Французский электротехнический журнал, высмеивая притязания американцев, писал: «Почему бы не сказать уже, что и солнечный свет изобрели в Америке».
Эдисон продолжал малоуспешные опыты с угольными нитями и никак не мог понять, что с ними происходит. Его лампочки выходили из строя чрезвычайно быстро и необыкновенно странным образом. Угольная нить почему-то перегорала как раз в том месте, где она соединялась с проволокой, ведущей к положительному полюсу батареи или динамо-машины. Даже на глаз было отчетливо видно, что анодный конец нити нагрет сильнее и светит ярче, чем катодный.
Значит, нить недоброкачественна, решил Эдисон, один ее конец тоньше и поэтому он перегорает быстрее. Была сделана идеально ровная нить, но и она перегорела в том же самом месте. Тогда Эдисон стал менять местами проводники, ведущие к лампочке от динамической машины. Он присоединял к положительному проводнику то один конец нити лампочки, то другой, и во всех случаях раскалялся и сильнее светил именно тот конец, который вел к положительному полюсу.
Причина гибели лампочек заключалась не в качестве нити, а именно в разнице между плюсом и минусом. После нескольких лет бесполезных исканий, Эдисон пришел к выводу, что отрицательные электрические заряды могут как бы «испаряться» или «улетучиваться» из раскаленной нити электрической лампочки. На эту же мысль наводили и опыты с катодными трубками, в которых раскаленный катод усиливал излучение.
Эдисон поместил внутри лампочки возле нити металлическую пластинку и вывел наружу проволочку, прикрепленную в этой пластинке.
Между проводником, подводящим в лампочку ток и проволочкой, припаянной к металлической пластинке, Эдисон включил чувствительный гальванометр. Когда лампочку зажгли – гальванометр отметил присутствие тока. Это доказывало, что электрические заряды действительно «улетучиваются» или «испаряются» с раскаленной нити и перелетают на металлическую пластинку. По цепи, состоящей из накаленной нити, металлической пластинки и сильно разреженного пространства между нитью и пластинкой, проходил электрической ток.
Так на опыте было доказано существование термоэлектрического эффекта или термоэлектрической эмиссии.
Однако до конца Эдисона в этом явлении не разобрался, и загадка преждевременной гибели лампочек раскрылась только 14 лет спустя, когда «Электронная теория» разъяснила, что именно происходит в раскаленной нити лампочки.
Причина гибели лампочек
По раскаленной нити электрической лампочки движутся электроны. Нить тонка. Путь для электронов затруднен: пробираясь между атомами, электронам приходится преодолевать большое сопротивление. Электроны энергично расталкивают атомы. Колебания атомов достигают большого размаха и силы, иначе говоря, температура волоска поднимается.
Электроны наружных оболочек атомов, под градом непрерывных и сильных толчков, мечутся с орбиты на орбиту. При каждом прыжке «вниз» они испускают световые лучи. Все порции света, выброшенные отдельными атомами, сливаются в сплошной световой поток. Волосок лампочки ярко светится.
При высокой температуре скорость электронов очень значительна, и многие электроны вылетают из нити. Однако нить, потеряв часть электроном, заряжается положительно и притягивает электроны обратно. Часть электронов возвращается в нить, но на их место вылетают новые. Вокруг нити вьется облачко электронов.
Нить присоединена к источнику тока. Приложенная к ее концам разность потенциалов распределена вдоль всей нити, причем наиболее положительным оказывается, естественно, конец, соединенный с плюсом источника тока. Это место сильнее всего притягивает электроны, и значительная часть электронов возвращается в нить именно здесь. Положительный конец нити подвергается сильной электронной бомбардировке. Сталкиваясь с атомами материала нити, эти электроны отдают им свою энергию и увеличивают размах колебания атомов, то есть еще более повышают температуру.
Положительный конец нити перекаливается, материал нити в этом месте начинает испаряться, нить «перегорает».
С переводом освещения на переменный ток этот недостаток устранился. Переменный ток одинаково разогревает оба конца нити, так как ее каждый конец поочередно бывает и плюсом и минусом. Лампочки, питаемые переменным током, служат дольше.
Прошло несколько лет, и лампочки накаливания совершенно вытеснили свечу Яблочкова. Они были удобнее, так как могли давать и сильный, и слабый свет, тока потребляли меньше, не нагревали помещение и служили дольше дуговых ламп.
Лодыгину самому не удалось наладить в России широкое производство своих ламп. Он уехал в Париж, потом в Америку. Лодыгин увидел в Америке, что изобретенная им лампочка носит имя Эдисона, которые ее совершенствовал, но не стал заниматься доказательствами своего приоритета, а принялся работать дальше.
У лампочек с угольной нитью, даже после всех усовершенствований Эдисона, осталось два недостатка: они давали желтоватый свет и расходовали тока хотя и меньше, чем дуговые лампы, но все же довольно много.
