компанию по производству ламп во Франции, принял участие в нескольких Всемирных выставках — в общем, вел активный образ жизни и добился значительного успеха. Другое дело, что Лодыгин всегда был слабым бизнесменом, и многие его частные начинания заканчивались разорением. Последнее — в 1906 году — привело к тому, что ему пришлось вернуться в Россию, куда его давно уже звали как всемирно известного электротехника.

Но самый активный период жизни Лодыгина — годы с 1892-го по 1897-й. За эти пять лет он получил три важнейших американских патента, первый из которых закрепил за ним первенство в конструкции лампы накаливания с металлической нитью, а второй и третий были дополнениями, расширяющими первый посредством введения новых материалов. Нити из молибдена, платины, иридия, вольфрама, осмия, палладия — все это лодыгинское, и все в итоге досталось эдисоновской компании General Electric, поскольку Александр Николаевич продал свои права перед отъездом в Россию. В первую очередь важен был патент на лампу с вольфрамовой нитью — самый первый из американских, полученный в 1893 году. Вольфрам и по сей день — основной материал, из которого изготавливают нити накаливания, таким образом, именно разработка Лодыгина привела лампочку к ее современному состоянию. Массовое производство таких ламп General Electric наладила уже после отъезда изобретателя на родину.

В России Лодыгин жил до революции, преподавал в Санкт-Петербургском императорском электротехническом институте Александра III (ныне СПбГЭТУ «ЛЭТИ»), принимал активное участие в электрификации страны и железнодорожных путей в частности, а в 1917 году вернулся в США, где его приняли с распростертыми объятиями.

Подытоживая, можно назвать две основные новации, которые Лодыгин внес в историю электрического освещения. В 1870-х он первым начал наполнять лампы инертным газом, а в 1890-х — использовать металлические, и в частности вольфрамовые, нити.

А теперь — Яблочков!

Что придумал Яблочков

Павел Николаевич Яблочков вступил в «ламповую гонку» чуть позже Лодыгина, в середине 1870-х. Собственно, он и заинтересовался этой темой, прочитав о лодыгинских экспериментах.

Судьба его была отчасти такой же, как и у коллеги. Семья обедневшего мелкопоместного дворянина, затем — мужская гимназия в Саратове, затем — Николаевское инженерное училище, заведение военного характера, но готовившее специалистов также по гражданским специальностям. В 1866 году Яблочков окончил училище с дипломом инженер-подпоручика и был отправлен в Киевскую крепость, в 5-й саперный батальон. Как и Лодыгин, он уволился из армии при первой возможности, в 1872 году, в возрасте 25 лет. До этого, правда, он уже уходил по состоянию здоровья и возвращался обратно и, что важно, послужил два года в так называемой гальванической команде. Для повышения квалификации Яблочкова направили в Техническое гальваническое заведение в Кронштадте (ныне Офицерская электротехническая школа). Его выпускники занимались в армии всем, что было связано с электричеством, — от дистанционного подрыва мин до мелкого ремонта разных систем.

И вот после ухода в отставку, так же как и Лодыгин, но на полтора года позже, Яблочков занялся вопросом электрического освещения. Но он решил пойти другим путем, полагая, что дуговая лампа эффективнее лампы накаливания. И, как оказалось, не ошибся.

Свеча П. Н. Яблочкова, 1876

Источник : Статья «Успехи электрического освещения и заслуги П. Н. Яблочкова», журнал «Наука и жизнь» № 39, 1890

Дело в том, что при технологиях начала 1870-х лампы накаливания действительно получались не очень яркими и совсем не долговечными. А вот дуговые уже позволяли получить сильный, стойкий свет, близкий к дневному. Они были проще, надежнее, дешевле. Да, с развитием технологий они вчистую проиграли «ламповую гонку» — но это случилось позже.

Проблемой дуговых ламп, уже существовавших на тот момент, было наличие регулятора межэлектродного расстояния. Дело в том, что в процессе работы угольные стержни, между которыми возникала дуга, прогорали, и, чтобы поддерживать между ними одинаковое расстояние, требовалось постоянно подкручивать регулятор вручную. Именно так делал и сам Яблочков, когда ставил первый публичный опыт с демонстрацией угольной дуговой лампы при освещении путей на железной дороге. Было множество устройств, позволявших механизировать этот процесс, но в большинстве своем они оставались сложными и ненадежными. Яблочков поставил себе задачу: создать дуговую лампу без регулятора.

В 1875 году он уехал во Францию и нашел там работу в лаборатории известного физика и изобретателя Луи-Франсуа-Альфонса Бреге, внука Абрахама-Луи Бреге, основателя знаменитой часовой марки Breguet. В то время как компания процветала, Луи уделял довольно много времени не часовому искусству, а научным и техническим исследованиям, особенно в области электротехники. В большей мере Яблочков нашел общий язык не с самим Луи, а с его сыном, собственным ровесником Антуаном, совладельцем семейного бизнеса.

Там, во Франции, Павел Яблочков придумал и запатентовал в марте 1876 года дуговую лампу без регулятора. Принцип ее был до смешного прост: электроды располагались не «нос к носу», а параллельно друг другу и разделялись слоем инертного и при этом относительно легко испаряемого материала — каолина, белой глины. Дуга возникала только на кончиках электродов. По мере их выгорания она спускалась все ниже, испаряя изоляцию, — и так до самого основания. Первые лампы Яблочкова выгорали примерно за час и, кроме того, если гасли, не могли быть зажжены снова, то есть полностью выходили из строя. Но зато светили они невероятно ярко, — лампам накаливания, которые на тот момент разрабатывал Лодыгин, было до них как до Луны.

