Почему Томас Эдисон считается изобретателем лампы накаливания

Дополнения и комментарии к статье: Кто на самом деле изобрел электрическую лампочку

История лампы накаливания. Почему Томас Эдисон?

Во второй половине 1870-х годов идея электрического освещения с помощью проводников накаливаемых электрическим током была уже не нова. Многие ученые, инженеры и изобретатели работали (проводили исследования и эксперименты) в этом направлении, т.к. им были ясно видны большие перспективы практического применения электрических ламп накаливания. И не удивительно поэтому, что во многих странах нашлись свои изобретатели первой лампы накаливания: в Великобритании – Сван, в России – Лодыгин, в Германии – Гебель, в США – Эдисон. Были и другие имена, некоторые из них я упоминал в своих сообщениях об электрической лампочке.

Так почему же тогда в общественном сознании практически всего человечества утвердилось устойчивое мнение, что изобретателем лампы накаливания является именно Томас Эдисон?

Это тем более удивительно и непонятно, если учесть, что в самой Америке, уже в начале 1880-х годов было несколько изобретателей, а также представлявших их компаний, стремящихся занять лидирующие позиции на еще только зарождающемся и весьма перспективном рынке электрического освещения. Повторюсь — именно на рынке освещения, а не лампочек.

В то время централизованных электрических сетей не существовало, и лампочки сами по себе были не нужны. Поэтому, обычно, предлагалось комплексное решение проблемы освещения здания (например, большого магазина) или комплекса зданий, которое (решение) включало в себя практически все оборудование и материалы, начиная от электрических генераторов и заканчивая лампочками накаливания. А ведь еще не было практически ни какой соединительной электрической арматуры, все элементы которой еще надо было изобрести и организовать производство. Я уже не говорю о всяких там нормах, нормативах, правилах эксплуатации и техники безопасности, и т.д. и т.п., которых также еще не существовало.

Вот любопытный документ – небольшая статья опубликованная в журнале Popular Science май 1881 стр.24. Это анонс книги Electric Lighting by Incandescence изданной в Нью-Йорке в 1881 году, автор которой Уильям Сойер (William Sawyer), сам был одним из пионеров в разработке ламп накаливания.

Прошло немного более года, с тех пор как 1-го января 1880 года в Менло-Парке (США) Томас Эдисон провел первую публичную демонстрацию электрического освещения, а уже выходит книга (можно даже сказать, монография), где кроме рассказа о своих достижениях в этой области, автор делает обзор мирового состояния этого направления электротехники. Появление этой книги, кроме всего прочего, свидетельствует, что в США в конце 1870-х годов над лампой накаливания работал не только Эдисон, но и как минимум еще один исследователь — Уильям Сойер. За неимением самой книги, процитирую и прокомментирую некоторые фрагменты из её анонса, т.к. они весьма любопытны.

In these chapters Mr. Sawyer has given a resume of the present condition of electric lighting by incandescence, describing the chief apparatus that has been so far devised. He begins his exposition with a consideration of the various electric generators, as these necessarily are at the foundation of any system of electric lighting. Of these the two important classes are those of the Gramme type, in which he includes those of Maxim and Brush; and those of the new Siemens type, in which he places his own and Edison’s. The Wilde, De Meritens, and Lontin machines are also described, the first being characterized as the «germ of a perfect generator,» in that in the intensity of the magnetic field is uninfluenced by the resistance of the external circuit, and a larger part of the entire current can therefore be used than in accumulative machines.

В этих главах г-н Сойер сделал обзор нынешнего состояния электрического освещения накаливанием, описывая основные аппараты, которые были до сих пор разработаны. Он начинает свое изложение с рассмотрения различных электрических генераторов, так как они всегда находятся в основе любой системы электрического освещения. На тот момент существовало два основных типа генераторов: т.н. Gramme type, к которым относились аппараты Максима и Браша, и новые Сименса типа, к которым автор книги (Уильям Сойер) относит свои генераторы и Эдисона. Описаны также машины Wide, De Meritens и Lontin, первая из которых характеризуется как «зародыш совершенного генератора».

