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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Lampe électrique. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Une lampe à incandescence est une source de lumière artificielle dans laquelle la lumière est émise par un corps incandescent chauffé par un courant électrique à haute température. Comme corps de chauffe, on utilise le plus souvent une spirale en métal réfractaire (le plus souvent en tungstène) ou un filament de carbone. Pour éviter l'oxydation du corps de chauffe au contact de l'air, celui-ci est placé dans un ballon sous vide, ou un ballon rempli de gaz inertes ou de vapeurs halogènes.
Dans les dernières décennies du XIXe siècle, l'éclairage électrique est entré dans la vie de nombreuses villes européennes. Apparaissant d'abord dans les rues et sur les places, il pénétra très vite dans chaque maison, dans chaque appartement et devint partie intégrante de la vie de tout homme civilisé. Ce fut l'un des événements les plus importants de l'histoire de la technologie, avec des conséquences énormes et multiples. Le développement rapide de l'éclairage électrique entraîne une électrification de masse, une révolution énergétique et des mutations industrielles majeures. Cependant, tout cela n'aurait peut-être pas eu lieu si les efforts de nombreux inventeurs n'avaient pas créé pour nous un appareil aussi commun et familier qu'une ampoule électrique. Parmi les plus grandes découvertes de l'histoire humaine, elle appartient sans aucun doute à l'une des places les plus honorables. Au XIXe siècle, deux types de lampes électriques se sont généralisées : les lampes à incandescence et à arc. Les ampoules à arc sont apparues un peu plus tôt. Leur lueur est basée sur un phénomène aussi intéressant que l'arc voltaïque. Si vous prenez deux fils, connectez-les à une source de courant suffisamment forte, connectez-les, puis écartez-les de quelques millimètres, puis quelque chose comme une flamme avec une lumière vive se forme entre les extrémités des conducteurs. Le phénomène sera plus beau et plus brillant si deux tiges de carbone pointues sont utilisées à la place des fils métalliques. Avec une tension suffisamment grande entre eux, une lumière d'une puissance éblouissante se forme.
Pour la première fois, le phénomène d'arc voltaïque a été observé en 1803 par le scientifique russe Vasily Petrov. En 1810, le physicien anglais Devi fit la même découverte. Tous deux ont obtenu un arc voltaïque, en utilisant une grande batterie de cellules, entre les extrémités de tiges de charbon de bois. Tous deux ont écrit que l'arc voltaïque peut être utilisé à des fins d'éclairage. Mais il fallait d'abord trouver un matériau plus approprié pour les électrodes, car les tiges de charbon de bois brûlaient en quelques minutes et étaient peu utiles pour une utilisation pratique. Les lampes à arc avaient un autre inconvénient - comme les électrodes brûlaient, il était nécessaire de les déplacer constamment les unes vers les autres. Dès que la distance entre eux a dépassé un certain minimum autorisé, la lumière de la lampe est devenue inégale, elle a commencé à clignoter et s'est éteinte. Foucault, physicien français, a conçu la première lampe à arc réglable manuellement en 1844. Il a remplacé le charbon de bois par des bâtons de coke durs. En 1848, il utilise pour la première fois une lampe à arc pour éclairer l'une des places parisiennes. Ce fut une expérience courte et très coûteuse, car une batterie puissante servait de source d'électricité. Puis divers dispositifs ont été inventés, contrôlés par un mouvement d'horlogerie, qui décalaient automatiquement les électrodes au fur et à mesure qu'elles brûlaient. Il est clair que du point de vue de l'utilisation pratique, il était souhaitable d'avoir une lampe qui ne soit pas compliquée par des mécanismes supplémentaires. Mais était-il possible de s'en passer ? Il s'est avéré que oui. Si deux charbons sont placés non pas en face l'un de l'autre, mais en parallèle, de plus, de sorte qu'un arc ne puisse se former qu'entre leurs deux extrémités, alors avec ce dispositif la distance entre les extrémités des charbons est toujours maintenue inchangée. La conception d'une telle lampe semble très simple, mais sa création a nécessité une grande ingéniosité. Il a été inventé en 1876 par l'ingénieur électricien russe Yablochkov, qui travaillait à Paris dans l'atelier de l'académicien Breguet. La bougie Yablochkov se composait de deux tiges en charbon rotatif dense, disposées en parallèle et séparées par une plaque de plâtre. Cette dernière jouait un double rôle, puisqu'elle servait à la fois à solidariser les charbons entre eux et à les isoler, ne permettant à l'arc voltaïque de se former qu'entre les extrémités supérieures des charbons. Au fur et à mesure que les charbons brûlaient par le haut, la plaque de gypse fondait et s'évaporait, de sorte que les pointes des charbons dépassaient toujours de quelques millimètres au-dessus de la plaque.
