Винахід електричної лампи: Хто кого надихнув?

У Росії винахідниками електричної лампи вважають Олександра Лодигіна [1] і Павла Яблочкова [4], у США - Томаса Едісона [2], у Великій Британії - Джозефа Свона [5], у Німеччині - Генріха Гебеля [3]. Хто її створив насправді? 

Марк Бейгельзімер, PhD, системний аналітик, керівник проєкту Trust but Verify

Довідка: 

Гебель, Генріх (20 квітня 1818 - 4 грудня 1893) - німецький годинникар і оптик, винахідник. Навчався ремеслу у своєму рідному місті. Формальної університетської освіти не здобув. Але його професійні навички дозволили йому встановити зв'язки з професорами ганноверського університету, що сприяло його експериментам і винаходам. 

Лодигін, Олександр Миколайович (6 (18) жовтня 1847 - 16 березня 1923) - російський електротехнік, винахідник, підприємець. Навчався в Московському юнкерському піхотному училищі. Після відставки захопився електротехнікою. На початку 1870-х років вільним слухачем відвідував заняття з фізики, хімії та механіки в Петербурзькому Технологічному інституті.

Яблочков, Павло Миколайович (2 (14) вересня 1847 - 19 (31) березня 1894) - російський електротехнік, військовий інженер, винахідник, підприємець. Закінчив Технічний гальванічний заклад у Кронштадті (на той час - єдина в Росії школа, що готувала військових фахівців у галузі електротехніки).  

Свон, Джозеф Вілсон (31 жовтня 1828 - 27 травня 1914, варіант транслітерації - Суон) - англійський фахівець у галузі фізики та хімії, винахідник. Інтерес до науки виявив ще в школі. Формальної університетської освіти не здобув. Своїх успіхів досяг завдяки самоосвіті та експериментам. 

Едісон, Томас Алва (11 лютого 1847 - 18 жовтня 1931) - американський винахідник і підприємець. Формальної освіти (у традиційному сенсі) не здобув. Він відвідував школу лише кілька місяців, після чого навчався вдома під керівництвом матері. Едісон був самоучкою і більшу частину своїх знань здобув через самостійне вивчення і практичні досліди.

Скористаємося тим самим підходом, який ми застосовували під час відповіді на запитання про винахід радіо. Суть цього підходу полягає в тому, щоб простежити, хто з потенційних авторів був першим на кожному етапі створення електричної лампи: від ідеї до комерційно успішного серійного виробництва. Ці етапи можна представити у вигляді шкали TRL (рівня технологічної готовності):

TRL 1 — запропоновано ідею,

TRL 2 — розроблено концептуальні рішення щодо реалізації ідеї,

TRL 3 — реальність і корисність ідеї підтверджено експериментально або розрахунками,

TRL 4 — у лабораторних умовах перевірені концептуальні рішення,

TRL 5 — створено дослідний зразок,

----------------------------------------

TRL 6 — створено дослідно-промисловий зразок,

TRL 7 — дослідно-промисловий зразок експлуатується на практиці,

TRL 8 — створено промисловий зразок, тобто зразок, готовий до комерційно успішного серійного виробництва,

TRL 9 — реалізовано комерційно успішне серійне виробництво.

Факти

У наведеній нижче таблиці в хронологічному порядку зведено ключові події в діяльності кожного з п'яти зазначених розробників електричної лампи. Події пронумеровані та коротко описані нижче таблиці. При цьому кожна подія віднесена до того чи іншого рівня TRL. Події різного рівня TRL позначені різним кольором фону. Нумерація кожної події складається з двох основних символів: літери, що відповідає прізвищу дослідника, і цифри, що відповідає номеру рівня TRL. Якщо одному рівню TRL відповідають кілька подій, то вводиться додатковий порядковий номер у дужках. Наприклад, Л-4 - подія рівня TRL 4, пов'язана з Лодигіним, Г-5 (2) - друга з подій рівня TRL 5, пов'язаних із Гебелем.

Опис подій

Гебель

Г-4. У 1846 році почав свої перші досліди з удосконалення лампи розжарювання, запатентованої американцем К.В. Штарром. [6, 7]. 

Г-5 (1). 1848 року Гебель встановив на даху свого годинникового магазину цинково-вугільну батарею й отримав яскраву електричну дугу для приваблення покупців [6]. 