Как не трудно заметить, к 1881 году уже существует несколько предложений по генераторам, которые можно использовать для целей электрического освещения. А какие известные, даже для современного человека, имена: Сименс, Максим, Эдисон. The review of incandescent lamps includes those of Starr and King, Lodyguine, Konn, and Kosloff, Bouliguine, Fontaine, Farmer, Sawyer, Edison, and Maxim, in which the carbon is protected from the atmosphere, and those of Reynier and Werdermann, in which it burns in the air. Of the former, only the last three are regarded as practicable lamps, and these the Maxim is considered as, in all essential particulars, a duplication of that of Edison.

Обзор ламп накаливания включает в себя лампы Starr и King, Лодыгина (Lodyguine), Кона и Козлова, Булыгина (Bouliguine), Fontaine, Farmer, Сойера (Sawyer), Эдисона, и Максима, в которых углерод защищен от атмосферы, и те в которые он горит в воздухе – Ренье (Reynier) и Werdermann. Из первых, только последние три считаются практическими лампами, а лампы Максима во всех существенных частностях, дублируют Эдисона.

Весьма интересно и любопытно. Во-первых, русский след в электрическом освещении с помощью ламп накаливания существенен (Lodyguine, Konn, Kosloff, Bouliguine), в 1881 году ни кем не оспаривается и признается даже американцами. А во-вторых, уже через год после демонстрации изобретения Эдисона, в США существуют еще как минимум две лампы накаливания: Сойера и Максима.

With regard to the duration of the carbon, Mr. Sawyer holds that the hope of making it permanent is chimerical, as no material will stand the strain to which an incandescent conductor is subjected, and that the part of wisdom, therefore, is to provide for its renewal.

Что касается долговечности (продолжительности) углерода, г-н Сойер утверждает, что надежда сделать его постоянным является несбыточной (химерической), поскольку ни один материал не сможет противостоять напряжению, которому накаливаемый проводник подвергается, и что часть мудрости, таким образом, обеспечить его восстановление (замену).

Не знаю, что в этом случае подразумевалось под словом renewal, но рискну предположить, что в связи с недолговечностью угольных нитей и высокой стоимостью ламп мудрость (wisdom) как раз и заключалась в том, чтобы сделать накаливаемый элемент сменным (заменяемым), а сами лампы многоразовыми. Такой подход к тому времени был не новый — достаточно вспомнить русские лампы Кона-Дидрихсона и Булыгина. И хотя в дальнейшем такое направление не получило развития, на этапе становления электрического освещения подобные лампы оказались востребованными.

Ниже приведен рисунок демонстрирующий эволюцию лампы накаливания Сойера и Мэна, созданного на основе анализа их патентов. Стоит обратить внимание на тот факт, что дата подачи заявки и дата выдачи первого патента №205144 (заявка подана 16 мая 1878 года, патент выдан 18 июня 1878 года) являются более ранними, чем у первого патента Эдисона на электрическую лампочку (№223898 от 27 января 1890 года). Патенты Сойера и Мэна сыграли важную роль в 1880-х – 1890-х годах, т.к. они явились альтернативой патентам Эдисона, и по ним с 1886 года производили лампочки Thomson-Houston Electric Company, а после 1892 года компания Джорджа Вестингауза вплоть до окончания срока действия патентов Эдисона в 1897 году.

Эволюция лампы накаливания Сойера и Мэна (William Edward Sawyer and Albon Man) Рисунки из патентов США №№205144, 219771, 317676.

Что касается стоимости освещения с помощью ламп накаливания, делается вывод, что она составляет не более одной седьмой части газового освещения при равном количестве света, в то время как стоимость завода, ремонта и т.д., будет гораздо меньше. Что касается будущего такого освещения, и ее отношения с другими видами освещения, г-н Сойер высказывается следующим образом:

«Применение электричества в общественном и частном освещении будет реализовано в ближайшем будущем, и это уже не подлежит сомнению. Кажется невероятно, что электричество сможет когда-либо полностью заменить газ, однако, ни кого не удивляет, что светильный газ способен существенным образом повлиять на потребление светильных масел. Существует комната, и, несомненно, она будет продолжать оставаться местом для всех методов искусственного освещения для многих последующих лет, однако мы станем свидетелями все более широкого использования электроэнергии — общественные здания и частные дома, улицы и площади будут лучше освещены, чем в настоящее время, и новая форма света идет в ногу с прогрессом старых и испытанных институтов».

