Примечания переводчика:

Непоследовательное дефисное написание слов сохранено.

Исправлен ряд опечаток. Наведите указатель мыши на подчеркнутое слово в тексте, чтобы увидеть внесенные исправления. Полный список исправлений можно найти в конце текста.

На странице 19 периодом жизни Аристофана указан 488–385 гг. до н. э.; Аристофан родился около 448 г. до н. э.

СВЕТ И СВОБОДА

Книги столетия о полезной науке

Искусственный свет

ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ЦИВИЛИЗАЦИЮ

АВТОР

М. ЛАКИШ

ДИРЕКТОР ОТДЕЛА ПРИКЛАДНОЙ НАУКИ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ NELA НАЦИОНАЛЬНОГО ЗАВОДА ЛАМП КОМПАНИИ GENERAL ELECTRIC
Автор книг «Цвет и его применения», «Свет и тень и их применения», «Искусство освещения», «Язык цвета» и др.

С ИЛЛЮСТРАЦИЯМИ
В ВИДЕ ФОТОГРАФИЙ

НЬЮ-ЙОРК
ИЗДАТЕЛЬСТВО THE CENTURY CO.
1920

Авторское право, 1920 г.,
The Century Co.

ПОСВЯЩАЕТСЯ
ТЕМ, КТО ПООЩРЯЛ
ОРГАНИЗОВАННЫЕ НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАДИ
ПРОГРЕССА ЦИВИЛИЗАЦИИ

ПРЕДИСЛОВИЕ

На следующих страницах я попытался рассказать об искусственном свете для широкого читателя, избегая, насколько это возможно, сложных деталей. Первые главы посвящены преимущественно примитивному искусственному свету, и их содержание носит в целом исторический характер. Зарождение науки о производстве света можно отнести к концу XVIII века, и начиная с этого периода в нескольких главах рассматривается развитие искусственного света вплоть до настоящего времени. До середины XIX века был доступен лишь простой свет, но по мере развития столетия источники света благодаря применению науки становились все более мощными и эффективными. Постепенно простой свет превращался в лучший свет, а на заре XX века стал доступен адекватный свет. Всего за одно столетие после того, как началось серьезное развитие искусственного света, эффективность его производства возросла в пятьдесят раз, а стоимость соответственно снизилась. Следующая группа глав посвящена различным экономическим аспектам влияния искусственного света и некоторым областям, в которых искусственный свет служит человечеству. Пройдя через зрелищные аспекты освещения, мы в конечном счете переходим к эстетике света и освещения.

Цель состояла в том, чтобы показать, что искусственный свет тесно переплелся с человеческой деятельностью и оказал мощное влияние на прогресс цивилизации. Эта тема слишком обширна, чтобы ее можно было подробно осветить в рамках одного тома, однако были предприняты усилия представить изложение, достаточно полное по своему охвату. Есть надежда, что читатель сможет в полной мере оценить искусственный свет как экономический фактор, как художественное средство и как мощное влияние на безопасность, эффективность, здоровье, счастье и общий прогресс человечества.

М. Лакиш.

БЛАГОДАРНОСТИ

Приятный долг — выразить признательность различным компаниям за содействие в получении фотографий, иллюстрирующих эту книгу. За исключением таблиц 2 и 7, которые воспроизведены из прекрасных трудов Бенеша и Аллегемане соответственно, иллюстрации ранних осветительных приборов взяты из исторической коллекции, принадлежащей Исследовательской лаборатории Nela компании General Electric Co. Этой компании автор обязан таблицами 1, 3, 4, 5, 6, 9, 11, 15, 18b, 20, 21, 29; д-ру Макфарлану Муру — таблицей 10; компании Macbeth Evans Glass Co. — таблицей 12; Инженерному корпусу армий США — таблицей 13; заводу Lynn Works компании G. E. Co. — таблицами 14, 16; заводу Edison Lamp Works компании G. E. Co. — таблицами 17, 24; компании Cooper Hewitt Co. — таблицей 18a; компании R. U. V. Co. — таблицей 19; компании New York Edison Co. — таблицами 22, 26, 30; У. Д'Арси Райану и Скенектадскому заводу компании G. E. Co. — таблицами 23, 25, 31; компании National X-Ray Reflector Co. — таблицей 28. Помимо компаний и лиц, непосредственно упомянутых выше, автор рад выразить признательность за помощь другим лицам в ходе подготовки этого тома.

CONTENTS

CHAPTER PAGE

ILight and Progress 3
II The Art of Making Fire 15
III Primitive Light-Sources 24
IV The Ceremonial Use of Light 38
V Oil-Lamps of the Nineteenth Century 51
VI Early Gas-Lighting 63
VII The Science of Light-Production 80
VIII Modern Gas-Lighting 97
IX The Electric Arcs 111
X The Electric Incandescent Filament Lamps 127
XI The Light of the Future 143
XII Lighting the Streets 152
XIII Lighthouses 163
XIV Artificial Light in Warfare 178
XV Signaling 194
XVI The Cost of Light 208
XVII Light and Safety 225
XVIII The Cost of Living 238
XIX Artificial Light and Chemistry 256
XX Light and Health 269
XXI Modifying Artificial Light 284
XXII Spectacular Lighting 298
XXIII The Expressiveness of Light 310
XXIV Lighting the Home 325
XXV Lighting—A Fine Art? 341
 Reading References 357
 Index 359

СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ

Light and Liberty Frontispiece
 FACING PAGE
Primitive fire-baskets 16
Crude splinter-holders 16
Early open-flame oil and grease lamps 17
A typical metal multiple-wick open-flame oil-lamp 32
A group of oil-lamps of two centuries ago 33
Lamps of a century or two ago 56
Elaborate fixtures of the age of candles 57
Flame arc 128
Direct current arc 128
On the testing-racks of the manufacturer of incandescent
filament lamps 129
Carbon-dioxide tube for accurate color-matching 160
The Moore nitrogen tube 160
Modern street lighting 161
A completed lighthouse lens 176
Torro Point Lighthouse, Panama Canal 176
American search-light position on Western Front in 1919 177
American standard field search-light and power unit 177
Signal-light for airplane 232
Trench light-signaling outfit 232
Aviation field light-signal projector 232
Signal search-light for airplane 232
Unsafe, unproductive lighting worthy of the dark ages 233
The same factory made safe, cheerful, and more productive
by modern lighting 233
Locomotive electric headlight 240
Search-light on a fire-boat 240
Building ships under artificial light at Hog Island Shipyard 241
Artificial light in photography 256
Sterilizing water with radiant energy from quartz mercury-arcs 257
Judging color under artificial daylight 272
Artificial daylight 273
Fireworks and illuminated battle-fleet at Hudson-Fulton
Celebration 288
Fireworks exhibition on May Day at Panama-Pacific Exposition 289
The new flood lighting contrasted with the old outline
lighting 304
Niagara Falls flooded with light 305
Artificial light honoring those who fell and those who
returned 320
The expressiveness of light in churches 321
Obtaining two different moods in a room by a portable
lamp which supplies direct and indirect components
of light 336
The lights of New York City 337
Artificial light in community affairs 352
Panama-Pacific Exposition 353

ИСКУССТВЕННЫЙ СВЕТ

I

СВЕТ И ПРОГРЕСС

Человеческая раса родилась в рабстве, полностью подчиненная природе. Самые первые примитивные существа пировали или голодали в зависимости от щедрости природы, страдали от жары или замерзали в зависимости от погоды. С наступлением ночи они искали убежища с животным инстинктом, поскольку темнота не только почти полностью ограничивала деятельность, но и таила в себе множество опасностей за своей завесой. Интересно рассуждать о разнице между человеком и стоящим на ступень ниже его животным, но для нынешней цели может послужить определение человека как того животного, в котором живет неискорелимая и ненасытная жажда независимости. Стремление вырваться из оков природы не является исключительно человеческим инстинктом: животные роют норы или строят убежища в силу инстинкта самосохранения. Но этот инстинкт у животных вскоре насыщается, тогда как у людей он всегда вел вперед к полной эмансипации.

Прогресс цивилизации — это длинная цепь бесчисленных достижений, каждое из которых увеличивало независимость человека. Первобытный человек, возможно, не задумывал идею огня, а затем не отправлялся на его добычу. Его младенческий разум работал не так. Но когда он случайно высек искру, добыл огонь трением или обнаружил его иным образом, он увидел его возможности. Волнующе представлять первобытного человека у его первого костра, наслаждающегося теплом или по крайней мере интересующегося им. Но каким чудесным он должно быть стал, когда занавес сумерек опустился на небеса! Этот управляемый огонь испускал свет. Легко вообразить, как первобытный человек размышляет над этим явлением своим вялым умом. Без сомнения, он осторожно поднял пылающую палку и робко исследовал сгущающуюся темноту. Возможно, он отнес ее в свою пещеру, и о чудо — ночь отступила из его жилища! Ему больше не нужно было ложиться на свое ложе из листьев при наступлении темноты. Огонь не только изгонял ночной холод, но и был властью над темнотой. С точки зрения цивилизации, его открытие стало одним из величайших шагов на пути человеческого прогресса. Деятельность человека больше не ограничивалась восходом и закатом солнца. Началось шествие цивилизации.

В нынешнюю эпоху обильного искусственного света, с его многообразными источниками света и вспомогательными средствами, сделавшими возможными бесчисленные применения света, человечество не осознает важности этого комфорта. Его удивительное удобство и вездесущность привели к безразличному к нему отношению со стороны человечества в целом, несмотря на то, что он необходим для самого важного и просветительского чувства человека. Погасив свет и размышляя о своей беспомощности в образовавшейся темноте, человек может получить представление о его подавляющей важности. Те несчастные люди, которые страдают от страшного бедствия слепоты после многих лет зависимости от зрения, подтвердят в раздирающих душу выражениях важность света. Мильтон, у которого пропало зрение, сокрушается:

О первый сотворенный луч и ты, великое Слово

«Да будет свет», и свет разлился повсюду,

Почему я так лишен твоего первоначального веления?

Возможно, лишь через подобную потерю человек сможет в полной мере оценить колоссальное значение света для себя, но воображение должно быть способно убедить его в том, что это одно из самых необходимых и доставляющих удовольствие явлений, известных человечеству.

Ретроспективный взгляд сквозь призму веков обнаруживает в качестве контраста сложность, с которой искусственный свет вплетен в современную человеческую деятельность. Письменная история обрывается задолго до появления примитивных рас, но можно смело довериться воображению, чтобы проникнуть сквозь туман неписаной истории и обнаружить раннего человека, жмущегося в своей пещере по мере угасания дневного света. Побуждаемый неугомонным духом прогресса, этот первобытный человек ухватился за возможность, которую давал огонь, чтобы расширить свою деятельность за пределы границ светового дня. Грубое искусство на стенах его пещеры создавалось при свете дымящейся лучины. Огонь на уступе у входа в его жилище стал символом очага, подобно тому как огонь в очаге символизировал дом и гостеприимство на протяжении последующих веков. Сопутствующий свет и защита от холода объединились, чтобы утвердить семейный круг. Узы спарившихся животных расширились благодаря этим влияниям до семейных связей. Таким образом, свет рано вплелся в семейную жизнь и на протяжении веков был морализующим и цивилизующим влиянием. Сегодня жилище функционирует как дом главным образом при искусственном свете, поскольку в силу условий жизни и работы семейная группа собирается преимущественно после того, как дневной свет угасает.

От сосновой лучины первобытного человека до удивительно удобных источников света сегодняшнего дня лежит огромный интервал, состоящий, судя по ретроспективному взгляду, из маленьких и простых шагов, разделенных долгими периодами. Если судить по современным стандартам и достижениям, развитие поначалу шло медленно, и современный человек может быть склонен к нетерпению, рассматривая историю света и человеческого прогресса. Но достижения ранних веков, которые кажутся столь простыми в настоящее время, в действительности были великими свершениями, если рассматривать их в свете знаний тех отдаленных периодов. Наука в ее нынешнем виде основывается на доказанных фактах. Ученый, вооруженный знанием физических и химических законов, ведом своим воображением во тьму неизведанного неизвестного. Это знание освещает путь так, что гипотезы формируются осмысленно. Они перерастают в теории, которые постепенно изменяются в соответствии с накапливающимися фактами, ибо вдоль зоны боевых действий прогресса действуют бесчисленные разведывательные группы, добывающие секреты у природы. Их поддерживают отдельные лица и группы, которые проверяют, дополняют и систематизируют факты, а за ними в свою очередь следуют изобретатели, которые применяют их. Связь поддерживается во всех точках, но атака время от времени меняется. Она может быть интенсивной в одних местах, а другие сектора могут какое-то время оставаться тихими. Возникают случайные неудачи, но вся линия в целом прогрессирует. Каждый год свидетельствует о приобретении новых территорий. Видно, что на протяжении веков наблюдается постоянно растущий импульс по мере того, как знания, эффективность и организация увеличивают силу этой армии вторжения ученых и изобретателей.

Пылающая лучина спасла человечество от оков темноты, и жировая лампа, а также сальная свеча внесли свой вклад. Прогресс в те ранние века был медленным, потому что великие умы тех эпох философствовали без базы установленных фактов: научный прогресс происходил скорее благодаря накоплению случайных открытий, чем в результате направленной атаки философии, подкрепленной фактами, установленными экспериментально. Лишь сравнительно недавно, от силы три века назад, великие интеллекты обратились к систематически организованным научным исследованиям. Такие люди, как Ньютон, заложили основу для сегодняшних огромных шагов. Запас фактов увеличивался, и по мере того, как отношение менялось от философствования к исследованию, организованные знания росли не по дням, а по часам. Все это проложило путь к эпохальным успехам современности.

Конец не виден и, возможно, никогда не будет виден. Неизведанный регион простирается до бесконечности, и, судя по прошлому, импульс открытий будет продолжать расти в грядущие века, если только человеческая раса не деградирует из-за комфорта и легкости, полученных от использования волшебных секретов, которые постоянно исторгаются у природы. Среди достижений науки и изобретательства производство и применение искусственного света занимают высокое место. Как влияние на цивилизацию, ни одно отдельное достижение не превосходит его.

Без искусственного света человечество было бы сравнительно неактивным примерно половину своей жизни. На сегодняшний день довольно хорошо установлено, что человеческий организм может процветать при восьмичасовом сне в течение двадцати четырех часов. Другие восемь часов, проведенные в работе, должны исчерпывать долг человека перед миром. Оставшиеся часы должны принадлежать ему самому. Искусственный свет сделал возможным такое распределение времени. Рабочие периоды во многих случаях могут быть организованы в интересах экономики, что часто означает непрерывные операции. Солнце не нужно принимать во внимание, когда эти операции ограничены помещениями или локализованы на открытом воздухе.

Таким образом, искусственный свет был важным фактором в великом промышленном развитии современности. Человек теперь бурит землю, плавает под водой, путешествует по поверхности суши и моря и парит среди облаков, управляемый светом собственного изготовления. Прогресс не останавливается на закате, а продолжается двадцать четыре часа в сутки. Строительство, печать, производство, торговля и другая деятельность осуществляются непрерывно, рабочие смены меняются в определенные периоды независимо от восхода или захода солнца. Адекватное искусственное освещение уменьшает количество брака, увеличивает производство и является мощным фактором в предотвращении производственных травм.

Всегда, с момента появления искусственного света, было верно то, что интеллект в значительной степени питался после завершения дневной работы. Высокоразвитое искусственное освещение сегодняшнего дня может составлять причину большей части обширной издательской индустрии. Книги, журналы и газеты многим обязаны удобному и недорогому искусственному свету, ибо без него для отдыха и совершенствования посредством чтения было бы доступно меньше часов. Школы, библиотеки и художественные музеи можно посещать по ночам для улучшения человеческой расы. Говорят, что бессмертный Линкольн получил свое раннее образование во многом при свете камина. Но не все были одарены упорством Линкольна, поэтому неграмотность в его дни была более распространена, чем в нынешнюю эпоху адекватного освещения.

Театральная сцена не только зависит своей эффективностью от искусственного света, но и обязана своим существованием и развитием во многом этому фактору. В кинотеатре картины проецируются на экран с его помощью, и даже создание самих картин не зависит от дневного света. Эти и огромное число развлекательных мероприятий многим обязаны искусственному свету, а в некоторых случаях — самому своему существованию.

Не так много веков назад улицы по ночам кишели ворами, и отважиться выйти на улицу после наступления темноты означало навлечь на себя риск грабежа и даже физического вреда. В наши дни сравнительного благополучия трудно осознать влияние, которое обильное освещение оказало на повышение безопасности жизни и имущества. Метерлинк в своей поэтической драме «Синяя птица» уместно сделал Свет верным спутником человечества. Дворец Ночи, куда Свету не дозволено входить, является обителью множества зол. Таким образом, поэт обыграл первобытные инстинкты впечатлядости света и темноты.

Сочетая символизм света, цвета и темноты с инстинктами, унаследованными человечеством от его суеверных предков эпохи мифологии, открывается еще одна область применения искусственного света. Свет постепенно приобрел такие атрибуты, как истина, знание, прогресс, просвещение. На протяжении ранних веков свет в большей или меньшей степени почитался, и поэтому искусственные светящиеся приборы вплелись во многие религиозные церемонии. Некоторые из них сохранились до настоящего времени. Великие празднества мирных торжеств и всемирных выставок уместно используют искусственный свет в качестве ключевого элемента. Обращаясь к потенциалу выразительности и впечатлядости света и цвета, искусственный свет играет главную роль. Несомненно, будущие поколения будут развлекаться великолепными симфониями света. Эксперименты в этом направлении проводятся то тут, то там, и вполне разумно ожидать, что после многих веков культивирования признательности световым симфониям они займут свое место среди искусств. Сложная и изощренная музыка сегодняшнего дня оценивается цивилизованными нациями лишь после многих веков медленного воспитания вкуса и понимания.

Светолечение сегодня представляет собой отдельную науку и искусство. Бактерицидное действие световых лучей и некоторых невидимых лучей, которые обычно сопровождают световые лучи, хорошо доказано. Раны эффективно обрабатываются, а вода стерилизуется ультрафиолетовой лучистой энергией в современных искусственных источниках света.

Тысячи маяков, плавучих маяков и световых буев разбросаны вдоль морских побережий, рек и фарватеров. Они ведут рулевого и предупреждают дозорного о мелях и рифах. Некоторые из них испускают вспышки света, интенсивность которых измеряется миллионами свечей (сила света). Многие остаются без присмотра в течение дней и даже месяцев. Эти мощные огни, управляемые автоматическими механизмами, заменили костры, которые поддерживались несколько веков назад в определенных заметных точках.

Сигнальные огни теперь ведут железнодорожный поезд сквозь ночь. Горящий фальшфейер, сброшенный с хвоста поезда, удерживает идущий сзади поезд на безопасном расстоянии. Огромные прожекторы пронзают ночной воздух на много миль. Когда они оснащены шторками, с одного корабля на другой или между судном и сушей можно передавать сигналы по коду. Код мощного прожектора был прочитан на расстоянии ста миль, потому что вспышки проецировались на слой высоких облаков и благодаря этому были видны далеко за горизонтом.

Искусственный свет сыграл свою роль в недавней войне. Огромные прожекторные установки были разработаны с расчетом на портативность. Этот мобильный аппарат использовался против вражеских летательных аппаратов и самыми разными другими способами. Маленькие ручные лампы используются для посылки луча света по наводке пары прицелов, а код передается с помощью спускового крючка. Рейдовые группы больше не скрыты занавесом темноты, поскольку для освещения больших площадей используются ракеты и осветительные снаряды. Взлетающие вверх и медленно опускающиеся на парашютах факелы спасли и унесли немало жизней во время недавней войны. Ракеты используются кораблями, терпящими бедствие, а также окруженными войсками.

Проводятся эксперименты для выяснения возможностей искусственного света в стимуляции роста растений, и даже кур заставляют работать дольше благодаря его использованию.

Искусственный свет в настоящее время модифицируется по цвету или спектральному составу для удовлетворения многих требований. Дневной свет был воспроизведен по спектральному качеству, так что определенные процессы, требующие точного различения цвета, теперь выполняются двадцать четыре часа в сутки при искусственном дневном свету. Цветной свет изготавливается правильного качества, которое не влияет на фотопластинки разной чувствительности. Монохроматический свет используется в фотомикрографии для наилучшей передачи деталей. Световые волны использовались в качестве стандартов длины, поскольку они неизменны и фундаментальны. Множество других интересных применений искусственного света находится в ежедневном использовании.

Это поистине эпоха искусственного света, поскольку человечество не только стало независимым от дневного света в определенных отношениях, но и превзошло естественный свет. Управляемость искусственного света делает его превосходящим естественный свет во многих отношениях. Фактически, были найдены такие применения искусственного света, которые невозможны с естественным светом. Источники света могут изготавливаться самой разной формы, и их можно транспортировать куда угодно. Они могут быть оснащены рефлекторами и другими оптическими устройствами для направления или рассеивания света по мере необходимости.

Таким образом, искусственный свет сегодня имеет многочисленные преимущества перед светом, предоставленным Творцом. Иногда утверждают, что он никогда не сможет конкурировать с дневным светом по дешевости, поскольку последний ничего не стоит. Но это не так. Даже в жилом доме дневной свет стоит денег, поскольку окна дороже глухих стен. Расходы на мытье окон составляют заметный процент от стоимости газа или электричества. И нужно учитывать бой окон.

В более сложных зданиях в густонаселенных районах городов дневной свет удовлетворяет потребности меньшее число часов, чем в отдаленных районах. В некоторых магазинах, офисах и на фабриках искусственный свет используется в течение всего дня. Тем не менее оборудование дневного освещения устанавливается и обслуживается. Более того, если учесть, что много дорогой площади отдается под световые дворы, а много ценного пространства стен — под окна, то становится очевидным, что стоимость дневного света в перенаселенных городах на самом деле весьма значительна. Конечно, оборудование дневного освещения имеет ценность для вентиляции, но вентиляцию можно очень успешно решить как отдельную проблему.

Стоимость световых фонарей в музеях и других крупных зданиях намного выше стоимости обычных потолков и стен, а дополнительные расходы на отопление весьма ощутимы. Расходы на обслуживание некоторых световых фонарей значительны. Таким образом, видно, что стоимость и обслуживание оборудования дневного освещения, потеря ценной арендной и стеновой площади, а также возросшие расходы на отопление являются факторами, которые ставят под сомнение утверждение о том, что дневной свет ничего не стоит. Фактически, неудивительно обнаружить, что порой исключение дневного освещения — упование исключительно на искусственный свет — всерьез рассматривалось. Если учесть возможности последнего, вполне разумно ожидать, что он будет делать все большие успехи и что многие здания будущего будут оснащены исключительно системами искусственного освещения.

Естественно, с колоссальным развитием искусственного света в нынешнюю эпоху возникла новая профессия. Для удовлетворения потребностей формируется специалист по освещению. Он изучает проблемы производства и использования искусственного освещения. Он занимается физикой производства света. Его изучение вопросов использования приводит его в огромные области физиологии и психологии. Его профессия со временем приведет к многочисленным дорогам и тропинкам предпринимательства, поскольку возможности освещения распространяются на всю ту деятельность, которая обращается к сознанию через дверь зрения. Эти возможности ограничены только границами человеческих устремлений и в самом широком смысле простираются даже за их пределы, ибо свет является одним из самых видных факторов в плане творения. Он вносит большой вклад в безопасность, эффективность и счастье цивилизованных существ, и превыше всего он является мощным цивилизующим фактором.

II

ИСКУССТВО ДОБЫВАНИЯ ОГНЯ

В настоящее время по всему миру можно обнаружить различные стадии цивилизации: от примитивных дикарей до наиболее высококультурных народов. Хотя возможно, что на земле существуют племена низших существ, не знакомых с огнем или не знающих о его применении, дикари в целом умеют добывать огонь. Таким образом, использование огня может служить средством отличать людей от низших животных. Разумеется, современный дикарь, не умеющий разводить огонь или обладающий разумом, еще недостаточно развитым для понимания его возможностей, полностью находится во власти капризов природы. Он живет исключительно за счет животной силы и мало чем отличается по поступкам и потребностям от зверей джунглей. В этом воображаемом путешествии в отдаленные регионы за пределы окраин цивилизации вскоре становится очевидным, что развитие искусственного света может служить справедливым мерилом цивилизации.

Рассматривая развитие искусственного света, мы видим, что до наступления современной электрической эры человек повсеместно зависел от горящих материалов. Очевидно, путь цивилизации был весьма сложным и не может быть адекватно представлен ветвящимся деревом. Из своего неясного начала далеко в непроницаемом тумане доисторических времен оно ветвилось здесь и там. Эти различные ветви подвергались воздействию множества разных влияний, в результате чего одни процветали и выживали, другие регрессировали, третьи погибали, четвертые давали семена и падали, чтобы пустить корни и начать подъем вверх заново. Конечным результатом является разнообразная цивилизация настоящего времени, изучение которой помогает проникнуть сквозь вуаль, скрывающую эпохи дописьменной истории. Точно так же материальные реликвии ушедших веков предоставляют некоторые нити истории человеческого прогресса, а мифология помогает перекинуть мост через туманный провал между самыми ранними веками человека и периодом, когда начались исторические записи. На протяжении всех этих различных этапов становится очевидным, что развитие искусственного света связано с прогрессом человечества.

ПРИМИТИВНЫЕ ЖАРОВНИ ДЛЯ ОГНЯ

ПРИМИТИВНЫЕ ПОДСТАВКИ ДЛЯ ЛУЧИН

Согласно определенному мифу, Прометей похитил огонь с небес и принес это благо на землю. Во всех мифологиях различных рас огонь и, как следствие, свет ассоциировались с божественностью. Они были предметами поклонения, пожалуй, более всеобщими, чем что-либо другое, и эти ранние впечатления сохранились в церемониальном использовании света и огня даже до настоящего времени. Происхождение огня, представленное в любом из мифов суеверных существ ранних эпох, подходит не хуже любого другого, поскольку точные знания недоступны. Действующие вулканы, самовозгорание, трение, случайная фокусировка солнечного изображения и другие средства могли познакомить примитивных существ с огнем. Изучение диких племен современной эпохи в сочетании с обзором прошлой истории мифологии, материальных реликвий и отсутствия ламп или других осветительных принадлежностей приводит к выводу, что самым ранним источником света был костер.

РАННИЕ МАСЛЯНЫЕ И ЖИРОВЫЕ ЛАМПЫ ОТКРЫТОГО ПЛАМЕНИ

Даже сегодня дикари отдаленных земель не продвинулись дальше стадии костра, и их можно встретить коленопреклоненными на земле за энергичным, но умелым трением палочек друг о друга до тех пор, пока трение не разожжет огонь. Используя эти палочки для добывания огня, они преобразуют механическую энергию в тепловую. Это фундаментальный принцип физики, используемый ими по мере необходимости, но они абсолютно не знают о нем как о научном законе. Вещи, которым учатся эти дикари, являются результатом случайного открытия. До тех пор пока человек не задумался над такими простыми фактами и не скоординировал их так, чтобы расширить свои знания путем общих рассуждений, его прогресс не мог быть быстрым. Но вялый ум первобытного человека способен изобретать улучшения, пусть и медленно, и искусство добывания огня с помощью трения палочек постепенно совершенствовалось. Механические усовершенствования явились результатом опыта, в результате чего в конце концов одну палочку стали тереть туда-сюда в желобке или быстро вращать между ладонями, при этом один ее конец плотно прижимался к отверстию в куске дерева. В течение нескольких секунд или минуты, в зависимости от навыка и других условий, получался огонь. Интересно отметить, как цивилизованный человек часто вынужден необходимостью перенимать методы примитивных существ. Трение палочек является экстренной мерой мастера выживания в дикой природе в настоящее время, а добывание огня таким способом — предмет гордой гордости или амбиция каждого бойскаута.

Там, где были доступны лишь столь грубые средства разведения огня, в некоторых случаях вошло в обычай поддерживать постоянное горение огня в общественном месте. Вокруг этого пританея различные гражданские, политические и религиозные дела вершились при свете и тепле общественного огня. Многие причудливые обычаи, по-видимому, развились из этой древней процедуры.

Трутница прошлых веков, несомненно, зародилась в очень давние времена, ибо немыслимо, чтобы самые первые люди не заметили образования искр при ударе определенных камней друг о друга. В каменном веке, когда люди проводили много времени, высекая орудия и утварь из камня с помощью инструментов из того же материала, этот способ получения огня представляется постоянным очевидным фактом. Многие из их острых орудий, такие как ножи и наконечники стрел, были сделаны из кварца и подобных материалов, и вполне вероятно, что использование двух кусочков кварца для высечения искры зародилось в те отдаленные периоды. Известно, что аласкские и алеутские племена использовали два кусочка кварца, покрытые самородной серой. Когда ими искусно ударяли друг о друга, получались отличные искры.

Позже, когда стали доступны железо и сталь, была разработана более современная трутница. Раннее применение принципа кремня и огнива было осуществлено некоторыми эскимосскими племенами, которые добывали огонь, ударяя кусочком кварца о кусочек железного колчедана. Последний представляет собой желтый сульфид железа кристаллической формы, наиболее известный как «золото дураков». Несомненно, более примитивные существа использовали сухую траву, листья и мох в качестве воспламеняющегося материала, на который сыпались искры. В более поздние века трутницу наполняли обугленной травой, полотном и бумагой. Между развитием палочек для добывания огня и трутницы лежал долгий интервал, если судить по прогрессу цивилизации. В недавние века обычная оберточная бумага, смоченная в селитре и высушенная, успешно использовалась в качестве воспламеняющегося материала. Такие приспособления использовались в прошлые эпохи в широко разбросанных регионах земли. Сложные образцы трутниц с Ямайки, из Японии, Китая, Европы и различных других стран ныне покоятся в коллекциях музеев и частных лиц.

Если лучистая энергия солнца достаточно сконцентрирована на легковоспламеняющемся материале, последний воспламенится. Такая концентрация может быть достигнута с помощью выпуклой линзы или вогнутого зеркала. Этот метод получения огня не предшествует более примитивным методам, таким как удары по кварцу или трение деревянных палочек, поскольку требующиеся материалы нелегко найти или подготовить, но он имеет очень древнее происхождение. Аристофан в своей комедии «Облака», представляющей собой сатиру на науку и философию своего периода (488–385 гг. до н. э.), упоминает «зажигательное стекло». Почти каждый знаком с достижением, приписываемым Архимеду, в котором он уничтожил корабли в Сиракузах, сфокусировав на них изображение солнца с помощью вогнутого зеркала. Древние египтяне были искусны в искусстве стеклоделия, поэтому вполне вероятно, что «зажигательное стекло» применялось ими. Даже грубая стеклянная линза сфокусирует изображение солнца достаточно хорошо, чтобы вызвать воспламенение горючего материала.

Энергия солнечного света колоссально варьируется даже в ясные дни, поскольку водяной пар в атмосфере поглощает часть лучистой энергии, испускаемой солнцем. Это поглощенное излучение главным образом известно как инфракрасная энергия, которая не вызывает ощущения света. Когда содержание водяного пара в атмосфере велико, солнце, хотя оно может казаться глазу ярким, в действительности не так горячо, как было бы в отсутствие водяного пара. Тем не менее огонь можно разжечь, сконцентрировав только видимые лучи солнечного света из-за колоссальной интенсивности последнего. Выпуклая линза, созданная изо льда с помощью остроконечного камня и окончательно оформленная путем оплавления поверхностей при их растирании в ладонях, разожжет огонь в легковоспламеняющемся материале, если солнце высоко, а атмосфера довольно прозрачна. Зажигательные стекла в значительной степени используются в настоящее время в некоторых странах, и сообщается, что британские солдаты были ими снабжены во время англо-бурской войны. Показателем преобладающего применения стеклянной линзы в прошлом служит использование термина «зажигательное стекло» вместо линзы в научных трудах еще век или два назад.

По мере продвижения цивилизации ведущие умы стали исследовать тайны природы, и периоды чистой философии уступили место эре методичных исследований. Алхимия и суеверия стали отступать под натиском тех пионеров, у которых хватило смелости поверить, что план творения включает в себя обширную сеть неизменных законов. Таким образом, несколько веков назад родились мощные науки — физика и химия. Среди прочего внимание привлекло производство огня и света, и «темным векам» суждено было закончиться. Грубые, ненадежные и неудобные методы добывания огня сменились неуклонно совершенствующимися научными устройствами.

Спички поначалу были громоздкими, опасными и дорогими, но со временем они постепенно превратились в безопасные спички современности. Хотя изначально они предназначались для зажигания огня и различных видов ламп, миллиарды их теперь используются ежегодно в качестве удобных источников света. Тлеющая пенька или другой материал, обработанный селитрой и другими веществами, были ранней формой спички, используемой особенно для воспламенения огнестрельного оружия. Современная восковая свеча (восковая спичка) является эволюционной формой этого типа источника света.

Фосфор долгое время играл доминирующую роль в изготовлении спичек. Первая попытка сделать их в современном виде, по-видимому, имела место около 1680 года. Маленькие кусочки фосфора использовались в сочетании с небольшими деревянными лучинами, смоченными в сере. Этот тип спички не входил в широкое употребление до начала девятнадцатого века из-за своей опасности и дороговизны. Белый или желтый фосфор является смертельным ядом; поэтому прогресс фосфорной спички сдерживался до открытия относительно безвредной формы, известной как красный фосфор. Первое коммерческое применение этой формы было осуществлено примерно в 1850 году.

Раннее остроумное устройство состояло из кусочка фосфора, помещенного в трубку. В трубку плотно входил поршень, с помощью которого можно было сжать воздух и воспламенить фосфор. Серные спички воспламенялись от горящего трута, причем последний поджигался кремнем и кресалом. В 1828 году появилась другая форма спички, состоявшая из стеклянной трубки, содержащей серную кислоту и окруженной смесью хлорноватокислого калия и сахара. С каждой коробкой таких «спичек» поставлялась пара щипцов, с помощью которых можно было отломить кончик стеклянной трубки. Это освобождало кислоту, которая при смешивании с другими ингредиентами поджигала их. К этому приспособлению прилагался рулон бумаги, который воспламенялся от горящих химикатов.

Люциферовые или фрикционные спички появились примерно в 1827 году, но успешные фосфорные спички впервые были изготовлены примерно в 1833 году. Так называемая безопасная спичка нынешнего времени была изобретена в 1855 году. Сегодня общий ежедневный объем производства спичек достигает миллионов и, возможно, миллиардов. Автоматическое оборудование используется при подготовке деревянных лучин, окунании их в расплавленный парафиновый воск и, наконец, в зажигательную композицию.

В последние годы принцип трутницы возродился в устройстве, в котором искры получаются путем трения минерала церита (гидратированного силиката церия и родственных металлов) о сталь. Эти искры поджигают газовую горелку или фитиль, смоченный в легковоспламеняющейся жидкости, такой как бензин или спирт. Это устройство представляет собой трутницу современной научной эпохи.

Естественно, с появлением электричества электрические искры стали использоваться для зажигания газовых рожков и газовых сеток / мантия, а в отдельных случаях они служили источниками света. Без сомнения, каждый знаком с салонным трюком зажигания газового рожка от разряда статического электричества с кончиков пальцев, накопленного при шарканьи ногами по ковру на полу.

Хотя многие из этих методов и устройств использовались в первую очередь для добывания огня, они служили аварийными или кратковременными источниками света. На окраинах цивилизации некоторые из них применяются и в настоящее время, а различные современные источники света требуют метода зажигания.

III

ПРИМИТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА

Многим знаком свет светлячка или его личинок — светляка-червяка, но немногие осознают, что огромное количество насекомых и низших организмов наделены сверхчеловеческой способностью производить свет посредством физиологических процессов. По-видимому, главная функция этих световых установок внутри живых тел заключается не в том, чтобы обеспечивать светом в том смысле, в каком человек использует его преимущественно. То есть эти чудесные источники света, по-видимому, используются больше для сигнализации, приманивания добычи и защиты, чем для строго осветительных целей. Много исследований было посвящено производству света животными, поскольку эти секреты будут чрезвычайно ценны для человечества. Когда плывешь над приливной водой теплым вечерком после наступления темноты и наблюдаешь за пульсирующими точками фосфоресцирующего света, испускаемого низшими медузами, твое воображаемое настроение формулирует вопрос: «Почему эти низшие организмы наделены столь удивительной способностью?»

Несмотря на свой высокоразвитый разум и тело и свое хваленое превосходство, человек должен отправиться в путь и познать секреты производства света, прежде чем он сможет освободить себя от темноты. Если бы человек мог испускать свет в относительной пропорции к своему размеру по сравнению со светлячком, ему не понадобился бы никакой другой факел в угольной шахте. Каким независимым он был бы в кромешной тьме, где его приспособленные глаза нуждаются лишь в слабом источнике света! Первобытный человек, желая иметь источник света и не имея средств для разведения огня, заключал светящихся насекомых в перфорированную тыкву или глиняный сосуд и таким образом изобрел первый фонарь, возможно, еще до того, как научился добывать огонь. Светлячки Вест-Индии излучают непрерывное свечение значительной световой интенсивности, и туземцы использовали этих заточенных насекомых в качестве источников света. Таким образом, человечество проявило свое превосходство, приспособив имеющиеся под рукой средства к растущим потребностям, которые его независимая природа постоянно питала. Его настойчивое требование независимости, в свою очередь, питало его желание познать секреты природы, и это желание возрастало в интенсивности на протяжении веков.

Само по себе заключение светящегося насекомого в тюрьму было не большим шагом на пути прогресса, чем срыв аппетитного плода с дерева. Тем не менее грубый фонарь, возможно, направил его первобытный разум к возможностям искусственного света. Пылающая лучина от костра была предком масляной ламп(ы), свечи, фонаря и электрического карманного фонарика. Представляется предметом предположений, сколько времени прошло, прежде чем его слабый интеллект осознал, что смолистая древесина дает лучший источник света, чем менее горючие породы дерева. Тем не менее сосновые сучья и подобные смолистые куски дерева со временем стали предпочитать в качестве факелов, и их использование сохранилось до настоящего времени. В некоторых случаях в древние времена смола извлекалась из дерева и сжигалась в сосудах. Это было предтечей жировой и масляной ламп. В лесах сегодня умелец дикой природы держит ухо востро в поисках живых деревьев, пропитанных легковоспламеняющимися компонентами.

С точки зрения сегодняшнего дня, эти дымящие, мерцающие источники света выглядят очень грубо; тем не менее они представляют собой широкую пропасть между их пользователями и теми примитивными существами, которые были незнакомы с искусством добывания огня. Хотя костер преобладал в качестве источника света на протяжении бесчисленных веков, он подвергался большим или меньшим усовершенствованиям по мере продвижения цивилизации. Когда костер перенесли в помещение, день удлинился, и первобытный человек начал развивать свои зачаточные искусства. Он думал и планировал в комфорте и безопасности своей пещеры или хижины. При свете костра он мастерил орудия труда и даже украшал свое каменное окружение рисунками, которые сегодня раскрывают нечто из мыслей и деятельности человечества во времена цивилизации, существовавшей много тысяч лет назад.

