Kvēlspuldzei ir vairāki izgudrotāji:

• 1809. gadā anglis Delarue izstrādāja pirmo kvēlspuldzi (ar platīna kvēldiegu).
• 1838. gadā beļģu Jobards izgudroja oglekļa kvēlspuldzi.
• 1854. gadā vācietis Heinrihs Gēbels izstrādāja pirmo "moderno" lampu: pārogļotu bambusa pavedienu evakuētā traukā.
• 1860. gadā angļu ķīmiķis un fiziķis Džozefs Vilsons Svons demonstrēja pirmos rezultātus un saņēma patentu, taču vakuuma iegūšana šajos gados bija sarežģīta, un Swan lampa nedarbojās ilgi un neefektīvi. Ar to viņš neapstājās un 1878. gadā saņēma patentu lampai ar oglekļa šķiedru. Tajā šķiedra atradās retinātā skābekļa atmosfērā, kas ļāva iegūt ļoti spilgtu gaismu.
• 1874. gada 11. jūlijā krievu inženieris Aleksandrs Nikolajevičs Lodigins (attēlā) saņēma kvēlspuldzes patenta numuru 1619. Kā pavedienu viņš izmantoja oglekļa stieni, kas ievietots evakuētā traukā.
• 1875. gadā V.F. Didrihsons uzlaboja Lodigina lampu, izsūknējot no tās gaisu un lampā izmantojot vairākus matiņus, lai, ja kāds no tiem izdeg, automātiski ieslēgtos nākamā.

1870. gadu otrajā pusē Tomass Edisons sāka uzlabot kvēlspuldzi un veica virkni eksperimentu, izmantojot dažādus metālus kā pavedienus. Pamatojoties uz savu eksperimentu rezultātiem, 1879. gadā viņš patentēja lampu ar platīna kvēldiegu, bet 1880. gadā atgriezās pie darba ar oglekļa šķiedru un radīja lampu ar 40 stundu kalpošanas laiku. Tajā pašā laikā Edisons izgudroja mājsaimniecības rotējošo slēdzi. Neskatoties uz to trauslumu, Edison lampas pakāpeniski sāka aizstāt gāzes apgaismojumu.

Lodigins arī nepameta darbu pie spuldžu uzlabošanas un 1890. gados ierosināja lampās izmantot volframa un molibdēna pavedienus un kvēldiegu savērpt spirāles formā.

Viņš veica pirmos mēģinājumus izsūknēt gaisu no lampām, kas pasargāja kvēldiegu no oksidēšanās un pagarināja to kalpošanas laiku. Pēc tam saskaņā ar Lodygina patentu tika ražota pirmā amerikāņu komerciālā lampa ar volframa kvēldiegu.

Spuldžu dizains

Neatkarīgi no kvēlspuldžu mērķa, strukturāli tie maz atšķiras viens no otra: kvēldiega korpuss, spuldze un strāvas vadi.

Atkarībā no konkrēta veida lampas īpašībām var izmantot dažāda dizaina kvēldiega turētājus.

Ir lampas bez pamatnēm vai ar pamatnēm dažādi veidi, spuldzēm var būt arī papildu ārējā spuldze un citi papildu konstrukcijas elementi.

• Kolba. Aizsargā kvēldiega korpusu (spirāli) no atmosfēras gāzu iedarbības. Spuldzes izmērus nosaka kvēldiega korpusa materiāla nogulsnēšanās ātrums.
• Gāzes vide. Pirmās lampas tika evakuētas. Lielākā daļa mūsdienu lampu ir pildītas ar ķīmiski inertu gāzi (izņemot mazjaudas spuldzes, kuras joprojām ir izgatavotas vakuumā). Visizplatītākie ir slāpekļa N2 maisījumi ar argonu Ar to zemo izmaksu dēļ, tiek izmantots arī tīrs žāvēts argons, retāk tiek izmantots kriptons Kr vai ksenons Xe.
• Kvēldiega korpuss. Tas var būt dažādu formu, visizplatītākā ir stieples spirāle ar apaļu šķērsgriezumu, bet tiek izmantoti arī lentveida pavedieni (no metāla sloksnēm). Tāpēc pareizāk būtu lietot terminu “kvēldiega korpuss”, nevis “kvēldiegs”.
• Bāze. Vītņota pamatnes forma parastā lampa kvēlspuldzi ierosināja Džozefs Vilsons Svons. Zobu izmēri ir standartizēti. Mājsaimniecības lampām visizplatītākās Edison ligzdas ir E14, E27 un E40 - skaitlis norāda O.D. milimetros. Ir arī pamatnes bez vītnēm. Lampu šādā ligzdā notur berzes vai nevītņoti savienojumi - britu sadzīves standarts, kā arī automašīnās bieži izmantotās lampas bez pamata.

Lampas tiek ražotas dažādiem darba spriegumiem. Strāvas stiprumu nosaka Ohma likums: I=U/R un jauda saskaņā ar formulu P=UI, vai P=U²/R.

Kvēlspuldzes darbības princips

Lampa izmanto vadītāja (kvēlspuldzes korpusa - spirāles) sildīšanas efektu, plūstot caur to elektriskā strāva(strāvas termiskais efekts). Pēc strāvas ieslēgšanas kvēldiega temperatūra strauji palielinās. Kvēldiega korpuss izstaro elektromagnētisko termisko starojumu saskaņā ar Planka likumu.