Лодыгин вернулся к тому, с чего начинал свою работу, - к опытам с нитью из тугоплавких металлов. Занимались этим и другие изобретатели – только не Эдисон. Он был ведь изобретателем и в то же время крупным коммерсантом. Наладив массовый выпуск угольных лампочек, Эдисон нисколько не был заинтересован в том, чтобы заменять их какими-нибудь другими: пришлось бы останавливать производство, ставить новое оборудование. Это ему было не выгодно.
Но остановить прогресс техники нельзя, хотя владельцам заводов иногда удается его задержать на некоторое время, если новые изобретения смогут принести им убытки.
Среди всех изобретателей, искавших хорошей замены для угольной нити, а их было не мало, блестящего успеха добился снова Лодыгин. Он нашел самый подходящий металл для нити – вольфрам. Нить из вольфрама дает яркий белый свет, требует гораздо меньше тока, чем угольная и может служить тысячи часов, так как вольфрам – самый тугоплавкий металл. Вот уже более семи десятилетий мы пользуется лампочками с вольфрамовой нитью.
Так, Лодыгин, дав Эдисону основу для создания лучшей по тем временам угольной лампочки накаливания, одержал над ним творческую победу – создал вольфрамовую лампочку, которая совершенно вытеснила угольные.
А что же дуговые лампы – он них вовсе забыли? Нет, их стали использовать для прожекторов, маяков, киносъемок – там, где нужен источник света во много тысяч свечей. Но вот что интересно: дуговые лампы изготовлялись не по методу Яблочкова, а тем способом, который Яблочков забраковал, - в регулятором, сближающий угольные стержни.
Яблочков был прав для своего времени – на том уровне техники нельзя было создать надежный регулятор. А в век точнейших приборов это совсем не трудно. И, оказалось, что дуговые лампы с регулятором удобнее и выгоднее свечей Яблочкова.
Но в то время, когда шел спор между лампочкой накаливания и свечой Яблочкова, тогда произошла еще одна битва изобретений, которая носила совсем не тот характер, что борьба идей Яблочкова и Лодыгина: это была битва коммерческая, денежная. И произошла она между защитником электрического освещения и газового.
Газовые лампы, лампы дневного света, лампы холодного света. В этих трех названиях отражены основные свойства новых ламп: они наполнены газом, свет дают не нагреваясь (как в природе светлячки), и по составу лучей свет их ближе к солнечному, чем у лампочек накаливания, в которых слишком много желтых лучей.
Сперва появились цветные газосветные лампы. Они не годились для обычного освещения, но оказались очень удобными для световых реклам. В стеклянную трубку с обоих концов вплавлялись металлические пластинки (электроды), к которым подводился ток. А наполнялась трубка газом. Под воздействием тока газ начинал светиться. Цвет свечения зависел от того, каким газом наполнялась трубка. Аргон дает синий цвет, неон – красный. Иногда в трубке светятся пары металла, а не газ. Ртуть дает цвет фиолетовый, а пары натрия - желтый. Увидев световую рекламу, вы по ее цвету можете определить, чем наполнены трубки.
Позже цветных были созданы лампы, свет которых приближается к солнечному. Основа их – невидимые ультрафиолетовые лучи. Эти лучи глаз не воспринимает, но именно под их воздействием наша кожа покрывается загаром.
Советский физик Сергей Иванович Вавилов заставил невидимые лучи обогатить видимый свет и тем приблизил его к солнечному. С каждым годом все больше учреждений и магазинов зажигает по вечерам свет новых ламп. Они освещают подземные шахты, появляются в цехах заводов, в наших комнатах.
В лаборатории Вавилова был изобретен светящийся порошок. Тонкой, полупрозрачной пленкой из этого порошка покрываются изнутри стенки стеклянной трубки с электродами. Под воздействием тока пленка начинает светиться. В свете, который она дает не только гораздо больше ультрафиолетовых лучей, чем дают лампочки накаливания, но и желтых лучей меньше. И именно поэтому ее свет ближе к дневному. У ламп дневного света есть и еще одно важное преимущество: им нужно гораздо меньше тока, чем лампочкам накаливания. Значит, освещение стоит дешевле.
Перелистывая московские газеты того времени, можно найти заметку: «Комиссия по электрическому освещению кругом Храма Христа Спасителя и Большого Каменного моста несколько ночей сряду производила опыты … и, наконец, в ночь на 3 февраля нашла его неудобным о чем и составила протокол».
Почему это могло произойти? Кто мог решить, что тусклые керосиновые и газовые фонари удобнее электрических? Те, кому это было выгодно. А выгодно это было газовым заводам и торговцам, у которых город покупал керосин. Они забеспокоились, узнав об оптах с электрическим освещением, поговорили с кем надо, может быть сами попали в комиссию – и добились своего. Московские улицы остались без электрического освещения.