Когда было слишком тепло для сильного огня на очаге, человек изобретал другие способы получения света без избыточного тепла. Он клал тлеющие угли на выступы в стенах, на каменные плиты или даже на подвесные приспособления из негорючего материала. Позже он расщеплял длинные щепки дерева из кусков, отобранных по прямоте волокон. Эти горящие щепки, испускавшие дымный, слабый свет, были грубыми, но представляли собой улучшения значительного достоинства. Свидетельством их удовлетворительности является их использование на протяжении многих веков. До самого недавнего времени горящая лучина использовалась в Шотландии и других странах, и вполне вероятно, что в настоящее время в отдаленных районах высокоцивилизованных стран это грубое устройство служит скудным нуждам тех, чьи потребности не были потревожены прогрессом цивилизации. Скотт в «Легенде о Монтрозе» описывает застольную сцену во время пира. Позади каждого сиденья стоял гигант-горец, державший пылающий факел из болотной сосны. Это был также метод освещения в гомеровскую эпох(у).

Грубые глиняные реликвии, изображающие человеческую голову, из рта которой выступали деревянные щепки, судя по всему, подтверждают сообщение о том, что пылающую лучину иногда держали во рту для того, чтобы обе руки рабочего были свободны. Держатели для лучин многих типов сохранились, но большинство из них имеют форму грубого пьедестала с выемкой или пружинным зажимом на верхнем конце. Лучина удерживалась в этом зажиме и горела в течение времени, зависящего от ее длины и характера древесины. В обязанности определенных лиц входило приготовление связок лучин, которые на более поздних стадиях цивилизации продавались на рынке или от дома к дому. Те, кто наблюдал за жителями фронтира даже среди цивилизированных рас, будут совершенно уверены в том, что древесина для лучин отбиралась и раскалывалась с умением, а лучины сжигались в условиях, которые давали бы наиболее удовлетворительный свет. Характерной чертой тех, кто живет близко к природе и потому ограничен в средствах, является приобретение удивительной эффективности в своей примитивной деятельности.

Очевидным шагом в использовании горящего дерева в качестве источника света было размещение такого огня на полке или в нише в стене. Позже, когда стал доступен металл, решетки или корзины подвешивались к потолку или к кронштейнам, и на них помещались тлеющие угли или пылающие щепки. Некоторые из них были оснащены грубыми дымоходами для отвода дыма и, возможно, для усиления тяги. В более столетия назад не предпринимались. В результате появился «мальчик с факелом» (линк-бой). С пылающим факелом он сопровождал пешеходов до их домов темными ночами. Эта практика была в ходу так недавно, что «мальчик с факелом» помнится еще живыми людьми. В Англии эта профессия, судя по всему, существовала примерно до 1840 года.

Несколько сродни деревянной лучине и являясь предком свечи, был камышовый фонарик (лучина из камыша). При сжигании дерева человек заметил, что смолистый или жирный материал увеличивает воспламеняемость и значительно добавляет к количеству испускаемого света. Логичным шагом было попытаться воспроизвести это условие искусственными средствами. В результате камыш срезали и вымачивали в воде. Затем его очищали от кожицы, оставляя отрезки сердцевины, частично поддерживаемые нитями кожицы, которые не были содраны. Эти палочки сердцевины выставляли на солнце для отбеливания и просушки, а после того, как они полностью высыхали, их окунали в кипящий жир, который сохраняли от кулинарных операций или добывали иным образом для этой цели. Тростинка длиной два-три фута, удерживаемая в держателе для лучины, горела около часа. Таким образом, видно, что человек начинал прогрессировать в развитии искусственного света. Разрабатывая камышовую лучину, он закладывал основу для изобретения свечи. Плиний упоминал о сжигании смоченных в масле тростинок как об элементе погребальных обрядов. Множество грубых предков свечи было разработано в различных частях света различными расами. Например, малайцы делали факел, заворачивая смолистую камедь в пальмовые листья, создавая таким образом грубую свечу с фитилем снаружи.

Многие примитивные способы использования растительных и животных жиров были предтечами масляной лампы. В Ост-Индии свечной орех, содержащий масличные семена, сжигался для получения света туземцами. Во многих случаях горящие рыбы и птицы служили лампами. На Оркнейских островах тушка буревестника с фитилем во рту использовалась в качестве источника света, а на Аляске рыба на расщепленной палочке обеспечивала грубый факел для туземцев. Эти примитивные методы получения искусственного света применялись на протяжении веков, и многие из них используются в настоящее время нецивилизованными племенами и даже цивилизованными существами в отдаленных уголках цивилизации. Конечно, прогресс ограничен там, где горящая рыба служит факелом или где в лучшем случае источники света слабы, дымны, мерцают и дурно пахнут!

Прогресс настаивал на источнике света, свободном от дефектов уже описанных грубых устройств, и следующими разработками стали усовершенствования в той степени, по крайней мере, что горение стало более полным. Ранние масляные лампы и свечи не испускали много дыма, но они все же оставались слабыми источниками света и не всегда были лишены заметных запахов. Тем не менее они ознаменовали огромный шаг вперед в производстве искусственного света. Хотя они не были научными разработками в современном смысле, ранняя масляная лампа и свеча представляли собой огромные возможности использования знаний, а не упования на сырые продукты природы в немодифицированных формах. Появление этих двух источников света на самом деле ознаменовало начало цивилизации, которой было суждено прогрессировать и выжить.

Хотя такие примитивные источники света, как горящая щепка и тлеющий уголь, дожили до нынешней эпохи, лампы, представляющие собой фитиль, погруженный в сосуд с животным или растительным маслом, используются более развитыми народами с доисторических времен. Масляные лампы можно увидеть на самых ранних римских изображениях. В период расцвета древней цивилизации на восточных берегах Средиземного моря сложное освещение осуществлялось с помощью неглубоких светильников для жира или масла. Трудно оценить время возникновения этой формы источника света, однако некоторые лампы, хранящиеся в коллекциях в настоящее время, судя по всему, были изготовлены еще за четыре-пять тысяч лет до нашей эры. Примечательно, что такие лампы по своим существенным деталям не слишком отличались от тех, которые использовались еще несколько веков назад.

Сначала в качестве жира использовался сырой жир животных. В ранних лампах также сжигались растительные масла. Японцы, например, добывали масло из орехов. Когда потребности цивилизации возросли, были предприняты значительные усилия для получения необходимых жиров и масел. Амфибий Севера и крупных морских млекопитающих истребляли ради их жира, а растительные источники культивировали. Позже спермацет и рапсовое масло стали самыми распространенными маслами, используемыми развитыми расами. Первое представляет собой животное масло, получаемое из головных полостей кашалота; второе — растительное масло, получаемое из семян рапса. Минеральное масло было внедрено в качестве осветительного средства в 1853 году, и в обиход вошла современная лампа.

Жировые и масляные лампы в целом имели такую форму, что их можно было легко переносить, и обладали плоским дном, благодаря которому они устойчиво стояли. Простейшие формы имели один фитиль, но в других множество фитилей погружались в один и тот же резервуар. Первые лампы делались из камня, но позже их стали лепить из глины или терракоты, а в конце концов — из металла. Обычно они были закрытыми, и фитиль выступал через отверстие в верхней части у самого края. Известно, что в древние времена использовались большие каменные сосуды, наполненные сотней фунтов жидкого жира. В качестве элемента оформления при праздновании фестивалей древние народы Азии и Африки расставляли вдоль улиц бронзовые сосуды, наполненные жидким жиром. Эскимосы и поныне используют эту форму лампы, топливом в которой служит китовый жир и тюлений жир-сырец. Между прочим, эти лампы также служат единственным источником искусственного тепла для их хижин и иглу. Тепло от этих слабых источников света и от их тел согревает этих жителей арктики внутри ледяных стен их жилищ.

ТИПИЧНАЯ МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ МНОГОФИТИЛЬНАЯ МАСЛЯНАЯ ЛАМПА ОТКРЫТОГО ПЛАМЕНИ

Очень красивые масляные лампы из латуни, бронзы и пьютера появились в таких странах, как Египет. Многие из них были созданы для религиозных церемоний и использовались в них. Масляные лампы Китая, Шотландии и других стран в более поздние века были усовершенствованы путем добавления поддона под резервуаром для масла, чтобы собирать стекающие с фитиля капли или масло, которое могло перелиться через край во время заправки. Китайские лампы иногда изготавливались из бамбука, но шотландские делались из металла. Плоская металлическая лампа, называемая крузи, была одним из главных изделий кузнецов и была широко распространена в Шотландии до середины девятнадцатого века. Этот тип лампы использовался многими народами и был найден в катакомбах Рима. Крузи обычно подвешивали на железном крюке, а подачу масла к фитилю можно было регулировать путем наклона. Фитиль в шотландских лампах состоял из сердцевины камыша, ткани или скрученных нитей. Эти ранние масляные лампы почти всегда представляли собой неглубокие сосуды, в которые погружался короткий фитиль, и лишь в конце XVIII века в широкое употребление вошли другие формы. Изменение формы было обусловлено главным образом внедрением научных знаний при появлении минерального масла. Еще в 1781 году впервые обсуждалось сжигание нафты, получаемой путем перегонки угля при низких температурах, но широкого применения это не нашло до более позднего периода. Это стало началом множества заметных усовершенствований масляных ламп и фактически рождением современной науки о производстве света.

ГРУППА МАСЛЯНЫХ ЛАМП ДВУХВЕКОВОЙ ДАВНОСТИ

По мере того как деятельность человека становилась все более сложной, он за счет растущего запаса знаний удовлетворял возрастающие потребности в освещении. В результате было создано множество изощренных осветительных приборов. Например, в Англии в XVII веке человек уже прокладывал ходы под землей в поисках угля и, конечно же, сталкивался с каменноугольными газами. Эти воспламеняющиеся газы первоначально стали известны благодаря зловещим последствиям, которые они так часто производили, а не своим полезным качествам. Хотя они были известны шахтерам задолго до того, как привлекли к себе научное внимание, самое раннее их описание в «Философских трудах Королевского общества» было представлено в 1667 году. Описание раннего газового освещения отложено до последующих глав, но вышесказанное отмечено здесь, чтобы представить новый ранний метод освещения в угольных шахтах, где встречались горючие газы. Обсуждая этот каменноугольный газ, другой ранний автор утверждал, что «он не загорается иначе как от пламени» и что «искры на него не влияют». Одно из ранних решений проблемы искусственного освещения в таких условиях резюмируется следующим образом:

До изобретения безопасной лампы сэра Хамфри Дэви это свойство газа породило множество приспособлений для обеспечения шахтеров достаточным светом для ведения работ; и одним из наиболее полезных среди этих изобретений была мельница для получения света с помощью искр, извлекаемых при ударе кремня о сталь.

Такой поток искр может показаться весьма грубым и неудовлетворительным решением по меркам сегодняшнего дня, но по меньшей мере это было изобретательное применение средств, доступных в то время. До внедрения защитной лампы в угольных шахтах прибегали к различным другим устройствам.

При обсуждении свечи необходимо снова вернуться к раннему периоду, поскольку она медленно развивалась на протяжении многих веков. Она является прямым потомком лучины, жировой лампы и различных примитивных приспособлений. До наступления более научного века искусственного освещения свеча занимала выдающееся положение среди ранних источников света. Она не выделяла заметного дыма или запаха, была удобна при переноске и менее хрупка, чем масляная лампа. Свечи использовались на протяжении всей христианской эры, и некоторые авторитетные исследователи склонны приписывать их происхождение финикийцам. Известно, что римляне использовали их, особенно восковые свечи, в религиозных церемониях. Финикийцы принесли их в Византию, но при турецком владычестве они исчезли и вновь вошли в употребление только в XII веке.

Восковая свеча была значительно дороже сальной до XV века, когда ее относительная стоимость несколько снизилась, сделав ее доступной для большей части населения. Тем не менее она долгое время использовалась главным образом богатыми людьми; уезжавший гость ранней викторианской гостиницы вполне мог обнаружить в своем счете такой пункт: «Для джентльмена, назвавшего себя джентльменом, — восковые свечи, 5 шиллингов». Бедняки пользовались сальными макаными свечами или ложились спать в темноте. Интересно отметить важность свечи в семейном бюджете прежних времен в различных поговорках. Например, фраза «Игра не стоит свеч» подразумевает, что стоимость света от свечей не игнорировалась. В наши дни в подобных условиях мало кто обращает внимание на стоимость искусственного света. Если человек «живет, паля свечу с обоих концов», он раточителен и не осознает последствий расточительства — будь то материальные блага или человеческая энергия.

С подъемом христианской церкви свечи стали использоваться в религиозных церемониях, и многие символы, смыслы и обычаи дожили до наших дней. Образцы тончайшего искусства прошлых веков можно обнаружить в старинных подсвечниках. Многие из этих антикварных предметов, которые нередко были дарами церкви, были сохранены для потомков именно церковью. Влияние этих осветительных принадлежностей часто заметно в современных осветительных приборах, но, к сожалению, раннее искусство часто страдает от адаптации к требованиям современных источников света, или же зрение страдает от бессмысленной преданности искусству, которая приводит к использованию современных источников света — незащищенных и слепящих — в тех местах, где не было необходимости затенять слабую свечу.

Самыми старыми материалами, используемыми для изготовления свечей, являются пчелиный воск и сало. Пчелиный воск перед использованием отбеливали. Сало топили и процеживали, а затем хлопчатобумажные или льняные волокна неоднократно погружали в него до тех пор, пока не достигалась желаемая толщина. В ранние века для фитилей использовалась сердцевина камыша. Сало в настоящее время используется только как источник стеарина. Спермацет, жировое вещество, получаемое из кашалота, был введен в свечное производство примерно в 1750 году, и огромное количество людей бороздило моря в поисках добычи для удовлетворения растущего спроса. Парафиновый воск, смесь твердых углеводородов, получаемая из нефти, вошел в употребление в 1854 году, и теперь вместе с ним используется стеарин. Последний повышает прочность свечи и снижает ее хрупкость. Некоторые из современных свечей изготавливаются из смеси стеарина и твердого жира, извлеченного из кокосового масла. Состав современных свечей варьируется, но все они являются результатом богатого опыта и применения научных знаний. Фитиль в настоящее время изготавливается главным образом из хлопчатобумажной пряжи, скрученной или сплетенной машинным способом и обработанной химикатами для обеспечения полного сгорания при горении свечи. Их структура является результатом многолетнего опыта, и теперь они изготавливаются так, что они изгибаются, погружаются в расплавленное топливо и полностью сгорают. Это устраняет необходимость обрезки фитиля.

Свечи изготавливались различными способами, включая окунание, заливку, протягивание и формование. Восковые свечи изготавливаются путем заливки, поскольку воск нельзя успешно формуровать. Протягивание в некоторой степени похоже на окунание, за исключением того, что процесс является более или менее непрерывным и осуществляется с помощью машин. Формование, как следует из самого термина, предполагает использование форм желаемого размера и формы.

Подсвечник эволюционировал от простейших деревянных предметов до искусно спроектированных и декорированных произведений искусства. Примитивный подсвечник был грубым и представлял собой не более чем некий держатель для поддержания свечи в вертикальном положении. Позже к стержню держателя была прикреплена чашечка для сбора капающего воска или жира. Последнее усовершенствование сохранилось на протяжении веков. Современная свеча отнюдь не является неудовлетворительным источником света. Те, кто имел дело с ней на окраинах цивилизации, подтвердят, что она обладает рядом привлекательных характеристик. Запасы свечей транспортируются без труда; зажженную свечу легко переносить с места на место; а свет в спокойной атмосфере весьма удовлетворителен, если проявлять здравый смысл при ее затемнении и размещении. Хотя в некотором смысле это примитивный источник света, во многих случаях он является благом и, между прочим, широко используется в настоящее время в промышленности, в религиозных церемониях, в качестве декоративного элемента на банкетах и в удаленных уголках цивилизации.

Этот рассказ об эволюции источников света перешагнул порог того, что можно назвать современным научным производством света, на примере свечи и масляной лампы. Существует период примерно в сто лет или более, в течение которого научный прогресс был медленным, но эти годы подготовили почву для экстраординарных достижений последних нескольких десятилетий.

IV

РИТУАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВЕТА

Поскольку символика и ритуальное использование света зародились в детстве человечества и подпитывались на протяжении эпохи мифологии, ранние источники света ассоциируются с этой фазой искусственного света в большей степени, чем современные. По этой причине представляется уместным изложить данное обсуждение до того, как мы перейдем к более поздним этапам развития и использования искусственного света. Более того, многие традиции освещения в настоящее время являются пережитками ранних эпох. Осветительные приборы демонстрируют влияние этого ответвления освещения, и в тех случаях, когда ритуальное использование света дожило до наших дней, современные источники света нельзя разумно применять на замену более примитивным без учета происхождения и существования этих обычаев. На самом деле свечи, скорее всего, будут использоваться еще сотки лет — в силу связанного с ними сентиментального чувства и устоявшихся обычаев, основанных на многовековом традиционном применении.

Несомненно, солнце как источник тепла и света и тех благ, которые они приносят на землю, в значительной степени несет ответственность за божественное значение, придаваемое свету. Тьма весьма заслуженно приобрела множество нелестных атрибутов, ибо за ее завесой таилась опасность, и она была подходящим жилищем для злых духов. Она вмещала в себя все то, что являлось антиподом добра, счастья и безопасности. Свет естественным образом стал священным, животворным и символизирующим божественное присутствие. Огонь был для первобытных существ самым впечатляющим явлением, которым они могли управлять, и он был достаточно таинственным в своем действии, чтобы оправдать связь с потусторонним. Поэтому вполне естественно, что эти ранние существа поклонялись ему как олицетворению божественного присутствия. Солнце в образе Ра было одним из главных богов древних египтян; а ассирийцы, вавилоняне, древние греки и многие другие ранние народы отводили этому божеству высокое место. У более простых народов солнце часто было единственным объектом поклонения, и те народы, которые поклоняются Свету как богу всего, в некотором смысле недалеки от истины. Огнепоклонники обычно считали огонь чистейшим представлением небесного огня, источника всего живущего.

Свет считался настолько великим благом, что с умершими хоронили лампы, дабы духи могли иметь его в загробном мире. Этот обычай был широко распространен, однако тот факт, что лампы не зажигались, указывает на то, что учитывался лишь материальный аспект. Интересно отметить, что лампы и другие источники света в языческих храмах и религиозных процессиях не носили символического характера, а являлись подношениями богам. В последующие века за светом закрепился более глубокий символический смысл, и горящие лампы стали помещать на гробницах важных персон. Захоронение ламп с умершими, по-видимому, зародилось в Азии. Финикийцы и римляне, судя по всему, продолжили этот обычай, однако в Греции и Египте его следов обнаружено не было.

Огонь и свет тесно переплелись в различных религиозных верованиях и их обрядах. Индийский фестиваль в честь богини процветания сопровождается зажиганием множества лампад в храмах и домах. В иудейских синагогах горят неугасимые лампады, и в их ритуалах огонь и свет играли видную роль. Преданный брахман поддерживает огонь в очаге и поклоняется ему как всеведущему и божественному. Он ожидает, что лучина от этого огня будет использована для зажжения его погребального костра, чьи огонь и свет сделают его дух пригодным для вступления в небесную обитель. Он поддерживает огонь на алтаре, поклоняется Агни, богу огня, и совершает огненные жертвоприношения по различным поводам, таким как обручения и свадьбы. Для мусульман зажженные лампы символизируют святые места, и Кааба в Мекке, содержащая черный камень, который, как полагают, был принесен с небес, освещается тысячами лампад. Множество сфер применения света в древние времена свидетельствует о его редкости и священной природе. Несомненно, растущее использование искусственного света на фестивалях и празднествах настоящего времени отчасти является результатом тлеющих обычаев минувших веков, а отчасти — признанием изначальной привлекательности или свойства света. Конечно, ничто не подходит лучше для выражения радости и процветания.

Во всех странах древние народы вплетали естественный свет и огонь в свои обряды и обычаи, поэтому естественным шагом стало использование искусственного света и огня тем же образом. Было бы утомительно и монотонно обозревать обширное поле древнего поклонения свету, поскольку лежащие в его основе идеи в целом схожи. Мифология греков иллюстрирует важность, придаваемую огню и свету образованными народами древности. Миф о Прометее подчеркивает тот факт, что в те отдаленные периоды огонь и свет считались имеющими первостепенное значение. Согласно этому мифу, огонь и свет содержались на небесах, и для их получения потребовались великая хитрость и дерзновение. Прометей похитил этот небесный огонь, за что был прикован к горе и обречен на страдания. Греки отмечают это событие как начало человеческой цивилизации. Все искусства прослеживаются от Прометея, и все земные несчастья — точно так же. Оглядываясь на прошедшую историю, кажется естественным думать о тех ученых, которые стали мучениками в поисках сокровенных секретов. Они принесли великие жертвы ради будущего блага цивилизации, и немало из них претерпели гонения даже в недавние времена. Греки признавали, что с обретением искусственного света началась новая эра. Его божественная природа была признана, и он стал объектом поклонения и средством выражения божественного присутствия. Происхождение огня и света сделало их священными. Огонь на алтаре занял свое место в религиозных обрядах, и из этого развилось множество ритуальных применений лампад, свечей и огня.

Греки и римляне жгли священные светильники в храмах и использовали свет и огонь в многочисленных церемониях. Эстафета с факелами, в которой молодые люди бежали с зажженными факелами, причем победителем становился тот, кто первым добирался до финиша с горящим факелом, берет свое начало в греческой церемонии зажжения священного огня. В древнеримской и греческой литературе имеется множество упоминаний о священных лампадах, горящих день и ночь в святилищах и перед статуями богов и героев. В дни рождения и праздники дома римлян специально украшались горящими лампадами. Весталки в Риме поддерживали священный огонь, который был принесен беглецами из Трои. В Древнем Риме, когда огонь в храме Весты гас, его вновь разжигали, трут один кусок дерева о другой до тех пор, пока не получался огонь. Его вносили в храм весталки, и священный огонь зажигался вновь. Огонь, произведенный таким образом, по какой-то причине считался священным.

Древние народы выставляли множество светильников в праздничные дни, и примером расточительства в этом отношении служит случай, когда император Константин приказал осветить весь город Константинополь восковыми свечами в канун Рождества. Каделябры в форме ветвистого дерева были широко распространены в римских храмах.

Ритуальное использование света в христианской церкви развивалось как за счет адаптации языческих обычаев, так и благодаря естественной символике огня и света. Однако в христианстве они приобрели более глубокий смысл, чем в ранние времена, поскольку являлись прежде всего видимыми изображениями или проявлениями божественного присутствия. Библия содержит множество упоминаний о важности и символике света и огня. Согласно Первой книге Моисея, деянием Творца сразу же после сотворения «неба и земли» было сотворение света. Слово «свет» является сорок шестым словом в Книге Бытия. Христос — «свет истинный», а христиане — «сыны света», ведущие войну против злых «сил тьмы». Когда апостол Павел обратился в веру, «осиял его великий свет с небес». Впечатляющая сила и символизм огня и света подтверждаются множеством библейских выражений. Христос стоит «посреде семи светильников» с «очами Его, как пламень огненный». Когда Святой Дух явился перед апостолами, «явились им разделяющиеся языки, как бы огненные». Когда апостол Павел проповедовал евангелие Христа в Александрии, «было много светильников», что наводило на мысль о праздничной иллюминации.

Согласно Библии, неугасимый огонь, который первоначально изошел с небес, должен был поддерживаться горящим на алтаре. Он был священным, и те, в чьи обязанности входило поддерживать его горение, совершали тяжкий проступок, если позволяли ему погаснуть. Если дозволялось возжигать его человеческим рукам, следовало наказание. Два сына Аарона, которые «принесли огонь чуждый пред Господом», были пожраны «огнем от Господа». Семисвечник горел вечно, и эти горящие источники света были необходимыми сопутствующими элементами богослужения.

Бесчисленные ритуальные применения огня и света, сложившиеся в минувшие века, неизбежно должны были повлиять на обряды и обычаи христианской церкви. Праздничная иллюминация языческих храмов в честь богов перешла в христианскую эру. Современная рождественская елка немыслима без множества ее огней. Ее иллюминация — это дань уважения света источнику света. Празднование Пасхи в храме Гроба Господня в Иерусалиме — типичный пример огнепоклонничества, сохранившегося с древних времен. В кульминационный момент богослужения происходит сошествие Благодатного огня. Центральные каделябры внезапно вспыхивают, и молящиеся, каждый из которых держит восковую свечу, зажигают от них свои свечи и бросаются по улицам. Огонь считается имеющим божественное происхождение и является символом воскресения. Этот обычай схож по своему значению со светом, который в прежние времена поддерживался перед богами.

В течение первых двух-трех веков христианской эры ритуальное использование света, по-видимому, не было столь масштабным. Писания того периода содержат утверждения, которые до некоторой степени высмеивают это применение. Например, один писатель II века утверждает: «В дни радости... мы не вторгаемся в дневной свет с лампадами». Другой, в IV веке, с сарказмом отзывается о «языческой практике» следующим образом: «Они зажигают светильники словно для того, кто находится в темноте. Можно ли считать в здравом уме того, кто подносит свет лампад и свечей Автору и Подателю всякого света?»

То, что свечи зажигались на кладбищах, подтверждается эдиктом, запрещавшим их использование днем. В катакомбах Рима были найдены светильники первых веков христианской эры, которые считаются ритуальными, поскольку их не хоронили вместе с усопшими. Их находили лишь в нишах стен. В те же века сложные каделябры, содержащие сотни свечей, поддерживались в горящем состоянии перед гробницами святых. Несмотря на существующие сомнения относительно масштабов ритуального освещения в первые века христианской эры, достоверно известно, что к началу V века ритуальное использование света в христианской церкви стало очень масштабным и прочно утвердилось. То, что это действительно так и что все еще существовали некоторые возражения, подтверждается многочисленными спорами. Одни считали лампады перед гробницами знаками идолопоклонства, а другие полагали, что нет никакого вреда, если религиозные люди таким образом пытаются почтить мучеников и святых. Некоторые ранние сочинения передают мысль о том, что ритуальное использование светильников в церкви возникло из сохранения светильников, необходимых при ночных богослужениях после того, как часы богослужений были перенесены на дневное время.

Миновав ранний период споров, ритуальное использование света повсеместно наблюдается на обычных церковных службах. По особым случаям, таким как похороны, крещения и венчания, было принято сложное алтарное освещение. Великолепные каделябры и неугасимая лампада упоминаются во многих письменных источниках. В начале V века папа римский приказал благословлять свечи и разработал ритуалы для этой церемонии. Вскоре после этого был учрежден праздник Сретения Девы Марии, который стал известен как Сретение Господне (Candlemas), поскольку в этот день благословлялись свечи на весь год. Однако, судя по всему, благословение свечей проводилось не во всех церквях. Алтарные свечи не использовались повсеместно до XIII века. Изначально это были семь свечей, которые переносили церковнослужители и ставили возле алтаря.

Обычай ставить зажженные светильники перед гробницами мучеников постепенно распространился на размещение таких светильников перед различными объектами сакрального или божественного значения. В конце концов сами определенные источники света стали объектами поклонения, вокруг них стали ставить другие лампы, и символика света стремительно возрастала. Епископ в VI веке провозгласил тройное подношение Богу, представленное горящей восковой свечой. Он указал, что фитиль из тростника происходит из чистой воды; что воск является продуктом девственных пчел; и что пламя послано с небес. Каждое из них, был он уверен, являлось подношением, угодным Богу. Восковые свечи стали ассоциироваться главным образом с религиозными церемониями. Позже воск стал символом Пресвятой Богородицы и тела Христова. Фитиль символизировал душу Христа, пламя представляло Его божественную сущность, и горящая свеча таким образом становилась символом Его смерти. Лампа, фонарь и лучина часто являются символами благочестия, небесной мудрости или духовного света. Огонь и пламя служат эмблемами усердия и ревностности либо страданий мученичества, а пылающее сердце символизирует пламенное благочестие и духовную или божественную любовь.

К наступлению Средних веков ритуальное использование света стало очень сложным, однако для Римско-католической церкви его можно разделить на три основные группы: (1) Они символизировали присутствие Бога или следствие Его присутствия; Христа или «сынов света»; либо радость и довольство на праздниках. (2) Они могли преподноситься во исполнение религиозного обета; то есть как акт поклонения. (3) Они могли обладать определенной божественной силой благодаря благословению церкви и поэтому быть полезными для души и тела. Эти три концепции отражены в молитвах, произносимых при благословении свечей на Сретение, следующим образом: (1) «О святый Господи... Который... повелением Своим соделал сию жидкость трудом пчел до совершенства воска... молим Тебя... благослови и освяти сии свечи на пользу людям и во здравие тел и душ...» (2) «...сии свечи, которые мы, рабы Твои, желаем нести зажженными для прославления имени Твоего; дабы, принося их Тебе, будучи достойно воспалены святым огнем сладчайшей Твоей любви, мы удостоились...» (3) «Господи Иисусе Христе, свет истинный... милостиво даруй, дабы, как сии огни, возжженные видимым огнем, рассеивают ночную тьму, так и сердца наши, озаренные видимым огнем», и т. д.

В целом ритуальное использование света в этой церкви зарождалось как мощное представление Христа и спасения. В канун Пасхи зажигается новый огонь, символизирующий воскресшего Христа, и все свечи в течение года зажигаются от него. Во время богослужения Страстной недели перед алтарем устанавливают тринадцать зажженных свечей, и по мере того как поются покаянные песнопения, их гасят одну за другой. Когда остается гореть только одна, ее уносят за алтарь, символизируя тем самым последние дни Христа на земле. Говорят, что этот обряд прослеживается до VIII века. В пасхальный вечер, после того как новый огонь зажжен и благословлен, определенные световые церемонии символизируют воскресение Христа. От этого нового огня зажигаются три свечи, а от них — Пасхальная свеча. Происхождение последней неопределенно, но она символизирует победоносного Христа. От нее зажигаются все ритуальные огни церкви, и тем самым они служат эмблемой присутствия света Христа.

Многие интересные ритуальные применения можно проследить, но пространство позволяет бросить взгляд лишь на некоторые из них. Во время таинства крещения пасхальная свеча погружается в воду, чтобы последняя действовала как регенерирующий элемент. Крещеный ребёнок возрождается как сын света. Зажженные свечи вкладываются в руки крещеных или их восприемников. Те, кто собирается принести обеты, несут светильники перед церковнослужителем, и та же идея заложена в обычай нести или держать светильники в других случаях, таких как свадьбы и первое причастие. Светильники расставляются вокруг тел усопших и проносятся во время похорон. Они не только защищают усопшего от сил тьмы, но и символизируют умершего как продолжающего жить в свете Христа. Использование зажженных свечей вокруг тел усопших до сих пор в некоторой степени сохраняется среди протестантов, однако их значение было утрачено из виду. Даже в XVIII веке похороны в Англии сопровождались зажженными лучинами, но ношение светильников в других процессиях, по-видимому, прекратилось с Реформацией. В некоторых частях Шотландии до сих пор существует обычай ставить две зажженные свечи на стол рядом с покойником в день похорон.

Учитывая важность света в церковном ритуале, неудивительно, что угашение светильников является частью обряда отлучения от церкви. Такой обряд описывается в раннем сочинении следующим образом: «Двенадцать священников должны стоять вокруг епископа, держа в руках зажженные факелы, которые по завершении анафемы или отлучения они должны бросить вниз и растоптать ногами». Когда отлученный от церкви восстанавливается в правах, ему в руки вкладывают зажженную свечу как символ примирения. Эти и многие другие ритуальные применения света практиковались и практикуются, но они не всегда являются обязательными. Кроме того, обычаи менялись с течением времени, но те немногие, которых мы коснулись, иллюстрируют ту впечатляющую роль, которую свет играл в религиозных службах.

Во время Реформации ритуальное использование света претерпело значительные изменения и было отменено в протестантских церквях как пережиток суеверий и папской власти. В лютеранских церквях ритуальные огни в основном сохранились, в Церкви Англии они подвергались многочисленным изменениям, главным образом посредством эдиктов правителей. В последней церкви велось множество споров по поводу ритуальных огней, и их использование было одним из пунктов обвинения ряда церковных должностных лиц в делах об импичменте перед Палатой общин. Многие виды использования света в религиозных церемониях были возрождены в соборах после Реставрации и получили широкое распространение в Англии в XIX веке. Еще в 1889 году Архиепископ Кентерберийский постановил, что определенные ритуальные свечи законны согласно Молитвослову Эдуарда VI, но весь вопрос остался открытым и нерешенным.

Эти ответвления искусственного света сложны и увлекательны, потому что их изучение ведет по многим руслам и далеко в мрак детства человечества. Взгляд на них важен при обзоре влияния искусственного света на прогресс цивилизации, поскольку в этих обычаях мы сталкиваемся с врожденной и приобретенной выразительностью света. Хотя многие ритуальные применения света сохраняются, сомнительно, чтобы большинство людей оценивало их значение и особенно их происхождение. Тем не менее мы не встретим более увлекательной фазы искусственного света, чем эта, которая уходит корнями в основание цивилизации.

V

МАСЛЯНЫЕ ЛАМПЫ ДЕВЯТНАДЦАТОГО ВЕКА

Следует отметить, что источниками света на протяжении всех ранних веков были пламя и результат горения материала. Этот принцип производства света сохраняется до настоящего времени, однако в конце XIX века определенные новшества произвели революцию в искусственном освещении. Тем не менее в этой главе не входит в наши планы углубляться в современный период, за исключением прослеживания прогресса масляной лампы через ее период научного развития. Масляная лампа и свеча были оплотом искусственного освещения на протяжении многих веков. Жиры и воски, сжигаемые этими источниками света, были самыми разнообразными, но в последние века это были главным образом сало, спермацетовое масло, спермацет, лярдовое масло, оливковое масло, рапсовое масло, пчелиный воск и растительные воски. Те виды топлива, которые не являются жидкими, перед непосредственным сгоранием плавятся до жидкого состояния под воздействием тепла пламени. Свеча относится к последнему типу, и несмотря на ее нынешнее скромное положение и примитивный характер, она действительно является изобретательным устройством. Ее топливо остается удобно в твердом виде, благодаря чему его легко перевозить и хранить; здесь нет ничего, что могло бы пролиться или разбиться так, что это нельзя было бы легко починить; но при зажигании тепло пламени расплавляет твердое топливо, и таким образом свеча превращается в «масляную лампу». Животные и растительные масла использовались в основном до середины XIX века, пока нефть не стала производиться в количествах, достаточных для внедрения минеральных масел. Это ознаменовало начало эры разработок в области масляных ламп, которые, однако, в целом были естественным продолжением ранних разработок Ами Аргана.

Прежде чем человек обнаружил, что природа запасла в земле огромные залежи минерального масла, он был вынужден повсеместно искать жиры и воски для обеспечения себя искусственным светом. Ему также приходилось терпеть неприятные запахи от сырого топлива, и в ранних экспериментах с жирами и восками запах тщательно фиксировался как важный фактор. Сало было побочным продуктом кухни или мясника. Стеарин, составная часть сала, представляет собой соединение глицерина и стеариновой кислоты. Его получают путем химического расщепления глицеридов животных жиров и отделения жирных кислот от глицерина. Жиры являются глицеридами, то есть комбинациями олеиновой, пальмитиновой и стеариновой кислот. Поскольку первая при обычных температурах жидкая, а остальные — твердые, отсюда следует, что консистенция или твердость жиров зависит от относительных пропорций этих трех составляющих. Кашалот, обитающий в более теплых частях всех океанов, подвергался безжалостной охоте ради топлива для искусственного освещения. В его головных полостях спермацетовое масло в жидком виде соседствует с белым воскообразным веществом, известным как спермацет. Рапсовое масло добывается из семян рапса, а оливковое — из спелых оливок. Воски представляют собой комбинации родственных кислот с основаниями, отчасти близкими к глицерину, но имеющими сложный состав. Жиры и воски в большей или меньшей степени связаны между собой, но их тщательное различие увело бы нас далеко в дебри органической химии. Все эти животные и растительные продукты, которые использовались в качестве топлива для источников света, богаты углеродом, что и обусловливает светоносность их пламени. Яркость такого пламени объясняется раскаленными частицами углерода, однако эта фаза производства света рассматривается в другой главе. Эти масла, жиры и воски по весу состоят примерно из 75–80 процентов углерода, 10–15 процентов водорода и 5–10 процентов кислорода.

До середины XVIII века масляные лампы представляли собой неглубокие сосуды, наполненные животным или растительным маслом, из которых выступали короткие фитили. Пламя было слабым и дыным, а запахи порой очень отталкивающими. Рассматривая такие источники света из нынешней эпохи, когда свет изобилен, удобен и свободен от огромных недостатков этих ранних масляных ламп, трудно представить себе возможность появления современной цивилизации из того периода без сопутствующего прогресса в производстве света. Усовершенствования, сделанные в XVIII веке, проложили путь к еще большему прогрессу в следующем столетии. Так обстоит дело во все времена, но существуют особые причины для колоссального импульса, который производство света получило за последнее полугодие. Таковыми являются обретение научных знаний в результате систематических исследований и применение этих знаний посредством организованных разработок.

Первое и наиболее заметное усовершенствование масляной лампы было сделано Арганом в 1784 году. Наша нация только организовывалась после успешной борьбы за независимость в то время, когда производство света зарождалось как наука. Арган создал трубчатый фитиль и внес величайший вклад, впервые совершив кажущееся простым действие — установив на лампу стеклянный цилиндр. Его горелка состояла из двух концентрических металлических трубок, между которыми располагался фитиль. Внутренняя трубка была открытой, так что воздух мог проникать к внутренней поверхности фитиля так же, как и к внешней. Ламповое стекло не только защищало пламя от сквозняков, но и улучшало горение за счет усиления притока воздуха. Оно опиралось на перфорированный фланец под горелкой. Если поднять стеклянный цилиндр современной керосиновой лампы, можно заметить, что пламя начинает мерцать и коптить, а при возвращении цилиндра на место оно становится ровным и бесдымным. Преимущества такого цилиндра теперь очевидны, но Арган по праву своих достижений заслуживает места среди великих людей, несших факел цивилизации. Он сделал первый шаг к достаточному искусственному свету и открыл новую эру в освещении.

Различные усовершенствования масляной лампы, достигнутые Арганом, в совокупности обеспечили полное сгорание, в результате чего впервые стали доступны устойчивые, бесдымные лампы значительной силы света. За этим последовало множество разработок, среди которых было сочетание резервуара и подачи под действием силы тяжести, поддерживавшее уровень масла постоянным. В более поздних лампах при переходе на минеральное масло это оказалось излишним, возможно, благодаря конструкции фитиля и физическим характеристикам масла, способствовавшим капиллярному эффекту в фитиле. Тем не менее уровень масла в резервуаре современных масляных ламп имеет некоторое значение для количества испускаемого света.

