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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Elektrische Lampe. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Eine Glühlampe ist eine künstliche Lichtquelle, bei der Licht von einem Glühkörper emittiert wird, der durch elektrischen Strom auf eine hohe Temperatur erhitzt wird. Als Glühkörper wird meist eine Spule aus hochschmelzendem Metall (am häufigsten Wolfram) oder ein Kohlenstofffaden verwendet. Um eine Oxidation des Filaments bei Kontakt mit Luft zu verhindern, wird es in einen evakuierten Kolben oder einen mit Inertgasen oder Halogendämpfen gefüllten Kolben gegeben.
In den letzten Jahrzehnten des XNUMX. Jahrhunderts hielt elektrische Beleuchtung Einzug in das Leben vieler europäischer Städte. Zunächst auf den Straßen und Plätzen erschienen, drang sie sehr bald in jedes Haus, in jede Wohnung ein und wurde zu einem festen Bestandteil des Lebens eines jeden zivilisierten Menschen. Es war eines der wichtigsten Ereignisse der Technikgeschichte mit enormen und vielfältigen Folgen. Die rasante Entwicklung der elektrischen Beleuchtung führte zu einer Massenelektrifizierung, einer Energierevolution und großen Veränderungen in der Industrie. All dies wäre jedoch möglicherweise nicht passiert, wenn nicht die Bemühungen vieler Erfinder ein so gemeinsames und vertrautes Gerät für uns wie eine elektrische Glühbirne geschaffen hätten. Unter den größten Entdeckungen der Menschheitsgeschichte gehört sie zweifellos zu den ehrenvollsten Orten. Im XNUMX. Jahrhundert verbreiteten sich zwei Arten von elektrischen Lampen: Glühlampen und Bogenlampen. Lichtbogenglühlampen erschienen etwas früher. Ihr Leuchten basiert auf einem so interessanten Phänomen wie dem Lichtbogen. Wenn Sie zwei Drähte nehmen, an eine ausreichend starke Stromquelle anschließen, anschließen und dann einige Millimeter auseinanderschieben, entsteht zwischen den Enden der Leiter so etwas wie eine Flamme mit hellem Licht. Schöner und heller wird das Phänomen, wenn anstelle von Metalldrähten zwei spitze Kohlestäbe verwendet werden. Mit einer ausreichend großen Spannung zwischen ihnen entsteht ein Licht von blendender Kraft.
Das Phänomen eines Lichtbogens wurde erstmals 1803 vom russischen Wissenschaftler Vasily Petrov beobachtet. 1810 machte der englische Physiker Devi dieselbe Entdeckung. Beide erzeugten einen Lichtbogen, indem sie eine große Batterie von Zellen zwischen den Enden von Holzkohlestäben verwendeten. Beide schrieben, dass der Lichtbogen für Beleuchtungszwecke genutzt werden kann. Doch zunächst galt es, ein geeigneteres Material für die Elektroden zu finden, da die Kohlestäbe in wenigen Minuten durchbrannten und für die Praxis wenig brauchbar waren. Bogenlampen hatten einen weiteren Nachteil: Als die Elektroden durchbrannten, mussten sie ständig aufeinander zu bewegt werden. Sobald der Abstand zwischen ihnen ein bestimmtes zulässiges Minimum überschritt, wurde das Licht der Lampe ungleichmäßig, es begann zu flackern und erlosch. Foucault, ein französischer Physiker, entwarf 1844 die erste manuell verstellbare Bogenlampe. Er ersetzte Holzkohle durch harte Cola-Sticks. 1848 benutzte er erstmals eine Bogenlampe, um einen der Pariser Plätze zu beleuchten. Es war eine kurze und sehr teure Erfahrung, da eine starke Batterie als Stromquelle diente. Dann wurden verschiedene Geräte erfunden, die von einem Uhrwerk gesteuert wurden, das die Elektroden beim Brennen automatisch verschob. Es ist klar, dass es vom Standpunkt der praktischen Verwendung wünschenswert war, eine Lampe zu haben, die nicht durch zusätzliche Mechanismen kompliziert ist. Aber ging es auch ohne sie? Es stellte sich heraus, dass ja. Legt man zwei Kohlen nicht aneinander, sondern parallel dazu, so dass sich nur zwischen ihren beiden Enden ein Lichtbogen bilden kann, so bleibt bei dieser Vorrichtung der Abstand zwischen den Enden der Kohlen immer unverändert. Das Design einer solchen Lampe scheint sehr einfach, aber ihre Herstellung erforderte großen Einfallsreichtum. Sie wurde 1876 von dem russischen Elektroingenieur Yablochkov erfunden, der in Paris in der Werkstatt des Akademikers Breguet arbeitete. Die Yablochkov-Kerze bestand aus zwei Stäben aus dichter rotierender Kohle, die parallel angeordnet und durch eine Gipsplatte getrennt waren. Letzteres spielte eine doppelte Rolle, da es sowohl der Befestigung der Kohlen aneinander als auch der Isolierung diente, wodurch sich der Lichtbogen nur zwischen den oberen Enden der Kohlen bilden konnte. Beim Abbrennen der Kohlen von oben schmolz und verdampfte die Gipsplatte, sodass die Kohlenspitzen immer einige Millimeter über die Platte hinausragten.