Planka funkcijai ir maksimums, kura pozīcija viļņa garuma skalā ir atkarīga no temperatūras. Šis maksimums, palielinoties temperatūrai, mainās uz īsākiem viļņu garumiem (Viena nobīdes likums). Lai iegūtu redzamu starojumu, temperatūrai jābūt vairāku tūkstošu grādu robežās. 5770 K (kelvinos) temperatūrā, kas ir tāda pati kā Saules virsmai, gaisma atbilst Saules spektram. Jo zemāka temperatūra, jo mazāka proporcija redzamā gaisma, un jo vairāk “sarkans” starojums šķiet.

Kvēlspuldze daļu patērētās elektriskās enerģijas pārvērš starojumā, daļa tiek zaudēta siltuma vadīšanas un konvekcijas procesu rezultātā. Tikai neliela daļa no starojuma atrodas redzamās gaismas reģionā, bet lielākā daļa nāk no infrasarkanā starojuma.

Lai palielinātu lampas efektivitāti un iegūtu visvairāk “baltās” gaismas, ir jāpaaugstina kvēldiega temperatūra, ko savukārt ierobežo kvēldiega materiāla īpašības - kušanas temperatūra. Mūsdienu kvēlspuldzēs tiek izmantoti materiāli ar maksimālo kušanas temperatūru - volframs (3410°C) un ļoti reti osmijs (3045°C).

Krāsu temperatūru izmanto, lai novērtētu gaismas kvalitāti. Kvēlspuldzēm raksturīgajā 2200-3000 K temperatūrā izstaro dzeltenīgu gaismu, kas atšķiras no dienas gaismas. Vakarā "silts" (

Ja volframa pavedienus izmantotu ārā, tad šādā temperatūrā volframs uzreiz pārvērstos oksīdā. Tāpēc kvēldiega korpuss tiek ievietots kolbā, no kuras lampas ražošanas procesā tiek izsūknēts gaiss.

Palielināts spiediens ar gāzi pildītu spuldžu spuldzē krasi samazina volframa iztvaikošanas ātrumu, kā rezultātā palielinās ne tikai lampas kalpošanas laiks, bet arī ir iespējams paaugstināt kvēlspuldžu korpusa temperatūru, kas ļauj lai palielinātu efektivitāti un tuvinātu emisijas spektru baltajam. Ar gāzi pildītas lampas spuldze nesatumst tik ātri, jo nogulsnējas kvēldiega korpusa materiāls kā vakuuma lampā.

Mūsdienās kvēlspuldzes dod vietu enerģijas taupīšanas, dienasgaismas un citām spuldzēm. Tie atšķiras pēc dizaina un tehniskajiem parametriem, tāpēc mēs noteikti atgriezīsimies pie šīs tēmas.

Elektriskās spuldzes vēsture aizsākās 1802. gadā Sanktpēterburgā. Toreiz fizikas profesors Vasilijs Vladimirovičs Petrovs caur diviem ogles stieņiem izlaida elektrisko strāvu. Starp tiem uzliesmoja liesma. Tika atklātas līdz šim nezināmas elektrības īpašības – spēja dot cilvēkiem spilgtu gaismu un siltumu. Savādi, bet tieši šī iespēja zinātnieku interesēja vismazāk. Viņš galvenokārt pievērsa uzmanību liesmas temperatūrai, kas bija tik augsta, ka tā kausēja metālus. 80 gadus vēlāk šo īpašumu metālu metināšanai izmantoja cits krievu zinātnieks Benardoss.
Petrova atklājums palika nepamanīts. Desmit gadus vēlāk elektrisko loku no jauna atklāja anglis Hamfrijs Deivijs. Taču līdz elektriskās lampas parādīšanās vēl bija atlikuši 60 gadi.
Lai apgaismojumam izmantotu elektrisko loku, bija jāatrisina trīs problēmas.
Pirmkārt, tās liesmā ātri izdega ogļu gali, starp kuriem zibēja loks. Attālums starp tiem palielinājās, un loks nodzisa. Tāpēc bija jāatrod veids, kā liesmu uzturēt nevis dažas minūtes, bet simtiem stundu, tas ir, izveidot ērti lietojamu elektrisko lampu. Tas izrādījās visgrūtākais.
Otrkārt, bija nepieciešams uzticams un ekonomisks strāvas avots. Bija vajadzīga mašīna, kas ģenerēja lētu elektrisko strāvu. Tajā laikā pastāvošās galvaniskās baterijas bija apjomīgas, un to ražošanai bija nepieciešams daudz dārga cinka.
Un, visbeidzot, treškārt, bija nepieciešams veids, kā “sadalīt elektrisko enerģiju”, citiem vārdiem sakot, izmantot mašīnas radīto strāvu vairākām lampām, kas uzstādītas dažādās vietās.
Pateicoties Maikla Faradeja atklājumam par elektriskās strāvas ģenerēšanas efektu izolētā vadā, kad tas pārvietojas magnētiskajā laukā, tika uzbūvēti pirmie elektriskās strāvas ģeneratori – dinamo.