Лампа Карселя, появившаяся в 1800 году, состояла из двойного поршня, приводимого в действие часовым механизмом. Он нагнетал масло по трубке к горелке. Франшо изобрел в 1836 году модераторную лампу, которая благодаря своей простоте и эффективности вскоре вытеснила многие другие светильники, предназначенные для сжигания животных и растительных масел. Главной особенностью модераторной лампы является спиральная пружина, которая выталкивает масло вверх по вертикальной трубке к горелке. Они до сих пор в некоторой степени используются во Франции, но в силу того, что «механические» лампы со временем повсеместно уступили место более простым, описывать эти сложные механизмы подробно не представляется необходимым.

При умеренной перегонке угля получаются летучие жидкости. Эти углеводороды, будучи воспламеняемыми, естественно, привлекли к себе внимание при их перво¬начальном обнаружении, и в 1781 году было предложено использовать их в качестве топлива для ламп. Однако лишь к 1820 году легкие масла, получаемые путем перегонки каменноугольной смолы (побочного продукта угольно-газовой промышленности, находившейся тогда на ранней стадии своего развития), стали в некоторой степени сжигаться в лампе Холлидея. В этой лампе масло содержится в резервуаре, из дна которого тонкая металлическая трубка отводит масло вниз к горелке с розеткой. Масло нагревается пламенем, и вырывающиеся через небольшие отверстия пары минерального масла сгорают. Этот тип лампы претерпел множество физических изменений, но его принцип дожил до наших дней в газовых и керосиновых горелках, висящих на шесте у прилавка уличного торговца.

Хотя нефтепродукты не использовались в сколько-нибудь значительных целях для освещения до середины XIX века, минеральное масло упоминается Геродотом и другими ранними авторами. В 1847 году нефть была обнаружена в угольной шахте в Англии, но запасы быстро иссякли. Тем не менее первооткрыватель, Джеймс Янг, обнаружил, что это масло ценно в качестве смазочного материала, и после истощения этого источника он начал эксперименты по перегонке масла из сланца, обнаруженного в угольных пластах. Им суждено было стать краеугольным камнем нефтяной промышленности в Шотландии. В 1850 году он начал добывать нефть таким способом, но всерьез для целей освещения она не рассматривалась. Однако в Германии примерно в это время были разработаны лампы для сжигания легких фракций дистиллятов, и они были внедрены в нескольких странах. Но цена этих легких масел была настолько высока, что прогресс шел медленно, пока в 1859 году полковник Э. Л. Дрейк не обнаружил нефть в Пенсильвании. Изучив геологические формации и сделав вывод о том, что нефть можно добывать путем бурения, Дрейк подарил миру способ получения нефти в таких количествах, которым было суждено снизить цену на минеральное масло до невиданного ранее уровня. Мир в огромном долгу перед его воображением, которое видело в глубинах земли огромные резервуары нефти. Лампы импортировались из Германии во все части цивилизованного мира, и керосиновая лампа стала преобладающим источником света. В следующее десятилетие в США были выданы сотни патентов на масляные лампы и их усовершенствования.

ЛАМПЫ СТО- ИЛИ ДВУХСОТЛЕТНЕЙ ДАВНОСТИ

Сырая нефть, разумеется, не пригодна для целей освещения, но она содержит компоненты, которые вполне подходят. Различные компоненты сортируются с помощью фракционированной перегонки, и масло для сжигания в лампах отбирается в соответствии с его летучестью, вязкостью, стабильностью и т. д. Оно не должно быть настолько летучим, чтобы иметь опасную температуру вспышки, и не столь стабильным, чтобы препятствовать хорошему горению. В ходе этой фракционированной перегонки в настоящее время получается огромное разнообразие продуктов. Бензин относится к чистым легким продуктам с плотностью около 0,65; керосин имеет плотность около 0,80; смазочные масла — от 0,85 до 0,95; кроме того, существует множество твердых веществ, таких как вазелин и парафин, которые широко используются для самых разных целей. Этот процесс очистки масел в настоящее время является источником парафина для изготовления свечей, в которых его обычно смешивают с такими веществами, как стеарин, для повышения температуры плавления.

ИСКУСНЫЕ СВЕТИЛЬНИКИ ЭПОХИ СВЕЧЕЙ

Сырая нефть обладает очень резким неприятным запахом; ее цвет варьируется от желтого до черного; а удельный вес колеблется примерно от 0,80 до 1,00, но обычно составляет от 0,80 до 0,90. Ее химический состав состоит главным образом из углерода и водорода в примерном соотношении примерно шесть к одному соответственно. Она представляет собой смесь парафиновых углеводородов с общей формулой CnH2n+2, причем отдельные представители этого ряда варьируются от CH4 (метана) до C15H32 (пентадекана), хотя твердые углеводороды еще более сложны. Нефть обнаруживается во многих странах, и Соединенные Штаты особенно благословлены ее великими запасами.

Обычная лампа, состоящая из фитиля, который всасывает минеральное масло и подает его к пламени, эффективна и сравнительно безопасна. Она требует осторожности и может вызвать бедствие при опрокидывании, однако ее несправедливо обвиняют во многих несчастных случаях. Недостатком керосиновой лампы по сравнению, например, с электрическим освещением является относительно большая вероятность несчастных случаев из-за беспечности пользователя. Этот момент подчеркивается в статистике страховых компаний, которая показывает, что пожары, вызванные керосиновыми лампами, происходят гораздо чаще, чем от других методов освещения. Если в современной лампе правильной конструкции используется плотно прилегающий фитиль и лампа гасится путем уменьшения пламени и дуновения поперек цилиндра, ее использование представляет небольшую опасность, за исключением случайной поломки или опрокидывания.

В масляных лампах в настоящее время используются минеральные масла с температурой вспышки выше 75 °F. Высоколетучие компоненты нефти опасны тем, что при обычных температурах они образуют с воздухом взрывоопасные смеси. Минеральное масло вроде керосина для безопасного использования в лампах не должно быть слишком летучим. Предпочтительно, чтобы воспламеняющиеся пары не выделялись при температурах ниже 120 °F. Масло должно обладать такими физическими характеристиками, чтобы подниматься к горелке за счет капиллярности из расположенного ниже резервуара. Оно испаряется под воздействием тепла пламени в смесь водорода и углеводородных газов, и эти газы сгорают в процессе горения под воздействием кислорода воздуха. Результирующими продуктами этого горения, если оно полное, являются углекислый газ и водяной пар. На каждую свечу силы света в час современной масляной лампой образуется около 0,24 кубического фута углекислого газа и 0,18 кубического фута водяного пара. То, что открытое пламя пожирает что-то из воздуха, легко продемонстрировать, заключив его в герметичное пространство. Пламя постепенно становится слабым и дыным и в конце концов гаснет. Следует отметить, что горящая лампа ухудшает атмосферу закрытого помещения, потребляя кислород и возвращая взамен углекислый газ. Это аналогично ухудшению атмосферы дышащими людьми, и тесты показывают, что на каждые две свечи силы света, испускаемые керосиновым пламенем, порча воздуха эквивалентна производимой одним взрослым человеком. Поскольку масляные лампы обычно имеют силу света от 10 до 20 свечей, видно, что одна лампа будет потреблять столько же кислорода, сколько несколько человек.

Для того чтобы масляные лампы давали яркий свет без дыма, горение должно быть полным. К горелке должно поступать правильное количество масла, и оно должно належным образом испаряться от тепла. Если поступает недостаточное количество масла, интенсивность света уменьшается, а если у горелки его оказывается слишком много, выделяется дым и другие продукты неполного сгорания. Важным фактором является фитиль, который за счет капиллярности интенсивно подает масло к горелке вопреки силе тяжести. На это свойство фитиля обычно смотрят равнодушно, но в действительности оно вызвано интересным и поистине удивительным феноменом. Фитили обычно изготавливаются из высококачественного хлопкового волокна, слабо спряденного в грубые нити, и они сплетены в рыхлую косичку. Фитиль должен быть сухим перед вставкой в горелку; и желательно, чтобы он был значительно длиннее, чем требуется просто для достижения дна резервуара. Пламя, горящее на открытом воздухе, будет коптить, поскольку к нему поступает недостаточно кислорода. Вредными продуктами этого неполного сгорания являются угарный газ и пары масел, которые представляют угрозу для здоровья.

Для подачи необходимого количества кислорода (воздуха) к пламени создается принудительная тяга. Дымоходы — это простой способ достижения этой цели, и в этом заключается их функция как в масляных лампах, так и на фабриках. Использовались и другие средства принудительной тяги, такие как небольшие вентиляторы или сжатый воздух. В железнодорожном локомотиве короткая дымовая труба недостаточна для подачи большого количества воздуха в топку, поэтому отработанный выхлопной пар направляется в трубу. С каждым шумным клубом дыма порция воздуха принудительно затягивается в топку через горящее топливо. В современной масляной лампе поток воздуха, создаваемый «тягой» дымохода, прерывается, а воздух рассеивается проволочной сеткой или отверстиями в основании горелки. Эти металлические детали, нагреваясь, также служат для подогрева масла перед тем, как оно достигает горящего конца фитиля, помогая тем самым испарению и горению.

Расход масла на одну свечу (силу света) в час значительно варьируется в зависимости от типа лампы и характера масла. Средний расход масляных ламп, сжигающих минеральное масло с удельной плотностью около 0,80 и довольно высокой температурой вспышки, составляет примерно от 50 до 60 граммов масла на свечу (силу света) в час для хорошо сконструированных пламенных ламп. Керосин весит около 6,6 фунта на галлон; следовательно, от современных ламп, использующих фитили, можно получить около 800 часовых свечей на галлон. Керосиновые лампы обычно имеют силу света от 10 до 20 свечей, хотя выпускаются и лампы до 100 свечей. Эти световые интенсивности относятся к максимальной горизонтальной силе света. В современной практике учитывается общий световой поток, который выражается в люменах, и на этой основе расход одного галлона керосина в час дает около 8000 люменов.

Были разработаны масляные лампы, в которых масло сжигается в виде распыленной струи под давлением воздуха. Они горят большим пламенем; однако серьезным недостатком является унос значительного количества несгоревшего масла. Эти лампы используются в промышленном освещении, особенно на открытом воздухе, и имеют преимущество потребления низкосортных масел. Они производят около 700–800 часовых свечей на галлон масла. Лампы такого типа больших размеров горят вертикальным пламенем высотой два или три фута. Масло нагревается по мере приближения к сопел и довольно хорошо испаряется при выходе на воздух. Имена Лучигена (Lucigen), Уэллса (Wells), Доти (Doty) и других связаны с этим типом лампы или горелки, которая представляет собой шаг в направлении воздушно-газового освещения.

В конце девятнадцатого века произошло множество разработок, которые шли параллельно с прогрессом газового освещения. Проводились эксперименты, вплотную приближавшиеся к следующему эпохальному событию в производстве света — появлению газовой сетки (мантии). Одним из них было использование платиновой сетки Китсоном. Он создал аппарат, похожий на масляную распылительную лампу, но в меньшем и более тонком масштабе. Горячее синее пламя было не очень ярким, и он попытался получить свет, нагревая сетку из тонкой платиновой сетки. Хотя эти сетки излучали яркий свет в течение нескольких часов, их светоиспускающая способность разрушалась из-за обугливания. После появления сетки Ауэра фон Вельсбаха лампа Китсона и другие добились успеха, используя ее. С этого момента внимание сосредоточилось на новом чуде, которое обсуждается в следующей главе после рассмотрения определенных научных принципов производства света.

Керосиновая или минерально-масляная лампа была благом для освещения в девятнадцатом веке, и даже сегодня она остается благословением во многих домах, особенно в деревнях, сельской местности и отдаленных уголках цивилизации. Ее широкое использование в настоящее время подтверждается тем фактом, что в нашей стране ежегодно производится около восьми миллионов ламповых стекол. Она удобна и безопасна при условии отсутствия небрежности, а также практически не имеет запаха. Ухудшение состава воздуха можно компенсировать правильной вентиляцией, и остается лишь неудобство поддержания ее в порядке, а также риск случайной поломки и опрокидывания. Керосиновый фонарь широко используется и поныне, но опасность, связанная с несчастными случаями, присутствует всегда. Последствия таких происшествий часто бывают серьезными, что иллюстрируется ужасным пожаром в Чикаго в 1871 году, когда корова миссис О'Лири опрокинула фонарь и стала причиной пожара, уничтожившего город. Современные разработки в области освещения постепенно вытесняют ту сферу, в которой масляная лампа царила безраздельно на протяжении многих лет. Установки ацетиленового освещения получили значительное распространение некоторое время назад, а сегодня автономные электростанции для освещения домов устанавливаются в больших количествах в сельских домах нашей страны.

VI

РАННЕЕ ГАЗОВОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Учитывая тот факт, что дымящаяся, мерцающая масляная лампа просуществовала на протяжении веков и вплоть до того момента, пока волшебное прикосновение Аргана в конце восемнадцатого века не превратило ее в достойный источник света, читатель склонен предполагать, что газовое освещение имеет недавнее происхождение. По-видимому, Уильям Мердок в Англии был первым, кто установил трубы для подачи газа в целях освещения. В статье в журнале «Философские труды Королевского общества Лондона» от 25 февраля 1808 года, в которой он дает отчет о первом промышленном газовом освещении, он заявляет:

Прошло уже почти шестнадцать лет с тех пор, как в ходе экспериментов, проводимых мною в Редруте в Корнуолле, касающихся количеств и свойств газов, получаемых путем дистилляции из различных минеральных и растительных веществ, я был побужден некоторыми предварительными наблюдениями над горением каменного угля испробовать горючее свойство получаемых из него газов...

Поскольку ему приписывают освещение своего дома с помощью газовых труб, эту экспериментальную установку можно считать созданной в 1792 году. В своем первом испытании он сжигал газ на открытых концах труб; но найдя это расточительным, он закрыл концы и просверлил в каждом по три маленьких отверстия, из которых расходились газовые пламена. Говорят, что однажды в экстренном случае он использовал женский наперсток, чтобы закрыть конец трубы; и поскольку наперсток был сильно изношен и, следовательно, содержал несколько маленьких отверстий, из них вырывались крошечные струйки газа. Считается, что этот случай привел к использованию маленьких отверстий в его горелках. Он также зажег уличный фонарь и имел наполненные газом пузыри, «чтобы носить их с собой ночью, с чем и со своей маленькой паровой повозкой, бегающей по дороге, он имел обыкновение изумлять людей». По-видимому, независимо от Мердока, ранее уже делались наблюдения относительно воспламеняемости каменноугольного газа. Задолго до этого д-р Клейтон описал некоторые наблюдения над каменноугольным газом, который он называл «духом углей». Он наполнял этим газом пузыри и хранил их некоторое время. Когда он проколол один из них булавкой и поднес свечу, газ загорелся у отверстия. Таким образом, у Клейтона появился переносной газовый светильник. Он занялся экспериментами по перегонке угля под влиянием опыта с газом из естественного угольного пласта и так описывает свой первоначальный лабораторный эксперимент:

Я достал немного угля и перегнал его в реторте на открытом огне. Сначала выделилась только флегма, затем черное масло, а после также поднялся дух, который я никоим образом не мог сконденсировать; но он сорвал мою обмазку и разбил мои стекла. Однажды, когда он сорвал обмазку, подойдя к ней вплотную, чтобы попытаться исправить ее, я заметил, что выделяющийся дух вспыхнул от пламени свечи и продолжал гореть с силой, вырываясь потоком, который я задувал и зажигал снова попеременно несколько раз.

Затем он обратил свое внимание на сохранение части газа и додумался использовать пузыри. Он был удивлен количеством газа, получаемого из небольшого количества угля; ибо, как он заявлял, «дух продолжал выделяться в течение нескольких часов и наполнял пузыри почти так же быстро, как человек мог бы надуть их ртом; и тем не менее количество перегнанного угля было ничтожно».

Хотя этот отчет появился в «Трудах Королевского общества» в 1739 году, существуют веские доказательства того, что д-р Клейтон написал его много лет назад, по крайней мере до 1691 года.

Но прежде чем углубляться в раннюю историю газового освещения, интересно узнать о знаниях, которыми обладали в семнадцатом веке в отношении природного и искусственного газа. Несомненно, в истории есть единичные случаи столкновений с природным газом. Конечно, наблюдательные люди прошлых веков замечали небольшое пламя, исходящее от конца палки, другой конец которой горел в костре или камине. Это газовая установка в миниатюре; ведь газ образуется на горящем конце деревянной палки и проводится через ее полое нутро к холодному концу, где он будет гореть, если его зажечь. Если кусок бумаги свернуть в виде трубки и несколько наклонить от горизонтального положения, из верхнего конца будет выделяться горючий газ, если нижний конец горит. Поднеся спичку близко к верхнему концу, мы можем зажечь эту струю газа. Тем не менее, несомненно, что до восемнадцатого века о газе для целей освещения было известно немного.

Литература древней нации часто упоминается как раскрывающая цивилизацию того периода. Конечно, научная литература, имеющая дело с конкретными фактами, является точным индикатором технических знаний определенной эпохи! О том, что в семнадцатом веке о природном газе и, несомненно, об искусственном газе было известно немного, свидетельствует краткий отчет под названием «Колодец и земля в Ланкашире, загорающиеся от свечи», составленный То. Шерли в «Трудах Королевского общества» в 1667 году. Большая часть своеобразного очаровательного колорита оригинала утрачена из-за невозможности представить текст в его первоначальном виде, но он воспроизведен настолько точно, насколько это практически возможно. Отчет был следующим:

Около конца февраля 1659 года, возвращаясь из поездки в мой дом в Уигане, я был увлечен рассказом об одном странном источнике, расположенном на земле некоего мистера Хокли (если я не ошибаюсь), примерно в миле от города, на дороге, ведущей в Уоррингтон и Честер: жители этого города с уверенностью утверждали, что вода этого источника горит, как масло.

Когда мы подошли к упомянутому источнику (будучи в компании из 5 или 6 человек) и поднесли зажженную свечу к поверхности воды, то, правда, внезапно образовалось большое пламя, которое обожгло столу дерева, растущего на вершине соседнего берега; вода же этого источника наполняла находившийся там ров и покрывала место горения. Я приложил зажженную свечу к разным частям воды, содержащейся в упомянутом рву, и обнаружил, как и ожидал, что при соприкосновении свечи с водой пламя гасло.

Снова зачерпнув блюдо воды в месте горения и поднеся к нему зажженную свечу, я обнаружил, что оно погасло. Тем не менее я заметил, что вода в месте горения кипела и вздымалась, как вода в горшке на огне, хотя, опуская в нее руку, я не чувствовал ее даже теплой.

Это кипение я посчитал происходящим от извержения каких-то битуминозных или сернистых паров, учитывая, что это место находилось не далее чем в 30 или 40 ярдах от устья расположенной там угольной шахты; и действительно, Уиган, Эштон и вся округа на много миль вокруг подстилаются углем. Затем, приложив руку к поверхности места горения воды, я обнаружил сильное дыхание, похожее на ветер, давящее на мою руку.

Когда вода была слита, я поднес свечу к поверхности сухой земли в той же точке, где перед этим горела вода; пары воспламенились и горели очень ярко и энергично. Конус пламени поднимался на полтора фута от поверхности земли, а основание его было размером с поля мужской шляпы. Затем я велел вылить на огонь ведро воды, которым он был сразу же потушен. Я не заметил, чтобы пламя было обесцвечено, как у сернистых тел, или имело какой-либо явный запах. Пары, когда они вырывались из земли и давили на мою руку, насколько я помню, совсем не были горячими.

Возвращаясь к экспериментам д-ра Клейтона, мы видим, что он указал на поразительные и ценные свойства каменноугольного газа, но, по-видимому, не уделял внимания его полезному применению. Кроме того, его отчет, судя по всему, не привлек особого внимания во время его публикации в 1739 году. Д-р Ричард Уотсон в 1767 году описал результаты экспериментов, которые он проводил с продуктами, образующимися при перегонке угля. В своем процессе он позволял газу подниматься через изогнутые трубки и особо отмечал «его высокую воспламеняемость, а также упругость». Он также наблюдал, что «он сохранил первое свойство после того, как прошел через большое количество воды». Его опубликованный отчет касался различных фактов и расчетов, относящихся к количествам кокса, дегтя и т. д., производимых из различных видов угля, и представлял собой ценный научный труд, но полезность свойства воспламеняемости каменноугольного газа, по-видимому, не пришла ему в голову.

Обычной привычкой научного исследователя природы является возвращение из экскурсий в ее малопосещаемые тайники с новым знанием, выставление его напоказ и возвращение за новым. Изобретатель проходит мимо и видит применения для некоторых из этих научных трофеев, которые имеют судьбоносные последствия для человечества. Сэр Хамфри Дэви описал свою примитивную дуговую лампу за три четверти века до того, как Брэш разработал дуговую лампу для практических целей. Максвелл и Герц соответственно предсказали и произвели электромагнитные волны задолго до того, как Маркони применил эти знания и разработал «беспроводную» телеграфию. Подобным же образом научные отчеты о производстве и свойствах каменноугольного газа опередили на много лет первоначальные применения, сделанные Мердоком в целях освещения.

До начала девятнадцатого века цивилизованный мир имел лишь смутное представление об осветительном свойстве газа, но практическое газовое освещение было вскоре обречено стать эпохальным событием в прогрессе освещения. Заря современной науки совпала с заверей светлой эры.

На литейном заводе Сохо в 1798 году Мердок сконструировал аппарат, который позволил ему продемонстрировать свой план освещения в более крупном масштабе и поэкспериментировать с очисткой и сжиганием газа так, чтобы устранить запах и дым. Сохо было уникальным учреждением, описанным как место,

куда приглашались и стекались люди гениальные из каждой цивилизованной страны, чтобы упражнять и проявлять свои таланты. Совершенствование производственных искусств было великой и постоянной целью его либеральных и просвещенных владельцев, господ Болтона и Уатта; и всякий, кто жил там, был окружен кругом людей ученых, изобретательных и искусных, готовых во всякое время воплотить в жизнь изобретения друг друга.

Амьенский мирный договор, принесший Англии мир, в котором она так нуждалась, предоставил Мердоку в 1802 году благоприятную возможность для публичной демонстрации газового освещения. Иллюминация предприятий Сохо по этому случаю описывается как «одна из необычайной пышности». Фасады обширного комплекса зданий были украшены большим количеством устройств, которые демонстрировали разнообразие форм газовых светильников. В то время это было световое зрелище величайшей новизны, и народ стекался отовсюду, «чтобы поглазеть на это чудесное проявление объединенных эффектов науки и искусства и восхититься им».

Естественно, Мердоку пришлось преодолеть множество трудностей в эти ранние дни, но он обладал мастерством и упорством. Его первые реторты для перегонки угля были похожи на обычную стеклянную реторту химика. Затем он испробовал чугунные цилиндры, помещенные перпендикулярно в обычную печь, и в каждый помещалось около пятнадцати фунтов угля. В 1804 году он сконструировал их с дверцами на каждом конце для подачи угля и извлечения кокса соответственно, но они оказались неудобными. В своей первой осветительной установке на фабрике Филлипса и Ли в 1805 году он использовал большую реторту в форме ведра с крышкой на нем. Внутри он установил свободную решетчатую корзину для удержания угля. Когда карбонизация завершалась, кокс можно было удалить целиком, извлекая эту корзину. Эта реторта имела емкость в пятнадцать сотен фунтов угля. Он трудился над механическими деталями, варьировал размер и форму реторт и экспериментировал с различными температурами, в результате чего заложил прочный фундамент для каменноугольного газового освещения. За свои достижения он имеет право на почетное место среди факелоносцев цивилизации.

Эпохальная черта развития газового освещения заключается в том, что здесь впервые появилась возможность обеспечить освещение в качестве общественного коммунального блага. В первые годы девятнадцатого века был заложен фундамент для великих организаций коммунального обслуживания настоящего времени. Более того, газовое освещение было улучшением по сравнению со свечами и масляными лампами с точек зрения удобства, безопасности и стоимости. Последние моменты подчеркиваются Мердоком в его докладе, представленном Королевскому обществу в 1808 году, в котором он описывает первую промышленную установку газового освещения. Он использовал два типа горелок: аргановскую и петушиный гребень. Первая в некоторых отношениях напоминала лампу Аргана, а вторая представляла собой трехпламенную горелку, напоминающую геральдическую лилию. В этой установке было 271 аргановских горелок и 636 петушиных гребней. Каждая из первых «давала свет, равный свету четырех свечей; а каждая из вторых — свет, равный двум с четвертью таких же свечей; составляя темность общую света газа чуть более чем 2500 свечей». Свеча, на которую он ссылается, была литьевой свечой «по шесть на фунт», и ее свет считался эталоном световой интенсивности при потреблении сала со скоростью 0,4 унции (175 гран) в час. Таким образом, свеча очень рано стала эталонным источником света и сохраняла это качество (с определенными вариациями в спецификациях) до настоящего времени. Однако в последние годы были разработаны другие эталонные источники света.

По словам Мердока, годовая стоимость газового освещения в этом первоначальном случае составляла 600 фунтов стерлингов после щедрого учета процентов на вложенный капитал и амортизации аппаратуры. Стоимость обеспечения такого же количества света с помощью свечей он исчислил в 2000 фунтов стерлингов. Это сравнение проводилось на основе в среднем двух часов искусственного освещения в день. На основе трех часов искусственного освещения в день относительная стоимость газового и свечного освещения составляла примерно один к пяти. Мердок был характерен своей скромностью при обсуждении своих достижений, и следующее его заявление следует читать с учетом условий 1808 года:

Своеобразная мягкость и чистота этого света с его почти неизменной интенсивностью снискали ему большую популярность у рабочих. А то обстоятельство, что он свободен от неудобств и опасности, проистекающих от искр и частой подрезки свечей, имеет существенное значение как средство уменьшения пожарной опасности, которой, как известно, подвержены хлопчатобумажные фабрики.

Хотя эта установка на фабрике Филлипса и Ли является первой, описанной Мердоком, в действительности она не является первой промышленной установкой газового освещения. В ходе разработки газового аппарата на предприятиях Сохо и после своей световой демонстрации в 1802 году он постепенно распространил газовое освещение на все основные цехи. Однако в некотором смысле это была экспериментальная работа. Другие применяли свои знания и изобретательность к проблеме практического внедрения газового освещения, но Мердока метко назвали «отцом газового освещения». Среди пионеров были Ле Бон во Франции, Бехер в Мюнхене и Винцлер, или Винзор, немец, которого привлекли возможности газового освещения благодаря выставке, устроенной Ле Боном в Париже в 1802 году. Винзор узнал, что Ле Бону был выдан патент в Париже в 1799 году на получение осветительного газа из дерева, и попытался получить права для Германии. Потерпев здесь неудачу, он принялся изучать секреты процесса Ле Бона, что ему и удалось, возможно, во многом благодаря накоплению информации непосредственно от изобретателя во время переговоров. Затем Винзор обратился к Англии как к плодородной почве для эксплуатации газового освещения и, проведя некоторое время эксперименты в Лондоне, составил планы организации Национальной тепловой и световой компании.

Винзор был прежде всего промоутером с небольшими техническими знаниями или вовсе без них; ибо в своих заявлениях и рекламе он пренебрегал фактами с легкостью, которой обладают только невежды. Он хвастался своими изобретениями и открытиями в самой гиперболической манере, что неизбежно должно было вызвать споры. Тем не менее он был умен и в 1803 году публично продемонстрировал свой план освещения с помощью каменноугольного газа в театре Лицеум в Лондоне. Он читал лекции, сопровождавшиеся интересными и поучительными экспериментами, и таким образом привлекал публику к своей выставке. Все это время он продвигал свою компанию, но его рекламный инстинкт заставлял его делать заявления экстравагантными и обманчивыми, что подвергало его насмешкам и подозрениям со стороны ученых людей. Его попытка получить определенные эксклюзивные права через акт Парламента провалилась из-за противодействия людей науки его претензиям и позиции, которую Мердок справедливо занял в целях самозащиты. Эти годы споров представляют собой занимательную литературу для тех, кто пожелает ее прочитать, но, к сожалению, пространство не позволяет останавливаться на ней. Расследования комитетов Парламента также предоставляют забавные штрихи. На протяжении всего этого Мердок выглядел скромным и консервативным и пользовался поддержкой авторитетных научных мужей, в то время как Винзор упорствовал в экстравагантных претензиях.

Во время одного из таких расследований сэр Хамфри Дэви был допрошен комитетом Палаты общин в 1809 году. Он опроверг претензии Винзора на превосходный кокс как побочный продукт и заявил, что производство газа путем перегонки угля было хорошо известно уже тридцать или сорок лет, а производство дегтя — столь же долго. Он заявил, что, по мнению Совета Королевского общества, Мердок был первым человеком, применившим каменноугольный газ для освещения на практике. Будучи секретарем Общества, сэр Хамфри Дэви заявил, что на последней сессии оно присудило медаль Румфорда Мердоку за «его экономичное применение газового света».

Винзор приступил к плаванию своей компании, не дожидаясь акта Парламента, и в 1807 году осветил улицу в Пэлл-Мэлл. Из-за сопротивления, которое он вызвал, и благодаря справедливым претензиям на приоритет со стороны Мердока, законопроект об инкорпорации Национальной тепловой и световой компании с капиталом в 200 000 фунтов стерлингов был отклонен. Однако в 1812 году ему удалось получить сильно измененную по форме хартию для Чартерной компании газового света и кокса, которая стала предшественницей нынешней Лондонской компании газового света и кокса.

Условия, наложенные на эту компанию, как изложено в раннем трактате о газовом освещении (Аккума в 1818 году), были следующими:

Полномочия и права, предоставленные этому корпоративному органу, весьма ограничены и умеренны. Составляющие его лица не имеют исключительных привилегий; их хартия не препятствует другим лицам вступать с ними в конкуренцию. Их деятельность ограничивается столицей, где они обязаны поставлять не только более сильный и лучший свет улицам и приходам, которые пожелают освещаться газом, но также по более дешевой цене, чем та, что платится за освещение упомянутых улиц нефтью обычным способом. Корпорации не разрешается торговать оборудованием для производства или подачи газа в частные дома, их капитал или акционерный капитал ограничен 200 000 фунтов стерлингов, а его Величество имеет право объявить хартию газового света недействительной, если компания не выполнит ее условий.

Прогресс этой молодой компании поначалу был медленным, но с назначением Сэмюэля Клегга инженером в 1813 году началась эра технических разработок. Были построены новые станции и внедрено множество усовершенствований. Большой шаг вперед был сделан благодаря улучшению методов очистки газа. Полезность газового освещения быстро росла по мере исчезновения предрассудков, но долгое время акции компании продавались по цене значительно ниже номинала. Примерно в это же время произошел первый взрыв газа, и члены Королевского общества создали прецедент, который жил и процветал: они назначили комитет для проведения расследования. Но, по-видимому, расследование имело некоторую ценность, поскольку оно привело «к некоторым полезным изменениям и новым модификациям в его аппаратуре и механизмах».

В течение этих лет внедрялось множество усовершенствований, и одно из них в 1816 году увеличило выход газообразного продукта из угля путем перегонки дегтя, полученного при первой перегонке. В 1816 году Клегг получил патент на горизонтальную вращающуюся реторту; на аппарат для очистки каменноугольного газа с помощью «известкового молока» и на ротационный газовый счетчик.

Прежде чем продвигаться слишком далеко, мы должны упомянуть раннюю работу Уильяма Генри. В 1804 году он публично описал метод получения каменноугольного газа. Помимо проведения экспериментов по производству и использованию каменноугольного газа для освещения, он посвятил свои знания химии анализу газа. Он также провел аналитические исследования относительной ценности дерева, торфа, масла, воска и различных видов угля для дистилляции газа. Его химические анализы в значительной степени показали свойства углеводорода, от которого зависела осветительная ценность. Результаты его работы были опубликованы в различных английских журналах между 1805 и 1825 годами и внесли большой вклад в развитие газового освещения.

Хотя первоначальный газовый счетчик Клегга был сложным и громоздким, он оказался полезным устройством. По сути, он представлял собой самое оригинальное и полезное изобретение, вызванное ранним газовым освещением. Позже Сэмюэл Кроссли значительно усовершенствовал его, в результате чего он получил широкое распространение, однако отнюдь не был принят повсеместно. Другим усовершенствованием, сделанным Клеггом в то время, было устройство, поддерживавшее давление газа приблизительно постоянным независимо от давления в газгольдере или цистерне. Клегг ушел из службы газовой компании в 1817 году с послужным списком достижений, которые прославили его имя в анналах газового освещения. Мердок, несомненно, имеет право на отличие за то, что он был первым человеком, применившим газовое освещение в крупных частных заведениях, но Клегг преодолел множество трудностей и был первым, кто осветил целыи город этим средством.

В Лондоне в 1817 году ежедневно производилось более 300 000 кубических футов каменноугольного газа, количества, достаточного для работы 76 500 аргановских горелок, дающих по 6 свечей каждая. Газовое освещение теперь вызывало огромный интерес и было прочно установлено. Вестминстерский мост был освещен газом в 1813 году, а улицы Вестминстера — в течение следующего года. Газовое освещение стало популярным в Лондоне к 1816 году, и в течение следующих нескольких лет оно было принято в главных городах и поселках Соединенного Королевства и на Континенте. Оно проникало в дома поначалу довольно медленно из-за опасений сопутствующих опасностей, отсутствия очистки газа и посредственного обслуживания. Только во второй половине девятнадцатого века оно стало повсеместно использоваться в жилых домах.

Газовая горелка, впервые примененная Мердоком, получила название «петушиный гребень» из-за формы пламени. Она обладала осветительной ценностью, эквивалентной примерно одной свече на каждый кубический фут сожженного в час газа. Следующим шагом было сплющивание сваренного конца газовой трубы и высверливание ряда отверстий в линию. По форме пламени эта форма горелки получила название «куриная бородка» (cockscomb). Она была несколько эффективнее горелки с петушиным гребнем. Следующим очевидным шагом было разрезать конец трубы с помощью тонкой пилы. Из этого разреза газ горел в виде листа пламени, называемого «летучая мышь» (bats-wing). В 1820 году Нильсон создал горелку, которая позволяла двум небольшим струям сталкиваться и тем самым образовывать плоское пламя. Эффективность этой «рыбьего хвоста» горелки была несколько выше, чем у более ранних. Ее пламя было более устойчивым, так как на него меньше влияли сквозняки воздуха. В 1853 году Франкланд показал аргановскую горелку, состоящую из металлического кольца, содержащего ряд отверстий, из которых выходили струи газа. Стеклянный колпак окружал их, другой колпак, простирающийся несколько ниже, окружал все это, а стеклянная пластина закрывала днище. Воздух, подаваемый к газовым струям, опускался вниз между двумя колпаками и нагревался перед тем, как достичь горелки. Это увеличивало эффективность за счет уменьшения количества охлаждения горелки воздухом, необходимым для горения. Это усовершенствование фактически было предшественником регенеративных ламп, разработанных позже.

В 1854 году Боудич выпустил регенеративную лампу, и благодаря чрезмерной известности, которую получила эта лампа, его обычно считают создателем регенеративной горелки. Этот принцип был принят в нескольких лампах, которые появились позже. Все они основывались на принципе нагрева как газа, так и воздуха, необходимого для горения, до их достижения горелки. Горелка чем-то похожа на перевернутый Арджан, расположенный так, чтобы создавать круговое пламя, проецирующееся вниз с центральным острием. Проходы для воздуха и газа находятся непосредственно над пламенем и нагреваются им. В 1879 году Фридрих Сименс выпустил лампу этого типа, которая была адаптирована из устройства, изначально разработанного для целей отопления, благодаря производимому превосходному свету. Это была лучшая газовая лампа до того времени. Позже Вэнем, Кромарти и другие запатентовали лампы, работающие по этому же принципу.

Мердок рано модифицировал аргановскую горелку, чтобы удовлетворить требования сжигания газа, и, используя дымоход, добился лучшего горения и более устойчивого пламени, чем от открытых горелок. Он и другие признали, что температура пламени оказывает значительное влияние на количество испускаемого света, и непроводящий материал, такой как стеатит, был заменен вместо металла, который охлаждал пламя, проводя от него тепло. Это были ранние шаги, приведшие в конечном итоге к регенеративной горелке.

Растущая эффективность различных газовых горелок обозначается следующими величинами, которые представляют собой приблизительную силу света на основе равных норм потребления, а именно одного кубического фута газа в час:

 Candle-power

per cubic foot of

gas per hour

Fish-tail flames, depending upon size 0.6 to 2.5
Argand, depending upon improvements 2.9 to 3.5
Regenerative 7 to 10

Видно, что возможности газового освещения были признаны в нескольких странах, каждая из которых внесла свой вклад в его развитие. Некоторые из более ранних описаний взяты главным образом из Англии, но они призваны служить лишь примерами возникавших трудностей. Несомненно, подобные споры возникали и в других странах, где пионеры также вынашивали газовое освещение до его зрелости. Однако несомненно, что значительная часть раннего прогресса освещения такого рода была зародилась в Англии. Газовое освещение было обречено стать процветающей индустрией и имеет такое важное значение в освещении, что отдельная глава посвящена его современным разработкам.

VII

НАУКА ПРОИЗВОДСТВА СВЕТА

В предыдущих главах была представлена значительная часть исторического развития искусственного освещения, и несколько тем были прослежены до современного периода, который знаменует начало интенсивного наступления ученых на проблемы, относящиеся к производству эффективных и адекватных источников света. Многие исторические события еще предстоит затронуть в последующих главах, но читателю необходимо в данный момент ознакомиться с некоторыми общими физическими принципами, чтобы он мог с большим интересом читать некоторые из следующих глав. Видно, что с точки зрения искусственного освещения «темные века» затянулись далеко в девятнадцатый век. Масляные лампы и газовое освещение начали серьезно развиваться в начале прошлого века, но пионеры уделяли внимание главным образом механическим деталям и отчасти химии топлив. Быстрого прогресса удалось достичь лишь тогда, когда к источникам света была применена физическая наука.

Все источники света, использовавшиеся на протяжении веков, и почти все современные излучают свет за счет накаливания твердых тел или твердых частиц, и интересным фактом является то, что углерод, как правило, является твердым веществом, испускающим свет. Это обусловлено различными физическими характеристиками углерода, главнейшей из которых является его чрезвычайно высокая температура плавления. Тем не менее, большинство практических источников света прошлого и настоящего можно разделить на два общих класса: (1) Те, в которых твердые тела или твердые частицы нагреваются за счет собственного горения, и (2) те, в которых твердые тела нагреваются каким-либо иным способом. Некоторые источники света включают оба принципа, а некоторые, возможно, не могут быть отнесены ни к одному принципу без оговорок. Светящиеся пламена горящего материала, такие как пламя лучин, свечей, масляных ламп и газовых рожков, а также тлеющие угольки горящего материала относятся к первому классу; а газовые сетки накаливания, электрические нити и в некоторой степени дуговые лампы представляют второй класс. Определенные «пламенеющие» дуги включают оба принципа, но свет светлячка, фосфоресценция и раскаленный газ в «вакуумных» трубках не могут быть включены в эту упрощенную классификацию. Статус этих явлений станет понятен позже.