Г-5 (2). 1854 року Гебель розробив прообраз «сучасної» лампи: обвуглену бамбукову нитку, розміщену в скляному циліндрі у вакуумі. Довговічність таких ламп становила кілька годин [8]. 

Лодигін

Л-4. 1872 року Лодигін подав заявку на лампу розжарювання з вугільною ниткою (російський патент із пріоритетом 1872 року йому видали 1874 року). [9, с. 27].

Л-5 (1). У 1874 році Лодигін заснував у Санкт-Петербурзі власну компанію «Російське товариство електричного освітлення Лодигін і К°» [9, с. 27]. Перші зразки його ламп працювали 30 хвилин, подальші удосконалення довели термін їхньої служби до 700-1000 годин. [10]. 

Л-5 (2). У 1890-х роках Лодигін винайшов кілька типів ламп із нитками розжарення з тугоплавких металів (вольфрам, молібден) [19].

Яблочков

Я-4. У 1874 році Яблочков встановив прожектор із дуговою лампою на паровоз царського поїзда для освітлення колій вночі. Робота прожектора вимагала постійного регулювання міжелектродної відстані, тому Яблочков, стоячи на передньому майданчику паровоза, всю дорогу стежив за його роботою [9, с. 32; 11].

Я-5. 1876 року на виставці фізичних приладів у Лондоні Яблочков уперше публічно продемонстрував свою дугову лампу, яка не потребує регулювання міжелектродної відстані. Вона увійшла в історію під назвою «свічки Яблочкова» [9, с. 32; 11].

Я-6. У жовтні 1877 року відбулася перша широка презентація системи освітлення Яблочкова, коли «свічками Яблочкова» було освітлено фешенебельні магазини Лувру [9, с. 32; 11]. 

Я-7. Під час Паризької виставки 1878 року Яблочков висвітлив частину авеню Опера, а пізніше - паризький критий іподром і частину набережної Темзи в Лондоні. Магазини і розкішні готелі двох європейських столиць сотнями встановлювали його дугові лампи. Їх використовували для освітлення морського порту в Гаврі та багатьох міст, включно з Марселем і Римом [9, c. 33]. 

Свон

С-4. У 1860 році Свон продемонстрував перші результати й отримав патент, однак через труднощі в отриманні вакууму лампа Суона працювала недовго й неефективно [12, 13]. 

С-5. Починаючи з 1878 року, після вдосконалення вакуумної технології, Свон повернувся до роботи над лампою, отримав новий патент і публічно продемонстрував лампочку з вугільною ниткою, яка працювала, у лютому 1879 року. [12]. 

С-6. 1880 року бібліотека Lit & Phil у Ньюкаслі стала першою публічною кімнатою, освітленою електричним світлом під час лекції Свона [13].

С-7. 1881 року Джозеф Свон заснував компанію з виробництва електричних ламп Swan United Electric Light Company. Цього ж року лондонський театр «Савой» став першою громадською будівлею у світі, повністю освітленою електрикою (лампами Свона). [13].

С-8. 1883 року у Великій Британії відбулося злиття компаній Свона і Едісона в одну компанію Edison & Swan United Electric Light Company, що стала відомою як «Ediswan». Ediswan стала великим виробником лампочок та інших електротехнічних виробів у Великій Британії та Європі [13].

С-9. 1886 року компанія Edison & Swan United Electric Light Company переносить своє виробництво в цехи колишньої текстильної фабрики в Пондерс-Енд (північний Лондон) і збільшує випуск продукції [20].   

Едісон

Э-6. У 1879 році Едісон патентує лампу розжарення з вугільною ниткою і часом роботи 40 годин [14]. Цього ж року Едісон разом із партнерами заснував у Нью-Йорку компанію Edison Electric Light [15].  

Э-7 (1). У 1880 році, підбираючи матеріал для нитки, Едісон провів близько 7500 випробувань різних матеріалів і дослідів із карбонізації різних рослин [8]. У підсумку він створив лампу з міцною ниткою розжарення [16].

Э-7 (2). 1881 року Едісон на базі створеної ним лампи з міцною ниткою розжарення створив практично здійсненну систему електричного освітлення з можливістю одночасного використання безлічі ламп. [16, 17]. 

