Джозеф Сван: Пионер электрического освещения

Введение

Британский физик и изобретатель (1828–1914)

Сэр Джозеф Уилсон Свон (31 октября 1828 – 27 мая 1914) – английский физик, химик и изобретатель. Он известен как один из первых независимых разработчиков успешной лампы накаливания, а также как человек, ответственный за разработку и поставку первых ламп накаливания для освещения домов и общественных зданий, в том числе театра Савой в Лондоне в 1881 году. В 1904 году Свон был удостоен рыцарского звания королем Эдуардом VII, награжден медалью Хьюза Королевского общества и стал почетным членом Фармацевтического общества. Он также был награжден высшей французской наградой – орденом Почетного легиона во время посещения Международной электротехнической выставки в Париже в 1881 году, где были представлены его изобретения, а город был освещен его электрическими лампами.

Ранние годы

Джозеф Уилсон Свон родился в 1828 году в Паллион-холле, расположенном в Паллионе, в приходе Бишопвермут, Сандерленд, графство Дарем. Его родителями были Джон Свон и Изабелла Кэмерон. Свон в течение шести лет был учеником в сундерлендской фирме фармацевтов и торговцев лекарствами Hudson and Osbaldiston. Впоследствии Свон присоединился к компании Mawson's, фирме химиков-производителей в Ньюкасле-апон-Тайне, основанной в год рождения Свона Джоном Моусоном. Здание позднее было переоборудовано в школу Биконсфилд – частную платную школу с государственной поддержкой, обеспечивающую совместное обучение. Ученики там все еще могли найти образцы оригинальных электрических приборов, установленных Своном. В августе 1863 года он представил собственный проект вакуумного насоса на заседании Британской ассоциации содействия развитию науки. В конструкции использовался ртутный столб, опускающийся в трубке, для откачки воздуха из откачиваемой системы. Конструкция Свона была аналогична насосу Спренгеля и предшествовала исследованиям Германа Спренгеля на два года. Примечательно, что Спренгель проводил свои исследования во время визита в Лондон и, вероятно, был знаком с ежегодными отчетами Британской ассоциации содействия развитию науки. Тем не менее, позже сообщалось, что Джозеф Свон и Томас Эдисон использовали насос Спренгеля для откачки воздуха из своих ламп с угольной нитью. В 1875 году Свон вернулся к рассмотрению проблемы лампы накаливания, используя улучшенный вакуум и углеродистую нить в качестве филамента. Наиболее значимой особенностью усовершенствованной лампы Свона было то, что в вакуумной трубке оставалось мало остаточного кислорода для воспламенения филамента, что позволяло нити светиться почти белым жаром, не загораясь. Однако его филамент имел низкое сопротивление, что требовало использования толстых медных проводов для его питания. Свон впервые публично продемонстрировал свою лампу с угольным филаментом на лекции для Химического общества Ньюкасла-апон-Тайне 18 декабря 1878 года. Однако, после того как лампа горела ярким светом в течение нескольких минут в его лаборатории, она вышла из строя из-за чрезмерного тока. 17 января 1879 года эта лекция была успешно повторена с демонстрацией работающей лампы; Свон решил проблему электрического освещения с помощью вакуумной лампы. 