Было замечено, что пламя служило видными источниками искусственного света; и хотя оно обладает низкой световой эффективностью, в нем все же есть много привлекательного с точки зрения портативности, удобства и дробления. Материалы, которые сжигались для получения света, будь то твердые или жидкие, богаты углеродом, и за яркость пламени благодаря своему накалу отвечают именно твердые частицы углерода. Струя чистого газообразного водорода будет гореть очень горячо, но с такой низкой яркостью, что ее едва видно. Если в пламя внедрить твердые частицы, обычно будет выделяться гораздо больше света. Газовая горелка бунзеновского типа, в которой полное сгорание достигается смешиванием воздуха в правильных пропорциях с газом, дает горячее пламя бледно-голубого цвета. При закрытии отверстия, через которое поступает воздух, пламя становится ярким и дымным. Пламя теперь становится менее горячим, о чем свидетельствует присутствие дыма или частиц углерода, и горение не является полным. Однако оно ярче, потому что твердые частицы углерода, проходя вверх через пламя, нагреваются до температур, при которых они светятся, и каждая из них становится миниатюрным источником света.

Внимательный наблюдатель заметит, что пламя спички, свечи или газового рожка неодинаково ярко по всей своей структуре. Читатель может убедиться в этом, зажегши спичку и наблюдая за пламенем. Ближе к нижней части всегда имеется розоватая или более темная область. В этой менее светящейся зоне воздух соединяется с водородом углеводорода, который подвергается испарению и распаду. Даже пламя свечи или горящей лучины представляет собой миниатюрный газовый завод, поскольку твердые или жидкие углеводороды испаряются до того, как сгореть. Из-за поступающего в этой точке более холодного воздуха пламя оказывается недостаточно горячим для полного сгорания. Несгоревшие частицы углерода поднимаются с его потоком и раскаляются до белого каления, что и объясняет наличие более яркой части. В случаях полного сгорания они в конечном итоге окисляются до углекислого газа до того, как успевают улетучиться. Если внести в пламя кусок металла, он немедленно покрывается сажей или углеродом, поскольку металл понижает температуру ниже точки, при которой химическая реакция — соединение углерода с кислородом — может продолжаться. Обычное плоское газовое пламя типа «летучая мышь» может иметь температуру в центральной части от 300 °F внизу до примерно 3000 °F вверху. Центральная область залегает между двумя более горячими слоями, в которых вертикальный перепад температур не столь велик. Яркость верхней части объясняется раскаленным углеродом, образовавшимся в нижней части.

Когда ученые путем исследования пламени выяснили, что яркость обусловлена излучением света раскаленным твердым веществом, был открыт путь для многочисленных экспериментов. В первые дни газового освещения проводились исследования с целью определения связи между осветительной способностью и химическим составом газа. Полученные результаты в сочетании со знанием о необходимости присутствия твердого углерода в пламени привели к усовершенствованию газа в целях освещения. Газ, богатый углеводородами, которые в свою очередь богаты углеродом, имеет высокую осветительную ценность. Тепловой эффект зависит от тепловых единиц, поэтому оценка газа в калориях или других тепловых единицах на кубический фут полностью удовлетворительна лишь для газа, используемого для отопления. Химический состав является лучшим индикатором осветительной способности.

По мере роста научных знаний предпринимались усилия по введению твердого вещества в пламя источников света. Вместо того чтобы ограничивать усилия углеродным составом газа, в пламя стали непосредственно помещать твердые материалы, и таким образом были разработаны различные горелки накаливания. Кусочек извести, помещенный в водородное пламя или пламя горелки Бунзена, начинает сильно нагреваться и ярко светиться. Создавая более горячее пламя с помощью паяльной лампы, в которой сжигаются водород и кислород, кусочек извести нагревали до более высокой температуры и получали более интенсивный свет. В Париже предпринималась серьезная попытка уличного освещения с использованием кнопок из диоксида циркония, нагреваемых в кислородно-угольно-газовом пламени, но она оказалась безуспешной из-за быстрого разрушения кнопок. Это было направление экспериментов, приведшее к разработке извести-света (лимлайта). Горелка накаливания нашла широкое применение, и до тех пор, пока использование электричества не стало повсеместным, известковый свет оставался главной опорой для сцены и проецирования фонарей. Он используется даже сегодня для некоторых целей. Происхождение фразы «быть в центре внимания» (в известковом свете) очевидно. Световая интенсивность оксигидрогенового известкового света в практическом применении обычно составляла от 200 до 400 свечей. Свет быстро уменьшается по мере использования горелки, если время от времени к пламени не подводить новую поверхность извести. При высоких температурах известь несколько летуча, и ее поверхность, по-видимому, меняет свою излучающую способность. Было обнаружено, что оксид циркония служит лучше, чем известь.

В газовые горелки вносились усовершенствования с целью получения более горячего пламени, в которое можно было бы вводить твердое вещество для получения яркого света. Использовалось множество материалов, но очевидно, что они ограничивались веществами с довольно высокой температурой плавления. Успешно применялись известь, магнезия, диоксид циркония и подобные оксиды. Если читатель пожелает провести эксперимент в подтверждение этого простого принципа, пусть он возьмет кусок магниевой ленты, используемой в освещении для фотографии, и поджёг ее в пламени Бунзена. Если удерживать ее осторожно во время горения, получится цельная лента пепла (магнезии). Поместив ее в слабосветящееся пламя, он будет удивлен яркостью ее свечения после нагревания. Простой эксперимент указывает на возможности производства света в этом направлении. Естественно, испробовали металлы с высокой температурой плавления, такие как платина, и примерно в 1880 году в практическое употребление вошла сеть из платиновой проволоки, по сути платиновая сетка. Город Нант освещался газовыми горелками с использованием этих платиново-сетчатых сеток, но сетки оказались неудачными из-за их быстрого разрушения. Это направление экспериментов в конце концов принесло плоды огромной ценности, ибо из него развилась газовая сетка.

Группа так называемых «редкоземельных элементов», среди которых цирконий, торий, церий, эрбий и иттрий (это оксиды циркония и др.), обладает рядом интересных химических свойств, некоторые из которых были с выгодой использованы при разработке современного искусственного света. Они представляют собой белые или желтовато-белые оксиды сильно огнеупорного характера, встречающиеся в некоторых редких минералах. Большинство из них очень яркие при нагревании до высокой температуры. Последняя особенность легко объясняется, если рассмотреть природу света и излучающие свойства веществ. Предположим, куски разных веществ, например стекла и извести, нагреваются в бунзеновском пламени до одинаковой температуры, достаточно высокой, чтобы заставить светиться оба. Несмотря на одинаковые условия нагревания, стекло будет лишь слабо светиться, в то время как кусок извести будет светиться ярко. Первое является плохим излучателем; кроме того, известь излучает относительно больший процент своей общей энергии в форме световой энергии.

Последний момент станет яснее, если читатель освежит в памяти природу света. Любой светящийся источник, такой как солнце, пламя свечи или лампа накаливания, испускает электромагнитные волны, мало чем отличающиеся от тех, что используются в беспроводной телеграфии, за исключением того, что они имеют гораздо меньшую длину волны. Глаз способен регистрировать некоторые из этих волн как свет точно так же, как приемная станция настроена на регистрацию диапазона длин волн электромагнитной энергии. Электромагнитные волны, испускаемые источником света вроде солнца, не все видимы, то есть не все они вызывают ощущение света. Те из них, которые это делают, составляют видимый спектр, и различные длины волн видимой лучистой энергии проявляются, вызывая ощущения различных спектральных цветов. Лучистая энергия наименьшей длины волны, воспринимаемая зрительным аппаратом, возбуждает ощущение фиолетового цвета, а наибольшей — ощущение глубокого красного. Между этими двумя крайностями видимого спектра главные спектральные цвета располагаются в порядке возрастания длин волн: синий, зеленый, желтый, оранжевый и красный. Электромагнитная энергия, излучаемая источником света в волнах слишком большой длины, чтобы восприниматься глазом как свет, называется в целом «инфракрасной лучистой энергией». Энергия с волнами слишком короткими для восприятия в качестве света именуется в целом «ультрафиолетовой лучистой энергией». Твердое тело при высокой температуре испускает электромагнитную энергию всех длин волн — от кратчайшего ультрафиолета до длиннейшего инфракрасного излучения.

Еще одна сложность возникает в вариации видимости или светимости энергии длин волн в пределах диапазона видимого спектра. Очевидно, что никакое количество энергии, не способное возбудить ощущение света, не будет видимым. Энергия тех длин волн, которые находятся вблизи краев видимого спектра, будет неэффективна в производстве света. Та энергия, которая возбуждает ощущение желто-зеленого цвета, производит наибольшую светимость на единицу энергии и является наиболее эффективным светом. Видимость или световая эффективность лучистой энергии может располагаться приблизительно следующим образом в соответствии с вызываемыми цветами: желто-зеленый, желтый, зеленый, оранжевый, сине-зеленый, красный, синий, глубокий красный, фиолетовый.

Ньютон, английский ученый, впервые описал открытие видимого спектра, и это имеет столь фундаментальное значение в науке о свете, что первый абзац его оригинальной работы в «Трудах Королевского общества Лондона» цитируется следующим образом:

В 1666 году (в каковое время я применил себя к шлифовке оптических стекол иных фигур, нежели сферические) я раздобыл треугольную стеклянную призму, чтобы испробовать с ее помощью знаменитое явление цветов. И для того, затемнив мою комнату и сделав небольшое отверстие в ставнях окна, дабы впустить надлежащее количество солнечного света, я поместил мою призму у самого входа, дабы свет преломлялся через нее на противоположную стену. Поначалу было весьма отрадным развлечением наблюдать живые и интенсивные цвета, производимые таким образом; но спустя некоторое время, занявшись их более осмотрительным рассмотрением, я был удивлен, увидев их в продолговатой форме; каковую, согласно принятому закону преломлений, я ожидал обнаружить круглой. Они ограничивались по бокам прямыми линиями, но на концах затухание света происходило столь постепенно, что было трудно точно определить форму, однако они казались полукруглыми.

Даже Ньютон не мог иметь ни малейшего представления о тех грандиозных открытиях, которые будут основаны на спектре.

Возвращаясь теперь к особому свойству оксидов редких земель — а именно к их необычайному свечению при нагревании в пламени, — легко понять причину этого. Например, когда ряд веществ нагревается до одинаковой температуры, они могут излучать одинаковое количество энергии и при этом существенно различаться по яркости. Многие вещества обладают «избирательными» свойствами поглощения и излучения. Одно может излучать больше лучистой энергии и меньше инфракрасной, а для другого может быть верно обратное. Первое будет казаться ярче второго. Научные работники в области производства света искали такие «избирательные» излучатели, чьи прочие свойства были бы удовлетворительными. Редкие земли обладают свойством селективности и к тому же, к счастью, являются высокоогнеупорными. Вельсбах использовал их в своей мантии, эффективность которой отчасти обусловлена именно этим свойством селективности. Недавние работы показывают, что с помощью принципов, заложенных в газовой мантии, все еще можно достичь гораздо более высокой эффективности производства света.

Возвращаясь снова к пламени, можно наблюдать другое интересное физическое явление при помещении в пламя растворов различных химических солей. Например, если кусок асбеста пропитать хлоридом натрия (поваренной солью) и поместить в пламя Бунзена, бледно-голубое пламя внезапно становится светящимся и приобретает желтый цвет. Если повторить это с другими солями, в каждом случае будет отмечен характерный цвет. Желтый цвет пламени характерен для натрия, и если исследовать его с помощью спектроскопа, можно увидеть яркую желтую линию (по сути, двойную линию). Это составляет основу спектрального анализа в его применении к химии.

Каждый элемент имеет свой характерный спектр, состоящий обычно из линий, однако сложность варьируется в зависимости от элементов. Спектры элементов также обнаруживают линии в ультрафиолетовой области, которые можно изучать с помощью фотографической пластинки, фотоэлемента и другими средствами. Их спектральные линии или полосы простираются и в инфракрасную область, где они изучаются с помощью болометра или другой аппаратуры для детектирования лучистой энергии по теплу, которое она выделяет при поглощении. Спектральный анализ гораздо чувствительнее самых точных весов, ибо если растворить крупинку соли в бочке воды и пропитать этой водой полоску асбеста, а затем внести ее в пламя Бунзена, станет заметен желтый цвет, характерный для натрия. Удивительным примером возможностей этого метода является открытие гелия на солнце еще до того, как он был найден на Земле! Его спектральные линии были обнаружены в спектре солнца, и их нельзя было объяснить никаким известным элементом. Тем не менее следует отметить, что спектр элемента вообще различается в зависимости от способа его получения. Обычно для этого используются электрическая искра, дуга, электрический разряд в вакуумной трубки и пламя.

На спектре остановились довольно подробно, поскольку он имеет важнейшее значение для производства света и, вероятно, будет играть большую роль в будущих разработках. Хотя в освещении мало использовалось введение химических солей в обычное пламя, представляется несомненным, что такие разработки возникли бы, если бы электрические источники света не вышли на арену. Однако этот принцип с большим успехом применяется в дуговых лампах. В первых дуговых лампах использовались простые угольные электроды, но в некоторых из новейших угольных дуговых ламп применяются электроды из углерода, пропитанные различными солями. Например, фторид кальция дает яркий желтый свет при использовании в углях «пламенного» типа. Они подробно описаны далее.

Следуя этому принципу производства света, были разработаны вакуумные трубки. Крукс изучал свечение различных газов, заключая их в трубку, из которой откачивали воздух до получения слабого вакуума. При подключении высокого напряжения к электродам на каждом конце через остаточный газ проходил электрический разряд, делая его светящимся. Различные газы показывают свои характерные спектры, и их пригодность в качестве производителей света становится сразу очевидной.

Однако в настоящее время наиболее общим принципом производства света является излучение тел благодаря их температуре. Если кусок проволоки нагреть электричеством, он станет очень горячим, прежде чем начнет светиться. При этой температуре он излучает только невидимую инфракрасную энергию и имеет нулевую эффективность как производитель света. По мере нагревания он начинает казаться красным, но с повышением температуры становится оранжевым, пока — если бы его удалось нагреть до температуры солнца, около 10 000 °F — он не стал бы казаться белым. Все это время его световая отдача растет, поскольку он излучает не только возрастающий процент видимой лучистой энергии, но и возрастающее количество наиболее эффективной световой энергии. Но даже когда он кажется белым, большое количество излучаемой им энергии приходится на невидимую инфракрасную и ультрафиолетовую области, которые неэффективны для производства света, поэтому в лучшем случае вещество при такой высокой температуре неэффективно как производитель света.

В этой ветви науки о производстве света вещества ищут не только из-за их высокой температуры плавления, но и из-за их способности селективно излучать как можно больше видимой энергии наиболее светового характера. Тем не менее современный метод использования температурного излучения горячих тел имеет свои ограничения.

Световая отдача сегодняшних источников света все еще очень мала, но за последние полвека были достигнуты большие успехи. Должны произойти какие-то радикальные изменения, если эффективность производства света должна достичь гораздо более высокого показателя. Много говорилось о светлячке и о фосфоресценции. Эти источники света излучают, по-видимому, только видимую энергию и, следовательно, эффективны как излучатели лучистой световой энергии. Но многое еще предстоит выяснить в отношении них, прежде чем они станут пригодны для общего применения в освещении. Если ультрафиолетовое излучение падает на фосфоресцирующий материал, он светится с заметной яркостью, но остается холодным на ощупь. Вещество той же яркости благодаря своей температуре было бы горячим; поэтому фосфоресценцию называют «холодным» светом.

Знакомство с определенными терминами необходимо, если читатель хочет понять определенные части текста. Ранняя свеча постепенно стала стандартом, и стандартные свечи до сих пор являются удовлетворительными стандартами там, где не требуется высокая точность. Их сила света и осветительная ценность стали единицами подобно тому, как фут был произвольно принят в качестве единицы длины. Интенсивность других источников света выражалась через количество свечей или долю свечи, которые давали такое же количество света. Но сила света свечи измерялась только в горизонтальном направлении. Точно так же сила света источников света еще недавно выражалась в свечах, измеренных в определенном направлении. Лампы накаливания оценивались в средних горизонтальных свечах, что было бы удовлетворительно, если бы сила света была одинаковой во всех направлениях, но это не так. Поэтому сила света в одном направлении не дает меры общего светового потока.

Если источник света имеет силу света в одну свечу во всех направлениях, освещенность на расстоянии одного фута в любом направлении называется фут-свечой. Это единица интенсивности освещения. Люмен — это количество света, которое падает на один квадратный фут, если интенсивность освещения составляет одну фут-свечу. Видно, что площадь сферы с радиусом в один фут составляет 4π или 12,57 квадратных футов; следовательно, источник света, имеющий силу света в одну свечу во всех направлениях, излучает 12,57 люмена. Это удобная единица, поскольку она измеряет общее количество света, а световая отдача может выражаться в люменах на ватт, люменах на кубический фут газа в час и т. д.

Конечно, эффективность источников света обычно интересует потребителя, если она выражается в терминах стоимости. Но с практической точки зрения существует множество элементов, которые объединяются в другой важный фактор, а именно в пригодность. Поэтому эффективность искусственного освещения с точки зрения потребителя должна представлять собой отношение пригодности к стоимости. Однако ученого в основном интересует эффективность самого источника света, которая может выражаться в люменах на ватт или в количестве света, получаемом при заданном темпе потребления или излучения энергии. Такой метод оценки источников света наказывает те из них, которые излучают значительную энергию, не производящую ощущения света или имеющую в лучшем случае длины волн, которые неэффективны в этом отношении. Та лучистая энергия, которая полностью имеет длину волны максимальной видимости или, другими словами, вызывает ощущение желто-зеленого цвета, является наиболее эффективной для создания светового ощущения. Конечно, нет доступных осветительных приборов, которые приближались бы к этому теоретическому идеалу, и вряд ли это был бы практический идеал. При монохроматическом желто-зеленом свете волшебная палитра цветов исчезла бы, и окружение представляло бы собой монохром из оттенков этого цвета. Не имея цветов, с которыми можно было бы сопоставить этот цвет, мир был бы бесцветным. Это должно быть очевидно, если учесть, что объект, который кажется красным при осветителе, содержащем все цвета, например при солнечном свете, был бы черным или темно-серым при монохроматическом желто-зеленом свете. Красный цвет при нынешних условиях поддерживается благодаря контрасту с другими цветами, поскольку последние существуют благодаря тому факту, что большинство наших нынешних осветительных приборов содержат их оттенки. Предполагается, что читатель знает, что красный объект, например, кажется красным потому, что он отражает (или пропускает) красные лучи и поглощает остальные лучи в осветителе. Другими словами, цвет обусловлен селективным поглощением, отражением или пропусканием.

Возможно, идеальным осветительным прибором, наиболее универсальным для общей деятельности, является белый свет, соответствующий полуденному солнечному свету. Если выбрать это в качестве научного идеала, то современные осветительные приборы гораздо более «эффективны», чем если бы идеалом был самый эффективный свет.

Световая отдача лучистой энергии, наиболее эффективной для создания ощущения света (желто-зеленой), составляет около 625 люмен на ватт. То есть, если бы гипотетический источник света излучал энергию только этой длины волны, каждый ватт производил бы 625 люмен. Световая отдача наиболее эффективного белого света составляет около 265 люмен на ватт; другими словами, если бы гипотетический источник света излучал энергию только видимых длин волн и в пропорциях, создающих ощущение белого цвета, каждый ватт производил бы 265 люмен. Если бы такой белый свет был получен путем чисто температурного излучения — то есть нормальным излучателем при температуре 10 000 °F, что в настоящее время невыполнимо, — световая отдача составила бы около 100 люмен на ватт. Нормальный излучатель, который испускает энергию благодаря своей температуре без избирательного излучения большей или меньшей энергии в какой-либо части спектра, чем указано теоретическими законами излучения, называется «абсолютно черным телом» или нормальным излучателем. Современные осветительные приборы имеют световую отдачу от 5 до 30 люмен на ватт, так что видно, что предстоит сделать еще очень многое, прежде чем будут достигнуты предельные значения эффективности.

Количество света, получаемое от различных газовых горелок на каждый кубический фут потребляемого в час газа, колеблется для открытого газового пламени от 5 до 30 люмен; для горелок Аргана — от 35 до 40 люмен; для регенеративных ламп — от 50 до 75 люмен; а для газовых мантий — от 200 до 250 люмен.

При разработке источников света, конечно, следует избегать любых вредных воздействий газов, образующихся при горении или химическом взаимодействии. Некоторые из продуктов горения дуг вредны, но ни одна коммерческая дуга не кажется опасной при ее использовании по назначению. Газовые горелки отнимают у атмосферы кислород и портят ее газами, которые, однако, безвредны при полном сгорании. То, что достаточная вентиляция необходима там, где потребляется кислород, очевидно из данных, представленных авторитетами в области гигиены. Стандартная горящая свеча портит воздух в комнате почти так же, как взрослый человек. Обычная керосиновая лампа портит атмосферу так же, как полдюжины человек. Обычная одномантальная горелка вызывает такую же порчу воздуха, как два или три человека.

Чтобы получить общее представление о прогрессе в производстве света, ниже приводится таблица относительной световой отдачи нескольких источников света в округленных числах. Эти значения эффективности даны в отношении наиболее эффективного (желто-зеленого) света.

 Efficiency

in per cent.

Sperm-candle0.02
Open gas-flame.04
Incandescent gas-mantle.19
Carbon filament lamp.05
Vacuum Mazda lamp1.3
Gas-filled Mazda lamp2 to 3
Arc-lamps2 to 7
White light radiated by "black-body"16
Most efficient white light40
Firefly95
Most efficient light (yellow-green)100

Световая отдача источника света отличается от световой отдачи лампы. Первая представляет собой отношение произведенного света к количеству энергии, излучаемой источником света. Последняя представляет собой отношение произведенного света к общему количеству энергии, потребляемой устройством. Другими словами, световая отдача лампы меньше, чем источника света, поскольку учитывается потребление энергии в других частях лампы, помимо самого источника света. Эти дополнительные потери заметны в механизмах дуговых ламп, но почти ничтожны в вакуумных лампах накаливания с нитью накала. Они неизвестны для светлячка, поэтому можно определить его световую отдачу только как источника света. Его эффективность как световой установки может быть и, пожалуй, является довольно низкой.

VIII

СОВРЕМЕННОЕ ГАЗОВОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Как уже отмечалось, индустрия освещения как общественная служба зародилась в Лондоне около века назад, а компании для обслуживания населения на Континенте были организованы вскоре после этого. С этого раннего начала газовый свет долгое время оставался единственным осветительным прибором, поставляемым коммунальным предприятием. Видно, что на протяжении веков в освещении было достигнуто мало успехов, пока в XVIII веке масляные лампы не были усовершенствованы Арганом. Свечи и масляные лампы с открытым пламенем использовались еще при строительстве пирамид, и они были обычным явлением вплоть до приближения девятнадцатого века. Фактически прошло несколько десятилетий после установки первого газового освещения, прежде чем эта форма освещения начала вытеснять усовершенствованные масляные лампы и свечи. Лишь около 1850 года оно начало проникать в дома средних и бедных классов. В первой половине девятнадцатого века общее количество света в среднем доме было меньше, чем теперь получается от одного источника света, используемого в жилых помещениях; тем не менее общая стоимость освещения жилого дома значительно снизилась. Если представить социальную и промышленную деятельность человечества в эти различные периоды параллельно с развитием искусственного освещения, становится очевидной тесная связь. Шло ли искусственное освещение рука об руку с наукой, изобретениями, торговлей и промышленностью или оно освещало им путь?

Хотя газовое освещение зародилось в Англии, оно вскоре стало привлекать внимание и в других местах. В 1815 году в Филадельфии была предпринята первая попытка создать газовый завод; но прогресс был медленным, в результате чего Балтимор и Нью-Йорк вышли вперед в строительстве газовых заводов. В архивах сохранилось множество протестов против предложений, означавших прогресс в освещении. Сейчас это забавно, но это свидетельствует об инертности людей в подобных вопросах. Когда Боллман разрабатывал план освещения Филадельфии с помощью газовых труб, группа видных горожан подала в 1833 году протест, призванный показать, что последствия использования газа будут ужасными. Но этот протест потерпел неудачу, и в 1835 году в Филадельфии был основан газовый завод. Таким образом, газовое освещение, которое для сэра Вальтера Скотта было «чумным нововведением», задуманным безумцем, пережило свои ранние трудности и превратилось в мощную индустрию. Непрерывные усовершенствования и растущий объем производства не только изменили ход цивилизации благодаря усилению и адекватности освещения, но и снизили стоимость освещения за девятнадцатый век до ничтожной доли его первоначальной стоимости.

Подумайте о городе Филадельфии в 1800 году с населением около пятидесяти тысяч человек, зависящем в своем освещении исключительно от свечей и масляных ламп! День рождения Вашингтона в 1817 году праздновался грандиозным балом, на котором присутствовало пятьсот представителей элиты. Старый отчет об этом событии гласит, что помещение освещалось двумя тысячами восковых свечей. Стоимость этого освещения в сто раз превышала стоимость такого же количества света для подобного мероприятия в настоящее время. Можно ли представить себе нынешнюю сложную деятельность такого города, как Филадельфия, с почти двумя миллионами жителей, существующую в условиях освещения вековой давности? Сегодня в городе насчитывается более пятидесяти тысяч уличных фонарей — по одному на каждого жителя столетней давности. Из этих уличных фонарей около двадцати пяти тысяч работают на газе. Этот единичный пример характерен для газового освещения, которое положило начало «веку света» и выпестовало его сквозь превратности юношеского возраста. Потребление газа в Соединенных Штатах за это время выросло до трех миллиардов кубических футов в день. Исключительно для целей освещения в 1910 году было использовано почти сто миллиардов кубических футов. Эта страна была благословлена большими запасами природного газа; но по мере его истощения постоянно открываются новые нефтяные месторождения, так что с точки зрения сырья будущее газового освещения обеспечено на долгое время вперед.

Появление газовой мантии обусловило выживание газового освещения, поскольку к моменту ее появления электрические лампы уже были изобретены. Им было суждено стать грозными источниками света наступающего века, и без газовой мантии газовое освещение не преуспело бы. Ауэр фон Вельсбах проводил спектроскопическое изучение редких земель, когда перед ним встала задача нагревания этих веществ. Он погружал хлопок в растворы этих солей как вариант обычного способа изучения элементов путем их введения в пламя. Сжегши хлопок, он обнаружил, что получил копию исходной ткани, состоящую из оксида металла, и она ярко светилась, оставаясь в пламени.

Это натолкнуло его на мысль создать мантию для осветительных целей, и в 1885 году он внедрил такую мантию в коммерческое использование. Его первые мантии были неудовлетворительными, но в 1886 году они были усовершенствованы за счет использования тория, оксида тория, в сочетании с другими оксидами редких земель. Его мантия стала не только прочнее, но и давала больше света. Позднее он значительно усовершенствовал мантии, очистив оксиды, и наконец добился своего великого триумфа, добавив небольшое количество церия, оксида церия. Вельсбах заслуживает огромной похвалы за свою обширную работу, которая преодолела множество трудностей и наконец подарила миру долговечную мантию, значительно увеличившую количество света, которое ранее можно было получить от газа.

Физические характеристики мантии зависят от ткани и от используемых редких земель. Она не должна чрезмерно сжиматься при сгорании, а зола должна оставаться пористой. Было обнаружено, что мантия, в которой используется только торий, является плохим источником света, но при добавлении небольшого количества церия мантия ярко светится. Экспериментально было определено, что наилучшие пропорции содержания редкоземельных элементов составляют одна часть церия и девяносто девять частей тория. Большие или меньшие пропорции церия снижали светоотдачу. Фактический процент этих оксидов в золе мантии составляет около 10%, что делает содержание церия равным примерно одной части на тысячу.

Мантии изготавливаются путем вязания цилиндров из хлопка или другого волокна и пропитывания их раствором нитратов церия и тория. Затем один конец цилиндра сшивается асбестовой нитью, которая также образует петлю для подвешивания мантии над горелкой. После высыхания мантии в надлежащей форме ее выжигают; органическое вещество исчезает, а нитраты превращаются в оксиды. После завершения этого «выжигания» и удаления остаточного почернения мантия погружается в коллодий, что укрепляет ее для транспортировки и обращения. Коллодий представляет собой раствор пироксилина в спирте и эфире с добавлением масла, такого как касторовое масло, для предотвращения чрезмерного сжатия при высыхании.

Материалы и структура ткани мантий подвергались тщательному изучению. Сначала использовался хлопок; затем были внедрены волокна рами. Было обнаружено, что мантия из рами имеет больший срок службы, чем хлопковая мантия. Позже мантии подвергались мерсеризации путем погружения в аммиачную воду, и этот процесс давал более прочный материал. Последней разработкой является использование искусственного шелка в качестве базовой ткани, что приводит к созданию мантии, превосходящей предыдущие по прочности, гибкости, постоянству формы и постоянству световых свойств. Эта мантии из искусственного шелка позволяет производить манипуляции даже после того, как она проработала несколько сотен часов. Этот большой прогресс объясняется тем, что после выгорания волокон искусственного шелка волокна остаются сплошными и непрерывными, а не пористыми, как в предыдущих мантиях.

Цветовое значение света мантий может существенно изменяться путем изменения пропорций редких земель. Желтизна света была прослежена до церия, поэтому, изменяя пропорции церия, можно влиять на цвет света.

Перевернутая мантия открыла большие возможности в газовом освещении. Свет можно было легко направлять вниз, и было разработано множество светильников, таких как подвесные чаши. Фактически осветительная арматура и получаемые световые эффекты шли в ногу с электрическим освещением, несмотря на большие трудности, с которыми сталкивался проектировщик арматуры газового освещения. При проектировании перевернутой горелки, работающей на принципах Бунзена, возникло много проблем, но в конце концов они были успешно решены. В последние годы много внимания уделялось эффективности газовых горелок, в результате чего был достигнут высокий уровень развития.

Было разработано несколько методов электрического розжига, в которых обычно используется электрическая искра. Электрический розжиг и развитие дистанционного управления принесли большие улучшения, особенно в уличное освещение с помощью газа. Газовые клапаны для дистанционного управления приводятся в действие давлением газа и электромагнитами. В целом инженеры по газовому освещению шли в ногу с электрическим освещением поразительным образом, если учесть их трудности.

Появились различные типы горелок, целью которых было сжигание большего количества газа за данное время под мантией и тем самым увеличение светоотдачи. Это привело к разработке системы высокого давления, в которой давление газа сначала в несколько раз превышало обычное. Газ подается в смешивающую трубку под этим более высоким давлением таким образом, что также затягивается достаточное количество воздуха. Таким образом, горение в горелке форсируется сверх уровня, достигаемого при обычном давлении. Обычное давление газа равно давлению нескольких дюймов водяного столба, но в системах высокого давления используются давления до шестидесяти дюймов водяного столба. При этой системе высокого давления мантичные горелки дают до 500 люмен на кубический фут газа в час.

Топливом для газового освещения служат природный газ, карбюрированный водяной газ и каменноугольный газ, получаемый путем перегонки угля, но существуют различные методы производства искусственных газов. Каменноугольный газ производится аналитически путем перегонки определенных видов угля, но водяной газ и генераторный газ производятся синтетически путем воздействия нескольких компонентов друг на друга. Карбюрированный водяной газ производится из фиксированного углерода, пара и нефти, а также из пара и нефти. Генераторный газ производится действием пара или воздуха, или обоих вместе, на фиксированный углерод. Водяной газ, получаемый из пара и нефти, обычно ограничивается теми местами, где сырье легко доступно. Состав газа определяет его теплотворную способность и осветительную ценность, причем компоненты, благоприятные для одного, не обязательно благоприятны для другого. Каменноугольный газ обычно имеет меньшую осветительную ценность, чем карбюрированный водяной газ. Он содержит, например, больше водорода, чем водяной газ, и хорошо известно, что водород при горении дает мало света.

Как было показано в предыдущей главе, перегонка газа из угля для осветительных целей началась в конце восемнадцатого века. С этого начала производство каменноугольного газа развилось в крупную и сложную промышленность. Этот метод по сути представляет собой сухую перегонку. Уголь помещается в реторту, и когда он достигает температуры около 700 °F за счет нагрева внешним огнем, уголь начинает плавиться и начинают выделяться пары углеводородов. Как правило, это парафины и олефины. По мере повышения температуры эти углеводороды начинают подвергаться изменениям. Существовавшие долгое время химические связи разрушаются, и происходит перегруппировка атомов углерода и водорода. Сами химические реакции становятся очень сложными и в некоторой степени окутаны неопределенностью. На этой последней стадии определяются осветительная и теплотворная ценность газа. Обычно на полную перегонку газообразных и жидких продуктов из порции угля отводится около четырех часов. В этом процессе возникает много интересных химических проблем, а влияние температуры и времени не может быть рассмотрено в рамках этой книги. Помимо каменноугольного газа, получается целый ряд побочных продуктов в зависимости от исходного сырья, процедуры и рынка сбыта.

После получения каменноугольного газа его необходимо очистить и удалить по крайней мере сероводород. Один из способов достижения этого — промывка газа водой и аммиаком, что также удаляет часть углекислого газа и синильной кислоты. Различные другие нежелательные компоненты удаляются химическими средствами в зависимости от условий. Очищенный газ поступает в газгольдер; но, конечно, все это время давление регулируется, чтобы поддерживать постоянное давление в магистралях.

Много внимания уделялось обогащению газа для осветительных целей, то есть получению газа высокой осветительной ценности из дешевого топлива или с помощью недорогих процессов. Это достигалось путем разложения смолы, получаемой при перегонке угля, и добавления этих газов к каменноугольному газу; путем смешивания карбюрированного водяного газа с каменноугольным газом; путем карбюрирования низкосортных каменноугольных газов; и путем смешивания нефтяного газа с низкосортным каменноугольным газом.

Водяной газ имеет низкую осветительную ценность, но после карбюрирования он горит ярким пламенем. Водяной газ получают путем повышения температуры слоя топлива из антрацита или кокса с помощью нагнетаемого воздуха, который затем отключается, в то время как через раскаленное топливо пропускается пар. Это дает водород и оксид углерода. Для получения карбюрированного водяного газа к нему примешивают нефтяной газ, который вырабатывается путем нагревания нефти в ретортах.

Производится множество видов газа, которые определяются требованиями и доступным сырьем. Количество осветительного газа, получаемого из тонны топлива, конечно, варьируется в зависимости от способа производства, сырья и назначения топлива. Выход каменноугольного газа на тонну угля имеет порядок величины 10 000 кубических футов. Типичный выход по весу из реторты каменноугольного газа составляет,

10,000 cubic feet of gas17percent.
coke70""
tar5""
ammoniacal liquid8""

Кокс не является чистым углеродом, а содержит нелетучие минералы, которые останутся в виде золы при сгорании кокса, точно так же, как если бы сгорел исходный уголь. На своде реторты, используемой для производства каменноугольного газа, отлагается чистый углерод. Он используется для углей электрических дуг и для других целей. Из каменноугольной смолы получают множество продуктов, таких как анилиновые красители, бензол, карболовая кислота, пикриновая кислота, нафталин, пек, антрацен и сахарин.

Типичный анализ газа, полученного перегонкой угля, весьма приблизительно выглядит следующим образом,

Hydrocarbons40percent.
Hydrogen50""
Carbon monoxide4""
Nitrogen4""
Carbon dioxide1""
Various other gases1""

Видно, что осветительный газ не является определенным химическим соединением, а представляет собой смесь ряда газов. Их пропорции контролируются в максимально возможной степени для получения осветительной ценности, а некоторые из них сведены к очень малым долям, поскольку они бесполезны в качестве осветительных приборов или даже вредны. Как видно, компоненты состоят из светоизлучающих углеводородов, газов, выделяющих в основном тепло, и примесей. Основные углеводороды, обнаруженные в осветительном газе, включают:

ethyleneC2H4crotonyleneC4H6
propyleneC3H6benzeneC6H6
butyleneC4H8tolueneC7H8
amyleneC5H10 xyleneC8H10
acetyleneC2H2methaneC H4
allyleneC3H4ethaneC2H6

Газом, сыгравшим заметную роль в освещении, является ацетилен, получаемый при взаимодействии воды и карбида кальция. Никакой другой газ, легко получаемый в коммерческих масштабах, не дает столько света, объем к объему, как ацетилен. Он имеет большое преимущество, заключающееся в том, что его легко получать из сырья, выход газа из которого значительно больше для данного количества, чем у сырья, используемого при производстве других осветительных газов. Простота производства ацетилена из карбида кальция и воды дает этому газу большое преимущество в некоторых случаях. Он служил для индивидуального освещения в домах и в других местах, где газовые или электрические сети были недоступны. Там, где пространство ограничено, он также имел преимущество и в некоторой степени применялся на автомобилях, моторных лодках, кораблях, маяках и железнодорожных вагонах до того, как для этих целей было развито электрическое освещение.

Цвет ацетиленового пламени является удовлетворительным, и оно чрезвычайно ярко по сравнению с большинством видов пламени. Интересный эксперимент заключается в размещении искрового промежутка в пламени и пропускании через него серии искр. Если условия подходящие, пламя станет намного ярче. Когда газ истекает из подходящей форсунки под достаточным давлением, пламя горит весьма ровно. Его световая отдача дает ему преимущество перед другими видами открытого газового пламени при освещении помещений, поскольку для получения того же количества света оно портит воздух и истощает кислород в меньшей степени, чем остальные. Конечно, в этих отношении газовая мантия превосходит его.

Реакция, происходящая при соединении воды и карбида кальция, представляет собой двойное разложение и выражается формулой:

CaC2 + H2O = C2H2 + CaO

Как видно, продуктами являются ацетиленовый газ и оксид кальция или известь. Известь, будучи гигроскопичной и находясь в присутствии воды или водяного пара в ацетиленовом генераторе, фактически превращается в гидроксид кальция Ca(OH)2, обычно называемый гашеной известью. Если в карбиде кальция имеются примеси, иногда необходимо очищать газ, прежде чем его можно будет безопасно использовать для внутреннего освещения.

Горелки и мантии, используемые в ацетиленовом освещении, по сути те же, что и для другого газового освещения, за исключением, конечно, того, что они специально адаптированы для него в незначительных деталях.