В том же году Бреге оплатил участие Павла Николаевича с его лампами на выставке в Лондоне, и «свеча Яблочкова» произвела сенсацию. Ровно за полгода образовалось несколько заводов по производству «свеч»; французские и британские компании ринулись покупать у изобретателя право на производство его лампы — такой неимоверно простой и яркой. Вы спросите: «Как же так, ведь она горела всего пару часов? Разве это эффективно?» Конечно. В те времена основными источниками света оставались восковые свечи — тоже недолговечные, но при этом ненадежные, пожароопасные и тусклые. А «свеча Яблочкова» пусть и работала не долго, зато уж светила так светила!

Именно дуговые лампы Яблочкова поначалу использовались в уличных электрических фонарях. Вопреки заблуждениям, первым городом, установившим «свечи Яблочкова», стал не Париж, а Лос-Анджелес — это было сразу после лондонской демонстрации, еще до начала промышленного производства. Зато Париж 30 мая 1878 года зажег электрические фонари сразу на нескольких улицах — вокруг Оперы, вокруг Триумфальной арки на площади Звезды, а ко Всемирной выставке 1881 года «свечи Яблочкова» горели на основных бульварах города. В то же время в Лондоне было установлено более 4000 фонарей с дуговыми лампами, а в Соединенных Штатах их количество достигало 130 000! Минусов у этого изобретения было два. Меньший заключался в яркости, удобной для освещения больших проспектов, но не подходящей для, скажем, узких проулков или подъездов. Вторым, главным, недостатком оказалась краткость работы лампы и, соответственно, необходимость держать порядочное количество фонарщиков, которые заменяли бы электроды в фонарях.

Лампа со свечой П. Н. Яблочкова

Уже в 1879 году в Ньюкасле был установлен первый фонарь уличного освещения с лампой накаливания системы британского изобретателя Джозефа Суона. К середине 1880-х лампочки компании Эдисона по яркости могли соревноваться со «свечами Яблочкова», стоили дешевле, а работали до 1000 часов — и на этом короткая эра дуговых ламп завершилась. Но именно они стали первыми в электрическом освещении по всему миру.

Параллельно Яблочков работал над другими изобретениями: он построил оригинальный генератор переменного тока, трансформатор, динамо-машину и еще множество систем. Спад популярности дуговых ламп лишил его «звездного» статуса, к тому же у него чудовищно испортилось здоровье. Он перенес два инсульта, а в 1894 году скончался от болезни сердца, не дожив даже до пятидесяти.

Удивительно, но спустя много лет электрическая дуга вернулась в мир электрического света — в форме ксеноновых ламп. Они широко применяются во вспышках, проекторах, сценическом освещении и автомобильных фарах.

Что придумал Эдисон

Томас Алва Эдисон тоже придумал лампочку. Но главное — он первым понял, что без экономического подхода вся эпопея с электрическим освещением попросту не имеет смысла.

Эдисон взялся за проблему в 1878 году, когда «свечи Яблочкова» триумфально завоевывали мир, а Лодыгин еще не «разогнался» с производством в России. Основным конкурентом Эдисона были не эти двое русских, а уже упомянутый выше англичанин Джозеф Суон. Оба они работали синхронно — осенью 1878-го представили свои версии ламп накаливания с угольной нитью. Суон не пытался перебить монополию дуговых ламп на уличное освещение и продавал свои источники света, более мягкие и спокойные, частным заказчикам. Его собственный дом стал первым в мире, освещенным с помощью электричества. В 1881-м Суон оборудовал лампами накаливания знаменитый театр Савой в Вестминстере — это было первое общественное заведение с таким типом освещения.

Эдисон же, имея огромный штат рабочих и значительные финансовые возможности, действовал своим обычным методом массированного эксперимента. Его сотрудники перепробовали порядка 6000 (!) конфигураций разных форм и материалов для нити накала — и в итоге Эдисон в 1879 году получил патент на «усовершенствование в области освещения». В 1880 году его лампочки были установлены на пароходе «Колумбия», ставшем первым в мире судном с электрическим освещением.

Лампа Т. Эдисона

Самыми эффективными Эдисон нашел лампы с нитью из бамбуковых волокон — они работали около 1200 часов, — но в итоге остановился на угольной нити, которая светила около 300 часов, но была намного дешевле. Эдисон добился массового спроса на свои лампы, дал множество интервью, потратил десятки тысяч долларов на рекламу — и в итоге сумел за несколько лет снизить себестоимость одной лампочки с 1,25 до 0,22 доллара. Впоследствии для работы на европейском рынке Эдисону пришлось согласиться на слияние с компанией Суона — появилась Edison and Swan Electric Light Company.

4 сентября 1882 года первые 400 лампочек накаливания Эдисона осветили Нью-Йорк. Это было концом дуговой лампы, но началом новой эры. Впоследствии компания Эдисона выкупит у Лодыгина его патент на вольфрамовую нить и сделает еще один огромный шаг в будущее.