Э-8. У 1882 році Едісон заснував компанію Edison General Electric з виготовлення електрогенераторів, лампочок, кабелів та освітлювальних приладів. Цього ж року Едісон відкрив першу у світі комерційну електростанцію в Нью-Йорку, яка забезпечувала електрикою 58 споживачів, і почав масове виробництво електричних ламп. [18].

Э-9. У 1886 році компанія Edison General Electric досягла річного виробництва в 1 мільйон лампочок, що дало їй змогу вперше вийти на рівень беззбитковості. У цей самий час у Великій Британії компанія Edison & Swan United Electric Light Company істотно збільшує випуск продукції за рахунок перенесення виробництва в нові цехи [20].

Аналіз таблиці

З наведеної таблиці видно, що:

• Гебель першим перевірив основні технічні компоненти електричної лампи (TRL 4) і створив працюючий дослідний прототип (TRL 5).

• Яблочков першим довів свою конструкцію лампи до рівня масового застосування (TRL 6) і впритул підійшов до створення комерційно успішного прототипу (TRL 7).

• Едісон і Свон практично одночасно пройшли етапи створення промислових зразків ламп (TRL 8) і їх комерційно успішного виробництва (TRL 9).

Додаткові факти

Технологічні передумови для масового виробництва і використання електричних ламп - створення глибокого вакууму і безперервне виробництво електроенергії - сформувалися тільки в другій половині 19 століття: у 1865 році був винайдений ртутний вакуумний насос (Герман Шпренгель), у 1870-80-х роках - перші комерційно успішні генератори постійного струму (динамо-машина Зеноба Грамма). Тому всі винахідники елетричних ламп до цього часу (зокрема й Генріх Гебель) не могли просунутися далі дослідних зразків.

Цинково-вугільна батарея, яку Гебель встановив на даху свого годинникового магазину, давала такі яскраві світлові дуги, що сусіди викликали пожежників. Після кількох виїздів пожежників суд заборонив Гебелю використовувати дугову лампу на даху. Напевно, саме це стало причиною того, чому він став займатися лампою розжарення [6].

Томас Едісон у відповідь на зауваження про безліч невдач, яких він зазнав під час пошуку ефективної конструкції електричної лампи, сказав: «Я не зазнавав невдач. Я просто знайшов 10 тисяч способів, які не працюють» [ref].

Заснувавши 1882 року компанію Edison General Electric, Едісон встановив продажну ціну лампочки в 40 центів за її собівартості в 110 центів. Чотири роки Едісон збільшував випуск лампочок, знижуючи їхню собівартість, проте зазнавав збитків. Коли собівартість лампи впала до 22 центів, а їхній випуск зріс до 1 млн штук, він за один рік покрив усі витрати. У 1892 році компанія Едісона об'єдналася з іншими компаніями в General Electric [15].

У 1877-1878 роках, завдяки системі освітлення Яблочкова, Париж став настільки яскравим, що його стали називати «містом світла». Ця назва збереглася і донині [9, с. 33].

На піку свого світового визнання Павло Яблочков 1878 року повернувся в Росію і заснував нову компанію з виробництва дугових ламп у Санкт-Петербурзі. Але російська влада і приватні підприємства не виявили належного інтересу до ламп Яблочкова. Електрифікація Санкт-Петербурга і Москви почнеться лише через багато років, і тоді міська влада укладе контракт на виконання цієї роботи з німецькою компанією Siemens and Halske. На той момент Яблочков уже був не в змозі скласти конкуренцію фірмам, що випускають лампи розжарення, які вже стали значно дешевшими від його дугових ламп і могли горіти в кілька разів довше [11; 9, с. 33]. 

Одна з причин, через яку Яблочков не розвинув свій успіх у Росії, полягала в тому, що влада ставилася до нього з підозрілістю. Царський уряд боявся політичної незалежності, яку неминуче отримували успішні підприємці, а зв'язки Яблочкова з революціонерами тільки посилювали їхнє занепокоєння. До того ж російський бізнес не був зацікавлений у технологічних інноваціях. Навіть розкішний готель, у якому нетривалий час Яблочков жив у Санкт-Петербурзі 1878 року, не захотів закуповувати його лампи, натомість віддав перевагу традиційним газовим ліхтарям [9, с. 34].