Основным источником карбида кальция в этой стране является электрическая печь. Дешевая электрическая энергия от гидротехнических разработок, таких как ниагарские электростанции, внесла большой вклад в то, чтобы заставить землю отдавать свои элементы. Алюминий очень распространен в почве земной поверхности, поскольку его оксид, глинозем, является главным компонентом обычной глины. Но элементы алюминий и кислород упорно держатся друг за друга, и только электрическая печь с ее чрезвычайно высокими температурами смогла разделить их в крупных коммерческих масштабах. Подобным образом кальций встречается в различных соединениях по всей земной поверхности. Известняк широко распространен, следовательно, оксид и карбонат кальция повсеместны. Но кальций крепко держится за другие элементы своих соединений, и потребовалась электрическая печь, чтобы покорить его. Дешевизна карбида кальция обусловлена развитием дешевой электроэнергии. Говорят, что карбид кальция был открыт как побочный продукт электрической печи при случайном попадании воды на отходы печного процесса. Открытие коммерческих масштабов производства карбида кальция стало благом для изолированного освещения. Электрическое освещение узурпировало его место на автомобилях и проникает в освещение загородных домов. Без сомнения, ацетилен будет служить еще много лет, но его будущее выглядит не столь светлым, как много лет назад.

Газ Пинча, используемый в некоторой степени в пассажирских вагонах поездов в этой стране, представляет собой нефтяной газ, производимый путем сухой перегонки нефти или другого минерального масла в ретортах с внешним обогревом. Продукт состоит в основном из метана и тяжелых углеводородов с небольшим количеством водорода. В первые дни существования железных дорог некоторые поезда не ходили после наступления темноты, а те, которые ходили, освещались далеко не всегда. Сначала предпринимались попытки освещать железнодорожные вагоны сжатым каменноугольным газом, но недостатком этого был большой требуемый резервуар. Очевидно, что при ограниченном пространстве для хранения требовался газ с более высокой осветительной ценностью на единицу объема, и Пинч обратил свое внимание на нефтяной газ. Газ теряет в осветительной ценности при сжатии, но нефтяной газ теряет примерно вдвое меньше, чем каменноугольный газ. Примерно в 1880 году Пинч разработал метод сварки цилиндров и буев, который удовлетворил портовые власти, и он получил возможность поставлять их наполненными сжатым газом. Таким образом, буй сам по себе был газовым резервуаром. Он разработал фонари, которые горели независимо от ветра и волн, и таким образом заложил основу для своих систем сжатого газа. Он сжимал газ до давления около ста пятидесяти фунтов на квадратный дюйм и был вынужден разработать редуктор, который подавал бы газ в горелку под давлением около одного фунта на квадратный дюйм. Этот регулятор отлично служил на протяжении многих лет сложной эксплуатации. Система начала внедряться на кораблях и железных дорогах в 1880 году и в течение многих лет отлично служит.

Хотя газовое освещение значительно повлияло на деятельность человечества, интенсифицируя торговлю и промышленность и способствуя социальному прогрессу, осветительные приборы, которые в конечном итоге вышли на лидирующие позиции, расширили возможности и влияние искусственного света. За короткий промежуток времени в один век цивилизованный человек стал практически полностью независимым от естественного света в тех сферах, которые он контролирует. Что принесет другой век, можно предсказать только по достижениям прошлого. Они указывают на возможности, выходящие за пределы сил воображения.

IX

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДУГИ

В начале 1800 года Вольта написал письмо президенту Лондонского королевского общества, объявив об эпохальном открытии устройства, ныне известного как вольтов столб. Это письмо было опубликовано в «Трудах» и вызвало большой ажиотаж среди ученых, которые немедленно начали активные исследования определенных электрических явлений. Вольта показал, что все металлы могут быть расположены в ряд так, что каждый из них будет указывать на положительный электрический потенциал при контакте с любым металлом, следующим за ним в ряду. Он построил столб из металлических дисков, состоящих из цинка и меди, чередующихся и разделенных влажной тканью. Сначала он считал, что простого контакта достаточно, но когда позже было показано, что происходит химическое действие, был достигнут быстрый прогресс в создании гальванических элементов. Следующим шагом после построения его столба стало помещение парных полосок меди и цинка в чашки, содержащие воду или разбавленную кислоту. Вольта получил много наград за свое открытие, которое внесло столь большой вклад в развитие электрической науки и искусства, — среди них вызов в Париж Бонапартом для демонстрации своих электрических экспериментов и вручение медали, отчеканенной в его честь.

В то время как Вольту осыпали почестями, различные ученые с большим энтузиазмом вступали в новые области исследований, среди которых были тепловое действие электрического тока и особенно электрических искр, получаемых при размыкании цепи. В конце 1800 года сэр Хамфри Дэви впервые применил древесный уголь для искрящих точек. В лекции перед Королевским обществом в следующем году он описал и продемонстрировал, что «искра», проходящая между двумя кусочками древесного угля, больше и ярче, чем между латунными сферами. По-видимому, он получал слабую дугу, а не чистую искру. В годы, непосредственно следовавшие за этим, многие ученые в Англии, Франции и Германии публиковали результаты своих исследований электрических явлений, граничащих с дугой.

По подписке среди членов Королевского общества была приобретена гальваническая батарея из двух тысяч элементов, и в 1808 году Дэви продемонстрировал электрическую дугу в больших масштабах. Трудно судить по отчетам об этих ранних исследованиях, кто первым осознал разницу между искрой и дугой. Конечно, описания показывают, что экспериментировали не с простой искрой, но источник электрического тока, доступный в то время, имел столь высокое сопротивление, что могли быть получены лишь слабые дуги. В 1809 году Дэви публично продемонстрировал дугу, полученную от тока вольтова столба из тысячи пластин. Он описал ее как «самое яркое пламя длиной от полудюйма до полутора дюймов».

В библиотеке Королевского общества записи Дэви, сделанные в 1805 и 1812 годах, доступны в двух больших томах. Они были упорядочены и пронумерованы Фарадеем, которому было суждено внести огромный вклад в будущее развитие науки и искусства электричества. В одном из этих томов находится отчет об одной лекционной демонстрации Дэви, которая несомненно представляет собой описание электрической дуги. Выдержка из этого отчета приводится ниже:

Искра [предположительно дуга], свет которой был столь интенсивным, что напоминал солнечный, ... произвела разряд через нагретый воздух длиной почти три дюйма и ослепительного великолепия. Несколько тел, которые ранее не плавились, расплавились этим пламенем.... Древесный уголь заставили испариться, а графит, по-видимому, плавился в вакууме. Древесный уголь был раскален им до интенсивной белизны в солянокислом газе и улетучился под его действием, но без разложения.

Исходя из рассмотрения его источника электричества, вольтова столба из двух тысяч пластин, можно с уверенностью сказать, что это не могла быть электрическая искра. Позже в своих записях Дэви продолжил:

...древесный уголь накалился до белизны, и при разведении точек друг от друга происходил постоянный разряд через нагретый воздух в пространстве по меньшей мере в четыре дюйма, производящий ярчайшую восходящую дугу света, широкую и коническую по форме посредине.

Это несомненно описание электрической дуги. По-видимому, электроды находились в горизонтальном положении, и дуга поэтому была горизонтальной. Из-за подъема нагретого воздуха дуга стремилась подняться в форме арки. Из этого внешнего вида возник термин «дуга» [arc], и сам Дэви в 1820 году определенно назвал электрическое пламя «дугой». Это название продолжало использоваться даже после того, как два угля были расположены в вертикальном соосном положении и дуга больше не «выгибалась дугой». Интересным научным событием 1820 года стало открытие Араго и независимо Дэви того, что дугу можно отклонять магнитом и что она аналогична проволоке с током, так как вокруг нее существует магнитное поле. Этим воспользовались в некоторых современных дуговых лампах, в которых используются наклонные угли. В этих дугах магнит удерживает дугу на месте, поскольку без магнита дуга стремилась бы подняться вверх по углям и погаснуть.

В 1838 году Гассиот сделал открытие, что температура положительного электрода электрической дуги значительно выше температуры отрицательного электрода. В электронной теории это объясняется бомбардировкой положительного электрода отрицательными электронами или корпускулами электричества. Эта разница температур позже учитывалась при проектировании дуговых ламп постоянного тока, поскольку, поскольку большая часть света обычной дуги испускается концом положительного электрода, его помещали над отрицательным электродом. Таким образом, большая часть света от дуги направляется вниз, куда это необходимо. В тех редких случаях в современную эпоху, когда обычная дуга постоянного тока использовалась для непрямого освещения, когда дуга находится над перевернутым плафоном, положительный уголь помещается ниже отрицательного. Гассиот впервые доказал, что положительный электрод горячее отрицательного, зажегши дугу между концами двух горизонтальных проволок из одного вещества и диаметра. После того как дуга поработала некоторое время, положительная проволока оплавилась на такое расстояние, что согнулась вниз, в то время как отрицательная осталась совершенно прямой.

Во всех ранних экспериментах для электродов использовался древесный уголь, но из-за сильного нагрева дуги он быстро сгорал. Шаг вперед был сделан в 1843 году, когда электроды впервые были изготовлены Фуко из углерода, отложившегося в ретортах, в которых перегонялся уголь при производстве каменноугольного газа. Тем не менее древесный уголь благодаря своей мягкой пористой структуре дает более длинную дугу и большее пламя. В 1877 году были представлены «сердцевинные» угли. Они состоят из стержней твердого прессованного углерода, внутри которых имеется сердечник из мягкого углерода. В них сочетаются преимущества древесного и твердого угля, а выгорающий быстрее сердечник имеет тенденцию удерживать дугу в центре. Современные угли для обычных дуговых ламп обычно изготавливаются из смеси ретортного углерода, сажи и каменноугольной смолы. Эта паста продавливается через фильеры, а угли обжигаются при довольно высокой температуре. Изменение твердости углей может достигаться по мере необходимости путем изменения пропорций сажи и ретортного углерода. Сердцевинные угли изготавливаются путем вставки небольшого стержня в центр фильеры, и угли формируются с полым сердечником. Он может быть заполнен более мягким углеродом.

Если два угля, подключенные к источнику электрического тока, свести вместе, цепь замкнется и потечет ток. Если теперь два угля немного раздвинуть, образуется дуга. По мере горения дуги угли истощаются, и в случае постоянного тока положительный уменьшается в длине быстрее отрицательного. Это в значительной степени объясняется чрезвычайно высокой температурой положительного кончика, где уголь буквально кипит. На положительном кончике образуется кратер, и это всегда характерно для положительного угля обычной дуги, хотя он становится более мелкими по мере увеличения длины дуги. Отрицательный кончик имеет яркое пятно, к которому прикреплен один конец дуги. Утоньшаясь, длина дуги увеличивается, а вместе с ней и ее сопротивление, пока наконец не начнет проходить недостаточный ток для поддержания дуги. Тогда она гаснет, и для ее зажигания угли нужно свести вместе и раздвинуть. Механизмы современных дуговых ламп выполняют эти функции автоматически благодаря остроумному использованию электромагнитов.

Внутренняя часть дуги имеет фиолетовый цвет, а внешняя — зеленовато-желтый. Бело-горячее пятно на отрицательном кончике обычно окружено бахромой из взволнованных шариков, состоящих из смолы и других ингредиентов углей. Часто материал откладывается из положительного кратера на отрицательный кончик, и эти наросты могут наращивать закругленный кончик. Это отложение иногда мешает правильному формированию дуги, а также свету от дуги. Оно часто является причиной шипящего звука, хотя это шипение возникает при любой длине дуги при достаточном увеличении тока. Шипение, по-видимому, объясняется увеличением кратера при чрезмерном токе до тех пор, пока он не выходит за пределы поперечного сечения угля. Таким образом, он имеет тенденцию подниматься вверх по боку, где вступает в контакт с кислородом воздуха. Таким образом углерод напрямую сгорает, а не испаряется, как это происходит, когда горячий кратер мал и защищен от воздуха самой дугой. Температура положительного кратера находится в пределах от 6000° до 7000 °F. Яркость дуги под давлением является наибольшей из производимых искусственными средствами и весьма интенсивна. Поместив дугу под высокое давление, можно достичь яркости солнца. Температура наиболее горячего пятна на отрицательном кончике примерно на тысячу градусов ниже температуры положительного.

Большого спроса на дуговые лампы не возникало до разработки динамо-машины Грамма в 1870 году, которая обеспечила практический источник электрического тока. В 1876 году Яблочков изобрел свою знаменитую «электрическую свечу», состоящую из двух угольных стержней, расположенных бок о бок, но разделенных изоляционным материалом. В этой стране Брэш был пионером в разработке открытых дуговых ламп. В 1877 году он изобрел дуговую лампу и эффективную форму динамо-машины для питания электрической энергией. Первые дуговые лампы представляли собой обычные открытые дуги постоянного тока, а угли изготавливались из высококачественного кокса, сажи и сиропа. Верхний положительный уголь в этих ламgax потребляется со скоростью от одного до двух дюймов в час. Поскольку около 85 процентов всего света излучается верхним (положительным) углем и большая его часть — из кратера, нижний уголь делается как можно меньшим, чтобы не заграждать свет больше, чем необходимо. Положительный уголь открытой дуги часто делается сердцевинным, а отрицательный — меньшим из сплошного углерода. Эта комбинация работает весьма удовлетворительно, но иногда на открытом воздухе используются сплошные угли. Напряжение на дуге составляет около 50 вольт.

В 1846 году Стейт обнаружил, что угольные электроды электрической дуги, помещенной в стеклянный сосуд, в который не было свободного доступа воздуха, сгорали менее быстро, чем при работе дуги на открытом воздухе. После появления динамо-машины, когда уделили повышенное внимание развитию дуговых ламп, этот принцип изоляции дуги снова привлек к себе внимание. Первые попытки около 1880 года не увенчались успехом, поскольку использовались низкие напряжения, и более высокие напряжения стали применять лишь тогда, когда было сделано открытие: при напряжениях ниже 65 вольт отрицательный кончик электрода значительно разрастается. В 1893 году были достигнуты заметные улучшения, и Джандюс создал успешную лампу с изолированной дугой, работающую при напряжении 80 вольт. Маркс внес большой вклад в успех лампы с изолированной дугой, доказав, что небольшая сила тока и высокое напряжение от 80 до 85 вольт являются необходимыми условиями для получения удовлетворительной изолированной дуги.

Принцип работы изолированной дуги прост. Дугу окружает плотно прилегающая стеклянная колба, причем зазор делается настолько минимальным, насколько это допускает подача угольных электродов. При зажигании дуги кислород быстро расходуется, а нагретые газы и замкнутое пространство препятствуют притоку свежего воздуха. В результате угольные электроды сгорают примерно в десять раз медленнее, чем в открытой дуге. На положительном конце не образуется кратер, и дуга сильно блуждает. Эффективность изолированной дуги как источника света ниже, чем у открытой дуги, но она завоевала популярность благодаря медленной скорости сгорания угольных электродов и, как следствие, меньшей необходимости в обслуживании. Такая дуга работает сто часов или более без замены электродов, а следовательно, при уличном освещении сможет проработать неделю или дольше без вмешательства. Если учесть, что открытые дуговые лампы для работы в течение всей ночи снабжались двумя парами угольных электродов, причем второй комплект автоматически вступал в работу по мере сгорания первого, то ценность изолированной дуги становится очевидной. Тем не менее открытая дуга сослужила хорошую службу и уступила место более совершенным разработкам. Она стремительно выходит из употребления.

Дуговая лампа переменного тока была разработана после появления открытой дуговой лампы постоянного тока и получила широкое распространение. В ней нет положительных и отрицательных угольных электродов, поскольку переменный ток меняет направление обычно с частотой 120 раз в секунду, то есть проходит 60 полных циклов каждую секунду. На кончиках электродов не образуется выраженных кратеров, и оба угольных электрода сгорают примерно с одинаковой скоростью. Средняя температура угольных кончиков ниже, чем температура положительного кончика дуги постоянного тока, в результате чего световая отдача оказывается ниже. Такие дуги выпускались как в открытом, так и в изолированном исполнении. Для них характерно гудение, возникающее из-за воздействия переменного тока на механизм, а также на воздух вблизи дуги. Этот гудящий звук весьма отличается от периодического шипения дуги постоянного тока. При использовании мягких угольных электродов дуга получается большего размера, и, по-видимому, эта масса пара значительно снижает гудение. Для изолированной дуги переменного тока гудение выражено не столь явно. Дугу переменного тока легко обнаружить при внимательном наблюдении за движущимися предметами. Если быстро перемещать карандаш или монету, появляется несколько изображений, что обусловлено пульсирующим характером света. При каждом изменении направления тока его значение падает до нуля, и дуга фактически гаснет. Следовательно, максимальная яркость наблюдается посредине между моментами смены направления тока.

Различные типы всех этих дуговых ламп были разработаны для удовлетворения разнообразных требований обычного освещения и для приспособления этого метода получения света к нуждам проекционной техники, сценического оборудования, маяков, прожекторов и других областей применения.

До сих пор рассматривалась обычная угольная дуга, и было показано, что большая часть света испускается раскаленным концом положительного угольного электрода. По сути, свет от самой дуги ничтожно мал. Логичным шагом в развитии дуговой лампы стало введение солей для получения светящегося пламени. Эта возможность применительно к обычному газовому пламени была известна в течение многих лет, и удивительно, что ее не применили к угольным электродам раньше. По-видимому, Брэмер в 1898 году первым применил фториды кальция, бария и стронция. Соли дефлагрируют, и светящееся пламя окутывает обычное слабое пламя дуги. В таких дугах большая часть света излучается самой дугой, отсюда и название — «пламенные дуги».

Введение металлических солей в угольные электроды значительно расширило возможности дуговой лампы. Световой поток таких ламп намного превосходит световой поток обычной угольной дуги при том же потреблении электрической энергии. Кроме того, цвет или спектральный состав света можно в широких пределах варьировать за счет применения различных солей. Например, если угольные электроды пропитаны фторидом кальция, то при исследовании пламени дуги с помощью спектроскопа можно увидеть характерный спектр кальция, а именно зеленые, оранжевые и красные лучи. Сочетаясь, они придают этой дуге очень желтый цвет. Как объяснялось в предыдущей главе, соли для этой цели можно разумно подбирать на основе знаний об их фундаментальных или характерных спектрах пламени.

Эти лампы были разработаны для удовлетворения самых разных потребностей, и их световая отдача составляет от 20 до 40 люменов на ватт, что в несколько раз превышает отдачу обычной открытой угольной дуги. Пламенная дуга красного свечения обязана своим цветом главным образом стронцию, характерный видимый спектр которого состоит преимущественно из красных и желтых лучей. Барий придает дуге довольно белые тона. Желтые и так называемые белые пламенные дуги получили наибольшее распространение. Были созданы пламенные дуги, цвет которых близок к дневному свету, а мощные сине-белые пламенные дуги удовлетворяют потребности различных химических производств и процессов фотографии. Эти дуги обычно работают в пространстве с ограниченным притоком воздуха, что аналогично принципу изолированной дуги. Поскольку некоторые пламенные дуги в больших количествах выделяют ядовитые испарения, их не используют в помещениях без довольно интенсивной вентиляции. По сути, пламенные дуги являются столь мощными источниками света, что применяются почти исключительно на открытом воздухе или в очень больших помещениях, особенно типа открытых заводских цехов. Они выпускаются как для постоянного, так и для переменного тока, а их механизмы имели несколько разновидностей. Электроды сгорают довольно быстро, поэтому их делают как можно более длинными. В одном из типов дуги оба угольных электрода подаются вниз, а их нижние концы образуют узкую букву V, между вершинами которой располагается пламя дуги. В таких условиях дуга стремится переместиться по вертикали и в конце концов «растягивается» до полного погасания. Тем не менее дуга удерживается на месте расположенным над ней магнитом, который отталкивает дугу и фиксирует ее на кончиках электродов.

Главным возражением против ранних пламенных дуг была необходимость частой замены угольных электродов. В значительной степени это удалось преодолеть в регенеративной лампе Джандюса, в которой дуга работает в стеклянном корпусе, окруженном опаловой колбой. Однако в дополнение к внутреннему стеклянному корпусу к нему присоединены две металлические камеры охлаждения. Воздух поступает снизу, а испарения от дуги поднимаются вверх и попадают в камеры охлаждения, где оседают твердые продукты горения. Воздух при возвращении вниз тем самым очищается от этих твердых частиц, и внутренний стеклянный корпус остается относительно чистым. Нижний угольный электрод пропитан солями для получения светящегося пламени, а верхний угольный электрод выполнен со стержневым отверстием (сердечником). Срок службы электродов составляет около семидесяти пяти часов.

Следующим шагом стало появление так называемой «светящейся дуги» («люминесцентной дуги»), представляющей собой «пламенную дугу» с совершенно иными электродами. Нижний (отрицательный) электрод представляет собой железную трубку, наполненную главным образом магнетитом (оксидом железа) и оксидом титана в примерном соотношении три к одному соответственно. Магнетит является проводником электричества, который легко испаряется. Пламя дуги велико, а оксид титана придает ему высокую яркость. Положительный электрод, обычно верхний, представляет собой короткий, толстый, сплошной цилиндр из меди, который сгорает очень медленно. Эта лампа, известная как магнетитовая дуговая лампа, имеет световую отдачу около 20 люменов на ватт при прозрачной стеклянной колбе.

Механизмы, зажигающие дугу и подающие угольные электроды, представляют собой остроумные устройства самых разных конструкций в зависимости от вида дуги и характера электрической цепи, к которой она подключена. Последние достижения в области электрических ламп накаливания с нитью накала узурпировали некоторые сферы применения, в которых дуговая лампа царила безраздельно в течение многих лет, и ее будущее сейчас выглядит не столь светлым, как десять лет назад. Для специальных целей были разработаны дуговые лампы высокой интенсивности с тонкими угольными электродами, и в целом на разработку дуговых ламп было потрачено огромное количество изобретательности. Спрос на дуговые лампы сохранится, поскольку научные разработки открывают для них новые сферы применения. Их ценность в фотогравюре, в студиях производства кинофильмов, в кинопроекции и в определенных аспектах сценического освещения прочно обоснована, и представляется, что они найдут применение в некоторых химических производствах, поскольку дуга является мощным источником лучистой энергии, которая обладает высокой химической активностью.

Световая отдача дуговых ламп зависит от столь многих условий, что трудно представить их краткое сравнение; тем не менее следующего может оказаться достаточно, чтобы показать диапазоны светового потока на ватт в реальных условиях эксплуатации. Эти значения эффективности, разумеется, ниже эффективности самой дуги, поскольку учитываются потери в механизме, колбах и т. д.

 Lumens per watt

Open carbon arc4 to 8
Enclosed carbon arc7
Enclosed flame-arc (yellow or white)15 to 25
Luminous arc10 to 25

Здесь можно описать другую лампу, сильно отличающуюся по внешнему виду от предыдущих дуговых ламп, поскольку она известна как ртутная дуговая лампа. В этой лампе ртуть заключена в прозрачную трубку, а дуга зажигается путем создания и разрыва контакта ртути между двумя электродами. Дугу можно поддерживать длиной в несколько футов. Пожалуй, первая ртутная дуга была получена в 1860 году Веем, который позволил тонкой струйке ртути падать из резервуара в сосуд, причем резервуар и приемник были подключены к полюсам батареи. Электрический ток разбрызгивал струю, и между каплями возникали дуги. Он продемонстрировал этот новейший источник света на мачте яхты, и он привлек к себе огромное внимание. Позднее различные исследователи экспериментировали с получением ртутной дуги, и первые успешные образцы были выполнены в форме перевернутой U-образной трубки, концы которой были заполнены ртутью, а остальная часть трубки — откачана.

Купер Хьюитт был успешным пионером в производстве практичных ртутных дуговых ламп. Он изготавливал их главным образом в виде прямых стеклянных трубок длиной до нескольких футов с утолщенными концами для облегчения охлаждения. Трубки установлены с наклоном, чтобы конденсирующиеся пары ртути стекали обратно в утолщенный конец, где лужица ртути образует отрицательный электрод. Дугу можно зажечь путем наклона трубки так, чтобы нить ртути стекала по стенке и соединялась с положительным железным электродом. Тепло дуги испаряет ртуть, благодаря чему поддерживается дуга значительной длины. Наклон осуществляется с помощью электромагнитов. Зажигание также осуществлялось с помощью нагревательной спирали, а также электрической искрой. Стабилизация ламп обеспечивается резистивными и индуктивными катушками.

Одним из недостатков света, излучаемого раскаленными парами ртути, является скудость его спектральных цветов. Его видимый спектр состоит главным образом из фиолетовых, синих, зеленых и желтых лучей. Он практически не излучает красных лучей, и поэтому красные предметы кажутся лишенными красного цвета. Человеческое лицо при этом свете выглядит мертвенно-бледным, и он искажает цвета в целом. Тем не менее лампа обладает такими преимуществами, как высокая эффективность, умеренно низкая яркость, высокая актиничность и четкое выявление деталей. Предпринимались различные попытки улучшить цвет света путем добавления красных лучей. С некоторым успехом использовались отражатели с флуоресцентным красным красителем, но такой метод значительно снижает световую отдачу лампы. Краситель флуоресцирует красным цветом под воздействием ультрафиолетовых, фиолетовых и синих лучей; то есть он обладает свойством преобразовывать излучение этих длин волн в лучистую энергию большей длины волны. При использовании электрических ламп накаливания с нитью накала в сочетании с ртутными дуговыми лампами получается вполне удовлетворительный свет. Было проведено множество экспериментов по добавлению к ртути других веществ, например цинка, в надежде, что спектр другого вещества компенсирует недостатки ртутного спектра. Однако никакого успеха в этом направлении достичь не удалось.

За счет использования кварцевой трубки, которая способна выдерживать гораздо более высокую температуру, чем стекло, плотность тока можно значительно увеличить. Таким образом, маленькая кварцевая трубка с раскаленными парами ртути будет испускать столько же света, сколько длинная стеклянная трубка. Кварцевая ртутная дуговая лампа производит свет, который почти белого цвета, но реальный спектр сильно отличается от спектра белого солнечного света. Хотя кварцевая дуга излучает некоторые красные лучи, ее спектр по сути такой же, как у дуги в стеклянной трубке. Кварц пропускает ультрафиолетовое излучение, вредное для глаз, и поскольку пары ртути испускают такие лучи, при использовании лампы для обычного освещения кварцевую трубку следует помещать в стеклянную колбу.

К счастью, доступны столь радикально различающиеся виды источников света, поскольку в сложной деятельности современности востребованы все они. Кварцевая ртутная дуговая лампа находит множество обособленных применений благодаря обилию ультрафиолетового излучения. Она ценна как источник ультрафиолета для возбуждения фосфоресценции, для исследования пропускания этого излучения стеклами, для стерилизации воды, в медицинских целях и в фотографии.

X

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ С НИТЬЮ НАКАЛА

До 1800 года электричество было главным образом игрушкой для людей с научными склонностями, и лишь после того, как Вольта изобрел вольтов столб или батарею, некоторые ученые обратили свое пристальное внимание на изучение электричества. Вольта был не просто изобретателем: он являлся одним из величайших ученых своего времени, одаренным воображением, которое выделяло его как гения в творческой работе. Создав электрическую батарею, он дал величайший толчок исследованиям в области электрической науки за всю ее историю. Как уже было показано, начался период энтузиастических исследований в общей области тепловых эффектов электрического тока. Электрическая дуга родилась в колыбели этого энтузиазма, а в нагревании металлов электричеством берет свое начало будущая лампа накаливания.

В период с 1841 по 1848 год несколько изобретателей пытались создать источники света путем нагревания металлов. Эти примитивные лампы работали от электрических элементов Гроува и Бунзена, но ни одной практичной лампы накаливания с нитью накала создано не было, пока развитие электрического динамо не обеспечило адекватный источник электрического тока. По мере того как электрическая наука продвигалась вперед благодаря неустанным усилиям ученых, наконец стало очевидно, что достаточный запас электрического тока можно получать механическим путем; то есть вращая проводники таким образом, чтобы в них генерировался ток при пересечении ими магнитного поля. Даже пионеры-изобретатели электрических ламп внесли огромный вклад в электротехническую практику, разработав динамо-машину. Брэш разработал удовлетворительную динамо-машину одновременно с изобретением дуговой лампы, и точно так же Эдисон внес большой вклад в электротехническую практику, разработав средства генерации и распределения электричества для обеспечения работы своей лампы накаливания.

ДУГОВАЯ ЛАМПА ПОСТОЯННОГО ТОКА
Большая часть света испускается положительным (верхним) электродом

ПЛАМЕННАЯ ДУГОВАЯ ЛАМПА
Большая часть света испускается пламенем

В 1878 году Эдисон занялся решением проблемы получения света от проволоки или нити, нагреваемой электричеством. В своих первых экспериментах он использовал платиновую проволоку, но ее летучесть и низкая температура плавления (3200°F) ограничивали успех ламп. Углерод с его чрезвычайно высокой температурой плавления уже давно привлекал внимание, и в 1879 году Эдисон получил угольную нить накала, обуглив полоску бумаги. Он запаял ее в стеклянный сосуд, из которого был откачан воздух, а электрический ток подводился к нити через впаянные в стекло платиновые проволочки. Платина использовалась потому, что ее расширение и сжатие примерно соответствуют стеклу. Между прочим, в лампы накаливания было внесено множество усовершенствований, и прошло тридцать лет, прежде чем был найден материал для замены платиновых вводных проводников. Стоимость платины неуклонно росла, и наконец в текущем столетии замена была осуществлена путем использования двух металлов, суммарное расширение которых было таким же, как у платины или стекла. В 1879 и 1880 годах Эдисону удалось преодолеть многочисленные трудности в достаточной мере, чтобы подарить миру практичную лампу накаливания с нитью накала. Примерно в это же время Сван и Стерн в Англии также создали успешную лампу.

НА ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СТЕНДАХ ПРОИЗВОДИТЕЛЯ ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ С НИТЬЮ НАКАЛА
Тысячи ламп сжигаются ради проведения усовершенствований. Затрачиваемая электрическая энергия эквивалентна энергии, потребляемой городом с населением 30 000 человек

В своих ранних экспериментах с нитями накала Эдисон использовал платиновую проволоку, покрытую углеродом, но без особого успеха. Он также изготавливал тонкие стержни из смеси мелкодисперсных металлов, таких как платина и иридий, смешанных с такими оксидами, как оксид магния, оксид циркония и известь. Он даже наматывал платиновую проволоку вокруг кусочка одного из этих оксидов с целью получения света от проволоки и от нагретого оксида. Однако эти эксперименты не имели особого значения, кроме того, что показали: нить накала лучше всего работает, если она состоит исключительно из углерода и должна находиться в эвакуированном (откачанном) сосуде.

Одной из главных трудностей было изготовление угольных нитей. Некоторые пионеры, такие как Сойер и Манн, пытались вырезать их из куска углерода. Однако Эдисон, а также Сван обратили свое внимание на их формирование путем карбонизации (обугливания) волокна органического вещества. Для этой цели карбонизировались нити, вырезанные из бумаги, а также хлопчатобумажные и шелковые нити. Эдисон прочесал весь земной шар в поисках лучших материалов. Он испытал волокнистую траву из Южной Америки и различные виды бамбука из других частей света. Тонкие нити из расщепленного бамбука в конце концов оказались лучшим материалом до того времени. Он создал множество ламп, содержащих нити из этого материала, и даже до 1910 года бамбук в некоторой степени использовался в определенных лампах.

Об этих ранних днях Эдисон говорил:

Мне пришло в голову, что, возможно, угольная нить сможет держаться в запаянных стеклянных сосудах, или колбах, которые мы использовали, откачанных до высокого вакуума. Отдельные лампы изготавливались таким образом независимо от воздушного насоса, и в октябре 1879 года мы сделали лампы из бумажного углерода, а также с углеродами из обычной швейной нити, помещенными в приемник или колбу, целиком изготовленную из стекла, с впаянными наглухо вводными проводами. Все это устройство откачивалось насосом Шпренгеля примерно до одной миллионной доли атмосферы. Угольные нити, хотя естественным образом они были довольно хрупкими из-за своей длины и малой массы, обладали меньшей излучающей поверхностью и более высоким сопротивлением, чем мы смели надеяться. Мы фактически достигли того положения и состояния, когда угольные электроды стали стабильными. Иными словами, лампа накаливания в том виде, в каком мы знаем ее и по сей день [1904 г.], практически во всех своих деталях без изменений, была рождена.

После дальнейших успехов Эдисона с бамбуком Сван изобрел способ выдавливания нитей нитроцеллюлозы в коагулирующую жидкость, после чего они подвергаются карбонизации. С помощью этого процесса можно получать очень тонкие однородные нити, и хотя время от времени вносились усовершенствования, этот метод применяется со времени его изобретения. В эти более поздние годы хлопчатобумажное волокно растворяют в подходящем растворителе, таком как раствор хлорида цинка, и этот материал продавливают через малую алмазную фильеру. Эта нить после затвердевания выглядит похожей на струшку для скрипок (кетгут). Ее разрезают на отрезки нужной длины и изгибают по шаблону. Затем ее погружают в графит (плюмбаго) и нагревают до высокой температуры для разрушения органического вещества. В результате получается угольная нить. От этого этапа до готовой лампы выполняется множество операций, но их обсуждение увело бы нас далеко в сторону. Получение высокого вакуума является одним из важнейших процессов, и производители ламп накаливания освоили это искусство, пожалуй, более тщательно, чем любые другие производители. По меньшей мере, их опыт в этой сфере позволил им быстро и в больших масштабах производить такие устройства, как рентгеновские трубки, во время недавней войны.

В первые годы существования ламп накаливания время от времени вносились усовершенствования, которые увеличивали срок службы и светоотдачу угольных нитей, но лишь в 1906 году было достигнуто радикальное улучшение. В том году в нашей стране был разработан процесс, благодаря которому угольная нить стала более компактной. Фактически из-за своего внешнего вида она получила название «металллизированная нить накала». Эти угольные нити подготавливаются так же, как и более ранние, но в конце концов «обрабатываются» путем нагревания в атмосфере углеводородов, таких как каменноугольный газ. Нить нагревается электрическим током, и тепло разрушает углеводороды, в результате чего на нити оседает углерод. Эта «обработанная» нить имеет покрытие из твердого углерода, а ее электрическое сопротивление выше, чем у необработанной нити.

Световая отдача угольной нити накала является функцией ее температуры и очень быстро возрастает с ростом температуры. По этой причине постоянной целью является достижение высоких температур нити. Из всех материалов, используемых в нитях накала до настоящего времени, углерод обладает самой высокой температурой плавления (возможно, доходящей до 7000°F), но угольная нить накала при практической эксплуатации имеет более низкую эффективность, чем любая другая нить. Это происходит потому, что максимально возможная рабочая температура, при которой она сохраняет разумный срок службы, намного ниже температуры металлических нитей. Раскаленный углерод в откачанной колбе сублимируется или улетучивается и оседает на колбе. Это в конечном счете уменьшает размер нити до точки разрыва, а почернение колбы снижает световой поток. Было обнаружено, что обработанная нить представляет собой более твердую форму углерода, которая не улетучивается так быстро, как необработанная нить. Сразу же появилась возможность эксплуатировать ее при более высокой температуре с сопутствующим увеличением световой отдачи. Эта лампа с «графитизированной» угольной нитью стала известна в нашей стране как лампа gem (джем), и многие люди задавались вопросом по поводу слова «gem». Первые две буквы обозначают «General Electric» («Компания General Electric»), а последняя — «metallized» (металлизированная). Эту лампу в свое время приветствовали с энтузиазмом, но время угольных нитей прошло. Появление ламп накаливания с более высокой эффективностью сделало использование угольных ламп неэкономным для целей общего освещения. Хотя обработанная угольная нить была большим достижением, ее царствование было недолгим из-за появления металлических нитей.

В 1803 году был открыт новый элемент, названный танталом. Это темный, блестящий, твердый металл. Чистый тантал тверже стали; его можно вытягивать в тонкую проволоку; кроме того, он имеет очень высокую температуру плавления (около 5100°F). Как видно, он обладает свойствами, желательными для нитей накала, но по какой-то причине долгое время не привлекал внимания. Прошло столетие после его открытия, прежде чем фон Болтон изготовил первую танталовую лампу накаливания. Из-за низкого электрического сопротивления тантала нить накала для нормальной работы при стандартном напряжении должна быть длинной и тонкой. Это требует размещения значительной длины проволоки в колбе без допущения соприкосновения витков друг с другом. После того как нити проработают несколько сотен часов, они становятся хрупкими и в них появляются дефекты. При исследовании под микроскопом участки нити, работавшей на переменном токе, кажутся смещенными. Объяснение этого дефекта уходит глубоко в кристаллическую структуру. За танталовой нитью в нашей стране быстро последовали осмиевая и вольфрамовая.

Осмиевая нить появилась в 1905 году, и ее изобретение принадлежит Вельсбаху, который создал удивительную газовую сетку (мантию). Из-за своей чрезвычайной хрупкости осмий измельчался и превращался в пасту из органического вещества. Нити выдавливались через фильеры и после формования и сушки нагревались до высокой температуры. Органическое вещество исчезало, а мелкие металлические частицы спекались. Это давало очень хрупкую лампу, но ее высокая эффективность способствовала ее внедрению.

В 1870 году, когда Шееле открыл новый элемент, известный в нашей стране как вольфрам, никто не осознавал, что он произведет революцию в искусственном освещении и изменит направление некоторых путей развития цивилизации. Этот металл, известный в Германии и отчасти в англоязычных странах как «вольфрам» (wolfram), является одним из тяжелейших элементов, имея удельный вес 19,1. Он на 50 процентов тяжелее ртути и почти в два раза тяжелее свинца. Он рано стал использоваться в германской серебряной латуни в количестве 1 или 2 процентов для получения платиноида — сплава, обладающего высоким сопротивлением, которое лишь незначительно изменяется при изменении температуры. Это делало его прекрасным материалом для электрических резисторов. Температура плавления вольфрама составляет около 5350°F, что делает его пригодным для нитей накала, однако в ранних экспериментах в подготовленном виде он был очень хрупким. При высоких температурах он очень легко соединяется с кислородом и углеродом.

Первые вольфрамовые лампы появились на рынке в 1906 году, но они содержали хрупкие нити, изготовленные методом выдавливания. Когда выдавленная нить из вольфрамового порошка и органического вещества нагревалась в атмосфере пара и водорода для удаления связующего материала, получалась хрупкая вольфрамовая нить. Первые лампы были дорогими и хрупкими. После лет организованных исследований вольфрам теперь вытягивают в тончайшую проволоку, обладающую прочностью на разрыв, возможно, большей, чем у любого другого материала. Нити в настоящее время изготавливаются самых разных форм, и величайшие достижения в области искусственного освещения стали результатом научных исследований в огромном масштабе.