Galveno ieguldījumu elektriskās spuldzes izveidē devuši trīs cilvēki, kas ironiskā kārtā dzimuši tajā pašā 1847. gadā. Tie bija krievu inženieri Pāvels Nikolajevičs Jabločkovs, Aleksandrs Nikolajevičs Lodigins un amerikānis Tomass Alva Edisons.
A. N. Lodigins absolvēja militārā skola, bet pēc tam izstājās un iestājās Sanktpēterburgas Universitātē. Tur viņš sāka darbu pie lidmašīnas projekta. Krievijā viņam nebija iespējas izveidot savu izgudrojumu, un 23 gadus vecais Lodigins 1870. gadā devās uz Franciju. Tad notika Francijas un Prūsijas karš, un jaunais izgudrotājs vēlējās pielāgot savu ideju militārām vajadzībām. Francijas valdība pieņēma viņa priekšlikumu, un sākās ierīces, kas atgādināja modernu helikopteru, būvniecība. Bet Francija zaudēja karu un darbs tika pārtraukts. Pats Lodigins, strādājot pie sava izgudrojuma, saskārās ar problēmu, kā to naktī apgaismot. Šī problēma viņu tik ļoti aizrāva, ka pēc atgriešanās Krievijā Lodigins pilnībā pārgāja uz tās risināšanu.

Lodigins sāka eksperimentus ar elektrisko loku, taču ļoti ātri tos pameta, jo redzēja, ka oglekļa stieņu karstie gali spīd spožāk par pašu loku. Izgudrotājs nonāca pie secinājuma, ka loks nav vajadzīgs, un sāka eksperimentus ar dažādi materiāli, sildot tos ar strāvu. Eksperimenti ar vadiem no dažādiem metāliem neko nedeva – vads kvēloja tikai dažas minūtes, pēc tam izdega. Tad Lodigins atgriezās pie oglēm, ko izmantoja elektriskā loka radīšanai. Bet viņš ņēma nevis biezus ogļu stieņus, bet gan tievus. Oglekļa stienis tika ievietots starp diviem vara turētājiem stikla bumbiņa, caur to tika izlaista elektriskā strāva. Ogles nodrošināja diezgan spilgtu gaismu, kaut arī dzeltenīgu. Oglekļa stienis izturēja apmēram pusstundu.

Lai stienis neizdegtu, Lodigins lampā ievietoja divus stieņus. Sākumā tikai viens kvēloja un ātri sadega, absorbējot visu lampā esošo skābekli, pēc tam otrā sāka spīdēt. Tā kā skābekļa bija palicis ļoti maz, tas spīdēja apmēram divas stundas. Tagad vajadzēja izsūknēt gaisu no spuldzes un novērst tā noplūdi iekšā. Lai to izdarītu, lampas apakšējais gals tika iegremdēts eļļas vannā, caur kuru no strāvas avota uz lampu veda vadi. Drīz vien no šīs metodes nācās atmest spuldzi, kurā pēc sadegšanas varēja nomainīt oglekļa stieņus. Bet neērtības radās tāpēc, ka vajadzēja izsūknēt gaisu.

Lodygin izveidoja elektriskā apgaismojuma partnerību Lodygin and Company. 1873. gada pavasarī attālajā Sanktpēterburgas Peski rajonā notika Lodygin sistēmas kvēlspuldžu demonstrācija. Divās ielu lampās petrolejas lampas tika aizstātas ar elektriskajām lampām. Daudzi paņēma līdzi avīzes, lai salīdzinātu attālumu, kādā tos var lasīt petrolejas un elektriskā apgaismojuma apstākļos. Vēlāk Lodigina lampas apgaismoja Florenta apakšveļas veikala logu.
1873. gada vasarā Lodigina un kompāniju partnerība organizēja vakaru, kurā laterna istabas apgaismošanai, signāla laterna dzelzceļiem, zemūdens laterna, ielas lampa. Katru laternu varēja iedegt un nodzēst atsevišķi no pārējām.
Zinātņu akadēmija piešķīra Lodiginam Lomonosova balvu par to, ka viņa izgudrojums rada "noderīgus, svarīgus un jaunus praktiskus pielietojumus".

Viņa darba nozīmīguma atzīšana iedvesmoja Lodiginu. Viņš uzlaboja savu spuldzi, un viņa darbnīca ražoja arvien jaunas tās šķirnes. Taču “Partnerība” Lodygina spuldžu ražošanai un tirdzniecībai tika nodibināta, pirms bija iespējams izgatavot jaunu spuldzi, kas spētu izturēt konkurenci ar vecajām apgaismojuma metodēm. Darbnīca tika slēgta, “Partnerība” izjuka, un Lodigina spuldzes uz kādu laiku tika aizmirstas. A. Pats izgudrotājs rūpnīcā kļuva par mehāniķi.
Tajā pašā laikā Jabločkovs izstrādāja savu lampas dizainu. Strādājot uz Kurskas dzelzceļa, Pāvels Nikolajevičs ierosināja uzstādīt elektrisko laternu uz Aleksandra II vilciena lokomotīves, lai apgaismotu sliežu ceļu. Tas sastāvēja no diviem ogļu stieņiem, starp kuriem mirgoja elektriskā loka. Stieņiem sadegot, tos tuvināja kopā ar mehānisko regulatoru. Strāvu piegādāja galvaniskais akumulators. Jaunajam izgudrotājam uz lokomotīves bija jāpavada divas naktis, nepārtraukti regulējot regulatoru.

Jabločkovs pameta dienestu un Maskavā atvēra fizisko instrumentu darbnīcu. Bet darbnīca cieta zaudējumus, un viņam bija jādodas uz ārzemēm, uz Parīzi. Tur viņš devās strādāt uz Bregē darbnīcu un atsāka darbu pie elektriskās lampas izveides. Viņu nodarbināja viena problēma: kā uzbūvēt lampu, kurai nebija vajadzīgs regulators. Risinājums izrādījās vienkāršs: tā vietā, lai novietotu stieņus vienu pret otru, tie bija jānovieto paralēli, atdalīti ar ugunsizturīgas vielas slāni, kas nevada elektrisko strāvu. Tad ogles sadegs vienmērīgi, un blīve spēlēs tādu pašu lomu kā vasks svecē. Slānim starp elektrodiem Jabločkovs izvēlējās kaolīnu – balto mālu, no kura tiek izgatavots porcelāns.