Les bougies de Yablochkov ont attiré l'attention de tout le monde et ont fait beaucoup de bruit. En 1877, avec leur aide, l'électricité publique est installée pour la première fois sur l'avenue de l'Opéra à Paris. L'exposition universelle, qui s'ouvrit l'année suivante, donna à de nombreux ingénieurs électriciens l'occasion de se familiariser avec cette merveilleuse invention. Sous le nom de "Russian Light", les bougies de Yablochkov ont ensuite été utilisées pour l'éclairage public dans de nombreuses villes du monde. Ces lampes sont également curieuses en ce qu'elles nécessitaient exclusivement du courant alternatif pour elles-mêmes, car le taux de combustion des électrodes positives et négatives n'était pas le même, et avec le courant continu, il était nécessaire de rendre l'électrode positive plus épaisse.
C'est pour Yablochkov que Gramm fabriqua son premier alternateur. Mais avec les avantages des bougies de Yablochkov, elles avaient leurs inconvénients. Le principal inconvénient était que les charbons qu'ils contenaient s'éteignaient très rapidement - une bougie de taille moyenne ne brillait pas plus de deux heures. Cet inconvénient, cependant, était inhérent à de nombreuses autres lampes à arc. Plus d'une fois, les inventeurs ont eu l'idée d'enfermer l'arc voltaïque dans une atmosphère dépourvue d'oxygène. Après tout, grâce à cela, la lampe pourrait brûler beaucoup plus longtemps. Pendant longtemps, ces tentatives ont échoué, car elles ont essayé de pomper tout l'air de toute la lampe. L'Américain Jandus a été le premier à avoir l'idée de placer non pas toute la lampe sous le dôme, mais seulement ses électrodes. Lorsqu'un arc voltaïque se produisait, l'oxygène contenu dans la cuve réagissait rapidement avec le charbon chaud, de sorte qu'une atmosphère neutre se formait rapidement à l'intérieur de la cuve. Bien que l'oxygène ait continué à circuler à travers les interstices, son influence était considérablement affaiblie et une telle lampe pouvait brûler en continu pendant environ 200 heures.
Mais même sous une forme aussi améliorée, les lampes à arc ne pouvaient pas être largement utilisées. L'arc voltaïque est une source de lumière très puissante. La luminosité de sa combustion ne peut pas être réduite en dessous d'une certaine limite. Par conséquent, des lampes à arc ont été utilisées pour éclairer de grandes salles, des gares ou des places. Mais ils étaient totalement inadaptés à une utilisation dans de petits espaces de vie ou de travail. Les ampoules à incandescence étaient beaucoup plus pratiques dans ce sens. Tout le monde connaît son appareil: un courant électrique, traversant un fil fin, le chauffe à une température élevée, grâce à quoi il commence à briller vivement. En 1820, le scientifique français Delarue fabriqua la première lampe de ce type, dans laquelle un fil de platine servait de corps incandescent. Après cela, pendant un demi-siècle, les lampes à incandescence n'ont guère été utilisées, car elles ne trouvaient pas de matériau approprié pour le filament. Au début, le charbon semblait être le plus pratique. En 1873, l'ingénieur électricien russe Lodygin fabriqua une ampoule avec un filament de charbon rotatif. Il a été le premier à pomper de l'air hors du ballon. En fin de compte, il a réussi à créer la première ampoule à incandescence, qui a reçu une utilisation pratique, mais elle était encore très imparfaite. En 1878, les ingénieurs électriciens américains Sawyer et Man ont trouvé un moyen de fabriquer de petits arcs de carbone de petite section en carbonisant du carton dans de la poudre de graphite. Ces arcs étaient enfermés dans des capsules de verre. Cependant, ces ampoules ont une durée de vie très courte.