Достижения, которые в совокупности позволили усовершенствовать вольфрамовую лампу до такой степени, что она стала главной опорой электрического освещения, не связаны с именами в Зале славы. Организация научных исследований в промышленных лабораториях такова, что в разработку усовершенствования часто вносят свой вклад многие лица. Более того, для полного осмысления применения научных знаний обычно требуется время. В прежние дни организованные исследования не практиковались, и великие разработки тех времен были трудом одиночек. Сегодня даже в чистой науке некоторые из величайших вкладов делаются промышленными лабораториями; но порой они становятся известными публике лишь спустя много лет. Вся схема научного развития существенно изменилась. Например, история разработки ковкого вольфрама, который произвел революцию в освещении, сложна и в настоящее время более или менее окутана тайной. Многие люди внесли свой вклад в это достижение, и общественность в настоящее время знает немногим больше того факта, что вольфрамовые нити, бывшие вчера хрупкими, теперь изготавливаются из ковкой вольфрамовой проволоки, вытянутой в тончайшие нити.

Более ранние вольфрамовые нити изготавливались по трем конкурирующим процессам. Согласно первому, слой вольфрама «напылялся» («вспыхивал») на тонкую угольную нить, причем последняя в конечном итоге устранялась путем нагревания в атмосфере водорода и водяного пара. Согласно второму, коллоидный вольфрам получался путем создания дуги между вольфрамовыми электродами под водой. Мелкодисперсный вольфрам собирался, частично высушивался и выдавливался через фильеры для формирования нитей. Затем они спекались. Третьим был уже описанный «пастовый» процесс. Эти методы давали хрупкие нити, но их световая отдача была выше, чем у предыдущих. Однако в нашей стране вскоре появился ковкий вольфрам. Слиток вольфрама подвергается интенсивной ковке (ротационной ковке), пока не приобретет форму стержня. В конце концов из него вытягивается проволока.

Большая часть этой опытно-конструкторской работы была проделана лабораториями компании General Electric, и им было суждено внести еще одно великое усовершенствование. Почернение колб ламп происходило из-за испарения вольфрама с нити накала. Все нити до этого времени помещались в откачанные колбы, а низкое давление, как известно, способствует испарению. Давно было известно, что инертный газ в колбе уменьшит испарение и устранит другие дефекты; однако в этих условиях происходили бы значительные потери энергии за счет теплопроводности газов. В вакуумной лампе почти вся электрическая энергия преобразуется в лучистую энергию, которая излучается нитью, и любое рассеяние тепла представляет собой потерю энергии. До этого времени высокий вакуум был одной из главных целей, но назревало радикальное изменение.

Если колбу обычной вольфрамовой лампы заполнить инертным газом, таким как азот, нить накала может работать при гораздо более высокой температуре без какого-либо дополнительного разрушения по сравнению с тем, что происходит в вакууме при более низкой температуре. Это дает более эффективный свет, но менее эффективную лампу. Больший световой поток компенсируется потерями тепла за счет теплопроводности через газ. Другими словами, для поддержания заданной температуры в газе требуется гораздо больше энергии, чем в вакууме. Однако детальные исследования зависимости тепловых потерь от размера и формы нити накала, а также физики теплопроводности от твердого тела к газу заложили фундамент для создания газонаполненной вольфрамовой лампы. Знания, полученные в ходе этих исследований, показали, что более толстая нить теряет относительно меньший процент энергии за счет теплопроводности по сравнению с тонкой при одинаковых количествах излучаемого света. Однако практическая нить должна обладать достаточным сопротивлением для безопасного использования в уже существующих осветительных сетях, и поэтому большой диаметр и высокое сопротивление были получены путем создания спиральной катушки из тонкой проволоки. Фактически газонаполненную вольфрамовую лампу можно представить как обычную лампу, у которой длинная нить свернута в короткую спираль, а колба заполнена азотом или аргоном.

Это развитие не было случайным, и с научной точки зрения оно не является сенсационным. Оно не ознаменовало нового открытия в том же смысле, в каком открытие рентгеновских лучей. Тем не менее оно служит отличным примером тех великих наград, которые достаются за систематическое, тщательное изучение довольно обычных физических законов применительно к заданному условию. Подобные достижения дублируются в различных направлениях в лабораториях промышленности. Научные исследования больше не монополизированы учебными заведениями. Самые сложные и хорошо оборудованные лаборатории можно встретить в промышленности, порой окруженные дымом, шумом и бурной деятельностью, которые показывают, что достижения лаборатории направляются к человечеству. Насыщенный дымом промышленный район, пульсирующий жизнью, является гордой экспозицией современной цивилизации. Это творение тех, кто открывает, организует и применяет научные факты. Но как мало тех, кто ценит долг человечества не только перед индивидуумом, посвятившим свою жизнь науке, но и перед дальновидным производителем, рискующим своими деньгами в организованных поисках новых благ для человечества! Беглый взгляд на огромную организацию исследований, которая, например, несет главную ответственность за прогресс лампы накаливания, изменил бы отношение многих людей к науке и к крупным промышленным компаниям.

Прогресс в разработке электрических ламп накаливания показан в следующей таблице, где даты и значения являются более или менее приближенными. Следует понимать, что с 1880 года по настоящее время наблюдается неуклонный прогресс, который временами значительно усиливался резкими скачками.

Приблизительные значения

DateFilamentTemperatureLumens per watt

1880Carbon3300°F.3.0
1906Carbon (graphitized)34004.5
1905Tantalum35506.5
1905Osmium36007.5
1906Tungsten (vacuum)37008.0
1914Tungsten (gas-filled)up to 5300°F.10 to 25

В ходе разработки ламп накаливания с нитью накала было проведено множество остроумных экспериментов, которые обычно приводили к источникам света, представляющим научный интерес, но не имеющим практической ценности. Одной из последних разработок является вольфрамовая дуга в инертном газе. С помощью нагревательной спирали между двумя электродами из вольфрама зажигается небольшая дуга, но ее практичность пока не доказана.

Еще один тип лампы с нитью накала был разработан Нернстом в 1897 году. Это было остроумное применение специфических свойств оксидов редких земель. Его первая лампа состояла по существу из тонкого стержня оксида магния. Это вещество не проводит электричество при обычных температурах, но при нагревании до накала становится проводником. При достаточном внешнем нагревании этой нити накала с одновременным приложением к ней надлежащего напряжения через нее начинает проходить электрический ток, и в дальнейшем этот ток поддерживает ее температуру. Таким образом, такая нить становится проводником и продолжает ярко светиться благодаря электрической энергии, которую она преобразует в тепло. Более поздние лампы состояли из «тел накала» (glower) длиной около одного дюйма, изготовленных из смеси оксидов циркония и иттрия, а в конце концов использовалась смесь оксидов церия, тория и циркония. Тело накала первоначально нагревается спиралью из платиновой проволоки, расположенной рядом с ним, но не соприкасающейся с ним. В связи с тем, что сопротивление этого тела накала быстро уменьшается по мере повышения его температуры, необходимо последовательно с ним включить вещество, сопротивление которого увеличивается с ростом тока. Это называется «балластным сопротивлением» и обычно представляет собой железную проволоку в стеклянной колбе, содержащей водород. Нагреватель отключается электромагнитом, когда тело накала начинает работать. Эта лампа является чудом изобретательности, и на пике своего расцвета она устанавливалась в значительных масштабах. Ее свет значительно белее света ламп с угольной нитью накала. Однако ее гибель была предрешена с появлением ламп с металлической нитью накала.

Интересная нить накала была разработана Паркером и Кларком с использованием в качестве сердцевины небольшой угольной нити. Будучи подвергнутой кратковременному нагреву (выставленной) в атмосфере, содержащей пар соединения кремния, она покрывалась кремнием. Эта нить обладала высоким удельным сопротивлением и казалась перспективной. Она не получила коммерческого распространения и, несомненно, не может конкурировать с новейшими вольфрамовыми лампами.

Электрические лампы накаливания являются нынешней опорой электрического освещения и, можно сказать, прогресса в освещении. Замечательные достижения были совершены в других способах освещения, и предыдущее утверждение не призвано умалять эти достижения. Тем не менее лампа накаливания с нитью накала имеет множество присущих ей преимуществ. Источник света заключен в герметичную колбу, что обеспечивает безопасность и удобство лампы. Нить способна к дроблению, в результате чего такие лампы варьируются от мельчайшей искры самой маленькой миниатюрной лампочки до огромного светового потока крупнейшей газонаполненной вольфрамовой лампы. Световые потоки этих ламп составляют соответственно долю люмена и двадцать пять тысяч люменов; то есть сила света варьируется от эквивалента небольшой доли стандартной свечи до единого источника света, испускающего свет, эквивалентный двум тысячам стандартных свечей.

Статистика — это сухие факты, и они обычно неинтересны в книге подобного характера, но они рассказывают историю в сжатой форме. Развитие современной лампы накаливания увеличило интенсивность доступного света при значительном снижении затрат, и это поступательное развитие легко демонстрируется таблицами. Например, со времени появления вольфрамовой лампы средняя сила света (в свечах) и световая отдача всех продаваемых в нашей стране ламп неуклонно возрастали, в то время как средняя потребляемая мощность ламп оставалась практически неизменной.

Средняя сила света, мощность и световая отдача всех ламп, продаваемых в нашей стране

YearCandle-powerWattsLumens

per watt

190718.0533.33
190819.0533.52
190921.0523.96
191023.0514.42
191125.0514.82
191226.0495.20
191329.4476.13
191438.2487.80
191542.2478.74
191645.8499.60
191748.75210.56

Следует отметить, что сила света ламп накаливания с нитью накала неуклонно возрастала после вытеснения угольной лампы и что за десятилетний период организованных исследований вольфрамовой лампы ее световая отдача (люмены на ватт) утроилась. Иными словами, при неизменности всех остальных условий стоимость света за десять лет сократилась в три раза. Но снижение стоимости оказалось даже большим, чем это, как будет показано позже. За тот же промежуток лет процент ламп с угольной нитью от общего числа проданных ламп накаливания снизился со 100 процентов в 1907 году до 13 процентов в 1917 году. В то же время процент вольфрамовых ламп (Mazda) возрос с практически нуля в 1907 году примерно до 87 процентов в 1917 году. Танталовая лампа не имела возможности утвердиться, поскольку вольфрамовая лампа последовала за ее появлением очень быстро. В 1910 году продажи первой достигли наивысшей отметки, составившей лишь 3,5 процента от всех ламп, проданных в Соединенных Штатах. Скромного начала число ламп накаливания, проданных для использования в нашей стране, быстро росло, достигнув почти двухсот миллионов в 1919 году.

XI

СВЕТ БУДУЩЕГО

Рассматривая развитие искусственного света и его многообразное влияние на деятельность человечества, естественно заглянуть в будущее. Жюль Верн обладал преимуществом возможности описывать в художественной литературе то, что диктовало его буйное воображение, и столь многое из того, что он живописал, сбылось, что его успех побуждает поступать точно так же при пророчестве будущего освещения. Конечно, прогноз, основанный исключительно на прошлых достижениях и нынешних предпосылках, не дотянет до реальных воплощений будущего! Если позволить воображению взглянуть в будущее без ограничений, можно придумать множество на первый взгляд надуманных схем. Возможно, удастся обратиться к природным запасам дневного света и запасти часть его впрок для ночного использования. Одна миллионная доля дневного света, высвобождаемая по желанию ночью, обеспечила бы достаточную освещенность для всей ночной деятельности человека. Писателю-фантасту не нужно обращать внимание на вопросы ученого о том, как этот дневной свет будет разливаться по бутылкам. Вместо того чтобы уделять время таким вопросам, он перешел бы к другой схеме, согласно которой Землю опоясали бы оптическими устройствами, чтобы день никогда не уходил. Когда солнце светило бы в Китае, его свет собирался бы в больших масштабах и направлялся на восток и на запад по этим великим оптическим «трубопроводам» в регионы тьмы, изгнав тем самым ночь навсегда. Писателю-фантасту не нужно утруждать себя рассмотрением экономической ситуации, которая потребовала бы таких усилий. Это направление домыслов интересно, поскольку оно может наметить возможности, на которые не указывает текущая тенденция развития искусственного света; однако автор чувствует себя обязанным рассматривать будущее производства света на несколько более консервативной основе.

В настоящее время источником света, представляющим наибольший интерес в электрическом освещении, является лампа накаливания с нитью накала; но ее световая отдача ограничена, как было показано в предыдущей главе. Когда свет излучается за счет температуры, видимой энергии сопутствует большое количество невидимой лучистой энергии. Наивысшая световая отдача, достижимая за счет чисто температурного излучения, будет получена тогда, когда температура нормального излучателя достигнет диапазона от 10 000°F до 11 000°F. Температуры плавления металлов намного ниже этого значения. Вольфрамовая нить в наиболее эффективных лампах, использующих ее, в настоящее время работает вблизи температуры своего плавления. Углерод является наиболее привлекательным элементом в отношении температуры плавления, поскольку он плавится при температуре между 6000°F и 7000°F. Но даже это далеко ниже самой эффективной температуры для производства света посредством чисто температурного излучения. Существуют возможности получения более высокой эффективности за счет работы дуг или нитей накала под давлением; однако представляется, что высокоэффективный свет будущего станет результатом радикального отхода от привычного.

Ученые все теснее знакомятся со структурой материи. Каждый год они узнают секреты, которые, судя по всему, ведут к фундаментальному пониманию этого предмета. Когда эти тайны будут разгаданы, кто сможет сказать, что человек не сможет создавать элементы в соответствии со своими потребностями или по крайней мере изменять свойства уже имеющихся элементов? Если бы он мог так изменить механизм излучения, чтобы горячий металл не излучал невидимой энергии, он сделал бы огромный шаг вперед даже в производстве света за счет высокой температуры. Этим свойством селективного (изборочного) излучения в небольшой степени обладают некоторые элементы, но если бы обработка могла усилить это свойство, световая отдача значительно возросла бы. Безусловно, принцип избирательности — это обходной путь возможностей.

Тщательное изучение банальных факторов может привести к большому шагу в производстве света без создания новых элементов или соединений, точно так же как такая процедура удвоила световую отдачу вольфрамовой нити при появлении газонаполненной лампы. Согласно Периодическому закону, который сыграл столь ценную роль в химии, все еще не хватает нескольких элементов. Когда они объявятся, может выясниться, что они обладают ценными свойствами для производства света; но это тупиковый путь.

Естественно задаться вопросом, имеет ли какой-либо из используемых в настоящее время способов производства света предельную предельную световую отдачу, приближающуюся к абсолютному пределу, который налагается видимостью излучения. Глаз способен преобразовывать лучистую энергию различных длин волн в определенные фиксированные пропорции света. Например, лучистая энергия такой длины волны, которая возбуждает ощущение желто-зеленого цвета, является наиболее эффективной, и один ватт этой энергии способен преобразовываться зрительным аппаратом примерно в 625 люменов света. Вечно ли фиксирована эта эффективность преобразования зрительным аппаратом? Для ответа необходимо обратиться к физиологу, и он, несомненно, предложил бы обуздать воображение. Но немыслимо ли, что процессы зрения всегда будут вне контроля человека? Однако, возвращаясь снова к физике производства света, отметим, что существует еще несколько привлекательных процессов производства света.

Много лет назад Гейслер, Крукс и другие ученые изучали спектры газов, приведенных в состояние накала электрическим разрядом в так называемых вакуумных трубках. Газы помещаются в прозрачные стеклянные или кварцевые трубки при довольно низких давлениях, и к концам этих трубок прикладывается высокое напряжение. Когда давление достаточно низкое, газы начинают светиться и испускать свет. Двадцать восемь лет назад Д. Макфарлан Мур разработал азотную трубку, которая фактически устанавливалась в различных местах. Но вблизи катода происходит такая потеря энергии, что короткие «вакуумные» трубки такого характера являются очень неэффективными производителями света. Эффективность значительно возрастает при удлинении трубок, поэтому Мур использовал трубки большой длины и довольно высокое напряжение. По мере использования трубки такого рода газ постепенно исчезает, и его необходимо восполнять. Чтобы пополнять газ, Мур разработал клапан для автоматической подачи газа. Преимуществом этого способа производства света является то, что цвет или качество света можно изменять, варьируя используемый газ. Азот дает розоватый свет; неон — оранжевый свет; а углекислый газ — белый свет. Трубка Мура с углекислым газом является превосходной заменой дневного света и использовалась для различения цветов там, где это является важным фактором. Однако для этой цели широко применяются устройства, использующие цветные светофильтры, которые изменяют свет от вольфрамовой лампы до качества дневного света.

Метод вакуумных трубок для получения света имеет преимущество в выборе газа среди большого числа возможных вариантов, и некоторые цветовые эффекты будущего могут быть получены с его помощью. Клод недавно работал над производством света с помощью вакуумных трубок и объединил неоновую трубку с трубкой на парах ртути. Спектр неона в значительной степени компенсирует отсутствие красного света в спектре ртути, в результате чего эта смесь производит более удовлетворительный свет, чем любая из трубок в отдельности. Тем не менее этот способ производства света не доказал своей практичности в нынешнем состоянии разработки. В основе своей ограничения обусловлены присущими газам спектральными характеристиками. Несомненно, возможности механизмов трубок и комбинации различных газов еще не исчерпаны. Более того, если человек когда-нибудь окажется способен в некоторой степени управлять структурой элементов и соединений, этот метод производства света окажется, пожалуй, более перспективным, чем другие современные методы.

Существует еще один привлекательный метод производства света, и он не ускользнул от внимания писателя-фантаста. Герберт Уэллс с присущим ему редким мастерством и с вольностью, которой так часто завидует писатель, имеющий дело с фактами, воспользовался характеристиками флуоресценции и фосфоресценции. В своем рассказе «Первые люди на Луне» обитатели луны освещают свои пещеры, используя это явление. Флуоресцентная жидкость была приготовлена в больших количествах. Она испускала яркое фосфоресцентное свечение, и когда она брызгала на ноги землян, она казалась холодной, но светилась долгое время. Это возможность будущего, и у многих были видения такого освещения. Если бы потолок угольной шахты был выложен светящимися светлячками или фосфоресцентным материалом, возбуждаемым каким-либо образом, можно было бы видеть довольно хорошо с помощью адаптированных к темноте глаз.

Это подводит нас к классу явлений, объединенных под общим термином «люминесценция». Общепринятого определения этого термина не существует, однако свет, производимый таким образом, не зависит от температуры в том смысле, в каком раскаленная вольфрамовая нить испускает свет благодаря своей высокой температуре. Фосфорная спичка, потертая во влажной ладони, начинает светиться, хотя имеет обычную температуру. Это явление можно назвать «хемилюминесценцией». Бленда Сидота, краска Бальмена и многие другие соединения при освещении обычным светом, особенно ультрафиолетовыми и фиолетовыми лучами, продолжают светиться в течение долгого времени. Несмотря на свою яркость, они остаются холодными на ощупь. Это явление называют «фотолюминесценцией», хотя оно более известно как «фосфоресценция». Следует отметить, что последний термин возник по недосмотру, так как фосфор не имеет к нему никакого отношения. Свечение трубки Гейслера или электрически возбужденного газа при низком давлении служит примером «электролюминесценции». Свечение различных солей в пламени Бунзена обусловлено так называемой люминесценцией, и существует множество других примеров производства света, которые относятся к тому же общему классу. Поскольку в этих случаях свет испускается сравнительно холодными телами, в народе его называют «холодным» светом.

Существует множество примеров испускания света, не сопровождающегося значительным количеством невидимой лучистой энергии, и естественно надеяться на практические возможности в этом направлении. До сих пор мало что известно об эффективности производства света посредством фосфоресценции. Световая отдача лучистой энергии, испускаемой фосфоресцирующими веществами, изучалась, но кажется странным, что среди огромного количества трудов, посвященных фосфоресцентным явлениям, почти не упоминается эффективность получения света таким способом. Например, предположим, что фосфоресцирующий сульфид цинка возбуждается светом ртутной дуги. Как можно легко показать, не вся энергия, падающая на него, способна вызвать фосфоресценцию. Если предположить, что на фосфоресцирующий материал направили известное количество лучистой энергии определенной длины волны, то в темноте можно будет увидеть, как он долго светится. Представляет интерес исследование соотношения между выходом и входом, то есть отношения общего излучаемого света к общей возбуждающей энергии. Это упущенный аспект в изучении производства света с помощью данного метода.

Светляка повсеместно превозносят как идеальный источник света. Он является эффективным излучателем света, поскольку его свет «холодный», то есть он, судя по всему, не сопровождается невидимой лучистой энергией. Однако мало что говорится о его эффективности как производителя света. Кто знает, сколько топлива потребляет его осветительная установка? Химия производства света живыми организми распутывается, и эта часть явления, вероятно, скоро будет обнажена. При равном количестве излучаемой энергии светляк испускает во много раз больше света, чем самый эффективный из используемых в настоящее время ламп, но прежде чем назвать светляка идеальным, необходимо узнать эффективность процесса производства света им.

Существует множество способов возбуждения фосфоресценции и флуоресценции, причем последняя представляет собой лишь недолговечную фосфоресценцию, которая прекращается при отключении возбуждающей энергии. Ультрафиолетовые, фиолетовые и сильные лучи обычно являются наиболее эффективной лучистой энергией для целей возбуждения. Рентгеновские лучи и высокочастотный разряд также служат мощными возбудителями. Как уже отмечалось, об эффективности этого способа производства света или о механизме внутри вещества практически ничего не известно, но в целом это замечательное явление.

Радий также представляет возможности в производстве света и фактически уже несколько лет практическим образом применяется для этих целей. Сам радий или одно из его соединений смешивают с фосфоресцирующим веществом, таким как сульфид цинка, и последнее непрерывно светится. Поскольку срок службы некоторых продуктов распада радия очень велик, такой метод подсветки циферблатов часов, шкал приборов и т. д. весьма практичен там, где их приходится считывать глазами, адаптированными к темноте и следовательно высокочувствительными к свету. Будет ли радий производиться тоннами в будущем, можно лишь предполагать.

В силу ограничений, налагаемых физическими законами излучения и физиологическими процессами зрения, наивысшая световая отдача, достижимая при нагревании твердых тел, составляет лишь около 15 процентов от световой отдачи наиболее светящейся лучистой энергии. В настоящее время нет материалов, которые могли бы работать при температуре, необходимой для достижения даже этого КПД. Большой прогресс в будущем производства света, на который указывает современное знание, по-видимому, заключается в получении света, не сопровождающегося невидимой лучистой энергией. В настоящее время такие явления, как флуоресценция, фосфоресценция, свет светляка, хемилюминесценция и т. д., служат примерами такого рода производства света. Разумеется, если наука когда-нибудь получит контроль над строением материи, многие трудности исчезнут, ибо тогда человек не будет зависеть от доступных ныне элементов и соединений, а сможет изменять их в соответствии со своими потребностями.

XII

ОСВЕЩЕНИЕ УЛИЦ

В нынешнюю эпоху блестяще освещенных бульваров и «великих белых путей», залитых светом витрин, электрических вывесок и уличных фонарей, трудно представить себе мрак, окутывавший улицы столетие назад. Прогуливаясь по пригородным дорогам в относительной безопасности под адекватным искусственным освещением, запоздалый пешеход осознает огромное влияние искусственного света на цивилизацию, если вспомнит, что не более двух веков назад в Лондоне

было обычным делом... когда сотня или более человек, молодых и старых, совершали ночные набеги на дома богачей с целью их грабежа, и когда наступала ночь, никто не осмеливался отважиться на прогулку по улицам.

Жители современных городов склонны думать, что преступность на ночных улицах — обычное дело, но каково бы оно было без надлежащего искусственного света? Два века назад в таком городе, как Лондон, чадящая жировая лампа, свеча или корзина с сосновыми лучинами то тут, то там обеспечивали единственное уличное освещение, и к одиннадцати часам вечера они гасли. Беззаконие зарождалось и скрывалось во тьме, и даже фонарь или факел служили скорее для того, чтобы отметить жертву, а не защитить ее. Описывая условия эпохи темных улиц, говорили, что каждый подписывал свое завещание и был готов к смерти перед выходом из дома. Сравнивая это с современностью, вновь убеждаешься в том, что мир становится лучше. Несомненно, искусственный свет, проникающий в закоулки, сыграл свою роль в этом изменении.

Адекватное уличное освещение в действительности является продуктом двадцатого века, однако на протяжении всего девятнадцатого века с момента зарождения газового освещения в 1807 году шел устойчивый прогресс. В предшествующие века грубое освещение использовалось кое-где, но не повсеместно государственными властями. В самые ранние века письменной истории об уличном освещении упоминается мало. В те дни человек был не так уж склонен улучшать природу, помимо защиты себя от стихий, и освещал улицы скорее как праздничный всплеск, нежели из экономических соображений. Тем не менее в ранних письменных источниках изредка встречаются указания на то, что в центрах передовой цивилизации предпринимались некоторые усилия по освещению улиц.

Древний сирийский город Антиохия, который в четвертом веке христианской эры насчитывал около четырехсот тысяч жителей, по-видимому, имел освещенные улицы. Либаний, живший в начале этого века, писал:

На смену солнечному свету приходят другие огни, которые намного превосходят светильники, зажигаемые египтянами на праздник Минервы Саисской. Ночь у нас отличается от дня только появлением света; что касается труда и занятий, все идет отлично.

Хотя труд, судя по всему, не бастовал, солдаты устраивали беспорядки, ибо в другом отрывке он рассказывает о буйных солдатах, которые

резали мечами веревки, на которых висели светильники, дававшие свет в ночное время, чтобы показать, что украшения города должны уступить им дорогу.

Другой писатель, описывая спор между двумя религиозными приверженцами противоположных вероисповеданий, заявлял, что они ссорились «пока улицы не осветились» и толпа зевак не разошлась, но не раньше, чем они «плюнули друг другу в лицо и удалились». Таким образом, видно, что искусственный свет и цивилизация могут прогрессировать, даже если некоторые человеческие черты остаются принципиально неизменными.

На протяжении последующей тысячи лет предпринималось мало попыток осветить улицы. Железные корзины с горящим деревом, примитивные масляные лампады и свечи использовались в некоторой степени, но во все эти века не было никаких попыток со стороны правительства или частных лиц осветить улицы организованным образом. В 1417 году мэр Лондона издал указ «вывешивать фонари с огнями зимними вечерами между Днем всех святых и Сретением». Это происходило в праздничный сезон, так что, возможно, уличное освещение не было единственной целью. В начале шестнадцатого века, поскольку улицы Парижа кишели грабителями, жителям было приказано поддерживать горение огней в окнах всех домов, выходящих фасадом на улицы.

Около трех веков жители Лондона, а несомненно также Парижа и других городов, время от времени получали напоминания в официальных предписаниях «под страхом наказаний вывешивать свои фонари в назначенное время». Ночной сторож в длинном пальто с алебардой и фонарем в руке дополнял эти предписания, совершая свой обход со словами:

Свет сюда, служанки, зажигайте огни,

И смотрите, чтобы рожки были чистыми и яркими,

Дабы свеча ваша ясно сияла,

Продолжая с шести до девяти;

Чтобы честные люди, идущие мимо,

Могли безопасно пройти без вреда.

В 1668 году, когда были приняты некоторые правила по благоустройству улиц Лондона, жителям было приказано «для безопасности и спокойствия города исправно выставлять свечи до привычного часа». По-видимому, этот способ получения уличного освещения не встретил восторженной поддержки у населения, ибо в течение последующих нескольких десятилетий лорд-мэр был занят изданием угроз и повелений. В 1679 году он провозгласил «небрежение жителей этого города в вывешивании и поддержании своих огней в положенные часы, согласно доброму и древнему обычаю сего Города и актам Общего совета на сей счет». Результатом этого небрежения стало то, что «когда ночи затемняли улицы, тогда блуждали сыны Велиала, упоенные наглостью и вином».

В 1694 году Хемиг запатентовал рефлектор, который частично окружал открытое пламя лампы на китовом масле и имел отверстие в верхней части, способствовавшее вентиляции. Он получил эксклюзивные права на освещение Лондона на несколько лет и обязался устанавливать фонарь перед каждой десятой дверью с шести до двенадцати часов вечера, от Михайлова дня до Благовещения. Его начинание было достойным, но он встретил противодействие со стороны определенной фракции, которой в 1716 году удалось добиться отзыва его лицензии. Бремя освещения улиц вновь было возложено на жителей, и за небрежность в этом отношении налагались штрафы. Однако эта процедура после еще нескольких лет бессистемного освещения вновь оказалась неудовлетворительной.

В 1729 году некие лица заключили контракт на освещение улиц Лондона за счет налогообложения жителей и заплатили городу за эту монополию. Домохозяевам разрешалось вывешивать фонарь или свечу либо платить компании за выполнение этой работы. Однако грабежи участились настолько, что в 1736 году лорд-мэр и Общий совет обратились к Парламенту с петицией об установке фонарей для освещения города. Соответственно был принят акт, дающий им привилегию устанавливать фонари там, где они сочтут нужным, и зажигать их от заката до рассвета. С жителей взималась плата по скользящей шкале в зависимости от арендной ставки домов. В результате вскоре было установлено пять тысяч фонарей. В 1738 году в Лондоне насчитывалось пятнадцать тысяч уличных фонарей, и они горели в среднем пять тысяч часов ежегодно.

В анналах тех давних времен уличное освещение почти неизменно является результатом попытки сократить количество грабежей и других преступлений. Обращаясь с призывом об увеличении числа уличных фонарей в 1744 году, лорд-мэр и олдермены Лондона в петиции к королю заявляли

что различные сообщества множества злоумышленных лиц, вооруженных дубинками, пистолетами, тесаками и другим опасным оружием, наводняют не только частные переулки и проходы, но также общественные улицы и места скопления людей, и совершают самые дерзкие бесчинства против личности добрых подданных Вашего Величества, чьи дела заставляют их проходить по улицам, устрашая, грабя и раня их; причем эти деяния часто совершаются в те часы, которые ранее считались часами безопасности.

Уже отмечалось, что газовое освещение на улицах Лондона было впервые внедрено в 1807 году. Это знаменует собой реальное начало коммунальных осветительных компаний. В следующее десятилетие интерес к уличному освещению с помощью газа пробудился на Континенте, и вскоре этот новый этап цивилизации шел полным ходом. Хотя первое газовое освещение осуществлялось с помощью открытого пламени, оно представляло собой значительное улучшение по сравнению со всеми предыдущими усилиями. Беззаконие, конечно, исчезло не полностью, и, возможно, не исчезнет никогда, но оно ютилось на задворках улиц. Теперь появился сдерживающий фактор.

Однако ранние инновации в освещении не избежали критики и оппозиции. На самом деле инновации и сегодня не всегда принимаются единогласно. В те давние дни многие считали, что то, что хорошо для них, должно быть достаточно хорошо и для молодого поколения. Потомки этих оппонентов присутствуют и сегодня, но, к счастью, в уменьшающемся числе. Было показано, что в Филадельфии в 1833 году предложение об установке газового завода встретило протест, подписанный многими видными гражданами. Несколько абзацев статьи под названием «Аргументы против света», появившейся в «Кельнской газете» в 1816 году, показывают характер возражений, выдвигавшихся против уличного освещения.

С теологической точки зрения: Искусственное освещение есть попытка вмешаться в божественный план мира, предопределивший темноту в ночное время.

С юридической точки зрения: Те люди, которые не хотят света, не должны принуждаться к оплате его использования.

С медицинской точки зрения: Выделения осветительного газа вредны. Более того, освещенные улицы побуждат людей оставаться дольше вне дома, что ведет к увеличению числа заболеваний, вызванных простудами.

С моральной точки зрения: Страх темноты исчезнет, а пьянство и разврат возрастут.

С точки зрения полиции: Лошади испугаются, а воры ободрятся.

С точки зрения народной экономики: Огромные суммы денег будут вывезены в чужие страны.

С точки зрения простого народа: Постоянное ночное освещение улиц лишит праздничную иллюминацию ее очарования.

Приведенные выше возражения не требуют комментариев, ибо они красноречиво свидетельствуют о мыслях и деятельности людей столетие назад. Трудно поверить, что цивилизация прошла такой путь всего за одно столетие, но с этого раннего начала уличного освещения социальный прогресс получил мощный импульс. Искусственные источники света в то время были слабыми, но они сделали улицы безопаснее, и с их помощью расширилось общение людей. Люди увеличили часы своей активности, а торговля, промышленность и знания росли не по дням, а по часам.

Открытые газовые рожки и лампы с керосиновым пламенем продержались на улицах дольше, чем помнят сегодняшние люди среднего возраста. Фонарщик со своей лестницей все еще свеж в памяти. Многие города и поселки никогда не освещались газом, поскольку они перешли от масляной лампы к электрической. Газовая сетка / мантия позволила газовому освещению оставаться конкурентом электрического освещения на улицах.

В 1877 году мистер Браш осветил Общественную площадь Кливленда несколькими дуговыми лампами, и это имело такой успех, что вскоре в этой стране было установлено двести пятьдесят тысяч ламп с открытой дугой, потребовавших инвестиций в миллионы долларов. Добавив к этим инвестициям гораздо большие вложения в оборудование центральных станций, мы увидим, что это отдельное развитие в освещении привело к очень крупным инвестициям.

Эта лампа с открытой дугой была первым мощным доступным источником света и, появившись за несколько лет до газовой сетки / мантии, грозила монополизировать уличное освещение. Она потребляла около 500 ватт и имела максимальную силу света около 1200 свечей под углом около 45 градусов. Ее главным недостатком было распределение света, происходившее главным образом под этим углом в 45 градусов, что приводило к появлению светового пятна вблизи лампы и слабому освещению на расстоянии. Удовлетворительный прибор уличного освещения должен испускать свет главным образом чуть ниже горизонтали в тех случаях, когда лампам из соображений экономии приходится находиться на большом расстоянии друг от друга. Обратившись к главе об электрической дуге, можно заметить, что верхний (положительный) уголь лампы с открытой дугой испускает большую часть света. Таким образом, большая часть света имеет тенденцию направляться вниз, но нижний уголь заслоняет часть его, в результате чего под лампой образуется темное пятно.

Газовая сетка / мантия появилась вскоре после появления угольной дуги и отвечает за существование газового освещения на улицах в настоящее время. Она представляет собой крупный источник света, и поэтому ее свет не может управляться современными аксессуарами так же хорошо, как свет от более мелких источников, таких как дуговая лампа или лампа с концентрированной нитью накала. В результате вдоль улиц наблюдается заметная неравномерность освещения, если только блоки газовых сеток / мантий не расположены довольно близко друг к другу. Даже при использовании лампы с открытой дугой без специального светорегулирующего оборудования интенсивность света вблизи ламп, размещенных на углах квартала, примерно в тысячу раз превышает интенсивность посредине между ними.

В 1879 году появилась лампа накаливания с угольной нитью, и вскоре она начала появляться на улицах. По сравнению с дуговой лампой она была слабым, неэффективным источником света, но имела то преимущество, что устанавливалась на небольшом кронштейне. Вследствие простоты эксплуатации лампа накаливания получила значительное распространение, особенно в пригородных районах.

АЗОТНАЯ ТРУБКА МУРА В вестибюле «Мэдисон-сквер-гарден»

УГЛЕКИСЛОТНАЯ ТРУБКА ДЛЯ ТОЧНОГО ПОДБОРА ЦВЕТОВ

Лампа с открытой дугой обладала тем недостатком, что испускала очень неровный свет и расходовала угли настолько быстро, что часто требовалась ежедневная подрезка. В 1893 году появилась лампа с закрытой дугой, и хотя она потребляла столько же электрической энергии, что и лампа с открытой дугой, и испускала значительно меньше света, она обладала тем большим преимуществом, что работала в течение недели без необходимости замены углей. Окружив дугу стеклянной колбой, можно было предотвратить попадание значительного количества кислорода к уголькам, благодаря чему они расходовались не столь быстро. Свет был довольно ровным, и эти дуговые лампы удовлетворительно работали на переменном токе. Последняя особенность упростила генераторное и распределительное оборудование центральной станции.

Затем появилась магнетитовая или лучистая дуговая лампа, которая имела значительный успех. Она была эффективнее предыдущих ламп, но ее недостатком было то, что она работала исключительно на постоянном токе. Знакомые с генерацией и распределением электричества осознают этот недостаток. Тем не менее ее сила света чуть ниже горизонтали составляла около 700 свечей, а общее распределение света было вполне удовлетворительным. Позже начали появляться пламенные дуговые лампы, которые в некоторой степени устанавливались. Дуговая лампа хорошо служила в уличном освещении с 1877 года, когда была внедрена лампа с открытой дугой, и по настоящее время, когда лучистая дуговая лампа остается главным уцелевшим представителем всех дуговых ламп.

СОВРЕМЕННОЕ УЛИЧНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ Туннели света, прорезающие тьму, обеспечивают безопасные коридоры для современного движения

Угольная лампа накаливания широко использовалась до 1909 года, когда вольфрамовая лампа накаливания начала очень быстро вытеснять ее. Однако лишь в 1914 году, с появлением заполненной газом вольфрамовой лампы, этот тип источника света смог конкурировать с дуговыми лампами по эффективности. Спиральная конструкция нити накала позволила разместить нить высокоинтенсивной вольфрамовой лампы в небольшом пространстве, и впервые появилась возможность высокой степени контроля света уличных ламп. Были разработаны призматические «рефракторы», созданные отчасти по принципу маячного рефрактора, благодаря чему свет испускался главным образом чуть ниже горизонта. Такой тип распределения наращивает освещенность в удаленных точках между последовательными уличными фонарями, что очень желательно в уличном освещении. Лампа накаливания обладает многими преимуществами перед другими системами. Она эффективна, способна к делению, работает на постоянном и переменном токе, требует минимального ухода и наиболее успешно применяется со светорегулирующей аппаратурой.

Согласно отчетам Министерства торговли, количество электрических дуговых ламп для уличного освещения, поставляемых общественными электростанциями, сократилось с 348 643 в 1912 году до 256 838 в 1917 году, в то время как количество электрических ламп накаливания увеличилось с 681 957 в 1912 году до 1 389 382 в 1917 году.

Уличное освещение не только подкрепляет полицию, но и снижает количество аварий, а также стало рассматриваться как средство рекламы. В центральных районах города высокоинтенсивное освещение «белого пути» носит праздничный характер. Декоративные уличные фонари обладают потенциалом делать улицы привлекательными и освещать здания. Тем не менее следует надеяться, что в нынешнюю эпоху улицы городов и поселков будут очищены от неказистого оборудования телефонных и осветительных компаний. Его можно разместить в переулках или под землей, оставляя улицы прекрасными днем и прославленными ночью факелами передовой цивилизации.

XIII

МАЯКИ

В настоящее время тысячи маяков, плавучих маяков и светящихся буев ведут мореплавателя по водным путям и в гавани, а также предупреждают его о危险ных мелях. Их строительство связано со множеством удивительных инженерных достижений, и ни в одной области искусственного освещения не было проявлено столько изобретательности в создании мощных пучков света. Многие из этих навигационных огней работают в автоматическом режиме и требуют минимального ухода. Говорили, что ничто так четко не указывает на щедрость, процветание или интеллект нации, как средства, которые она предоставляет для безопасного подхода мореплавателя к своим берегам. Безусловно, эти морские огни являются важными факторами современного судоходства.