3 февраля 1879 года он публично продемонстрировал работающую лампу аудитории, насчитывающей более семисот человек, в лекционном зале Литературного и философского общества Ньюкасла-апон-Тайне под председательством сэра Уильяма Армстронга из Крагсайда. Свон обратил свое внимание на создание лучшего угольного филамента и способов его крепления. Он разработал метод обработки хлопка для получения "пергаментированной нити" и получил британский патент № 4933 от 27 ноября 1880 года. С этого времени он начал устанавливать лампы в домах и достопримечательностях Англии. Его дом, Андерхилл, Лоу Фелл, Гейтсхед, был первым в мире, где были установлены работающие лампы. Библиотека Lit & Phil на Вестгейт-роуд, Ньюкасл, стала первой общественной комнатой, освещенной электрическим светом во время лекции Свона 20 октября 1880 года. В 1881 году он основал свою собственную компанию, The Swan Electric Light Company, и начал коммерческое производство. Театр "Савой", современный театр в Вестминстере, Лондон, был первым в мире общественным зданием, полностью освещенным электричеством. Свон поставил около 1200 ламп накаливания, питаемых генератором на открытой площадке рядом с театром. Строитель театра "Савой", Ричард Д'Ойли Карт, объяснил, почему он внедрил электрический свет Свона: "Несомненно, главные недостатки, омрачающие театральные представления, - это затхлый воздух и жара, пронизывающие все театры. Как всем известно, каждый газовый горельник потребляет столько же кислорода, сколько и многие люди, и выделяет значительное количество тепла. Лампы накаливания не потребляют кислорода и не выделяют ощутимого тепла". Первый генератор оказался недостаточно мощным для питания всего здания, и хотя весь зрительный зал был электрически освещен, сцена освещалась газом до 28 декабря 1881 года. На этом представлении Карт вышел на сцену и разбил перед зрителями светящуюся лампочку, чтобы продемонстрировать безопасность новой технологии Свона. 29 декабря 1881 года газета The Times описала электрическое освещение как визуально превосходящее газовое. Первой частной резиденцией, помимо дома изобретателя, освещенной новой лампой накаливания, была резиденция его друга, сэра Уильяма Армстронга в Крагсайде, недалеко от Ротбери, Нортумберленд. Свон лично руководил установкой там в декабре 1880 года. Свон сформировал "The Swan Electric Light Company Ltd" с фабрикой в Бенвелле, Ньюкасле, и к началу 1881 года организовал первое коммерческое производство ламп накаливания. Угольные стержневые и угольные нитевидные лампы Свона, хотя и функциональные, все еще были относительно непрактичными из-за низкого сопротивления (требовалось очень дорогостоящее толстое медное проводка) и короткого срока службы. В поисках лучшего филамента для своей лампы Свон невольно сделал еще одно открытие. В 1881 году он разработал и запатентовал процесс выдавливания нитроцеллюлозы через отверстия для получения проводящих волокон. Его вновь созданная компания (которая в результате слияния в конечном итоге стала Edison and Swan United Company) использовала целлюлозные нити Свона в своих лампах. Текстильная промышленность также использовала этот процесс. Первым кораблем, использовавшим изобретение Свона, был "City of Richmond", принадлежащий Inman Line. Он был оснащен лампами накаливания в июне 1881 года. Королевский флот также вскоре внедрил их на своих кораблях; HMS Inflexible был оснащен новыми лампами в том же году. Свон был одним из первых разработчиков электрической безопасности для шахтеров, представив свою первую модель в Ньюкасле-апон-Тайне в Институте горного и машиностроительного дела Северной Англии 14 мая 1881 года. Это требовало проводного питания, поэтому в следующем году он представил модель с батареей и другими улучшенными версиями. К 1886 году компания Edison Swan производила лампу с лучшей светоотдачей, чем пламенная лампа безопасности. Однако она страдала от проблем с надежностью и не имела успеха. Потребовались разработки других специалистов в течение следующих 20 лет или около того, прежде чем эффективные электрические лампы стали широко использоваться.