Mēnesi pēc šīs izcilās idejas parādīšanās lampa tika izstrādāta, un Jabločkovs par to saņēma patentu. Tas bija 1876. gadā. Viņš ievietoja savu elektrisko sveci stikla lodītē. Lai to aizdedzinātu, tika izmantota vienkārša ierīce: stieņus augšpusē savienoja ar tievu oglekļa pavedienu. Kad strāva tika ievadīta lampā, kvēldiegs kļuva karsts, ātri izdega, un starp stieņiem mirgo loka.
Izgudrojums guva milzīgus panākumus. Parīzes veikali, teātri un ielas tika izgaismotas ar Jabločkova svecēm. Londonā viņi apgaismoja Temzas krastmalu un kuģu piestātnes. Jabločkovs kļuva par vienu no populārākajiem cilvēkiem Parīzē. Laikraksti viņa izgudrojumu sauca par "krievu gaismu".

“Krievu gaisma” nebija veiksmīga tikai izgudrotāja dzimtenē Krievijā. Franču izgudrotāji piedāvāja Jabločkovam nopirkt no viņa tiesības izgatavot savu sveci visām valstīm. Pirms piekrišanas Jabločkovs bez maksas piedāvāja savu patentu Krievijas Kara ministrijai. Atbildes nebija. Un tad izgudrotājs piekrita paņemt no francūžiem miljonu franku. Pēc Jabločkova sveces milzīgajiem panākumiem 1878. gada Parīzes izstādē, kurā piedalījās daudzi krievi, par to ieinteresējās arī Krievija. Viens no lielkņaziem, apmeklējis izstādi, apsolīja Jabločkovam palīdzēt organizēt viņa lampu ražošanu Krievijā. Par iespēju strādāt dzimtenē izgudrotājs, atdevis miljonu franku, nopirka tiesības ražot savas sveces un aizbrauca uz Sanktpēterburgu.
Tur izveidojās biedrība Jabločkovs un kompānija, kas uzcēla elektrisko aparātu rūpnīcu un laboratoriju izgudrotājam. Lai plaši izplatītu elektrisko apgaismojumu, Jabločkovam bija jāatrisina visas trīs iepriekš minētās problēmas.
Visi priekšnoteikumi tam jau bija. Izgudrotāji ierosināja daudzus mašīnu dizainus, kas ģenerēja elektrisko strāvu. Jabločkovs arī izveidoja savu ģeneratoru. Turklāt viņš atrada veidu, kā daudzas lampas darbināt ar strāvu, tāpēc viņa rūpnīca piedāvāja ne tikai “sveces”, bet arī pārņēma visu elektriskā apgaismojuma sistēmu. Jabločkovs apgaismoja Liteini tiltu, laukumu teātra priekšā un dažas rūpnīcas Sanktpēterburgā.

Starp Jabločkovu un Lodyginu notika ilgas radošas debates par elektriskā apgaismojuma attīstīšanas veidiem. Jabločkovs uzskatīja, ka atteikšanās no loka bija Lodigina kļūda un kvēlspuldzes nebūs izturīgas un ekonomiskas. Savukārt Lodygins neatlaidīgi uzlaboja kvēlspuldzi.
Jabločkova sveces trūkums bija pārāk spēcīga gaisma, ko tā deva - vismaz 300 sveces. Tajā pašā laikā tas izstaroja tik daudz siltuma, ka mazajā telpā nebija iespējams paelpot.
Tāpēc Jabločkova sveces tika izmantotas, lai apgaismotu ielas un lielas telpas: teātri, rūpnīcu grīdas, jūras ostas.
Savukārt kvēlspuldzes telpu manāmi nesildīja. Tos varēja izgatavot no jebkura stipruma. Neskatoties uz atšķirībām uzskatos, Jabločkovs un Lodigins izturējās viens pret otru ar cieņu, strādāja kopā zinātniskā sabiedrībā un organizēja žurnālu “Elektrība”. Jabločkova rūpnīcā ražoja arī Lodygina spuldzes, kurš līdz tam laikam bija uzlabojis savu izgudrojumu: oglekļa stieņu vietā viņš sāka izmantot oglekļa pavedienus. Jaunā spuldze patērēja mazāk strāvas un darbojās vairākus simtus stundu.

Apmēram divus gadus Jabločkova rūpnīca tika pārpludināta ar pasūtījumiem, un daudzās Krievijas pilsētās parādījās elektriskais apgaismojums. Tad pasūtījumu skaits samazinājās un rūpnīca sāka nīkuļot. Izgudrotājs bankrotēja un atkal bija spiests doties uz Parīzi. Tur viņš devās strādāt tajā pašā biedrībā, kuru viņš dibināja un kurai atdeva miljonu franku.
1881. gada Parīzes izstādē Jabločkova svece tika atzīta labākais veids elektriskais apgaismojums. Bet tos sāka izmantot arvien retāk, un drīz vien pats izgudrotājs zaudēja interesi par tiem.
Pēc Jabločkova rūpnīcas slēgšanas Lodygins nevarēja izveidot plašu savu lampu ražošanu Krievijā. Vispirms viņš devās uz Parīzi, pēc tam uz Ameriku. Viņš uzzināja, ka tur viņa izgudrotā spuldze ir nosaukta Edisona vārdā. Bet krievu inženieris nepierādīja savu prioritāti, bet turpināja strādāt pie sava izgudrojuma uzlabošanas.