Yablochkovs Kerzen zogen alle Blicke auf sich und machten viel Lärm. 1877 wurde mit ihrer Hilfe erstmals Straßenelektrizität auf der Avenue de L'Opera in Paris installiert. Die im folgenden Jahr eröffnete Weltausstellung gab vielen Elektrotechnikern die Gelegenheit, diese wunderbare Erfindung kennenzulernen. Unter dem Namen „Russian Light“ wurden Yablochkovs Kerzen später in vielen Städten weltweit zur Straßenbeleuchtung eingesetzt. Diese Lampen sind auch insofern merkwürdig, als sie für sich selbst ausschließlich Wechselstrom benötigten, da die Verbrennungsgeschwindigkeit der positiven und negativen Elektroden in ihnen nicht gleich war und bei Gleichstrom die positive Elektrode dicker gemacht werden musste.
Für Yablochkov baute Gramm seine erste Lichtmaschine. Aber neben den Vorteilen von Yablochkovs Kerzen hatten sie auch ihre Nachteile. Der Hauptnachteil bestand darin, dass die darin enthaltenen Kohlen sehr schnell ausbrannten - eine mittelgroße Kerze leuchtete nicht länger als zwei Stunden. Dieser Nachteil war jedoch vielen anderen Bogenlampen eigen. Mehr als einmal hatten die Erfinder die Idee, den Lichtbogen in eine sauerstofffreie Atmosphäre einzuschließen. Immerhin konnte die Lampe dank dessen viel länger brennen. Lange scheiterten diese Versuche, da versucht wurde, die gesamte Luft aus der gesamten Lampe herauszupumpen. Der Amerikaner Jandus war der erste, der auf die Idee kam, nicht die gesamte Lampe unter der Kuppel zu platzieren, sondern nur ihre Elektroden. Beim Auftreten eines Lichtbogens reagierte der im Gefäß enthaltene Sauerstoff schnell mit heißem Kohlenstoff, so dass sich innerhalb des Gefäßes bald eine neutrale Atmosphäre bildete. Sauerstoff strömte zwar weiterhin durch die Lücken, sein Einfluss wurde jedoch stark abgeschwächt, und eine solche Lampe konnte etwa 200 Stunden lang ununterbrochen brennen.
Aber selbst in solch einer verbesserten Form konnten Bogenlampen nicht weit verbreitet verwendet werden. Der Lichtbogen ist eine sehr starke Lichtquelle. Die Helligkeit seines Brennens kann nicht unter eine bestimmte Grenze reduziert werden. Daher wurden Bogenlampen verwendet, um große Hallen, Bahnhöfe oder Plätze zu beleuchten. Für den Einsatz in kleinen Wohn- oder Arbeitsräumen waren sie jedoch völlig ungeeignet. Glühlampen waren in diesem Sinne viel bequemer. Jeder kennt sein Gerät: Ein elektrischer Strom, der durch einen dünnen Faden fließt, erwärmt ihn auf eine hohe Temperatur, wodurch er hell zu leuchten beginnt. Bereits 1820 stellte der französische Wissenschaftler Delarue die erste derartige Lampe her, bei der Platindraht als Glühkörper diente. Danach wurden Glühlampen ein halbes Jahrhundert lang kaum verwendet, weil sie kein geeignetes Material für den Glühfaden finden konnten. Zunächst schien Kohle am bequemsten zu sein. 1873 stellte der russische Elektroingenieur Lodygin eine Glühbirne mit einem Glühfaden aus Drehkohle her. Er war der erste, der damit begann, Luft aus dem Ballon zu pumpen. Am Ende gelang es ihm, die erste Glühbirne zu schaffen, die einen gewissen praktischen Nutzen erhielt, aber noch sehr unvollkommen war. 1878 fanden die amerikanischen Elektroingenieure Sawyer und Man einen Weg, kleine Kohlebögen mit kleinem Querschnitt herzustellen, indem sie Pappe in Graphitpulver verkohlten. Diese Bögen waren in Glaskappen eingeschlossen. Diese Glühbirnen waren jedoch sehr kurzlebig.