Joseph Wilson Swan was born in 1828 at Pallion Hall in Pallion, in the Parish of Bishopwearmouth, Sunderland, County Durham. His parents were John Swan and Isabella Cameron. Swan was apprenticed for six years to a Sunderland firm of pharmacists/druggists, Hudson and Osbaldiston. Swan subsequently joined Mawson's, a firm of manufacturing chemists in Newcastle upon Tyne, started in the year of Swan's birth by John Mawson The house was later converted into Beaconsfield School, a private fee paying grant aided co educational grammar school. Students there could still find examples of Swan's original electrical fittings. In August 1863 he presented his own design for a vacuum pump to a meeting of the British Association for the Advancement of Science. The design used mercury falling through a tube to trap air from the system to be evacuated. Swan's design was similar in construction to the Sprengel pump and predates Herman Sprengel's research by two years. Furthermore, it is notable that Sprengel conducted his research while visiting London, and was probably aware of the annual reports of the British Association for the Advancement of Science. Nonetheless, Joseph Swan and Thomas Edison are later reported to have used the Sprengel pump to evacuate their carbon filament lamps. In 1875, Swan returned to consider the problem of the light bulb with the aid of a better vacuum and a carbonised thread as a filament. The most significant feature of Swan's improved lamp was that there was little residual oxygen in the vacuum tube to ignite the filament, thus allowing the filament to glow almost white hot without catching fire. However, his filament had low resistance, thus needing heavy copper wires to supply it. Swan first publicly demonstrated his incandescent carbon lamp at a lecture for the Newcastle upon Tyne Chemical Society on 18 December 1878. However, after burning with a bright light for some minutes in his laboratory, the lamp broke down owing to excessive current. On 17 January 1879 this lecture was successfully repeated with the lamp shown in actual operation; Swan had solved the problem of incandescent electric lighting by means of a vacuum lamp. On 3 February 1879 he publicly demonstrated a working lamp to an audience of over seven hundred people in the lecture theatre of the Literary and Philosophical Society of Newcastle upon Tyne, Sir William Armstrong of Cragside presiding. Swan turned his attention to producing a better carbon filament, and the means of attaching its ends. He devised a method of treating cotton to produce "parchmentised thread", and obtained British Patent 4933 on 27 November 1880. From that time he began installing light bulbs in homes and landmarks in England. His house, Underhill, Low Fell, Gateshead, was the world's first to have working light bulbs installed. The Lit & Phil Library in Westgate Road, Newcastle, was the first public room lit by electric light during a lecture by Swan on 20 October 1880. In 1881 he founded his own company, The Swan Electric Light Company, and started commercial production. The Savoy, a state of the art theatre in the City of Westminster, London, was the first public building in the world lit entirely by electricity. Swan supplied about 1,200 incandescent lamps, powered by an generator on open land near the theatre. The builder of the Savoy, Richard D'Oyly Carte, explained why he had introduced Swan's electric light: "The greatest drawbacks to the enjoyment of the theatrical performances are, undoubtedly, the foul air and heat which pervade all theatres. As everyone knows, each gas burner consumes as much oxygen as many people, and causes great heat beside. The incandescent lamps consume no oxygen, and cause no perceptible heat." The first generator proved too small to power the whole building, and though the entire front of house was electrically lit, the stage was lit by gas until 28 December 1881. At that performance, Carte stepped on stage and broke a glowing lightbulb before the audience to demonstrate the safety of Swan's new technology. On 29 December 1881, The Times described the electric lighting as visually superior to gaslight. The first private residence, other than the inventor's, lit by the new incandescent lamp was that of his friend, Sir William Armstrong at Cragside, near Rothbury, Northumberland. Swan personally supervised the installation there in December 1880. Swan had formed "The Swan Electric Light Company Ltd" with a factory at Benwell, Newcastle, and had established the first commercial manufacture of incandescent lightbulbs by the beginning of 1881. Swan's carbon rod lamp and carbon filament lamp, while functional, were still relatively impractical owing to low resistance (needing very expensive thick copper wiring) and short running life. While searching for a better filament for his light bulb, Swan inadvertently made another advance. In 1881, he developed and patented a process for squeezing nitrocellulose through holes to form conducting fibres. His newly established company (which by merger eventually became the Edison and Swan United Company) used Swan's cellulose filaments in their bulbs. The textile industry has also used this process. The first ship to use Swan's invention was The City of Richmond, owned by the Inman Line. She was fitted with incandescent lamps in June 1881. The Royal Navy also introduced them to its ships soon after; with HMS Inflexible having the new lamps installed in the same year. Swan was one of the early developers of the electric safety lamp for miners, exhibiting his first in Newcastle upon Tyne at the North of England Institute of Mining and Mechanical Engineers on 14 May 1881. This required a wired supply, so the following year, he presented one with a battery and other improved versions followed. By 1886, a lamp with better light output than a flame safety lamp was in production by the Edison Swan Company. However, it suffered from problems of reliability and was not a success. It took development by others over the next 20 years or so before effective electric lamps were in common use.