Runājot par Edisona ieguldījumu elektriskās spuldzes izstrādē, jāatzīmē, ka pirms savas spuldzes radīšanas viņa rokās atradās Lodigina spuldze. Tā kā elektriskajai gaismai bija jākonkurē ar gāzes strūklu, Edisons pētīja gāzes nozari līdz tās sarežģītībai. Viņš izstrādāja centrālās spēkstacijas plānu un māju un rūpnīcu elektroapgādes līniju shēmu. Tad, aprēķinot materiālu un elektrības izmaksas, viņš lampas cenu noteica 40 centu apmērā. Pēc tam Edisons sāka darbu pie lampas ar oglekļa kvēldiegu, kas ievietots stikla lodītē, no kuras tika izsūknēts gaiss. Viņš atrada veidu, kā izsūknēt gaisu no balona labāk nekā citi izgudrotāji. Bet galvenais bija atrast oglekļa pavedienam materiālu, kas nodrošinātu ilgu kalpošanas laiku. Lai to izdarītu, viņš izmēģināja apmēram sešus tūkstošus augu no dažādās valstīs miers. Galu galā viņš apmetās uz bambusa veidu.

Pēc tam sāka darboties reklāma. Laikraksti ziņoja, ka Edisona Menlo parka īpašums tiks apgaismots ar elektriskām gaismām. Septiņi simti spuldžu atstāja satriecošu iespaidu uz daudziem apmeklētājiem. Edisonam bija daudz jāstrādā pie papildu izgudrojumiem – ģeneratoriem, kabeļiem. Viņš arī strādāja, lai samazinātu spuldzes cenu un apstājās tikai tad, kad tā maksāja 22 centus. Neskatoties uz to visu, Edisons saņēma patentu nevis spuldzes izgudrošanai, bet tikai uzlabošanai, jo prioritāte palika Lodyginam.
Pats Lodigins Amerikā atgriezās pie eksperimentiem ar diegiem, kas izgatavoti no ugunsizturīgiem metāliem. Vītnei viņš atrada vispiemērotāko materiālu, kas tiek izmantots arī mūsdienās – volframu. Volframa kvēldiegs rada spilgti baltu gaismu, prasa daudz mazāku strāvu nekā ogleklis, un tas var ilgt tūkstošiem stundu.

Netika aizmirstas arī loklampas. Tos izmanto tur, kur nepieciešams daudzu tūkstošu sveču gaismas avots: prožektoros, bākās un filmu komplektos. Turklāt tie ir izgatavoti nevis pēc Jabločkova metodes, bet gan saskaņā ar shēmu, kuru viņš noraidīja - ar regulatoru, kas savieno oglekļa stieņus.
20. gadsimtā kvēlspuldzēm bija konkurents - gāzes gaismas spuldzes, jeb dienasgaismas spuldzes. Tie ir piepildīti ar gāzi un nodrošina gaismu bez sasilšanas. Vispirms parādījās krāsainas gāzes gaismas lampas. Stikla caurulē abos galos tika iekausētas metāla plāksnes - elektrodi, kuriem tika pievadīta strāva. Caurule bija piepildīta ar gāzi vai metāla tvaikiem. Strāvas ietekmē gāze sāka kvēlot. Argons rada zilu krāsu, neons – sarkanu, dzīvsudrabs – purpursarkanu, bet nātrija tvaiki – dzeltenu. Šīs lampas ir izmantotas reklāmā.
Vēlāk tika radītas lampas, kuru gaisma tuvojas saules gaismai. To pamatā ir ultravioletie stari. To priekšrocība ir mazāks strāvas patēriņš, salīdzinot ar kvēlspuldzēm.

Prištinskis V.L.

Pašvaldības izglītības iestāde 9.vidusskola

Kvēlspuldze un tās vēsture

izgudrojumi

Ševeleva Milāna

Aleksandrovna

2012. gads Tihvina

Izgudrojumu vēsture

Darbības princips

Dizains

Efektivitāte un izturība

Literatūra

Izgudrojumu vēsture

§ 1809. gadā anglis Delarue 1809. gadā uzbūvēja pirmo kvēlspuldzi (ar platīna spirāli).

§ 1838. gadā beļģu Džobards izgudro oglekļa kvēlspuldzi.

§ 1854. gadā vācietis Heinrihs Gēbels izstrādāja pirmo "moderno" lampu: pārogļotu bambusa pavedienu evakuētā traukā. Nākamo 5 gadu laikā viņš izstrādāja to, ko daudzi sauc par pirmo praktisko lampu.

§ 1860. gadā angļu ķīmiķis un fiziķis Džozefs Vilsons Svons demonstrēja pirmos rezultātus un saņēma patentu, taču grūtības iegūt vakuumu noveda pie tā, ka Svona lampa nedarbojās ilgi un bija neefektīva.

§ 1874. gada 11. jūlijā krievu inženieris Aleksandrs Nikolajevičs Lodigins saņēma kvēlspuldzes patenta numuru 1619. Kā pavedienu viņš izmantoja oglekļa stieni, kas ievietots evakuētā traukā.