Олександр Лодигін у Росії через відсутність допомоги з боку держави і бізнесу не зміг розвинути навіть своє «проривне» рішення щодо використання тугоплавких металів для ниток розжарювання (див. вище подію Л-5 (2)). Тому 1908 року Лодигін продав свій патент на лампу з вольфрамовою ниткою розжарювання своїм прямим конкурентам - компанії General Electric [9, с. 29].

Висновок

Так само, як і в багатьох інших випадках технічних інновацій (наприклад, радіо), в електричної лампи немає одного єдиного автора. На різних етапах від ідеї до масового використання пріоритет мали різні дослідники: Генріх Гебель (перший дослідний зразок), Павло Яблочков (перший дослідно-промисловий прототип), Томас Едісон і Джозеф Свон (перші комерційно успішні лампи). Але за підсумком, тобто з погляду практичної користі для масового споживача, основна заслуга, безумовно, належить Едісону і Свону.

При цьому вельми показовими є причини, через які інші дослідники не досягли успіху в цих перегонах. Генріх Гебель, незважаючи на свій пріоритет у створенні дослідного зразка, не мав об'єктивної можливості випередити більш молодих винахідників (у його час ще не було засобів забезпечення глибокого вакууму і безперервної електроенергії). А от двоє російських винахідників - Олександр Лодигін і Павло Яблочков - були не старші за Суона й Едісона, але не змогли скласти їм конкуренцію, оскільки, на відміну від США та Європи, влада і підприємці в Росії не були зацікавлені в підтримці вітчизняних розробок електричних ламп. Тому в той час, коли хвиля електрифікації дійшла до Росії, російські розробки вже не могли конкурувати зі світовими фірмами.

Список джерел

1. Історія винаходу лампочки в Росії. Сайт Історія держави [російською мовою].

2. Edison Light Bulb. Smithsonian. 

3. Wer erfand die Glühbirne? Wissen.de

4. Яблочков проти Едісона: хто першим винайшов електричну лампу і чому ніякої суперечки насправді не було. 2 липня 2018. Дзен [російською мовою].

5. Joseph Swan. English physicist and chemist. Britannica.

6. Генріх Гебель. Коротка біографія. Peoples.ru [російською мовою].

7. С. Становий. Генріх Гебель - годинникар, який створив першу придатну до використання лампу. Популярна електроніка [російською мовою].

8. Історія винаходу та розвитку електричного освітлення. electrolibrary.info. Архівовано 13 жовтня 2016 року [російською мовою].

9. Л. Грехем. Чи зможе Росія конкурувати? Історія інновація в царській, радянській і сучасній Росії.  Манн, Іванов і Фербер, Москва, 2014.  http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=6567297 [російською мовою].

10. Лодигін, Олександр Миколайович. Матеріал з Вікіпедії.

11. Яблочков, Павло Миколайович. Матеріал з Вікіпедії.

12. Свон, Джозеф Вілсон. Матеріал з Вікіпедії.

13. Joseph Swan - The Lightbulb. British Heritage.

14. Лампа розжарення. Матеріал з Вікіпедії.

15. В.П. Самохін. Пам'яті Томаса Алва Едісона. Архівна копія від 17 листопада 2015 року на Wayback Machine.

16. Едісон, Томас Алва. Матеріал з Вікіпедії.

17. 125 років лампочці Едісона: винахід, що перевернув світ. 27.01.2022. TechInsider [російською мовою].

18. Хто винайшов лампочку? 13.08.2024. Lifetime [російською мовою].

19. A. de Lodyguine, U.S. Patent 575,002 «Illuminant for Incandescent Lamps». Application on January 4, 1893. 

20. Edison and Swan United Electric Light Co. Grace's Guide to British Industrial History.

Зображення на обкладинці: Dewald Van Rensburg, джерело: Wallpaper 

Шановний читачу! Ми запрошуємо вас поділитися своєю думкою про дану статтю і загалом про проєкт Trust but Verify через доступні канали зв'язку. Вашу думку ми врахуємо під час підбору контенту та верифікації інформації. Якщо ваші аргументи будуть переконливими, ми готові внести корективи в оцінки тверджень, фактів і висновків.