1879 griff der berühmte amerikanische Erfinder Edison die Verbesserung der elektrischen Glühbirne auf. Er verstand, dass, damit die Glühbirne hell und lange leuchtet und ein gleichmäßiges, nicht blinkendes Licht hat, es notwendig ist, erstens ein geeignetes Material für den Faden zu finden und zweitens zu lernen, wie man ein sehr erzeugt verdünnter Raum im Ballon. Es wurden viele Experimente mit verschiedenen Materialien durchgeführt, die mit Edisons charakteristischem Umfang eingerichtet wurden. Es wird geschätzt, dass seine Assistenten mindestens 6000 verschiedene Substanzen und Verbindungen getestet haben, während über 100 Dollar für Experimente ausgegeben wurden. Zunächst ersetzte Edison die spröde Papierkohle durch eine haltbarere aus Kohle, dann begann er mit verschiedenen Metallen zu experimentieren und entschied sich schließlich für einen Faden aus verkohlten Bambusfasern. Im selben Jahr demonstrierte Edison in Anwesenheit von dreitausend Menschen öffentlich seine elektrischen Glühbirnen und beleuchtete damit sein Haus, sein Labor und mehrere angrenzende Straßen. Es war die erste langlebige Glühbirne, die für die Massenproduktion geeignet war.
Da sich die Herstellung von Fäden aus Bambus als recht kostspielig herausstellte, entwickelte Edison ein neues Verfahren, sie aus speziell verarbeiteten Baumwollfasern zuzurichten. Zuerst wurde Baumwolle in eine heiße Zink-Chlor-Lösung gegeben, wo sie sich allmählich auflöste. Die resultierende Flüssigkeit wurde mit einer Pumpe zu einem pastösen Zustand eingedickt und durch einen dünnen Schlauch in ein Gefäß mit Alkohol ausgedrückt. Hier wurde es zu einem dünnen Faden und auf eine Trommel gewickelt. Der entstandene Faden wurde durch mehrere Zwischenoperationen von der Chlor-Zink-Lösung befreit, getrocknet, geschnitten, v-förmig eingeschlossen und in einem Ofen ohne Luftzutritt verkohlt. Dann wurde eine dünne Kohleschicht auf die Filamente gesprüht. Dazu wurden sie unter eine mit Leuchtgas gefüllte Kappe gestellt und mit Strom durchflossen. Unter Stromeinwirkung zersetzte sich das Gas und auf dem Filament lagerte sich eine dünne Kohlenstoffschicht ab. Nach all diesen komplexen Operationen war der Faden einsatzbereit. Der Herstellungsprozess einer Glühbirne war ebenfalls sehr kompliziert. Der Faden wurde in eine Glaskappe zwischen zwei in Glas eingeschmolzene Platinelektroden gelegt (teures Platin musste verwendet werden, da es den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Glas hatte, was für die Dichtheit sehr wichtig war). Schließlich wurde mit Hilfe einer Quecksilberpumpe die Luft aus der Glühbirne gepumpt, so dass nicht mehr als ein Milliardstel der Luft übrig blieb, die sie bei Normaldruck enthielt. Als das Pumpen beendet war, wurde die Glühbirne gelötet und auf einen Sockel mit Kontakten zum Einschrauben in die Patrone gesetzt (sowohl die Patrone als auch der Sockel sowie viele andere Elemente der elektrischen Beleuchtung, die bis heute unverändert erhalten geblieben sind - Schalter, Sicherungen, Stromzähler und vieles mehr - wurden ebenfalls von Edison erfunden). Die durchschnittliche Lebensdauer einer Edison-Glühbirne betrug 800-1000 Stunden ununterbrochenes Brennen. Fast dreißig Jahre lang wurden Glühbirnen auf die oben beschriebene Weise hergestellt, aber die Zukunft lag in Glühbirnen mit einem Metallfaden. Bereits 1890 hatte Lodygin die Idee, den Kohlefaden durch einen Metalldraht aus feuerfestem Wolfram zu ersetzen, der eine Glühtemperatur von 3385 Grad hatte. Die industrielle Produktion solcher Glühbirnen begann jedoch erst im XNUMX. Jahrhundert. Autor: Ryzhov K.V.
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