§ 1876. gadā Pāvels Nikolajevičs Jabločkovs izstrādāja vienu no elektriskās oglekļa loka lampas versijām, ko sauca par “Jabločkova sveci”. Konstrukcijas priekšrocība bija tāda, ka nebija nepieciešams mehānisms, lai uzturētu attālumu starp elektrodiem loka izslēgšanai. Elektrodi izturēja apmēram 2 stundas.

§Angļu izgudrotājs Džozefs Vilsons Svons saņēma 1878. gadā<#"justify">Darbības princips

Kvēlspuldze ir elektrisks gaismas avots, kurā kvēldiega korpuss (ugunsizturīgs vadītājs), kas ievietots caurspīdīgā traukā, kas evakuēts vai piepildīts ar inertu gāzi, tiek uzkarsēts līdz augstai temperatūrai, pateicoties elektriskās strāvas plūsmai caur to. kā rezultātā tas izstaro plašā spektra diapazonā, ieskaitot redzamo gaismu. Pašlaik spirāli, kas izgatavota no volframa sakausējumiem, galvenokārt izmanto kā kvēldiega korpusu.

Kvēlspuldze izmanto vadītāja (kvēldiega) sildīšanas efektu, kad caur to plūst elektriskā strāva. Pēc strāvas ieslēgšanas volframa kvēldiega temperatūra strauji palielinās. Kvēlspuldzes kvēldiegs izstaro elektromagnētisko starojumu saskaņā ar Planka likumu. Planka funkcijai ir maksimums, kura pozīcija viļņa garuma skalā ir atkarīga no temperatūras. Šis maksimums, palielinoties temperatūrai, mainās uz īsākiem viļņu garumiem (Viena nobīdes likums). Lai iegūtu redzamu starojumu, temperatūrai jābūt vairāku tūkstošu grādu robežās. Jo zemāka temperatūra, jo mazāks ir redzamās gaismas īpatsvars un jo vairāk parādās “sarkans” starojums. Kvēlspuldze daļu patērētās elektroenerģijas pārvērš starojumā, bet daļa tiek zaudēta siltumvadītspējas un konvekcijas procesu rezultātā. Tikai neliela daļa no starojuma atrodas redzamās gaismas reģionā, lielākā daļa nāk no infrasarkanā starojuma. Lai palielinātu kvēlspuldzes efektivitāti un iegūtu vislielāko “balto” gaismu, ir jāpaaugstina kvēldiega temperatūra, ko savukārt ierobežo kvēldiega materiāla īpašības - kušanas temperatūra. Mūsdienu kvēlspuldzēs tiek izmantoti materiāli ar maksimālo kušanas temperatūru - volframs (3410°C) un ļoti reti osmijs (3045°C). Pie praktiski sasniedzamās 2300-2900°C temperatūras izstarotā gaisma ir tālu no baltas, nevis dienasgaismas. Šī iemesla dēļ kvēlspuldzes izstaro gaismu, kas izskatās vairāk "dzeltensarkana" nekā dienasgaisma. Lai raksturotu gaismas kvalitāti, t.s krāsu temperatūra. Parastā gaisā šādā temperatūrā volframs uzreiz pārvērstos oksīdā. Šī iemesla dēļ volframa kvēldiegs ir aizsargāts ar stikla spuldzi, kas piepildīta ar neitrālu gāzi (parasti argonu). Pirmās kvēlspuldzes tika izgatavotas ar evakuētām spuldzēm. Tomēr vakuumā plkst augsta temperatūra volframs ātri iztvaiko, padarot kvēldiegu plānāku un padarot stikla spuldzi tumšāku, uz tā nogulsnējot. Vēlāk kolbas sāka pildīt ar ķīmiski neitrālām gāzēm. Vakuuma kolbas tagad izmanto tikai mazjaudas lampām.

Dizains

Kvēlspuldžu dizaini ir ļoti dažādi un ir atkarīgi no mērķa. Tomēr parastie elementi ir kvēldiega korpuss, spuldze un strāvas vadi. Atkarībā no konkrēta veida lampas īpašībām var izmantot dažāda dizaina kvēldiega turētājus; lampas var izgatavot bez pamatnes vai ar dažāda veida pamatnēm, tām ir papildu ārējā spuldze un citi papildu konstrukcijas elementi.

Universālo spuldžu konstrukcijā ir paredzēts drošinātājs - savienojums, kas izgatavots no dzelzs niķeļa sakausējuma, kas metināts viena strāvas vada spraugā un atrodas ārpus spuldzes spuldzes - parasti kājā. Drošinātāja mērķis ir novērst spuldzes iznīcināšanu, kad kvēldiegs darbības laikā saplīst. Fakts ir tāds, ka šajā gadījumā plīsuma zonā rodas elektriskā loka, kas izkausē atlikušos izkausētā metāla pilienus, kas var iznīcināt kolbas stiklu un izraisīt ugunsgrēku. Drošinātājs ir konstruēts tā, ka, aizdedzinot loku, tas tiek iznīcināts loka strāvas ietekmē, kas ievērojami pārsniedz lampas nominālo strāvu. Feroniķeļa saite atrodas dobumā, kurā spiediens ir vienāds ar atmosfēras spiedienu, un tāpēc loks viegli izdziest. To zemās efektivitātes dēļ to izmantošana tagad ir pārtraukta.