Первыми «маяками» были сигнальные костры из горящего дерева, поддерживаемые жрецами в пользу ранней торговли в восточной части Средиземного моря. Упоминания об этих сигнальных кострах встречаются в письменных источниках еще в седьмом веке до нашей эры. В третьем веке до христианской эры во время правления Птолемея II на небольшом острове близ Александрии была построена башня, как утверждалось, огромной высоты. Башня получила название Фарос, от которого произошло слово «фарология», применяемое к науке о строительстве маяков. Цезарь, посетивший Александрию двумя веками позже, описал Фарос как «башню огромной высоты, удивительной постройки». В ней день и ночь поддерживался огонь, и Плиний говорил о ней: «Ночью она кажется яркой, как звезда, а днем отличима по дыму». По-видимому, эта башня служила маяком более тысячи лет. В 1349 году она была обнаружена в руинах. В последующие века было построщено множество башен, но развитию источников света и оптических приборов уделялось мало внимания.

Первым маяком в Соединенных Штатах и, возможно, на Западном материке стал Бостонский маяк, завершенный в 1716 году. Спустя несколько дней после ввода его в эксплуатацию новостная заметка в бостонской газете провозгласила это знаменательное событие следующим образом:

В силу Акта Ассамблеи, принятого в Первый год правления Его Величества, О строительстве и содержании Маяка на Великом Брюстере (называемом островом Бикон) при входе в Гавань Бостона, с целью предотвращения гибели Жизней и Имущества подданных Его Величества; упомянутый Маяк был построен; и в минувшую пятницу, 14-го сего месяца, был зажжен Свет, который будет весьма полезен для всех Судов, выходящих и входящих в Гавань Бостона или любые другие Гавани в Заливе Массачусетс, за что все Шкиперы будут платить Получателю Пошлины один Пинни за Тонну при Входе и еще один Пинни при Выходе, за исключением Каботажных судов, которые должны платить по Два Шиллинга каждое при оформлении Выхода, а все Рыболовецкие суда, Деревянные шлюпы и т. д. — по Пять Шиллингов в год.

Это стало практическим результатом петиции бостонских купцов, поданной тремя годами ранее. Башня была построена из камня стоимостью около десяти тысяч долларов. Два года спустя смотритель и его семья утонули, и эта катастрофа настолько потрясла тринадцатилетнего Бенджамина Франклина, что он написал о ней стихотворение. Маяк сильно пострадал во время Революции от набегов отрядов, а в 1776 году, когда британский флот покинул гавань, отряд матросов взорвал его. Он был восстановлен в 1783 году и с тех пор был надстроен в высоту.

Судя по всему, масляные лампы использовались в нем с самого начала, несмотря на то, что свечи и угольные костры годами служили на многих маяках Европы. В 1789 году применялось шестнадцать ламп, а в 1811 году были установлены лампы Аргана и рефлекторы с механизмом вращения. Он перестал быть постоянным огнем, и настала эра проблесковых огней. В настоящее время Бостонский маяк излучает пучок силой 100 000 свечей, направляемый современными линзами.

Когда в 1789 году было организовано правительство Соединенных Штатов, в собственности колоний находилось десять маяков, но Бостонский маяк действовал за тридцать лет до остальных. Маяк Сэнди-Хук в Нью-Йоркской бухте был основан в 1764 году, и его первоначальная каменная башня до сих пор стоит и используется. Это старейший из сохранившихся маяков в этой стране. Он был построен на средства, собранные с помощью двух лотерей, санкционированных Ассамблеей Нью-Йорка. Через несколько дней после того, как он был зажжен впервые, в нью-йоркской газете появилась следующая новостная заметка:

В минувший понедельник вечером построенный в Нью-Йорке Маяк на Сэнди-Хуке был зажжен впервые. Здание имеет Восьмиугольную форму с восемью равными Сторонами; Диаметр в Основании составляет 29 Футов; а на вершине Стены — 15 Футов. Фонарь имеет высоту 7 футов; Окружность — 33 фута. Вся Конструкция Фонаря выполнена из железа; Верх покрыт медью. Имеется 48 Масляных огоньков. Здание от Поверхности насчитывает Девять этажей; общая высота от Дна до Верха составляет 103 Фута.

С этих ранних лет число маяков неуклонно росло, пока теперь Соединенные Штаты не поддерживают огни вдоль 50 000 миль береговой линии и речных фарватеров, что равносильно расстоянию, в два раза превосходящему окружность Земли. В настоящее время страна содержит около 15 000 средств навигационного оборудования при ежегодных затратах около 5 000 000 долларов. В 1916 году эта страна эксплуатировала 1706 крупных огней, 53 плавучих маяка и 512 светящихся буев — в общей сложности 5323.

Самые ранние маяки были оснащены жаровнями или решетками, в которых сжигались уголь или дерево. Эти примитивные источники света использовались до наступления девятнадцатого века, а в одном случае — до 1846 года. На знаменитой башне Эддистоун у Плимута (Англия) впервые применили свечи. Первая башня Эддистоун была завершена в 1698 году, но в 1703 году ее смыло волной. Была построена другая, уничтоженная пожаром в 1755 году. Затем Смитон построил еще одну в 1759 году. Поскольку Смитону приписывают введение использования свечей, это должно было произойти в восемнадцатом веке; тем не менее оказывается, что, как мы уже говорили, Бостонский маяк, построенный в 1716 году, использовал масляные лампы с самого начала. Однако Смитон установил двадцать четыре довольно крупные свечи, каждая из которых оценивалась по силе в 2,8 свечи. Общая сила света источника в этой башне составляла около 67 свечей. Поскольку это происходило до применения эффективных рефлекторов и линз, очевидно, что ранние маяки были довольно слабыми ориентирами.

Согласно британским записям, масляные лампы с плоскими фитилями были впервые использованы на маяках Ливерпуля в 1763 году. Лампа Аргана, представленная около 1784 года, получила широкое распространение. Лучшее сгорание, достигаемое в этой лампе с цилиндрическим фитилем и стеклянным цилиндром, значительно увеличило силу света и общую пригодность масляной лампы. Позже Ланге внес усовершенствование, предусмотрев сужение в верхней части цилиндра. Румфорд, а также Френель разработали горелки с несколькими фитилями, увеличив тем самым силу света. В этих ранних лампах сжигалось спермацетовое и рапсовое масло, и это продолжалось до середины девятнадцатого века. На маяках также использовались кокосовое, лардовое и оливковое масло.

Естественно, минеральное масло было внедрено, как только оно стало доступным, благодаря его более низкой стоимости; но лишь около 1870 года на маяках заработала удовлетворительная лампа на минеральном масле. Доти приписывают изобретение первой успешной маячной лампы с несколькими фитилями, использующей минеральное масло, и его лампа, а также ее модификации очень широко применялись до конца девятнадцатого века. Эти лампы бывают двух типов: один, в котором масло подается к горелке под давлением, а другой, в котором масло поддерживается на постоянном уровне. В некоторых из самых маленьких ламп для подачи масла к пламени полагаются на обычную капиллярность фитиля.

Каменноугольный газ был внедрен на маяках примерно в середине девятнадцатого века. Поскольку газовая сетка / мантия еще не появилась, газ сжигался в рожках. Были разработаны различные расположения рожков, такие как концентрические кольца, образующие ступенчатый конус. Газовая сетка / мантия стала большим благом как для мореплавателя, так и для цивилизованных существ в целом. Она значительно увеличивает интенсивность света, получаемого от данного количества топлива, и представляет собой довольно компактный яркий источник, позволяющий в некоторой степени направлять свет с помощью оптических систем. Из-за сложной аппаратуры, необходимой для производства каменноугольного газа, несколько других газов оказались более желательным топливом для маячных ламп. Были разработаны различные простые газогенераторы. Некоторые минеральные масла с высокой температурой вспышки испаряются и сжигаются под сеткой / мантией. Ацетилен, который так просто получается с помощью карбида кальция и воды, стал важным фактором в навигационном освещении. К концу девятнадцатого века маяки, использующие лампы с накаливанием газа, испускали пучки света с силой света до нескольких сотен тысяч свечей. Эти специальные источники света на газовой сетке / мантии имеют яркость до нескольких сотен свечей на квадратный дюйм.

Электрические дуговые лампы были впервые внедрены в маячную службу около 1860 года, однако эти лампы нельзя считать по-настоящему практичными примерно до 1875 года. В 1883 году британские ведомства маяков провели масштабное исследование дуговых ламп. Было обнаружено, что более белый свет этих ламп подвергается большей абсорбции атмосферой, чем более желтоватый свет масел, но значительно превосходящая сила света дуговой лампы с лихвой компенсировала этот недостаток. Конечным результатом исследования стал вывод о том, что для обычных маячных целей масляные и газовые лампы более пригодны и экономичны, чем дуговые лампы; но там, где требовалась большая дальность действия, последние были гораздо выгоднее благодаря своей большой силе света. Электрические лампы накаливания использовались для менее важных огней, и в последнее время наблюдается некоторое применение современных высокоэффективных ламп накаливания.

Помимо высоких башен, используется множество второзначимых маяков, плавучих маяков и светящихся буев. Многие из них не обслуживаются и поэтому должны работать автоматически. Плавучий маяк используется там, где строительство маяка непрактично или слишком дорого. Поскольку он стоит на якоре на довольно большой глубине, в туманную погоду безопасно рулевать почти прямо на его позицию, указанную туманным сигналом. Плавучие маяки дороже в содержании, чем береговые маяки, но они имеют преимущества меньшей стоимости и мобильности, так как иногда их может потребоваться переместить. Первый плавучий маяк был установлен в 1732 году у устья Темзы, а первый в нашей стране был закреплен на якоре в Чесапикском заливе возле Норфолка в 1820 году. Ранние суда не имели средств самоходного движения, но современные снабжаются собственным двигателем. В качестве топлива для источников света использовались масло и газ, и в 1892 году Управление маяков США построило плавучий маяк с мощным электрическим светом. С тех пор несколько судов были оснащены электрическими огнями, питаемыми от электрогенераторов и батарей.

Необслуживаемые огни не разрабатывались примерно до 1880 года, когда Пинч представил свои сварные буи, наполненные сжатым газом, и тем самым обеспечил комплексную осветительную установку. С усовершенствованием ламп и средств управления необслуживаемые светящиеся буи стали успешными. Огни горят несколько месяцев и даже целый год непрерывно, а используемый нефтяной газ кажется весьма удовлетворительным. В последнее время проводились эксперименты с устройствами, которые приводились бы в действие солнечным светом таким образом, чтобы свет гас в течение дня, за исключением маленького пилотного пламени. Таким способом можно получить более длительный период горения без присмотра. Использовались электрические лампы накаливания, питаемые от батарей или кабелей с берега, но буй на нефтяном газе по-прежнему пользуется популярностью. Ацетилен применялся в качестве топлива для светящихся буев. Были разработаны автоматические генераторы, но система высокого давления проще. В последнем случае очищенный ацетилен удерживается в растворе под высоким давлением в резервуаре, содержащем асбестовую композицию, пропитанную ацетоном.

Источники света на маяках имеют ту же историю, что и источники света других навигационных огней. Многие из них автоматизированы в работе, порой управляясь часовым механизмом. За последние двадцать лет газовая сетка / мантия получила очень широкое распространение на маячных огнях. В конце девятнадцатого века была разработана лампа на минеральном масле с постоянным фитилем, изготовленным путем формирования на толстом фитиле угольного покрытия. Работа устройства устроена так, что это покрытие не сгорает и предотвращает дальнейшее обгорание фитиля.

Оптический аппарат навигационных огней претерпел множество усовершенствований за прошедшее столетие. Ранние огни не оснащались ни отражающей, ни преломляющей аппаратурой. В 1824 году Драммонд разработал схему отражения света с тем, чтобы удаленный наблюдатель мог сделать отсчет на точке, где аппаратура управлялась другим лицом. Эксперименты привели его к предложению применить зеркала к маякам. Его устройство представляло собой параболическое зеркало, похожее на отражатели, ныне широко используемые в автомобильных фарах, прожекторах и т. д. В качестве источника света он использовал друммондов свет и был в восторге от полученных результатов. Его обсуждение, опубликованное в 1826 году, показывает, что до того времени было сделано мало практической работы по получению пучков или поясов света с помощью оптической аппаратуры. Однако записи маяков показывают, что уже в 1763 году небольшие посеребренные плоские стекла устанавливались в гипсе таким образом, чтобы образовывать частично охватывающий рефлектор. Сферические рефлекторы были внедрены около 1780 года, а параболические — примерно десять лет спустя.

Все ранние огни были «постоянными», но поскольку желательно, чтобы мореплаватель мог отличать один свет от другого, развился механизм вращения. С его помощью получаются характерные вспышки, и по интервалу времени свет распознается. Первый механизм вращения был установлен в 1783 году. Ранние проблесковые огни получались с помощью вращающихся рефлекторов, которые собирали свет и направляли его в виде пучка или луча. Используемый в настоящее время тип параболического рефлектора по существу не отличается от автомобильной фары, за исключением того, что он крупнее.

Линзы, судя по всему, были внедрены в конце девятнадцатого века. Сначала их вытачивали из цельного куска стекла концентрическими зонами, чтобы уменьшить толщину. Они были аналогичны по принципу некоторым линзам задних фонарей, используемым в настоящее время на автомобилях. Позже линзы стали собираться из отдельных кольцевых колец. Имя Френеля навсегда связано с маячными линзами, потому что в 1822 году он разработал сложную сборную линзу из кольцевых колец. Центры кривизны различных колец удалялись от оси по мере увеличения их расстояния от центра таким образом, чтобы преодолеть серьезный оптический дефект, известный как сферическая аберрация. Френель разработал множество усовершенствований, в которых использовал преломляющие и отражающие призмы для внешних элементов.

Оптический аппарат маяков обычно преследует цель: (1) сконцентрировать лучи света в световой луч, (2) сконцентрировать их в световой пояс или (3) сконцентрировать лучи в пределах ограниченного азимута. В первом случае достаточно одной линзы или параболического рефлектора, но во втором случае необходима цилиндрическая линза, которая сгущает свет по вертикали в горизонтальный слой света. Третий случай представляет собой комбинацию первых двух. Современные линзы маяков очень сложны по конструкции, собираясь из множества элементов в несколько секций. Например, центральная секция может состоять из сферической линзы, выточенной с кольцевыми кольцами. В следующей секции могут использоваться преломляющие призмы, а в наружной секции применяются отражающие стеклянные призмы. Различные элементы тщательно спроектированы в соответствии с законами геометрической оптики.

Проблесковый свет имеет такие преимущества перед постоянным, что он повсеместно используется для важных навигационных огней. Применялось множество способов получения прерывистого света, но они не представляют особого интереса. Иногда линза или рефлектор вращаются, а в других типах вращается непрозрачный экран со щелями. В более крупных маяках оптический аппарат и его конструкция иногда весят несколько тонн. Когда необходимо вращать аппаратуру столь большой массы, весь механизм плавает на ртути, содержащейся в чугунном сосуде подходящего размера, и благодаря искусному расположению требуется лишь небольшая порция ртути.

Характеристики навигационных огней значительно варьируются, чтобы позволить мореплавателю различать их и тем самым точно узнать свое местонахождение. Постоянный свет легко перепутать с другими, поэтому теперь он стал второстепенным огнем. Широко используются короткие вспышки, за которыми следуют более длительные периоды темноты. Мореплаватель, засекая интервалы, способен распознать свет. Этот метод распространяется на группы коротких вспышек, за которыми следуют более продолжительные интервалы темноты. На самом деле короткие вспышки применялись для указания определенного числа, чтобы мореплаватель мог распознать свет по номеру, а не с помощью часов. Тем не менее обычно используется временной элемент. Применялась комбинация постоянного света, на который накладывается вспышка или группа вспышек белого или цветного света, но она пользуется дурной славой как ненадежная. Тип, известный как «затмевающиеся огни», состоит из постоянного света, который на мгновение прерывается затмением, но продолжительность затмения обычно меньше продолжительности света. Очевидно, могут использоваться группы затмений. Иногда огни разных цветов чередуются без каких-либо темных интервалов. Используемые цветные огни обычно красные и зеленые, но это в лучшем случае огни малой дальности. Цветные сектора иногда применяются над частями поля для указания опасностей, а белый свет показывает фарватер. Обычно это постоянные огни для обозначения канала.

Расстояние, на котором свет может быть виден в море, зависит от его силы света, цвета или спектрального состава, высоты самого света и глаз наблюдателя над уровнем моря, а также от атмосферных условий. Если предположить совершенно чистую атмосферу, видимость источника света напрямую зависит от его силы в свечах. Атмосфера обычно поглощает красные, оранжевые и желтые лучи меньше, чем зеленые, синие и фиолетовые. Это демонстрируется заходящим солнцем, которое по мере приближения к горизонту меняет цвет с желтого на оранжевый и, наконец, на красный по мере увеличения количества атмосферы между ним и глазом. По этой причине красный свет имеет большую дальность действия, чем синий свет той же силы света.

При обычных атмосферных условиях дальность действия более мощных источников света, используемых на маяках, превышает дальность, ограниченную кривизной Земли. Для неокрашенных источников света дальность в морских милях, по-видимому, по меньшей мере равна квадратному корню из силы света. Реальным практическим ограничением, которое все еще существует, является кривизна Земли, и расстояние, на которое объект может быть виден глазом на уровне моря, зависит от высоты объекта. Это соотношение выражается примерно следующим образом:

А. ГОТОВАЯ ЛИНЗА МАЯКА Б. МАЯК ТОРРО-ПОЙНТ, ПАНАМСКИЙ КАНАЛ

Дальность в морских милях = 8/7 умножить на корень квадратный из Высота объекта в футах. Например, вершина башни высотой 100 футов видна глазу на уровне моря на расстоянии 8/7 умножить на корень квадратный из 100 = 80/7 = 11,43 мили. Теперь, если глаз находится на высоте 49 футов над уровнем моря, аналогичный расчет покажет, на каком расстоянии его может увидеть исходный глаз на уровне моря. Это составляет 8/7 умножить на корень квадратный из 49 = 8 миль. Следовательно, глаз на высоте 49 футов над уровнем моря сможет увидеть вершину 100-футовой башни на расстоянии 11,43 + 8, то есть 19,43 морских мили. При таких условиях воображаемая линия, проведенная от верхушки башни к глазу, будет в точности касательной к сферической поверхности моря на расстоянии 8 миль от глаза и 11,43 миль от башни.

Сила света источника или светового пучка напрямую отвечает за дальность действия. Сила света ранних сигнальных костров и масляных ламп была эквивалентна нескольким свечам. Усовершенствования источников света, а также отражающих и преломляющих оптических систем неуклонно увеличивали силу света пучков, пока сегодня лучи от газовых ламп не достигают интенсивности в несколько сотен тысяч свечей. Лучи, испускаемые современными маяками, оснащенными электрическими лампами и огромными светособирающими устройствами, исчисляются миллионами свечей. Фактически маяк Невесинк при входе в Нью-Йоркскую бухту оценивается в колоссальные 60 000 000 свечей.

Разумеется, за последнее столетие эффективность производства света колоссально возросла, однако без оптических устройств для сбора света получить столь огромную силу света луча не удалось бы. Например, рассмотрим небольшой источник света, обладающий силой света в одну свечу во всех направлениях. Если весь этот свет, испускаемый во всех направлениях, собрать и направить в луч с малым углом, скажем, равным одной тысячной от общего угла, окружающего точку, то сила света такого луча составит 1000 свечей. Именно таким образом достигается огромная сила света лучей.

Существует интересный момент, касающийся коротких вспышек света. Для адаптированного к темноте глаза кратковременная вспышка регистрируется как имеющая значительно большую интенсивность, чем если бы свет оставался постоянным. Другими словами, дозорный на судне адаптирован к темноте, и вспышка луча света воспринимается гораздо более яркой, чем если бы тот же луч светил ровно. Это физиологическое явление действует на пользу мигающего света.

ПОЗИЦИЯ АМЕРИКАНСКОГО ПРОЖЕКТОРА НА ЗАПАДНОМ ФРОНТЕ В 1919 ГОДУ

Без сомнения, читатель заметил, что надежность, простота и низкая стоимость эксплуатации являются главными соображениями для источников света, используемых в качестве средств навигации. Этим объясняется продолжающееся использование нефти и газа. С оптической точки зрения электрические дуговые лампы и лампы с концентрированной нитью накала обычно превосходят более ранние источники света, но сложность установки для выработки электроэнергии обычно является недостатком в уединенных местах. На более крупных плавучих маяках теперь используется электричество, вырабатываемое аппаратурой, установленной на самих судах. По-видимому, наблюдается тенденция к использованию большего числа буев и меньшего числа маяков, однако сила света последних возрастает.

СТАНДАРТНАЯ АМЕРИКАНСКАЯ ПОЛЕВАЯ ПРОЖЕКТОРНАЯ И СИЛОВАЯ УСТАНОВКА

За сто лет, прошедших с момента постройки Бостонского маяка, в маяках мореплавателей проявились те же великие изменения, которые были вызваны развитием искусственного света в других сферах цивилизации. Развитие этих средств навигации было удивительным, но оно должно продолжаться и продолжаться. Земная поверхность включает 51 886 000 квадратных сухопутных миль суши и 145 054 000 квадратных миль водной поверхности. Три четверти поверхности Земли составляют воды, и океаны всегда будут путями мировой торговли. Все опасности невозможно преодолеть, но человеческая изобретательность способна на великие достижения. Обломки кораблекрушений по-прежнему будут появляться вдоль берегов вопреки огням, однако пожива на мелководье значительно сократилась со времен, описанных Робертом Льюисом Стивенсоном, когда жители побережья на Оркнейских островах рассматривали кораблекрушения как источник дохода. Он утверждает:

У некоторых жителей вошло в поговорку замечать, что «если кораблекрушениям суждено случиться, их вполне могли бы послать на бедный остров Сандей, как и в любое другое место». На этом и соседнем островах жителям определенно досталась своя доля потерпевших крушение товаров. Жалуясь одному из лоцманов на плохое состояние парусов его лодки, он с некоторой долей шутливости ответил: «Будь на то воля Его [Бога], чтобы вы не приходили сюда с этими огнями, у нас могли бы быть паруса получше для наших лодок и побольше всякого другого добра».

При аренде ферм участок с большей вероятностью кораблекрушения на берегу приносил гораздо более высокую арендную плату.

XIV

ИСКУССТВЕННЫЙ СВЕТ В ВОЕННОМ ДЕЛЕ

Когда разразилась недавняя война, наука откликнулась на призыв и под давлением лихорадочной необходимости сжала полувековое нормальное развитие в несколько лет. Аэроплан, в 1914 году бывший сомнительной игрушкой смельчаков, вышел из войны совершенным воздушным аппаратом. Освещение не обладало блеском полета или новизной химического оружия, но оно значительно продвинулось вперед в определенных направлениях и сослужило хорошую службу. В то время как искусственное освещение вело свое незаметное наступление, увеличивая производство в поддерживающих отраслях промышленности и помогая поддерживать связь с передовыми траншеями, предоставляя глаза транспорту, оно также выполняло свою роль на поле боя. Огромные прожекторы обнаруживали подводные лодки и воздушных бомбардировщиков; осветительные ракеты раскрывали маневры противника; ракеты приносили помощь осажденным судам и войскам; пистолетные сигналы, выпускаемые воздушным наблюдателем, корректировали артиллерийский огонь; и множество других устройств искусственного света участвовало в схватке. Было сделано много усовершенствований в прожекторах и сигнальных пристройствах, а элементы праздничных фейерверков прошлых эпох были улучшены и развиты для нужд современного ведения войны.

Ночь за ночью вдоль линии фронта взлетали осветительные ракеты, чтобы обнаруживать патрули и любую другую деятельность противника. При малейшем подозрении огромные рои этих ярких огней вспыхивали так, словно потревожили стаи огромных светлячков. Они даже использовались в качестве световых завес, поскольку передвижения можно было совершать в сравнительной безопасности, когда множество этих огней лежало перед траншеями противника, расточая свой яркий свет. Летчик сбрасывал ракеты, чтобы осветить свою цель или посадочную площадку. Факелы прошлых парадов помогали солдату в его ночных операциях, а взмывавшие в небо ракеты передавали свои сообщения в штаб в тылу. Осветительный снаряд выполнял те же задачи, что и другие ракеты, но он выпускался из орудия пороховым зарядом. Эти и многие модификации представляют собой полезные применения того, что раньше было простыми «фейерверками». Те из них, которые в первую очередь являются сигнальными устройствами, обсуждаются в другой главе, но остальные будут описаны в достаточной степени, чтобы указать место, которое искусственный свет занимал в определенных фазах войны.

Осветительные составы, используемые в этих устройствах, не являются особенно новыми и состоят в основном из горючего порошка и химических солей, которые делают пламя светящимся и придают ему цвет при необходимости. Среди ингредиентов — нитрат бария, перхлорат калия, порошкообразный алюминий, порошкообразный магний, нитрат калия и сера. Одна из простейших смесей, используемых англичанами, имеет следующий состав:

Barium nitrate37 per cent.
Powdered magnesium34 per cent.
Potassium nitrate29 per cent.

Магний покрывают горячим воском или парафином, что служит не только связующим веществом для смеси при ее прессовании в контейнер, но также предотвращает окисление магния при хранении снарядов. Нитраты бария и калия поставляют кислород магнию, который горит ярким белым пламенем. Нитрат калия воспламеняется легче, чем нитрат бария, но он дороже последнего.

Из-за стоимости магния в качестве заменителя в некоторой степени использовался порошкообразный алюминий. Алюминий не обладает осветительной способностью магния, и его труднее воспламенить, но он является хорошей заменой в случае необходимости. Английская смесь, содержащая эти элементы, имеет следующий состав:

Barium nitrate58 per cent.
Magnesium29 per cent.
Aluminum13 per cent.

Смеси, которые трудно воспламеняются, должны дополняться первичной смесью, которая легко воспламеняется. Для получения цветных огней достаточно лишь добавить химикаты, которые дадут желаемый цвет. Смеси могут быть рассчитаны с помощью чисто теоретических соображений; то есть может присутствовать ровно столько кислорода, сколько необходимо для полного сгорания топлива. Однако обычно подается больше кислорода, чем требуется по теории.

Осветительный снаряд — пожалуй, наиболее полезное из этих устройств для солдата. Он конструировался как с парашютами, так и без них, причем первый обеспечивает интенсивный свет в течение короткого периода времени, поскольку быстро падает. Эти снаряды крупных калибров оснащаются дистанционными взрывателями и, как правило, довольно сложны по конструкции. Снаряд изготавливается из стали и имеет дистанционный взрыватель на головной части. Этот взрыватель воспламеняет заряд дымного пороха в носовой части снаряда, и этот взрыв выбрасывает осветительную ракету из задней части стального корпуса. В то же время дымный порох воспламеняет примыкающую к нему воспламенительную смесь, которая в свою очередь поджигает медленно горящий осветительный состав. Осветительная ракета имеет большой парашют из прочного материала, сложенный в задней части корпуса, и к нему прикреплена картонная трубка, содержащая осветительный состав. Время горения варьируется, но обычно составляет менее минуты. Определенные конструктивные детали должны быть рассчитаны на то, чтобы выдерживать нагрузки при высокой начальной скорости. Кроме того, скорость, составляющая, пожалуй, 1000 футов в секунду, сохраняется и тогда, когда осветительная ракета с парашютом выбрасывается в нужной точке в воздухе.

Осветительный снаряд без парашюта предназначен для создания интенсивного света в течение короткого промежутка времени и особенно применим для защиты от воздушных набегов. Такой свет нацелен на то, чтобы обнаружить летательный аппарат, дабы артиллеристы могли вести по нему эффективный огонь. Эти снаряды оснащаются дистанционными взрывателями, которые поджигают заряд дымного пороха по истечении желаемого интервала после выстрела снаряда из орудия. Содержимое снаряда тем самым выбрасывается и воспламеняется. Контейнер для осветительного материала сконструирован таким образом, чтобы происходило быстрое горение и, следовательно, яркий свет в течение примерно десяти секунд. Вражеский летчик за это короткое время не способен получить никаких ценных сведений относительно лежащей внизу земли, и к тому же он может быть временно ослеплен ярким светом, если тот окажется рядом с ним.

Ружейная световая граната, напоминающая обычную ракету, выпускается из винтовки и предназначена для стрельбы на короткие дистанции. Она состоит из цилиндрического стального снаряда длиной в несколько дюймов, прикрепленного к стальному стержню. К картонному контейнеру, в который упакован осветительный состав, прикреплен парашют, и все это уложено в стальной снаряд. Короткие замедлители используются для запуска обычного цикла событий после того, как ружейная граната была выпущена из орудия. Стальной стержень вставляется в ствол винтовки, а для выброса этого похожего на ракету аппарата используется холостой патрон. За счет инерции срабатывает ударник в снаряде, и короткий замедлитель таким образом запускается автоматически через мгновение после нажатия на спусковой крючок винтовки.

Осветительные «бомбы», основанные на тех же общих принципах, используются летчиками в поисках посадочной площадки для себя или для сброса разрушительной бомбы; для подачи сигналов артиллеристу и во многих других целях. Они просты по конструкции, поскольку им не нужно выдерживать нагрузки при выстреле из орудия; они просто сбрасываются с летательного аппарата. Механизм воспламенения и следующий за ним цикл событий аналогичны тем, что происходят у других осветительных снарядов.

Ценность таких устройств искусственного освещения зависит как от силы света, так и от времени горения. Хотя длительное горение обычно не требуется в военном деле, очевидно, что чаще всего необходим более чем кратковременный свет. В целом, высокая сила света и длительное горение противоположны друг другу, поэтому самые интенсивные источники света такого характера обычно имеют короткую продолжительность действия. Типичные показатели работы двух осветительных ракет одинакового состава выглядят следующим образом:

 Flare No. 1Flare No. 2

Average candle-power270,00095,000
Seconds of burning1035
Candle-seconds2,700,0003,325,000
Cubic inches of compound67
Candle-seconds per cubic inch450,000475,000
Candle-hours per cubic inch125132

Осветительный состав в этих двух ракетах был одинаковым, они различались лишь временем, отведенным на горение. Разумеется, измерения силы света таких ракет затруднены из-за колебаний, но в пределах погрешности измерений видно, что осветительная способность состава примерно одинакова независимо от времени горения. Источник света в случае горящих порохов на самом деле представляет собой пламя, и поскольку горящий конец свисает вниз, в нижней полусфере излучается больше света, чем в верхней. Сила света крупнейших ракет равна совокупной силе света 200 уличных дуговых ламп или 10 000 обычных 40-ваттных вольфрамовых ламп, используемых для комнатного освещения.

Интересно отметить свеча-часы, получаемые на кубический дюйм состава, и обнаружить, что стоимость этого света ниже стоимости свечей в настоящее время и лишь в пять или десять раз превышает стоимость современного электрического освещения.

Осветительные снаряды, использовавшиеся во время недавней войны, были рассчитаны на дульные скорости до 2700 футов в секунду и калибровались на воспламенение на любом расстоянии от четверти мили до нескольких миль. Максимальная дальность осветительных снарядов, выпускаемых из винтовок, составляла около 200 ярдов; для траншейных мортир — около одной мили; а для полевых и морских орудий — около четырех миль.

Прожектор долгое время был ценным помощником в военном деле, и во время недавнего конфликта значительное внимание было уделено его развитию и применению. Он используется главным образом для обнаружения и освещения удаленных целей, однако это охватывает широкий спектр условий и требований. Чтобы прожектор был эффективен на большом расстоянии, как можно большая часть излучаемого источником света направляется в световой луч с возможно более параллельными лучами. В военных прожекторах обычно применяются рефлекторы, и для того, чтобы луч был как можно более параллельным (минимальная расходимость), свет должен излучаться наименьшим источником, совместимым с высокой интенсивностью. Этот источник помещается в надлежащей точке относительно большого параболического рефлектора, который делает лучи параллельными или почти таковыми.

С момента своего появления электрическая дуга применялась в крупных прожекторах, которыми снабжались армия и флот; однако наибольшие усовершенствования были сделаны под давлением войны. Наука аэронавтика продвинулась столь стремительно во время недавней войны, что необходимость в мощных прожекторах значительно возросла, и по мере развития конфликта вражеские летчики стали смотреть на вновь разработанные прожекторы с немалой дозой беспокойства. Быстро движущийся летательный аппарат и его большая высота привнесли новые факторы в конструкцию этих осветительных приборов. Теперь стало необходимым иметь наиболее интенсивный луч и возможность обшаривать им небеса с помощью тонких управляющих аппаратов, поскольку целями порой были крошечные точки, движущиеся с высокой скоростью на высотах до пяти миль. Кроме того, из-за перемещающихся зон боевых действий потребовалась мобильная аппаратура.

Управление светом с помощью рефлекторов изучалось веками, но до появления электрической дуги источники света обладали столь большими площадями, что эффективное управление было невозможно. Оптические устройства обычно рассматриваются в связи с «точечными источниками», но поскольку свет нельзя получить из точки, источник малых размеров и высокой яркости является наиболее эффективным компромиссом. Параболические зеркала использовались еще в XVIII веке, и их свойства были известны задолго до того, как в 1825 году Драммонд создал первый поистине заслуживающий этого названия прожектор, в котором в качестве источника света использовался кусочек извести, накаленный в пламени горелки. В конце концов он разработал «известковый свет», направив кислородно-водородное пламя на кусочек извести, и это устройство было приспособлено для прожекторов и проецирования в помещении. Говорят, что первый прожектор, использованный в войне, представлял собой известковый свет Драммонда, сыгравший свою роль при штурме форта Вагнер в Чарлстоне в 1863 году.

В 1848 году в Париже была установлена первая электрическая дуговая лампа, использовавшаяся для общего освещения. Она снабжалась током от крупного гальванического элемента, однако успех электрической дуги был вынужден ждать создания более удовлетворительного источника электричества. Прошло два десятка лет после того, как общественность была поражена первой демонстрацией, прежде чем был изобретен подходящий электрический динамо-генератор. С появлением динамо-машины электрическая дуга быстро развивалась, и таким образом стал доступен концентрированный источник света высокой интенсивности и большой яркости. Постепенно размеры увеличивались, пока в настоящее время не стали применяться зеркала диаметром до семи футов и электрические токи силой в несколько сотен ампер. Интенсивность луча самых мощных прожекторов теперь достигает нескольких сотен миллионов свечей.

Наиболее заметный прогресс в конструкции дуговых прожекторов был достигнут в последние годы Беком, который разработал интенсивный пламенный угольно-дуговой источник. Его главной целью было пропустить через дугу гораздо больший ток, чем это делалось ранее, без увеличения размеров углей и неустойчивости дуги. В обычной дуге чрезмерный ток приводит к быстрому разрушению углей, если они не имеют большого диаметра. Бек направил струю паров спирта на дугу, и они не окислялись. Таким образом он достиг высокой плотности тока и значительно большей интенсивности луча. Он также использовал фитильные угли, содержащие определенные металлические соли, которые увеличивали силу света, а за счет вращения положительного угольного электрода так, чтобы кратер поддерживался в постоянном положении, достигалась большая стабильность и равномерность. Испытания показывают, что в дополнение к более высокой световой эффективности дуга такого характера направляет больший процент света в эффективный угол зеркала. Маленький источник приводит к лучу с малой расходимостью; другими словами, луч отличается от цилиндра всего на один-два градуса. Если бы луч состоял исключительно из параллельных лучей и в атмосфере не было потерь света на рассеяние или поглощение, интенсивность луча оставалась бы одинаковой по всей его длине. Однако как расходимость, так и атмосферные потери стремятся уменьшить интенсивность луча по мере увеличения расстояния от прожектора.

Поскольку интенсивность луча зависит от фактической яркости источника света, яркость нескольких современных источников света представляет интерес. Они выражаются в свечах на квадратный дюйм проецируемой площади; то есть, если маленькое отверстие в листе металла поместить рядом с источником света и измерить интенсивность света, проходящего через это отверстие, яркость отверстия легко определяется в свечах на квадратный дюйм.

Яркость источников света в свечах на квадратный дюйм

Kerosene flame5 to10
Acetylene30 to60
Gas-mantle30 to500
Tungsten filament (vacuum) lamp750 to1,200
Tungsten filament (gas-filled) lamp3,500 to18,000
Magnetite arc4,000 to6,000
Carbon arc for search-lights80,000 to90,000
Flame arc for search-lights250,000 to350,000
Sun (computed mean)about 1,000,000

Поскольку отражатель прожектора является чрезвычайно важным фактором в получении высокой интенсивности луча, ему уделяется значительное внимание с момента появления практичной электрической дуги. Параболическое зеркало обладает свойством делать параллельными или почти таковыми лучи от источника света, помещенного в его фокусе. Если зеркало образует большой угол у источника света, перехватывается и делается параллельным большее количество света по сравнению со случаем меньших образованных углов; поэтому зеркала делаются большими и с возможно более коротким фокусом. Прожекторные установки направляют от 30 до 60 процентов доступного света в луч, но в линзовых системах эффективный угол настолько мал, что в луч попадает гораздо меньший процент. Манжен в 1874 году изготовил стеклянный отражатель, в котором как внешняя, так и внутренняя поверхности были сферическими, но имели разные радиусы кривизны, так что отражатель был толще посередине. Это устройство было «посеребрено» снаружи, и преломление в стекле по мере прохождения света к зеркалу и обратно исправляло сферическую аберрацию зеркальной поверхности. Они нашли широкое применение. Для специальных проекционных целей было разработано множество комбинаций криволинейных поверхностей, но параболическое зеркало по-прежнему остается в чести для мощных прожекторов. Верхушка положительного угольного электрода помещается в его фокус, и эффективный угол, под которым свет перехватывается зеркалом, обычно составляет около 125 градусов. Внутри этого угла заключена большая часть света, излучаемого источником света в случае дуг постоянного тока. Если этот угол увеличивается для зеркала заданного диаметра путем уменьшения его фокусного расстояния, расходимость луча увеличивается, а интенсивность луча уменьшается. Это объясняется тем фактом, что источник света теперь становится видимым образом больше; то есть, имея заданный размер, он теперь образует больший угол у отражателя и сильнее отклоняется от теоретической точки.