В данном отрывке интересна оценка стоимости электрического освещения по сравнению с газовым, и оптимистический, но сдержанный, прогноз по поводу его развития. Справедливо указывается, что достаточно долгое время электрическое освещение будет сосуществовать с другими видами искусственного освещения, постоянно, однако, завоевывая все большую популярность. Сдержанный оптимизм можно объяснить пониманием Сойера того объема работ, который необходимо выполнить для широкого применения электричества в освещении.

На сайте Национального Музея Смитсоновского института американской истории (The Smithsonian’s National Museum of American History) есть очень интересный раздел посвященный истории электрического освещения. Ниже изложу часть американской истории лампы накаливания, основываясь в основном на материалах этого сайта.

Edison was neither the first nor the only person trying to invent an incandescent electric lamp. In the U.S., Moses Farmer, William Sawyer and Albon Man, and Hiram Maxim were all pursuing the goal, as were St. George Lane-Fox and Joseph Swan in England.

Эдисон не был ни первым, ни единственным человеком пытавшийся изобрести электрическую лампу накаливания. В США Моисей Фармер, Уильям Сойер и Albon Man, и Хайрем Максим достигли этой цели, равно как и St. George Lane-Fox и Joseph Swan в Англии.

Здесь снова упоминается имя британского изобретателя и оружейника американского происхождения Хайрема Стивенса Максима (англ. Hiram Stevens Maxim, 5 февраля 1840 — 24 ноября 1916 гг.), который также сыграл важную роль в становлении электрического освещения. Максим совместно с Вильямсоном и др. еще в 1877 основал компанию The United States Electric Lighting Company занимающуюся электрическим освещением, правда, в основном с использованием дуговых ламп. После появления в 1880-м году Эдисоновских ламп, Максим быстро перестроился, и уже в 1881 году на выставке в Париже успешно продемонстрировал несколько моделей динамо-машин и свои лампы накаливания.

Одна из причин, почему Максим был в состоянии так быстро представить свой новый продукт, это то, что он в начале 1880 года нанял Людвига Бема (Ludwig Boehm) — стеклодува Эдисона из Менло-Парка. Патентных споров с Эдисоном ему избежать не удалось, однако лампы оказались очень удачными и производились в течение нескольких лет, даже после того как Максим в 1881 году переехал в Англию и практически перестал заниматься электричеством, сосредоточившись на своем главном изобретении — пулемете.

Надо сказать, что Хайрем Максим и The United States Electric Lighting Company также предлагали комплексное решение электрического освещения, т.е. у них имелось все необходимое оборудование, начиная от электрических генераторов и заканчивая лампочками. В производстве ламп накаливания у них был полностью разработан весь технологический процесс.

Кроме конструктивных особенностей непосредственно ламп, патентуются также процесс производства углеродных нитей, способ вакуумирования ламп, усовершенствования в генераторах тока и даже канделябр (люстра) для новых источников света. Ниже приведены рисунки ламп Хайрем Максим взятых из его патентов.

Патенты Хайрема Максима на электрические лампы накаливания

Компании Уильяма Сойера — The Sawyer & Man Electric Co. и Хайрема Максима — The United States Electric Lighting Company просуществовали относительно недолго. После бурного начального этапа развития электрического освещения в первой половине 1880-х годов, когда в этот сегмент рынка устремились множество игроков, началась череда слияний и поглощений, и как это часто бывает, даже основоположники пали под натиском более удачных конкурентов.

Одними из таких удачливых конкурентов были профессора Элиу Томсон (Elihu Thomson) и Эдвин Хьюстон (Edwin Houston), которые в конце 1870-х годов начали экспериментировать с усовершенствованием существующих дуговых ламп и динамо-машин. В 1880 году после того как к ним обратилась группа бизнесменов из Новой Британии, Томсон и Хьюстон согласились на образование компании, которая стала заниматься коммерческим производством систем освещения (обе лампы — дуговые и накаливания), основанные на собственных патентах.