Spuldzes dobums (evakuēta vai piepildīta ar gāzi)

kvēldiega korpuss

5. Elektrodi (strāvas ieejas)

Āķi - kvēldiega korpusa turētāji

lampas kāja

Ārējās strāvas ievades saite, drošinātājs

Pamata korpuss

Pamatnes izolators (stikls)

Bāzes kontakts

Efektivitāte un izturība

Halogēna lampa

200 W dubultā spirāles lampa (ļoti palielināta)

kvēlspuldze

Divkāršā spirāle (bispirāle) Osram 200 W lampa ar strāvas vadiem un turētājiem (palielināts)

Literatūra

1.

https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=15&sqi=2&ved=0CJUBEBYwDg&url=http%3A%2F%2Flights-on.ru%2Flampi%2Flampi-nakalivanija%2Fei=17Flampi-nakalivanija%2Fei8 v6CNT_rqKMyG-wbA1vn9Dw&usg=AFQjCNEzqWLjmpEbj209-oMXsFOeSzJwvQ&sig2=IrbpH2wgyJjnVy5eiBSrCQ

https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CEsQFjAB&url=http%3A%2F%2Felectrolibrary.narod.ru%2Fsvetrazvitie.htm&ei=daGNT4bBIMPA=DgawqkIMP2& AFQjCNECg5f-Wd5KUCqbBYyjRW246151pA&sig2=ENB3pspm4tXAa0-6x0Sx3w

https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&ved=0CFgQFjAD&url=http%3A%2F%2Fwww.energy-etc.ru%2Fcontent%2Fmaterials%2Findex19-183. html&ei=daGNT4bBIM2a-gaqkPX-Dw&usg=AFQjCNHCeI84cuCIZaG-U0oisEZ6JXI7kA&sig2=NA156uCVQOb90ANGsOWt2A

Grūti iedomāties mūsdienu cilvēkam ka tikai pirms nedaudz vairāk kā simts gadiem spuldzes spēra pirmos soļus mūsu ikdienas dzīvē.

Lielākā daļa izgudrotāju saraksts modernas ierīces, kā likums, ir ierobežots ar vienu vai diviem cilvēkiem (bieži gadās, ka divi talantīgi izgudrotāji nonāk vienas idejas iemiesojumā ar nelielu laika atstarpi viens no otra). Bet šim noteikumam ir ļoti interesanti izņēmumi. Piemēram, kvēlspuldze. Ir diezgan grūti noticēt, ka vienkāršu spuldzi izgudroja nevis viens, ne divi un pat trīs, bet trīspadsmit zinātnieki. Bet patiesībā tā ir taisnība. Un iemesls tam ir vienkāršs: fakts ir tāds, ka pirmo patentēto kvēlspuldzi un lampu, ko mēs izmantojam šodien, atdala tieši 100 gadi pastāvīgi uzlabojumi, kurus veica dažādi izgudrotāji no visas pasaules.

Un katrs no viņiem sniedza savu ieguldījumu vienkāršas sadzīves spuldzes izgudrošanas vēsturē. Tas nozīmē, ka diemžēl nebūs iespējams viennozīmīgi atbildēt uz jautājumu: kurš izgudroja spuldzi.

Elektriskās enerģijas pārvēršana gaismā sākās ar zinātnieka Vasilija Petrova eksperimentiem, kurš 1803. gadā novēroja volta loka fenomenu. 1810. gadā tādu pašu atklājumu veica angļu fiziķis Devi. Abas no tām radīja volta loku, izmantojot lielu elementu akumulatoru starp ogļu stieņu galiem.

Abi rakstīja, ka volta loku var izmantot apgaismojuma vajadzībām. Taču vispirms bija jāatrod piemērotāks materiāls elektrodiem, jo ​​ogles stieņi izdega dažu minūšu laikā un praktiski noderēja.

19. gadsimtā plaši izplatījās divu veidu elektriskās lampas: kvēlspuldzes un loka spuldzes. Loka gaismas parādījās nedaudz agrāk. To mirdzuma pamatā ir tik interesanta parādība kā volta loka. Ja paņem divus vadus, pieslēdz tos pietiekami spēcīgam strāvas avotam, pieslēdz un pēc tam nobīdi vienu no otra par dažiem milimetriem, tad starp vadu galiem izveidosies kaut kas līdzīgs liesmai ar spilgtu gaismu. Parādība būs skaistāka un spilgtāka, ja metāla stiepļu vietā ņemsiet divus uzasinātus oglekļa stieņus.

Anglis Delarue radīja pirmo kvēlspuldzi ar platīna kvēldiegu 1809. gadā. Pirmo loka lampu ar manuālu loka garuma regulēšanu 1844. gadā izstrādāja franču fiziķis Fuko. Viņš nomainīja ogles ar cietā koksa nūjiņām. 1848. gadā viņš pirmo reizi izmantoja loka lampu, lai apgaismotu vienu no Parīzes laukumiem.

1875. gadā Pāvels Nikolajevičs Jabločkovs ierosināja uzticamu un vienkāršu risinājumu loka lampām. Viņš paralēli novietoja oglekļa elektrodus, atdalot tos ar izolācijas slāni. Izgudrojums guva milzīgus panākumus. 1877. gadā ar viņu palīdzību Parīzes Avenue de L'Opera pirmo reizi tika ierīkota ielas elektrība. gadā tika atklāta Pasaules izstāde nākamgad, daudziem elektroinženieriem deva iespēju iepazīties ar šo brīnišķīgo izgudrojumu. Ar nosaukumu "krievu gaisma" vēlāk tika izmantotas Jabločkova sveces ielu apgaismojums daudzās pilsētās visā pasaulē.