En 1879, le célèbre inventeur américain Edison se lance dans l'amélioration de l'ampoule électrique. Il a compris que pour que l'ampoule brille fort et longtemps et ait une lumière uniforme et non clignotante, il faut, d'une part, trouver un matériau approprié pour le fil, et, d'autre part, apprendre à créer un très espace raréfié dans le ballon. De nombreuses expériences ont été faites avec divers matériaux, qui ont été mis en place avec la portée caractéristique d'Edison. On estime que ses assistants ont testé au moins 6000 100 substances et composés différents, tandis que plus de XNUMX XNUMX dollars ont été dépensés pour des expériences. Au début, Edison a remplacé le charbon de bois en papier cassant par un plus durable à base de charbon, puis il a commencé à expérimenter divers métaux et a finalement opté pour un fil de fibres de bambou carbonisées. La même année, en présence de trois mille personnes, Edison fait publiquement la démonstration de ses ampoules électriques, éclairant sa maison, son laboratoire et plusieurs rues adjacentes avec. C'était la première ampoule à longue durée de vie adaptée à la production de masse.
Comme la fabrication de fils de bambou s'est avérée assez coûteuse, Edison a développé une nouvelle méthode pour les habiller à partir de fibres de coton spécialement traitées. Tout d'abord, le coton a été placé dans une solution chaude de zinc-chlore, où il s'est progressivement dissous. Le liquide résultant a été épaissi avec une pompe jusqu'à un état pâteux et pressé à travers un tube mince dans un récipient avec de l'alcool. Ici, il s'est transformé en un fil fin et enroulé sur un tambour. Le fil résultant a été débarrassé de la solution de chlore et de zinc par plusieurs opérations intermédiaires, séché, coupé, enfermé dans des formes en V et carbonisé dans un four sans accès à l'air. Ensuite, une fine couche de charbon a été pulvérisée sur les filaments. Pour ce faire, ils étaient placés sous un bouchon rempli de gaz d'éclairage, et un courant passait à travers eux. Sous l'action du courant, le gaz se décompose et une fine couche de carbone se dépose sur le filament. Après toutes ces opérations complexes, le fil était prêt à l'emploi. Le processus de fabrication d'une ampoule était également très compliqué. Le fil était placé dans un capuchon en verre entre deux électrodes de platine fusionnées dans du verre (il fallait utiliser du platine coûteux car il avait le même coefficient de dilatation thermique que le verre, ce qui était très important pour créer l'étanchéité). Enfin, à l'aide d'une pompe à mercure, l'air était pompé hors de l'ampoule, de sorte qu'il ne restait plus qu'un milliardième de l'air qu'elle contenait à pression normale. Une fois le pompage terminé, l'ampoule a été soudée et posée sur une base avec des contacts à visser dans la cartouche (à la fois la cartouche et la base, ainsi que de nombreux autres éléments d'éclairage électrique qui sont restés inchangés à ce jour - interrupteurs , fusibles, compteurs électriques et bien plus encore - ont également été inventés par Edison). La durée de vie moyenne d'une ampoule Edison était de 800 à 1000 heures de combustion continue. Pendant près de trente ans, les ampoules ont été fabriquées de la manière décrite ci-dessus, mais l'avenir était aux ampoules à filament métallique. En 1890, Lodygin a eu l'idée de remplacer le filament de carbone par un fil métallique en tungstène réfractaire, qui avait une température d'incandescence de 3385 degrés. Cependant, la production industrielle de telles ampoules n'a commencé qu'au XXe siècle. Auteur : Ryzhov K.V.
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