Это была The American Electric Company, которая просуществовала до 1883 года, когда была реорганизована и переименована в The Thomson-Houston Electric Company. Продажи систем освещения на основе дуговых ламп были весьма успешны, и чтобы диверсифицировать свой бизнес в другие сегменты электрического рынка, в 1886 году была приобретена The Sawyer & Man Electric Co. и начато производство ламп накаливания на основе их патентов.

Компания Хайрема Максима — The United States Electric Lighting Company была куплена другим известным изобретателем и весьма успешным бизнесменом Джорджом Вестингаузом (George Westinghouse) в 1888 году.

Таким образом, к 1890 году, в результате всех этих слияний и поглощений, Эдисон, Томсон-Хьюстон и Вестингауз образовали т.н. Большую Тройку «Big 3» американской осветительной индустрии. Однако на этом слияния не закончились. В 1892 году известный американский банкир и финансист Джон Пирпонт Морган (John Pierpont Morgan) инициировал слияние Edison General Electric Company и Thomson-Houston Electric Company, в результате чего образовалась знаменитая компания General Electric.

Исчезновение имени Эдисона из названия компании, у истоков которой он стоял, весьма символично. К тому времени Томас Эдисон вчистую проиграл Вестингаузу спор (схватку) о том, какой ток, постоянный или переменный, стоит использовать для освещения (и не только).

Как известно, Эдисон был приверженцем постоянного тока, однако, уже к концу 1880-х годов стало ясно, что перспектив у этого вида тока, в случае его широкого промышленного производства и передачи на большие расстояния, практически нет. Эдисон же продолжал с большим упорством продвигать свои системы постоянного тока, хотя на него некоторое время работали два молодых гения: 28-летний Никола Тесла и 22-летний Михаил Доливо-Добровольский – приверженцы переменного тока и будущие изобретатели, соответственно, двухфазного и трехфазного двигателей переменного тока.

Не добившись взаимопонимания с Эдисоном, Доливо-Добровольский переехал в Германию к Сименсу, а Тесла в 1888 году перебежал к его основному конкуренту – Вестингаузу. В том же году в лаборатории Вестингауза был изобретен электросчетчик переменного тока, после чего исход схватки стал предрешен.

Вся эта борьба сторонников переменного и постоянного тока, сама по себе очень интересна, и заслуживает отдельного описания, но к счастью, до меня это сделали другие. Подробнее об этом можно почитать, например в статье Об Эдисоне и черном пиаре, опубликованной в журнале «Наука и жизнь», N 7, 2001 г.

Есть еще очень любопытный момент в этом противостоянии. Американские патенты Лодыгина №№494149, 494150 и 494151 зарегистрированы 28 марта 1893 года, но заявки на них поданы ещё 14 сентября 1888 года, т.е. в период наивысшего накала борьбы между сторонниками постоянного и переменного токов. Если посмотреть на заголовок в описании этих патентов, то можно прочесть следующее: ALEXANDRE DE LODYGUINE, OF PARIS, FRANCE, ASSIGNOR, BY MESNE ASSIGNMENTS, TO THE WESTINGHOUSE ELECTRIC AND MANUFACTURING COMPANY, OF PITTSBURG, PENNSYLVANIA.

Думаю, это надо понимать так, что Лодыгин в эти годы работал на Westinghouse Electric, или (и) передал компании все права на эти патенты. В связи с этим фактом отрицательный ответ на вопрос «Alexander de Lodyguine vs. Thomas Edison – а было ли противостояние?» из предыдущего сообщения, выглядит не столь очевидным. Противостояние было, но не Lodyguine vs. Edison, а AC vs. DC, где Лодыгин играл в команде AC (Alternating Current), вместе с другими выдающимися электротехниками того времени, против команды DC (Direct Current), возглавляемой Томасом Эдисоном.

Что же получается:

* лампу накаливания придумал не Эдисон;

* не был он первым и в практическом применении и производстве этих ламп, хотя первым сделал это производство массовым;

* битву с основным конкурентом за продвижение своей системы освещения перед началом массового его применения Эдисон проиграл;

* вольфрамовую нить компания General Electric внедряла уже без участия великого изобретателя.

