Искусственные источники света (до электричества)

Вся история развития человечества представляет собой преодоление ограничений наложенных на него природой. Сейчас много говорят о том, что, дескать, такое взаимоотношение с окружающим миром - причина многих бед современной цивилизации, однако не будь этого преодоления, этой борьбы человека с природой, не было бы и самой цивилизации, которая позволяет в рамках себя вести такие дискуссии.

Одним из древнейших завоеваний в этой непрекращающейся войне человечества за право вести тот образ жизни, который оно для себя выбирает, было, открытие искусственного освещения. Это открытие состоялось тогда, когда человек еще не умея добывать огонь, научился его поддерживать и сохранять. Таким образом, он обрел помимо источника тепла, необходимого для обеспечения комфортного температурного режима и приготовления пищи, и оружия против диких животных, еще и источник света, позволивший видеть в темное время суток и в местах, куда вообще не проникает естественный свет. Таким образом, искусственное освещение расширило пределы активности человека во времени и пространстве.

Современному человеку довольно сложно представить себе образ жизни своего не такого уж далекого предка, полностью подчиненный природным циклам смены дня и ночи, а для наших широт, еще и зимы и лета (когда продолжительность светового дня колеблется в широких пределах). Единственным подспорьем для слабых человеческих глаз служил неверный свет лучины, или в лучшем случае свечи.

Итак, первым источником искусственного света была горящая ветка дерева, просуществовавшая в виде факела и лучины много тысячелетий. После этого, на протяжении длительного времени, вплоть едва ли не до 19 века прогресс в области искусственного освещения сводился к изобретению масляной лампы и свечи. Несмотря на то, что количество разнородных источников искусственного света было невелико (масляная лампа, использующая жидкое горючее, свеча, использующая в качестве горючего вещество, которое можно назвать "твердым" при нормальных условиях), вариантов их исполнения существовало великое множество, от примитивной плошки с плавающим в налитой в нее горючей жидкости фитилем, до принципиально идентичных, но конструктивно куда более сложных светильников, которые зачастую совмещали в себе функции освещения и, например, отсчета времени.

Само по себе изобретение свечи стало закономерным итогом распространения масляных светильников. Дело в том, что горючим материалом в масляной лампе была либо минеральная горючая жидкость, например нефть (редко), либо растительное масло (наиболее часто), либо животный жир. Однако, жир большинства животных, при нормальных для человека условиях, как правило малотекуч, а следовательно не способен пропитывать фитиль и создавать капиллярный эффект, необходимый для подъема горючего по фитилю, но раз нет возможности поднимать горючее к фитилю, надо опустить фитиль к горючему, от понимания этого, до появления первых сальных свечей оставался один шаг. Этот шаг был сделан, по-видимому, на Дальнем Востоке и в Юго-Восточной Азии задолго до новой эры. Первые свечи представляли из себя отрезки стебля бамбука, заполненные жиром, вдоль вертикальной оси которых помещался фитиль сделанный из растительных волокон. Позднее научились обрабатывать жир таким образом, чтобы он был способен сохранять свою форму самостоятельно, в широком диапазоне температур, там, где позволяли местные ресурсы жир заменяли воском.

По мере развития химии появлялись новые материалы для изготовления свечей, в 1816 году началось производство стеариновых, а в 1840 и парафиновых свечей. Тот факт, что такое производство сохраняется и по сей день, и отнюдь не только для ритуальных нужд, говорит о том, насколько революционным событием было изобретение этого источника искусственного освещения. Действительно, свеча, в сравнении с масляным светильником компактна и неприхотлива, в сравнении с лучиной - имеет более ровное пламя и большую продолжительность горения при одинаковых размерах. Свеча позволила сделать переносной, защищенный от погодных условий фонарь, впервые по-настоящему ярко осветить большое помещение, путем объединения множества свечей на одной платформе, ведь именно для размещения свечей были созданы первые люстры.

Однако на этом стоит закончить оду свече и упомянуть ее естественные недостатки, являющиеся продолжением ее достоинств.

Во-первых, конечно, свеча могла гореть долго, но при этом, чем дольше она должна была гореть, тем больше по размерам она должна была быть, и если топливный резервуар у масляного светильника мог располагаться в относительном отдалении от зоны горения, то для свечи такое разделение было невозможно. Поэтому на протяжении тысяч лет продолжалось параллельное использование свечей и масляных ламп. Там где возникала нужда на небольшой срок ярко осветить помещение, или был необходим мобильный, относительно пожаробезопасный и компактный источник света, применяли свечи. В тех же случаях, когда требовалось продолжительное, иногда в течение многих суток, непрерывное горение, использовались масляные светильники. Здесь следует упомянуть еще и о том, что стоимость света свечи и масляной лампы была, очевидно, разной и менялась во времени, но рассмотрение этого аспекта лежит вне тематики данной статьи.