Сочетание с Эдисоном

В рамках независимых линий исследований лампа накаливания Свана была разработана одновременно с лампой накаливания, над которой работал Томас Эдисон. Первая успешная лампа Свана и лампа Эдисона были запатентованы в 1880 году. Эдисон стремился к тому, чтобы его лампа была частью гораздо более крупной системы: долговечной лампы с высоким сопротивлением, которую можно было бы подключать параллельно для экономичной работы с создаваемой им крупномасштабной системой электрического освещения. В 1886 году компания Ediswan перенесла производство на бывшую джутовую фабрику в Пондерс-Энде, Северном Лондоне. В 1916 году Ediswan создала первый в Великобритании завод по производству радиотермионных ламп в Пондерс-Энде. Этот район, вместе с расположенным поблизости Бримсдауном, впоследствии стал центром производства термоионных ламп, катодных лучевых трубок и т.д., а прилегающие части Энфилда превратились в важный центр электронной промышленности на большую часть 20-го века. В конце 1920-х годов компания Ediswan вошла в состав British Thomson Houston и Associated Electrical Industries (AEI).

Фотография

Работая с мокрыми фотографическими пластинами, Свон заметил, что нагревание повышает чувствительность эмульсии бромида серебра. К 1871 году он разработал метод использования сухих пластин и заменил стеклянные пластины нитроцеллюлозным пластиком, тем самым положив начало эпохе удобства в фотографии. Восемь лет спустя он запатентовал бромидную бумагу, усовершенствования которой до сих пор используются для получения черно-белых фотографических отпечатков. В 1864 году Свон запатентовал процесс переноса для изготовления углеродных отпечатков – долговечного фотографического процесса. Добавив этап переноса, Свон смог легко создавать фотографии с полным тональным диапазоном.

Почести

В 1894 году Свон был избран членом Королевского общества (FRS), а в 1898 году – президентом Института инженеров-электриков. В то время Свон был одним из трех его почетных членов, двумя другими были лорд Кельвин и Генри Уайльд. Он также занимал пост президента Общества химической промышленности с 1900 по 1901 год, а в 1903 году был избран первым президентом Фарадеевского общества. Ему была присуждена медаль Хьюза Королевского общества, и он стал почетным членом Фармацевтического общества. В 1906 году он получил Альбертовскую медаль Королевского общества искусств. В 1945 году Лондонская энергетическая компания увековечила память Свона, назвав в его честь новый прибрежный угольщик SS Sir Joseph Swan водоизмещением 1554 GRT.

Личная жизнь

Свон первым браком женился на Фрэнсис "Фэнни" Уайт, третьей дочери Уильяма Уайта из Ливерпуля, 31 июля 1862 года в часовне Камбервелл-Чапел в Лондоне. У них родилось трое детей, доживших до взрослого возраста: Кэмерон, Мэри Эдмондс и Джозеф Генри. Фрэнсис умерла 9 января 1868 года, и 3 октября 1871 года он женился во второй раз на Ханне Уайт, младшей сестре Фрэнсис, в городе Невшатель, Швейцария. У них было пятеро детей: Хильда, Фрэнсис Изобель, Кеннет Рейден, Персиваль и Дороти. Сэр Кеннет Рейден Суон был адвокатом короны (QC) и признанным экспертом в области патентного права. Свон умер в 1914 году в своем доме в Оверхилле, Уорлингэм, графство Суррей. Среди присутствовавших на похоронах были представители Института инженеров-электриков, Института инженеров-механиков и Королевского общества.