И, тем не менее, практически весь мир называет простую лампу накаливания именно лампочкой Эдисона, а не Свана, Лодыгина, Максима, …, и даже не лампочкой Ильича . Почему?

Почему Томас Эдисон?

Ответов на этот вопрос можно найти много. С одной стороны Томас Эдисон личность известная и значимая в истории современной цивилизации, а с другой, сама лампочка сыграла важную роль в становлении этой же цивилизации. Поэтому, объяснить сей феномен (ответить на этот вопрос) пытались многие. В своем первом сообщении о лампочке сделал это и я, возможно и не очень оригинально, но думаю — правильно.

Но заслуга Эдисона, прежде всего в том, что он изобрел и создал надсистему для этой лампы и поставил ее производство на поток, что привело к сильному удешевлению стоимости. Он придумал для лампы винтовой цоколь и патрон к ней, изобрел предохранители, выключатели, первый счетчик энергии. Именно с лампочки Эдисона, электрическое освещение стало действительно массовым, придя в дома простых людей.

Массовое производство лампочек — несомненно, большая заслуга Эдисона. Первоначально продавая свои лампы ниже себестоимости по цене 1 доллар 25 центов, ему удалось, путем внедрения механизации в производственные процессы, настолько снизить себестоимость, что через три года продавая их по 22 цента за штуку, каждая лампа приносила прибыль в три цента, и новые доходы компенсировали все предыдущие потери.

Винтовой цоколь для электрических лампочек придуманный Эдисоном (т.н. Цоколь Эдисона или E27) до сих пор является одним из общепринятых мировых стандартов. Все остальное оборудование и необходимы аксессуары были также разработаны командой Эдисона, т.к. практически ни чего этого раньше не существовало. Вот некоторые компоненты из системы электрического освещения, которые придумал Эдисон.

Электрогенератор Эдисона.

Распределительная коробка.

Электрохимический счетчик электрической энергии.

Еще один ответ на вопрос Почему Эдисон? можно найти в книге «Эдисон» из серии Жизнь замечательных людей (Том 15), автор — Михаил Яковевич Лапиров-Скобло, издательство Молодая Гвардия, 1960 год. Первое издание этой книги вышло в 1935 году.

Британская энциклопедия 1929 года в статье, посвященной освещению, подчеркивала, что не Эдисон был первым изобретателем лампы накаливания. В качестве первых изобретателей лампы накаливания статья называет А. Н. Лодыгина (Россия, 1872) и Джозефа Свана (Англия, 1877). Величайшая заслуга Эдисона была в том, что он первый создал практически осуществимую, а потому и широко распространившуюся систему электрического освещения лампами накаливания с прочной, обладающей высоким сопротивлением нитью накала, с высоким и устойчивым вакуумом и с возможностью подведения электрического тока к огромному количеству независимых друг от друга и от расстояния точек освещения.

Еще один интересный ответ на вопрос «Почему Томас Эдисон?» можно найти в статье «Очерк развития ламп накаливания» из энциклопедии «Промышленность и техника», изданной в начале 20-го века, и являющейся русским переводом соответствующего немецкого издания. В 3-м томе этой энциклопедии и приведен этот очерк, который является отражением, так сказать, европейского (вернее, немецкого) взгляда на историю ламп накаливания. Ниже процитирую наиболее интересные фрагменты из этого очерка, которые касаются именно роли Эдисона в истории создания и внедрения лампы накаливания.

Очерк развития ламп накаливания: «Надо впрочем, заметить, что лампы накаливания могли развиваться только медленно, если бы даже и продолжались начатые исследования. Для их роста недоставало источника жизни всяких изобретений — уверенности в практической применимости и выгоде. Пока имелись в распоряжении только гальванические элементы, лампами накаливания, как и дуговыми лампами, можно было пользоваться только для научного демонстрирования или, в исключительных случаях, в виде курьеза.

С изобретением и распространением динамомашин изобретатели получили новый толчок совершенствовать освещение накаливанием для практического применения, причем на первом месте стояла задача о дроблении электрического света, которая заставляла электротехников пуститься по старой дороге для достижения искомой цели.

В 1873 г. пытался устроить лампы накаливания русский изобретатель Лодыгин, причем к нему присоединились для этих исследований два других наших соотечественника Конн и Булыгин.