1874. gadā inženieris Aleksandrs Lodigins patentēja “kvēlspuldzi”. Kā kvēldiegs tika izmantots oglekļa stienis, kas atkal ievietots traukā ar vakuumu. 1890. gadā Lodigins nāca klajā ar ideju aizstāt oglekļa pavedienu ar stiepli, kas izgatavota no ugunsizturīga volframa, kura kvēldiega temperatūra bija 3385 grādi. 1906. gadā Lodigins pārdeva patentu volframa kvēldiegam uzņēmumam General Electric. Pateicoties volframa augstām izmaksām, izgudrojums ir ierobežots.

Pirmie elektroenerģijas izmantošanas gadījumi Ukrainā apgaismojuma vajadzībām ir zināmi kopš pagājušā gadsimta 70. gadiem.

1878. gadā inženieris A.P. Borodins Kijevas dzelzceļa cehu virpošanas cehu aprīkoja ar četrām elektriskā loka lampām. Katrai laternai bija sava elektromagnētiskā grama iekārta. Laternas bija izkārtotas divās rindās šaha galdiņa veidā. Ogles paredzētas 3 stundu darbībai.

1886. gadā Kijevā Chateau de Fleurs parkā tika uzstādīts elektriskais apgaismojums. 1996. gadā tajā pašā pilsētā sāka darboties pirmā publiskā elektrostacija.

Īstu revolūciju spuldzes izveidē veica amerikāņu izgudrotāja Edisona eksperimenti. Pirms eksperimentu uzsākšanas viņš pētīja visu benzīntanku uzņēmumu pieredzi pilsētu un telpu apgaismošanā. Viņš strādāja uz papīra detalizētas diagrammas elektrostacijas un sakaru līnijas uz mājām un rūpnīcām. Viņš aprēķināja visu materiālu izmaksas un aprēķināja, ka spuldzes cena patērētājam nedrīkst pārsniegt 40 centus.

Kopš 1878. gada viņš savā laboratorijā ir veicis vairāk nekā 12 tūkstošus eksperimentu. Tiek lēsts, ka viņa palīgi pārbaudīja vismaz 6000 dažādu vielu un savienojumu, un eksperimentiem tika iztērēti vairāk nekā 100 tūkstoši dolāru.

Pirmkārt, Edisons trauslās ogles aizstāja ar stiprāku, kas izgatavots no oglēm, pēc tam viņš sāka eksperimentēt dažādi metāli un beidzot apmetās uz pārogļotu bambusa šķiedru pavediena. 1879. gadā Edisons trīs tūkstošu cilvēku klātbūtnē publiski demonstrēja savas elektriskās spuldzes, izgaismojot ar tām savu māju, laboratoriju un vairākas apkārtējās ielas.

Tā bija pirmā ilgmūžīgā spuldze, kas piemērota masveida ražošanai.

Edisona nopelns nav tas, ka viņš “izgudroja” spuldzi, bet gan tas, ka viņš radīja rūpniecisku spuldžu un to sastāvdaļu ražošanu: kabeļus, divfāzu ģeneratorus (izgudroja Edisons) un elektriskos skaitītājus. Arī ligzdu un pamatni, kā arī daudzus citus līdz mūsdienām nemainīgus elektriskā apgaismojuma elementus - slēdžus, drošinātājus, elektriskos skaitītājus un daudz ko citu - izgudroja Edisons.
Biznesā, pabeidzis darbu pie izgudrojumiem, viņš palika pie principa: solīja pārdošanas cenu novest līdz 40 centiem. Pārdeva savu uzņēmumu Edison General Electric Company, kad lampas cena sasniedza 22 centus.

Par 1 stundu laternas lampas dedzināšanu tika iekasēta maksa par elektrību. Cena nebija problēma palielinot patērētāju skaitu. Pilsētas māju īpašnieki bija gatavi ierīkot elektrisko apgaismojumu.

Edisona spuldzes vidējais kalpošanas laiks bija 800-1000 stundas nepārtrauktas degšanas. Gandrīz trīsdesmit gadus spuldzes tika izgatavotas pēc Edisona izstrādātās metodes, bet nākotne bija spuldzēs ar metāla pavedieniem.

20. gadsimta sākumā bija pirmie mēģinājumi iedarbināt spuldžu ar volframa pavedienu ražošanu un organizēt to masveida ražošanu. Diemžēl tas kļuva iespējams tikai 1906. gadā, pateicoties Aleksandra Lodigina un Viljama Kūlidža centieniem, kuri smagi strādāja pie pieejamām metodēm volframa pavedienu ražošanai. 1910. gadā Viljams Kūdžs izgudro uzlabotu metodi volframa pavedienu ražošanai. Pēc tam volframa kvēldiegs izspiež visus pārējos pavedienu veidus.

Pēdējais spuldzes uzlabošanas posms bija inerto cēlgāzu (jo īpaši argona) izmantošana, lai aizpildītu lampas dobumu. Pateicoties šai inovācijai, kuras aizsācējs ir Irvings Langmuirs, modernās spuldzes ir ne tikai spilgtas, bet arī izturīgas.

Tagad mūsdienu zinātne padara tik vienkāršu un neaizvietojamu izgudrojumu kā spuldze vēl vienkāršāku un efektīvāku, bet to cilvēku vārdi, kuri savulaik strādājuši pie tās radīšanas, pasaules zinātnes vēsturē jau ierakstīti zelta burtiem.