Сегодня мы имеем прекрасную возможность наблюдать, как развиваются технологии. Последние десятилетия стали знаковыми в эволюции множества отраслей, её этапы сменяют друг друга настолько быстро, что порой нас уже не удивить очередной навороченной функцией. Будь то усовершенствованный процесс поддержания температуры в новеньком холодильнике, эффект присутствия в видеоиграх или виртуальный ассистент, способный поддерживать полноценный диалог, шутить и выполнять поручения пользователя, – мы воспринимаем это всё как должное. В своё время лампа накаливания произвела полнейший фурор – так давайте же вспомним, какой путь она проделала от настоящего чуда до абсолютно неотъемлемой и такой привычной части нашего окружения.

Отцом лампы накаливания считают Томаса Эдисона, который запатентовал лампу с платиновой нитью в 1879 году и продолжал экспериментировать с материалом нити в последующие годы. Лампа с нитью из угольного волокна могла гореть на протяжении 40 часов, что было рекордом на то время.

Однако идея использования электрической дуги для освещения на тот момент была далеко не новой. Первым объяснил само явление электрической дуги и предложил вариант его практического использования русский физик Василий Петров в 1802 году.

В 1840 английский астроном Уоррен де ла Рю продемонстрировал одну из первых известных ламп накаливания, которая представляла собой платиновую спираль в стеклянной трубке, из которой был откачан воздух. Годом позже ирландец Фредерик Де Моллен получает первый патент на устройство для электрического освещения – лампу с платиновой спиралью в вакууме.

В 1844 американец Джон Старр получил патент на вакуумную лампу с угольной нитью, которую можно было заменять после перегорания угля.

До 1854 года лампы накаливания не покидали стен лабораторий и не имели практического применения из-за сложности в обслуживании, поддержания вакуума и срока службы. Немецкий часовщик Генрих Гёбель был первым, кто разработал лампу, наиболее напоминающую современные экземпляры. Обугленную бамбуковую нить толщиной 0,2 мм он помещал в стеклянную трубку. Для получения вакуума Гёбель использовал метод, который применяют при сооружении барометров – заполнение ёмкости малого диаметра ртутью.

Британский химик и физик Джозеф Уилсон Суон  долгие годы экспериментировал с получением вакуума в лампе накаливания, однако продемонстрированный им в 1860 году экземпляр работал недолго и малоэффективно. В 1878 году он показал миру новый плод своих трудов – лампу с малым остаточным количеством кислорода, что позволяло хлопковой нити светиться очень ярко не воспламеняясь.

Патент на лампу с угольной нитью в вакуумированном сосуде в 1874 году получил Александр Николаевич Лодыгин. С 1871 года он разработал несколько вариантов лампы: первые представляли собой угольный стержень в баллоне, причём из баллона воздух не удалялся: кислород выгорал при первом накаливании угля, а дальнейшее накаливание происходило в атмосфере остаточных разреженных газов. В 1873 Александр Николаевич представил обществу лампу, которая содержала два угольных стержня: один горел в течение 30 минут и выжигал кислород, после чего загорался второй стерженёк и светил в течение 2-2,5 часов.

Бытует мнение, что при создании своей лампы Эдисон использовал наработки Лодыгина. Русский электротехник был одним из многих, кто пытался оспорить авторство лампы накаливания, однако он так и не добился своего из-за сложностей с «патентными процессами». Неоспоримым остаётся тот факт, что эксперименты Лодыгина с разными вариантами ламп накаливания подготовили почву для дальнейших разработок Яблочкова, Эдисона и Соуна.

Сотрудник Лодыгина В. Ф. Дидрихсон также занимался усовершенствованием его ламп: он откачивал воздух из сосуда, а количество стержней увеличил до четырёх – они зажигались поочерёдно, что увеличивало срок службы лампы. Именно такие экземпляры были впервые использованы для долгосрочного освещения помещения в одном из магазинов Петербурга.

Павел Николаевич Яблочков активно следил за экспериментами Лодыгина и решил продолжить работу соотечественника. Работая над «электрической свечкой», он исследовал эффективность горения нити из разных материалов и в 1875-1876 годах открыл каолиновую нить. Особенностью этого материала было то, что такая лампа не нуждалась в вакууме, поскольку каолин не перегорал на открытом воздухе.

Через 20 лет аналогичную лампу с керамическим телом накала создал немецкий физик Вальтер Нернст. Для получения достаточной проводимости материала нити ламп Нернста и Яблочкова необходимо было разогреть до относительно высокой температуры – в первых экземплярах нить подогревалось спичкой, позже стали использовать пусковые электрические нагреватели. Лампа Нернста получила широкое распространение в Германии, поскольку такая лампочка была эффективнее, чем лампа с углеродной нитью. Яблочков же посчитал такую лампу бесперспективной и отказался от дальнейшего развития идеи.

В 1890-х годах А. Н. Лодыгин исследовал использование тугоплавких металлов – вольфрама и молибдена – для изготовления нитей накаливания. Кроме того, саму нить он предложил закручивать в форме спирали – для повышения сопротивления материала, увеличения яркости свечения и продолжительности срока службы. В 1906 году Лодыгин продал патент на вольфрамовую нить компании General Electric, одним из основателей которой является Томас Эдисон.

Австро-венгерские учёные Шандор Юст и Франьо Ханаман первыми получили патент на лампы с вольфрамовой нитью накала в 1904 году. Этот металл не сразу получил широкое распространение, поскольку был очень дорогим и сложным в обработке. В 1910 году сотрудник компании General Electric Уильям Кулидж добился создания «пластичного вольфрама» путём очистки оксида вольфрама, что значительно упростило процесс изготовления нитей и позволило им вытеснить с рынка нити из других материалов.

Современные лампы накаливания наполнены инертными газами для замедления испарения нити накала в вакууме. Такой подход к решению проблемы был представлен другим сотрудником General Electric Ирвингом Ленгрюмом в 1909 году. Наполнение колбы тяжёлыми благородными газами (например, аргоном) значительно увеличивает время работы ламп и повышает светоотдачу. Кроме аргона используют также криптон и ксенон.

Отдельно стоит вспомнить о галогенных лампах накаливания: в колбу лампы добавляют пары галогенов (брома или йода). В отличии от упомянутых ранее аргонового, криптонового и ксенонового газов, буферные газы галогенных ламп не замедляют процесс испарения вольфрама. Они препятствуют оседанию атомов металла на колбе, вступая с ними в химическую реакцию. Под воздействием высоких температур (около 2700 градусов по Цельсию) эти соединения распадаются и атомы вольфрама оседают обратно на нить накала. В 1954 году патент на такие лампы получили сотрудники фирмы General Electric Элмер Фридрих и Эммет Уайли.

Последние 15-20 лет во всём мире постепенно отказываются от ламп накаливания в пользу энергосберегающих ламп. Причиной тому является низкий световой КПД старой доброй лампы накаливания – ведь большая часть потребляемой энергии идёт на разогревание нити, а не на свечение.

Однако лампы накаливания не спешат покидать этот мир – в гараже пожарной части Ливермора, штат Калифорния, США с 1901 года светится изготовленная ещё вручную лампочка. В 1975 году её занесли в Книгу рекордов Гиннеса, но даже сегодня за ней можно наблюдать через веб-камеру. Пожарные, которые оберегают лампу-старожительницу, шутят, что камеру пришлось менять уже два раза, а лампочка по-прежнему горит.