Все эти исследования не привели, однако, к новым практическим результатам. Впрочем они доказали, что уголь — самое подходящее вещество для накаливания, а применение этого вещества естественно привело к тому, что накаливаемое тело стали помещать в безвоздушном пространстве для устранения перегорания. В этом и заключаются основные особенности современных ламп накаливания, а потому описываемую работу изобретателей следует признать за имеющую основное значение. За нею последовало приспособление ламп накаливания к практическому применению.

Не следует ставить слишком низко и эту заключительную работу; надо только признать, что освещение накаливанием изобретено уже давно и благодаря прежним изобретениям оно стало быстро распространяться с конца семидесятых годов. Теперь рассмотрим вкратце, как развивалась эта вторая часть изобретения — приспособление ламп накаливания для практического пользования.

В конце семидесятых годов за это дело принялись с нескольких сторон в Америке и Англии. Оно приобрело большую популярность и слух, что кто-либо стремится достигнуть дробления электрического света через освещение накаливанием, побуждал заняться тем же второго исследователя, третьего и т. д.

Так как у накаливаемого тела должно быть сравнительно малое поперечное сечение, то явился вопрос, как получить из угля такой проводник; нечего было и думать вырезывать его из ретортного угля, этого хрупкого и непрочного материала. Простой способ приготовлять такие угольные проводники нашли два американских электротехника, Соойер и Ман. Они вырезали из бумажного картона маленькие дуги и обугливали их в печи в графитовом порошке. Это было в начале 1878 г.

Осенью 1879 г. неожиданно выдвинулся в этой области изобретений Томас Эдисон и закончил практическую выработку лампы накаливания. До этого времени Эдисон придерживался металлических проволок в качестве накаливаемого тела, но когда он увидел результаты изобретений Сойера и Мана, то вступил на верную дорогу, и благодаря своей выдающейся технической гениальности, какой он обладает вместе с изобретательской талантливостью, ему удалось в несколько недель привести лампу накаливания в полную пригодность для практического применения.

Сначала он заменил ломкий бумажный уголек лучшим, приготовляемый из обугленных бамбуковых волокон, и вместе с тем нашел, что накаливаемому телу следует придавать возможно большое сопротивление, чтобы, возвышая напряжение у этого тела, уменьшить силу тока, необходимую для накаливания.

В том же году Эдисону удалось устроить первую практическую установку освещения накаливанием (а именно на пароходе Колумбия со 115 лампами накаливания), и после этого подобные установки стали быстро распространяться.

Достойно сожаления, что несомненно важным участием Эдисона в практической выработке лампы накаливания пользуются для непристойной рекламы, выставляя его, как изобретателя этой лампы. Еще раньше, чем Эдисон приступил к своей изобретательской работе, его компаньоны разглашали, что он работает над изобретением, которое скоро вытеснит газовое освещение; этим они достигли желаемого, а именно быстрого падения курса акций газовых обществ. Это часто повторялось и при дальнейших Эдисоновских изобретениях (надо только вспомнить о преувеличенных рекламах о фонографе несколько лет тому назад) и вероятно не к выгоде для Эдисона, для которого эти авторы реклам являются подрывателями его славы.

В Европе начали интересоваться лампами накаливания с 1880 г., а познакомились с ними вполне только тогда, когда Эдисон доказал на деле их преимущества на Электрической Выставке в Париже (в 1881 г.). С этого времени освещение накаливанием стало быстро распространяться.» Промышленность и техника Энциклопедия промышленных знаний Том 3. Электричество. С.-Петербург. 1904

Какой язык, какой стиль! Приятно читать. Но кроме стиля, очерк можно воспринимать как практическое пособие по изобретательству, где сразу выдается фундаментальная истина, которая для многих наших современных изобретателей является недостижимой для понимания, а должна восприниматься как божественное откровение.

Источник жизни всяких изобретений — уверенность в практической применимости и выгоде. Так вот «приспособление ламп накаливания (впрочем, как и любых других изобретений) к практическому применению», является важным этапом работы, которую довел до конца именно Эдисон, а не Сойер, Максим или Лодыгин. И это было понятно еще в начале 20-го века.