К концу 18 века развитие производства, рост городов и как следствие изменение ритма жизни вызвали необходимость, а достижения науки и технологии обработки материалов обеспечили возможность увеличения яркости существующих источников искусственного света. И тут проявилось "во-вторых". Увеличить яркость свечения можно было, обеспечив более полное сгорание топлива в светильнике за счет лучшего подвода воздуха к зоне горения, что технически проще было осуществить в случае ее неподвижности, у свечи же зона горения перемещалась весьма ощутимо. Именно поэтому в начале 19 века свеча начала уступать свои позиции там, где важна была яркость освещения.

Начался непродолжительный золотой век газовых и "масляных" ламп (слово масляные взято здесь в кавычки потому, что в этот период топливом стали служить скипидары и продукты нефтепереработки - керосин и бензин).

Как уже было сказано выше, увеличения яркости свечения горящего топлива можно добиться улучшением его сгорания путем оптимизации подвода воздуха. Для этого в 1784 году, проживавший в Великобритании швейцарец Эми Агранд применил (в запатентованной им в этом году лампе) принципы, которые соблюдались в большинстве позднейших конструкций - кольцевой фитиль, защитное стекло, внешний приток воздуха. Кольцевой фитиль позволял осуществлять подачу необходимого для горения топлива воздуха внутрь пламени. Стекло предохраняло пламя от сквозняков. Зазор между стеклом и кольцевым фитилем позволял создать дополнительную тягу и обеспечить приток воздуха к внешней стороне пламени.

В принципе, все позднейшие усовершенствования лампы Агранда сводились к оптимизации формы стеклянной колбы, конструктива фитиля, путей подвода внешнего воздуха, совершенствованию способов подачи горючей жидкости к зоне горения и улучшению светильных свойств самой горючей жидкости.

Единственное фундаментальное улучшение конструкции таких ламп, сделанное после Агранда, это появление калильной сетки, позволившей резко повысить яркость свечения за счет более полного сгорания горючего на ней и свечения самой сетки.

Честь ее изобретения принадлежит Карлу Велсбаху, который в 1885 году предложил "Осветительным приспособлением для газовых и иных горелок", каковым предложением и завершилось, собственно, принципиальное совершенствование ламп, использующих для освещения горючие вещества. Само по себе изобретение заключалось в том, чтобы специально обработанную ткань поместить в пламя горелки. Специальная обработка сводилась (и сводится сейчас) к тому, что хлопчатобумажная ткань пропитывалась смесью из 99% окиси тория и 1% церия, затем сжигалась, а оставшаяся тонкая структура помещалась в смесь коллодия, эфира, камфары и касторового масла для придания сетке прочности. В результате этого сетка приобретала жаростойкость, способность ярко светиться в нагретом состоянии и способность не рассыпаться в прах при транспортировке.

В заключение разговора об источниках света, использующих в качестве топлива горючие жидкости, нельзя не упомянуть и о керосиновых лампах, которые конечно уступают своим калильным "сестрам" по яркости освещения, но в силу своей неприхотливости, наряду с ними, продолжают оставаться основным источником искусственного света едва ли не для половины населения Земли еще и в двадцать первом веке.

Говоря о неэлектрических источниках света невозможно обойти стороной газовые светильники. Сейчас трудно в это поверить, но в середине 19 века светильный газ считался наиболее прогрессивным топливом для освещения, а его производство - серьезной отраслью индустрии тогдашних ведущих держав. Светильный газ получался перегонкой каменного угля. Для хранения светильного газа строили специальные сооружения - газгольдеры, которые были неотъемлемой деталью пейзажа городов, где было устроено газовое освещение.

Сам по себе газовый светильник (рожок) представлял собой трубку того или иного профиля снабженную механизмом регулирования подачи газа с возможностью полного ее прекращения, а также, иногда, системой позволявшей увеличить приток воздуха к зоне горения (аналогично масляным лампам приток мог быть внутренним - по трубке меньшего диаметра расположенной внутри газовой, и внешним). Изобретенная фон Велсбахом калильная сетка также нашла свое применение в газовых светильниках, но в 1885 году уже просматривалась перспектива внедрения электрического освещения. К тому времени всем уже были очевидны недостатки использования газа для нужд освещения - его токсичность, взрыво- и пожароопасность, как светильников его использующих, так и магистралей подвода газа к ним, и самих хранилищ этого газа.

Однако, газовое освещение - неотъемлемая часть истории развития искусственного света в целом и уличного освещения в частности. О размахе производства светильного газа и его использования для нужд освещения косвенно свидетельствует тот факт, что первый завод по его производству в России был построен в 1838 году, а еще в 1872 году (т.е. совсем незадолго до начала внедрения электрического освещения) были проведены мероприятия по устройству газового освещения Киева. Теме истории развития уличного освещения мы обязательно посвятим отдельную статью.

В заключение следует сказать, что, в общем и целом, к концу 19 века неэлектрические источники света, чей принцип работы был основан на сжигании горючих тел, достигли, видимо, совершенства. Их дальнейшее развитие на существующем технологическом уровне не представляется возможным, однако они заняли и удерживают свою нишу среди прочих источников света. Они используются там, где необходима автономность, в отрыве от цивилизации и предоставляемых ей благ, таких как, например, электричество. Об источниках света использующих электричество, об истории их изобретения, развития и совершенствования пойдет речь в одной из следующих статей.