Когда началась недавняя война, имевшиеся в наличии прожекторы предназначались в основном для стационарных установок. Это были «бочкообразные» прожекторы с отражателями диаметром в несколько футов, причем вся конструкция порой весила до нескольких тонн. Вскоре после вступления нашей страны в войну был создан мобильный «бочкообразный» прожектор диаметром пять футов, который в сборе с лафетом весил всего 1800 фунтов. Позже последовали дальнейшие усовершенствования. Пример того импульса, который военная нужда придает техническим достижениям, обнаруживается в разработке конкретного мобильного прожектора. Через два месяца после того, как военное министерство представило задачи по проектированию некоторым крупным промышленным предприятиям, новый 60-дюймовый прожектор был запущен в производство. Он весил одну пятую часть от предыдущего стандарта; имел одну двадцатую его объема; был намного проще; мог быть построен за четвертую часть времени и стоил вдвое дешевле. Дистанционное управление аппаратурой было развито в высокой степени, чтобы оператор мог находиться на расстоянии от рассеянного света вблизи установки. Если он находится вблизи прожектора, эта завеса рассеянного света очень серьезно мешает его зрению.

Необходимы были мобильные силовые установки, и в разработанных типах в качестве первичного двигателя использовался автомобильный двигатель. В одном генератор располагается перед двигателем и поддерживается за пределами автомобильного шасси. В другом типе генератор располагается между автомобильной трансмиссией и дифференциалом. Стандартная муфта сцепления и рычаг переключения передач используются для соединения двигателя либо с генератором, либо с карданным валом грузовика. Первый тип включал 115-вольтовый 15-киловаттный генератор, 36-дюймовый бочкообразный прожектор и 500 футов проводного кабеля. Второй тип включал 105-вольтовый 20-киловаттный генератор, 60-дюймовый открытый прожектор и 600 футов кабеля. Этот тип был расширен по мощности до включения 50-киловаттного генератора. При перемещении этих установок прожектор и его лафет погружаются на заднюю часть мобильного генерирующего оборудования. Представление об интенсивностях, получаемых с помощью крупнейшей аппаратуры, можно получить по освещению, производимому на заданном расстоянии. Например, 15-киловаттный прожектор с высококонцентрированным лучом создавал освещенность на расстоянии 930 футов в 280 фут-свечей. В этой точке это эквивалентно освещенности, создаваемой источником с силой света почти в 250 000 000 свечей.

Разумеется, дальность действия, на которой прожекторы эффективны, является наиболее важным фактором, но она зависит от ряда условий, таких как освещенность, создаваемая лучом на различных расстояниях, атмосферные условия, положение наблюдателя, размер, рисунок, цвет и коэффициент отражения объекта, а также цвет, рисунок и коэффициент отражения фона. Они слишком сложны для обсуждения здесь, но можно отметить, что в обычных условиях эти мощные прожекторы эффективны на расстояниях в несколько миль. Согласно недавним работам, оказывается, что дальность действия прожектора при обнаружении заданного объекта в фиксированных условиях примерно пропорциональна четвертой степени корень из его интенсивности.

Хотя металлический параболический отражатель используется в самых мощных прожекторах, появилось много других разработок, адаптированных к военному делу. Линзы Френеля использовались над дугой для прожекторов, лучи которых направлены вверх в поисках летательных аппаратов, заменяя тем самым зеркало под дугой, которое из-за своего положения всегда находится в опасности ухудшения характеристик от падающих на него горячих угольных частиц. Для малых дальностей с успехом применялись лампы накаливания с нитью накала. Кислородно-ацетиленовое оборудование нашло применение благодаря своей портативности. Кислородно-ацетиленовое пламя концентрируется на небольшом шарике оксида церия, который обеспечивает яркий источник малых размеров. Топливо поставляется баллоном, содержащим около 1000 литров растворенного ацетилена, и другим, содержащим около 1100 литров кислорода. Луч с интенсивностью около 1 500 000 свечей получается при расходе 40 литров каждого из газов в час. С такой скоростью прожектор может работать двадцать часов без пополнения.

Хотя маяк для ночных летчиков — это разработка, которая приобретет большое значение в мирной деятельности, он был создан главным образом для удовлетворения потребностей военного времени. Они существенно не отличаются от тех, что направляют мореплавателя, за исключением того, что путник в воздушном океане находится далеко над плоскостью, на которой покоится маяк. По этой причине линзы сконструированы так, чтобы направлять свет преимущественно вверх. В зарубежных странах использовалось несколько типов маяков для аэронавигации. В одном из них свет от источника свободно испускается во всех направлениях вверх, но свет, обычно излучаемый в нижнюю полусферу, поворачивается вверх с помощью призматических систем. В более сложной конструкции пояса линз расположены так, чтобы направлять свет во всех направлениях выше горизонтальной плоскости. Для обозначения местности по количеству или характеру вспышек используется проблесковый аппарат. Источниками света для этой цели служили электрические нити накала и ацетиленовое пламя. В другом типе свет концентрируется в одном азимуте, и весь маяк вращается. Переносные маяки, использующие газ, применялись во время войны на некоторых летных полях вблизи линии фронта.

Использовались все виды освещения и осветительных устройств в зависимости от потребностей и имеющихся материалов. Даже самосветящаяся краска применялась для различных целей на фронте, а также для подсветки циферблатов часов и шкал приборов. Деревянные кнопки диаметром два или три дюйма, покрытые самосветящейся краской, можно было закреплять в любом нужном месте, и они служили ориентирами. Они видны только на коротких расстояниях, и слабость их света делала их особенно ценными для различных целей на линии фронта. Их можно было использовать в руке для подачи оптических сигналов на небольшом расстоянии, где была необходима тишина. Самосветящиеся стрелки и указатели направляли войска и грузовики ночью, и даже санитары носили самосветящиеся метки на спинах, чтобы их могли опознать свои.

Несколько аналогично этому применению светящейся краски выглядит использование синего света по ночам на линкорах и других судах, находящихся в бою или вблизи противника. Несколько лет назад построенный в этой стране бразильский линкор был оснащен двойной системой освещения. В дополнительной системе использовался глубокий синий свет, который очень эффективен для глаз, адаптированных к темноте или к очень низкой интенсивности освещения, и является светом ближнего действия. Из-за низкой силы света синих огней они не распространяются далеко; кроме того, хорошо установлено, что синий свет не проникает через обычную атмосферу так далеко, как огни других цветов той же интенсивности.

Война обусловила огромные шаги вперед в определенных направлениях в разработке и использовании искусственного света, и эпоха мира унаследует эти разработки и адаптирует их для более созидательных целей.

XV

СИГНАЛИЗАЦИЯ

С самых давних времен сигнальный костер посылал сообщения с вершин холмов или через труднодоступные места. В нашей стране, когда индейский вождь был властелином обширных пространств лесов и прерий, он распространял новости среди кочующих соплеменников с помощью сигнального костра и передавал свой код, накрывая и открывая его. Терпящие бедствие, будь то в вымысле или в реальности, инстинктивно обращаются к сигнальному костру как к способу привлечь проходящее мимо судно. Повсюду на протяжении веков это простое средство связи применялось; поэтому неудивительно, что человечество применило свою изобретательность к совершенствованию сигнализации с помощью света, которая имеет свои собственные специфические сферы и преимущества. Конечно, беспроводная телефония и телеграфия в некоторой степени вытеснят световую сигнализацию, но есть много областей, в которых последняя по-прежнему вне конкуренции. Фактически во время недавней войны свет широко использовался таким образом, и устройства разрабатывались вопреки многим другим доступным средствам сигнализации. Одним из главных преимуществ света как сигнала является то, что он так легко контролируется и направляется по прямой линии. Беспроводные волны, например, излучаются широковещательно и могут быть перехвачены противником.

Начало световой сигнализации скрыто в темноте прошлого. Разумеется, самыми примитивными световыми сигналами были костры из дерева, но вполне вероятно, что человек рано стал использовать зеркало для отражения солнечного изображения и тем самым заложил основы современного гелиографа. Книга Иова, которая является, пожалуй, одним из древнейших доступных письменных памятников, упоминает литые зеркала. Египтяне во времена Моисея использовали зеркала из полированной латуни. Говорят, что Евклид в третьем веке до нашей эры написал трактат, в котором обсуждал отражение света вогнутыми зеркалами. Джон Пекхэм, архиепископ Кентерберийский в тринадцатом веке, описывал зеркала из полированной стали и стекла с свинцовой подложкой. Зеркала из стекла, покрытого сплавом олова и ртути, изготавливались венецианцами в шестнадцатом веке. Гюйгенс в семнадцатом веке изучал законы преломления и отражения и конструировал оптические аппараты для различных целей. Однако лишь в XVIII веке были предприняты какие-либо заслуживающие внимания попытки управлять искусственным светом в практических целях. Доллонд в 1757 году первым изготовил ахроматические линзы, используя комбинации различных стекол. Лавуазье в 1774 году изготовил линзу диаметром около четырех футов, соорудив ячейку из двух вогнутых стекол и заполнив ее водой и другими жидкостями. Говорят, что он поджигал дерево и плавил металлы, концентрируя на них солнечное изображение с помощью этой линзы. Примерно в то же время Бюффон изготовил составное параболическое зеркало с помощью нескольких сотен маленьких плоских зеркал, установленных под правильными углами. С его помощью он поджег дерево на расстоянии более чем двухсот футов, сконцентрировав солнечные лучи. Говорят также, что он изготовил линзу из цельного куска стекла, отшлифовав ее концентрическими ступенями, аналогично конструкциям, разработанным Френелем семьдесят лет спустя. Таковы примеры ранних работ, заложивших фундамент для высокосовершенного управления светом настоящего времени.

Занимаясь съемкой Ирландии, Томас Драммонд в 1826 году разработал аппарат для подачи сигналов на многие мили, облегчив тем самым триангуляцию. Встречались расстояния до восьмидесяти миль, и представлялось желательным иметь какой-то метод для наблюдения точки на этих больших расстояниях. Гаусс в 1822 году использовал отражение солнечного изображения от плоского зеркала, и Драммонд также испробовал это средство. Последний успешно подал сигнал на 45 миль на станцию, которую из-за дымки не было видно, как не было видно и холма, на котором она располагалась. Продемонстрировав осуществимость этого плана, он принялся за создание устройства, которое включало бы мощный искусственный свет, чтобы не зависеть от солнца. В более ранних геодезических съемках использовались лампы Аргана с параболическими отражателями и выпуклыми линзами, но, судя по всему, они не обладали достаточной дальностью действия. Френель и Араго сконструировали линзу, состоящую из серии концентрических колец, которые были сцементированы вместе, и, поместив ее перед лампой Аргана, обладающей четырьмя концентрическими фитилями, они получили свет, который наблюдался на расстоянии сорока восьми миль.

Несмотря на эти успехи, Драммонд полагал, что параболическое зеркало и более мощный источник света представляют собой наилучшую комбинацию для сигнального огня. В поисках яркого источника света он экспериментировал с фосфором, горящим в кислороде, и с различными яркими пиротехническими препаратами. Однако пламя было неустойчивым и в целом неподходящим. Тогда он повернул в направлении, которое привело его к разработке известкового света. В своем первом аппарате он использовал небольшой шарик извести в пламени спирта и направил струю кислорода через пламя на известь. Тем самым он получил, согласно собственному описанию 1826 года,

столь интенсивный свет, что при помещении в фокус отражателя глаз с трудом выдерживал его великолепие даже на расстоянии сорока футов, причем контур терялся в яркости излучения.

Затем он продолжил экспериментировать с различными оксидами, включая цирконий, оксид магния и известь из мела и мрамора. Это было появление известкового света, который должен носить имя Драммонда, поскольку он стал одним из величайших шагов в эволюции искусственного света.

С помощью этого аппарата при проведении съемок сигналы стали видны на расстояниях до ста миль. Драммонд предложил использовать этот источник света в важных маяках того времени и предвидел множество других применений. Известковый свет со временем стал широко использоваться в качестве светосигнального устройства. Гелиограф, в котором в качестве источника света используется солнце, широко применялся в качестве светосигнального аппарата, и Драммонд, пожалуй, был первым, кто применил с ним искусственный свет. Недостатком гелиографа является ненадежность солнца. С принятием искусственного света в употребление вошли различные оптические устройства.

Филип Коломб, пожалуй, заслуживает кредита за инициирование современной сигнализации путем мигания кодом. Он начал работу над такой системой в 1858 году и как офицер британского флота упорно трудился над ее внедрением. Наконец, в 1867 году британский флот принял мигающую систему, в которой источник света открывается и затмевается таким образом, чтобы представлять точки и тире, аналогичные азбуке Морзе. Сначала скорость передачи слов составляла от семи до десяти в минуту. В последнее время стала доступна гораздо более чувствительная аппаратура, и с помощью таких устройств скорость ограничивается лишь инертностью зрительного процесса. Эта первоначальная система была весьма успешной на британском флоте, и вскоре выяснилось, что флотом можно управлять с легкостью и безопасностью в темноте или в тумане. Поскольку система «точка-тире» требует всего двух элементов, она может передаваться различными средствами. Фонарь можно раскачивать в коротких и длинных дугах или соответствующим образом опускать.

Блинкер или пульсирующий световой сигнал состоит из единственного источника света с механическим прерыванием. Он управляется с помощью телеграфного ключа, и код может передаваться быстро. Прожектор предоставляет средство для сигнализации на большие расстояния, даже днем. Свет обычно механически прерывается быстродействующим затвором, но недавно была разработана другая система. В последней сам свет управляется с помощью электрического шунта в обход дуги. Таким образом свет приглушается путем шунтирования большей части тока, создавая тем самым тот же эффект, что и фактическое затмение света механическим затвором. С помощью прожектора сигналы обычно видны так далеко, как позволяют ограничения кривизны Земли. Направляя луч на облако, сигналы наблюдали на расстоянии ста миль от прожектора вопреки преграждающей возвышенности или кривизне поверхности океана. С помощью маленьких прожекторов легко передавать сигналы на десять миль.

Этот вид аппаратуры имеет преимущество избирательности; то есть сигналы не видны лицам, находящимся в нескольких градусах от направления луча. Одной из новейших разработок стала специальная вольфрамовая нить накала в газонаполненной колбе, помещенная в фокус небольшого параболического зеркала. Луч направляется с помощью прицелов, а вспышки получаются путем прерывания тока с помощью спускового переключателя. Нить накала настолько чувствительна, что сигналы могут отправляться быстрее, чем их зафиксирует физиологический процесс зрения. С появлением беспроводного телеграфа световая сигнализация на большие расстояния была временно затменена, но во время недавней войны она возродилась, и велась большая работа по ее усовершенствованию.

Система Ардуа состоит из четырех ламп, смонтированных на вертикальной линии как можно выше. Каждая лампа является двойной, содержащей красный и белый свет, и эти огни управляются с клавиатуры. Красный свет обозначает точку в азбуке Морзе, а белый свет обозначает тире. Ключи пронумерованы и снабжены буквами, так что системой может управлять любой. Использовались и различные другие системы, использующие цветные огни, но они неизбежно являются сигналами ближнего действия. Другим примером является семафор. При использовании ночью вольфрамовые лампы в отражателях указывают положения стрел. Преимущество этих сигналов перед мигающей системой заключается в том, что каждый сигнал полон и прост для восприятия. Мигающая система является прогрессивной и должна тщательно отслеживаться, чтобы понять смысл точек и тире.

Меньшие сигнальные лампы на ацетилене применялись в лесной службе и в других сферах, где необходимо портативное устройство. В одном типе бак для смеси, содержащий карбид кальция и воду, имеет достаточную емкость для трех часов подачи сигналов. Небольшой запальник горит постоянно, а вспышки получаются при работе ключа, который увеличивает давление газа. Свет пылает до тех пор, пока ключ нажат. Дальность действия этого аппарата составляет от десяти до двадцати миль. Электрическая лампа, питаемая от аккумуляторной батареи, была разработана для геодезических работ в горных районах, где требуется подавать сигналы на расстояние до ста миль. Испытания показывают, что это устройство в сто пятьдесят раз мощнее обычной ацетиленовой сигнальной лампы, и предполагается, что с этой новой электрической лампой дымка и дым редко будут мешать наблюдениям.

Определенные фиксированные огни требуются по закону на судне в ночное время. Когда оно находится на ходу, на топе мачты должен быть белый свет, по правому борту — зеленый свет, по левому борту — красный свет, белый топовый огонь и белый свет на корме. Топовый огонь предназначен для излучения света через горизонтальный дуговой сектор в двадцать румбов компаса, по десять с каждой стороны от направления прямо по носу. Этот свет должен быть виден на расстоянии пяти миль. Огни левого и правого бортов действуют через горизонтальный дуговой сектор в двадцать румбов компаса, середина которого находится прямо по носу. Они экранированы так, чтобы не быть видимыми через носовую часть, и должны быть достаточно интенсивными, чтобы быть видимыми в двух милях впереди. Топовый огонь несут на фок-мачте, а стеньговый огонь — на грот-мачте, на высоте на пятнадцать футов выше первого. Створный огонь излучает свет по всем направлениям компаса и должен быть достаточно интенсивным, чтобы быть видимым на расстоянии трех миль. Кормовой огонь аналогичен топовому, но его свет не должен быть виден ближе носовой траверзы. Когда судно буксирует другое, оно должно выставлять два или три огня на вертикальной линии с топовым огнем и аналогично ему. Огни располагаются на расстоянии около шести футов друг от друга, причем два дополнительных указывают на короткую буксировку, а три — на длинную. Судно длиной более ста пятидесяти футов на якоре обязано выставлять белый свет в носовой и кормовой частях, каждый из которых виден по всему горизонту. Эти и многие другие спецификации показывают, как искусственный свет информирует мореплавателя и обеспечивает порядок в судоходстве. Без искусственного света водные пути были бы лишены путей, и воцарился бы хаос.

Сигналами бедствия судна являются ракеты, но любая горящая вспышка также служит целям сигнализации, если ракеты недоступны. Фейерверки были известны много веков назад, и возможности сигнализации с помощью ракет, несомненно, осознавались давно. Ранним примером проявления научного интереса к ракетам и их полезности является случай с Бенджамином Робинсом в 1749 году. Наблюдая за фейерверком в Лондоне, он подумал, что было бы интересно измерить высоту, на которую поднимались ракеты, и определить дальность, на которой они были видны. Его измерения показали, что ракеты обычно поднимались на высоту 440 ярдов, но некоторые из них достигали высоты до 615 ярдов. Затем он велел изготовить несколько специальных ракет и разослал письма друзьям в три разных населенных пункта на расстояниях до 50 миль с просьбой понаблюдать в определенное время, когда ракеты будут запущены на окраине Лондона. Некоторые из этих ракет поднялись на высоту до 600 ярдов и были отчетливо видны наблюдателям в 38 милях от них. Позже он изготовил ракеты, поднимавшиеся на высоту до 1200 ярдов, и пришел к выводу, что это практическое средство сигнализации. С того времени и особенно во время недавней войны ракеты сослужили хорошую службу при передаче сигналов.

Самодвижущиеся ракеты не претерпели изменений в основных чертах со средних веков, когда китайцы впервые использовали их в празднествах. Цилиндрический снаряд крепится на деревянной палке, и когда порох в снаряде сгорает, горячие газы выбрасываются вниз столь яростно, что реакция толкает снаряд вверх. В определенной точке в воздухе с треском раскрываются различные сигналы, различающиеся по характеру и цвету. Одним из преимуществ ракеты является то, что она содержит в себе силу движения; то есть для ее запуска не требуется орудие. Осветительные составы и различные детали аналогичны тем, что описаны для осветительных снарядов в другой главе.

В настоящее время ракета научно не сконструирована для получения наивысшей эффективности движения, но ее простота в этом отношении является одним из ее главных преимуществ. Если самодвижущаяся ракета станет снарядом будущего, как некоторые осмеливаются предсказывать, большое внимание должно быть уделено конструкции отверстия, через которое яростно вырываются газы, чтобы была достигнута наилучшая эффективность движения. Есть и другие детали, в которых могут быть сделаны усовершенствования. Продукты сгорания дымного пороха, которые не являются газообразными, составляют около трети веса пороха. Это представляет собой неэффективное движение. Кроме того, за последние годы было получено много информации, касающейся сопротивления воздуха, которое можно с выгодой применять при проектировании формы ракет.

Помимо различных ракет, сигнальные огни конструировались для стрельбы из ружей и пистолетов. Во время недавней войны летчик в темных вышинах эффективно использовал пистолетный сигнальный огонь для связи. Эти устройства испускали звездочки либо по отдельности, либо последовательно, и цвет этих звездочек, а также их количество и последовательность придавали сигналу значение. Некоторые из этих световых сигналов были снабжены парашютами и горели долго; то есть свет излучался в течение минуты или двух. Возможно множество вариаций, и использовалось огромное количество самых разных световых сигналов такого характера. В передовых окопах и при наступлении они применялись, когда телефонная связь была недоступна. Летчик руководил артиллерийским огнем с помощью своего пистолетного огня. Ракеты приносили помощь тонущему судну или спасательным шлюпкам. Сигнальная трубка, которая горела красным, зеленым или белым цветом, держалась в руке или клалась на землю и часто рассказывала свою историю. В течение многих лет такое устройство, сбрасываемое с хвоста железнодорожного поезда, удерживало следующий за ним поезд на безопасном расстоянии. Во время войны в окопах было испытано устройство, испускавшее пламя. Его цвет можно было менять для использования в качестве сигнала, а аппарат обладал достаточной емкостью для тридцати часов горения. Это также могло использоваться в качестве оружия или, при уменьшении интенсивности, служило карманным фонариком.

В течение многих лет велись эксперименты по использованию невидимых лучей, которые сопровождают видимые лучи. Практичность сигнализации с помощью невидимых лучей зависит от их эффективного производства в достаточных количествах и от отделения их от видимых лучей, которые их сопровождают. Некоторые успешные результаты были получены с 6-вольтовой электрической лампой, имеющей спиральную нить накала в фокусе линзы диаметром три дюйма и с фокусным расстоянием двенадцать дюймов. Это давало очень узкий луч, видимый только в окрестности наблюдательного поста, на который были направлены сигналы. Луч наводился с помощью телескопических прицелов. Днем на лампу надевался темно-красный светофильтр, и свет был невидимым для наблюдателя, если только он не был оснащен аналогичным красным экраном для устранения дневного света. Говорят, что сигналы различались на расстоянии шести миль. Ночью использовался экран, пропускавший только ультрафиолетовые лучи, а телескоп наблюдателя был снабжен флуоресцентным экраном в своей фокальной плоскости. Ультрафиолетовые лучи, падающие на этот экран, преобразовывались в видимые лучи благодаря явлению флуоресценции. Дальность действия этого устройства составляла около шести миль. Для морских конвоев требуются лампы, излучающие по всем направлениям компаса. Для этой цели кварцевая ртутная дуга, богатая ультрафиолетовыми лучами, была окружена кожухом, который эффективно пропускал ультрафиолетовые лучи и поглощал все видимые лучи, кроме фиолетового света. Лампа казалась глубокого фиолетового цвета на близком расстоянии, но слабый видимый свет, который она излучала, не был виден издалека. Удаленный наблюдатель улавливает невидимый ультрафиолетовый «свет» с помощью специального оптического устройства с флуоресцентным экраном из платиносианида бария. Это устройство имело дальность действия около четырех миль.

Световые сигналы необходимы для работы железных дорог в ночное время, и они используются уже много лет. В этой сфере значение световых сигналов базируется почти исключительно на цвете. Положение стрелочного перевода обозначается цветом подаваемого им света. С введением семафорной системы, в которой днем значение имеет положение стрелы, цветные стекла помещались на противоположном конце стрелы таким образом, чтобы перед источником света при определенном положении стрелы оказывалось определенное цветное стекло. Лампой служила керосиновая горелка за стеклянной линзой, и, например, красный цвет означал «Стоп», зеленый призывал к «Осторожности», а прозрачный или белый обозначал «Путь свободен». Керосиновая лампа использовалась долгие годы, но в последнее время для этой цели в некоторой степени устанавливаются электрические лампы накаливания. Фактически, по крайней мере на одной железной дороге вольфрамовые лампы используются для световой сигнализации как днем, так и ночью. Три сигнала — красный, зеленый и белый — располагаются на вертикальной линии, и за каждой линзой находятся две лампы: одна работает с высокой эффективностью, а другая — с низкой эффективностью для защиты от отказа сигнала. Нормальная дальность видимости днем составляет около трех тысяч футов, а в худших условиях при противодействии прямому солнечному свету дальность составляет не менее двух тысяч футов. Говорят, что эти огни видны легче, чем семафорные стрелки при любых обстоятельствах, и они видны в два-три раза дальше последних во время метели.

Стандартные цвета для световых сигналов, принятые Ассоциацией железнодорожной сигнализации, — красный, желтый, зеленый, синий, пурпурный и лунно-белый. Они определяются по количеству различных спектральных цветов, которые они пропускают, когда источником света служит керосиновое пламя. Очевидно, что при использовании другого источника света цвета обычно выглядят иначе. Синий и пурпурный сигналы являются короткодиапазонными, однако эффективная дальность действия лучшего железнодорожного сигнала на основе керосинового пламени составляет всего около четырех миль.

Было показано, что видимость точечных источников белого света в прозрачной атмосфере на расстояниях по меньшей мере до одной мили пропорциональна их силе света (в свечах) и обратно пропорциональна квадрату расстояния. По-видимому, световая интенсивность сигнальных ламп, необходимая в ясную погоду для их видимости, должна составлять 0,43 свечи для одной морской мили, 1,75 свечи для двух морских миль и 11 свечей для пяти морских миль. Согласно имеющимся данным, красный или белый сигнальный свет будет легко виден на расстоянии в морских мили, равном квадратному корню из его силы света в данном направлении. Дальность действия зеленого света в морских милях, по-видимому, пропорциональна кубическому корню из силы света. Определено ли, сохраняются ли эти соотношения между дальностью в милях и силой света в свечах для расстояний, превышающих обычно встречающиеся, или нет, пока не установлено, однако интересно отметить, что квадратный корень из силы света маяка Навесинк у входа в нью-йоркскую бухту составляет около 7000. Мог ли этот свет быть виден на расстоянии в семь тысяч миль через обычную атмосферу?

Наиболее отличительными цветными огнями являются красный, желтый, зеленый и синий. К ним для целей сигнализации добавились белый (прозрачный) и пурпурный. Желтый цвет интенсивен, но его можно перепутать с «белым» или прозрачным. Синий и пурпурный цвета, получаемые от современных практичных источников света, имеют низкую интенсивность. В результате красный, зеленый и прозрачный остаются наиболее удовлетворительными сигнальными огнями в целом.

Существует множество других применений, особенно в закрытых помещениях. Некоторые из них были разработаны для особых нужд, но есть и множество других, являющихся общими, таких как для лифтов, телефонов, различных систем вызова и сигналов светофоров. Свет обладает преимуществами бесшумности, управляемости по положению и направлению, а также тем, что он является видимым сигналом в ночное время. Таким образом, в очередной области искусственный свет ответил на запросы цивилизации.

XVI

СТОИМОСТЬ СВЕТА

Искусственный свет во многих отношении настолько превосходит естественный свет, что человечество приобрело привычку ложиться спать спустя много часов после наступления темноты, в результате чего возникла проблема, известная как «летнее время». Несомненно, дневным светом следует пользоваться везде, где это возможно, но у этого вопроса есть две стороны. Во-первых, доставка дневного света в помещение стоит определенных денег. Архитектурная конструкция окон и световых фонарей увеличивает стоимость дневного света. Световые дворы, требующие жертвенной площади ценных полов, увеличивают расходы. Обслуживание окон и световых фонарей представляет собой ощутимую статью расходов. Учитывая эти и другие факторы, можно видеть, что дневной свет в помещении обходится дорого; а поскольку он к тому же ненадежен, обычно требуется дополнительная система искусственного освещения. Фактически в некоторых случаях легко показать, что искусственное освещение обходится дешевле естественного.

Среднестатистический дом среднего класса теперь освещается искусственным образом примерно за 15,00–25,00 долларов в год с помощью удобных источников света, доступных в любое время. В семейном бюджете нет статьи расходов, которая приносила бы столько же удовлетворения, комфорта и счастья пропорционально своей стоимости, сколько искусственный свет. Это художественное средство с большим потенциалом, а свет в узком утилитарном смысле всегда является побочным продуктом художественного освещения. Ничтожную стоимость современного освещения можно подчеркнуть самыми разными способами. Проценты на инвестиции в картину или вазу, которые стоили 25,00 долларов, обычно покрывают расходы на эксплуатацию любой декоративной лампы в доме. Большая доля вложений в личное имущество в доме приходится на попытки украсить обстановку. Проценты лишь с небольшой части этих вложений оплатят художественное и утилитарное искусственное освещение в доме. Стоимость мытья окон в среднем доме может быть столь же велика, как стоимость искусственного освещения, и обычно составляет по меньшей мере большую долю последней. Было бы монотонно приводить различные примеры ничтожной стоимости искусственного света и его высокой отдачи для пользователя. Пример дома был выбран потому, что читатель может легко продолжить анализ дальше. Промышленность, где затраты подвергаются анализу, теперь рассматривает адекватное и надлежащее освещение как актив, приносящий прибыль за счет увеличения производства, уменьшения брака и снижения вероятности несчастных случаев.

Поскольку переход на летнее время стал актуальной проблемой во время недавней войны и, вероятно, останется предметом заботы, его история представляет интерес. Одним из ярких различий между первобытными и цивилизованными людьми является продолжительность их деятельности. Первые автоматически приспосабливались к дневному свету, но по мере развития цивилизации продолжительность деятельности начала все больше и больше выходить за рамки наступления темноты. Наконец, во многих видах деятельности рабочий день был продлен до двадцати четырех часов. Не может быть непреодолимых возражений против работы в ночное время при правильной организации периодов работы; фактически стоимость жизни значительно возросла бы, если бы накладные расходы, представленные такими статьями, как оборудование и здания, перекладывались на уменьшенную продукцию сокращенного периода производства. Не может быть никаких принципиальных возражений против искусственного освещения, поскольку большинство заводов, например, могут освещаться искусственным светом лучше, чем естественным.

Конечно, отставание комфортной температуры от дневного света в некоторой степени обусловлено естественным смещением обычного рабочего дня несколько позади солнца. Холод рассвета заставляет человечество оставаться в постели, а бодрость искусственного света и период отдыха вечером заставляют цивилизованные расы вставать с постели. Всегда действуют мощные силы, и несмотря на желательные черты летнего времени, человечество всегда будет стремиться отставать. С течением лет, несомненно, потребуется производить это смещение снова и снова. Кажется несомненным, что на протяжении веков мыслящие люди видели трудность побуждения человека вылезать из теплой постели ранним утром и находили простое решение в переводе стрелок часов вперед. Одним из самых ранних сторонников летнего времени в современную эпоху, когда оно стало достаточно важным, чтобы рассматриваться как экономическая проблема, был Бенджамин Франклин. В 1784 году он написал мастерское сериокомическое эссе под названием «Экономичный проект», которое было опубликовано в газете «Журнал Парижа». Статья, появившаяся в виде письма, начиналась так:

Месье: Вы часто развлекаете нас рассказами о новых открытиях. Позвольте мне сообщить публике через вашу газету об одном открытии, которое было недавно сделано мной и которое, как мне представляется, может иметь большую пользу.

На днях вечером я находился в высшем обществе, где была представлена новая лампа господ Кенке и Ланжа, которая вызвала всеобщее восхищение своим великолепием; однако возник общий вопрос: не находится ли потребляемое ею масло в прямом соответствии с даваемым ею светом, и в этом случае от ее использования не будет никакой экономии. Никто из присутствующих не смог удовлетворить нас в этом пункте, который, как все согласились, следовало бы знать, поскольку было весьма желательно уменьшить, если возможно, расходы на освещение наших жилищ, когда всякая другая статья семейных расходов столь сильно возросла. Я был рад видеть эту всеобщую заботу об экономии, ибо я чрезвычайно люблю экономию.

Я отправился домой и в постель через три или четыре часа после полуночи, с головой, полной этой темы. Случайный внезапный шум разбудил меня около 6 часов утра, когда я с удивлением обнаружил, что моя комната залита светом, и сначала вообразил, что в нее внесли множество тех самых лампочек; но, протерев глаза, я заметил, что свет проникает сквозь окна. Я встал и выглянул наружу, чтобы посмотреть, в чем может быть причина, и увидел солнце, только что поднимающееся над горизонтом, откуда оно обильно изливало свои лучи в мою комнату, так как мой слуга по небрежности забыл накануне вечером закрыть ставни.

Я посмотрел на свои часы, которые идут очень хорошо, и обнаружил, что было всего 6 часов; и все еще считая чем-то необычным то, что солнце встает так рано, я заглянул в альманах, где обнаружил, что это час, указанный для его восхода в тот день. Я заглянул и дальше и обнаружил, что оно должно вставать еще раньше каждый день вплоть до конца июня и что ни в одно время года его восход не задерживался так долго, как до 8 часов.

Ваши читатели, которые вместе со мной никогда не видели никаких признаков солнечного света до полудня и редко обращают внимание на астрономическую часть альманаха, будут столь же изумлены, как и я, когда услышат о столь раннем восходе солнца, и особенно когда я уверю их, что оно дает свет сразу же по своем восходе. Я убежден в этом. Я уверен в своем факте. Нельзя быть более уверенным ни в каком факте. Я видел это своими собственными глазами. И, повторив это наблюдение три последующих утра, я неизменно обнаруживал абсолютно тот же результат.

Затем он продолжает в том же духе, показывая, что ученые люди ему не верили, и указывая на трудности, с которыми сталкивается первопроходец. Он выдвинул жизненно важный аргумент, показав, что если бы его не разбудили так рано, он проспал бы на шесть часов дольше при солнечном свете, а взамен прожил бы шесть часов следующей ночи при свечах. Затем он призвал «малую арифметику», которой владел, и произвел некоторые серьезные расчеты. В качестве основы для своих расчетов он принял предположение, что в Париже живут сто тысяч семей и каждая тратит по полфунта свечей за ночь. Он показал, что в период с 20 марта по 20 сентября можно сэкономить 64 000 000 фунтов воска и сало, что эквивалентно 18 000 000 долларов.

После этих серьезных расчетов он в забавной форме предложил средства для принудительного внедрения летнего времени. Очевидно, было необходимо будить ленивцев, и его предложения включали использование пушек и колоколов. Кроме того, он предложил ограничить каждую семью одним фунтом свечей в неделю, запретить проезд экипажей после захода солнца, за исключением экипажей врагов (врачей), и ввести налог на каждое окно, имевшее ставни. Его заключительный абзац был следующим:

За великую пользу этого открытия, столь свободно переданного и подаренного мною обществу, я не требую ни места, ни пенсии, ни исключительной привилегии, ни какого-либо иного внимания вообще. Я ожидаю лишь того, чтобы мне принадлежала честь этого. И все же я знаю, что найдутся мелкие, завистливые умы, которые, как обычно, станут отрицать это за мной и говорить, что мое изобретение было известно древним, и, возможно, они приведут отрывки из старых книг в доказательство этого. Я не стану спорить с этими людьми о том, что древние не знали, будто солнце встает в определенные часы; у них возможно были, как и у нас, альманахи, предсказывавшие это; но отсюда вовсе не следует, будто они знали, что оно дает свет сразу по своем восходе. Вот что я утверждаю в качестве своего открытия. Если древние и знали это, то это могло быть давно забыто; ибо это определенно было неизвестно современникам, по крайней мере парижанам, для доказательства чего мне нужно использовать лишь один ясный и простой аргумент. Они столь же образованный, рассудительный и благоразумный народ, как и любой другой в мире, и все они, подобно мне, называют себя любителями экономии и, учитывая множество тяжелых налогов, взимаемых с них по необходимости государства, имеют поистине вескую причину быть экономными. Я утверждаю, что столь разумный народ при таких обстоятельствах не мог бы так долго жить при дымном, нездоровом и чудовищно дорогом свете свечей, если бы они действительно знали, что могут получить столько чистого света солнца даром.

Забавное письмо Франклина преследовало серьезную цель, ибо в 1784 году семейные расходы сильно возросли, а адекватное освещение с помощью свечей стоило в те дни очень дорого. Однако за последние сто тридцать пять лет условия колоссально изменились. Большая часть населения живет в более темных городах. Колеса прогресса должны крутиться непрерывно, чтобы обуздать стоимость жизни, которая неуклонно растет вверх из-за добавления удобств и предметов роскоши. Более того, стоимость света настолько уменьшилась, что в настоящее время он является не только второстепенным фактором, но во многих случаях фактически приносит дивиденды в торговле и промышленности. Он приносит дивиденды другого рода в социальных и образовательных аспектах дома, библиотеки, церкви и художественного музея. Перевод часов на летнее время имеет много привлекательных сторон, но стоимость дневного света и ценность искусственного света являются важными соображениями.

Стоимость топлива для осветительных целей не может быть тщательно сопоставлена на протяжении ряда лет без учета колеблющейся покупательной способности денег, что было бы слишком сложно для рассмотрения здесь. Тем не менее интересно сделать краткий обзор за прошедшее столетие. С 1800 по 1845 год китовое масло продавалось примерно по 0,80 доллара за галлон, но после этого периода его стоимость увеличилась, по-видимому, из-за растущего дефицита, пока не достигла цены в 1,75 доллара за галлон в 1855 году. К счастью, примерно в это время была открыта нефть, так что масляная лампа не превратилась в предмет роскоши. С 1800 по 1850 год сальные свечи продавались примерно по 20 центов за фунт. Поскольку в фунте было шесть свечей, и учитывая, что каждая свеча горела около семи часов, свет от одной свечи обходился примерно в 1/2 цента в час. С 1850 по 1875 год сальные свечи продавались по средней цене примерно 25 центов за фунт. Может быть интересно узнать, что большая спичка испускает примерно столько же света, сколько горящая свеча, а так называемая безопасная спичка — примерно в три раза меньше.

Час свечи — это общее количество света, испускаемое стандартной свечой за один час, а часы свечей в любом случае получаются путем умножения силы света источника на часы горения. Аналогичным образом выданные люмены, умноженные на часы работы, дают люмен-часы. Считается, что стандартная свеча испускает количество света, примерно равное 10 люменам. Восковая свеча будет испускать примерно столько же света, сколько спермацетовая свеча, но потребит примерно на 10 процентов меньше массы материала. Сальная свеча будет испускать примерно такое же количество света при расходе примерно на 50 процентов больше. Сальная свеча вышла из употребления.

С появлением керосина, получаемого путем дистилляции нефти, в употребление вошла камфарная лампа. Керосин стоил около 80 центов за галлон в течение первых нескольких лет своего внедрения. Цена керосина в среднем составляла около 55 центов за галлон в период между 1865 и 1875 годами. В следующее десятилетие она упала примерно до 22 центов за галлон, а в период между 1885 и 1895 годами продавалась по цене до 13 центов.

Искусственный газ в 1865 году продавался приблизительно по 2,50 доллара за тысячу кубических футов; между 1875 и 1885 годами — по 2,00 доллара; между 1885 и 1895 годами — по 1,50 доллара.

Совокупный эффект снижения стоимости топлива или электрической энергии для источников света и больших успехов в производстве света дал домовладельцу, например, постоянно возрастающее количество света за те же деньги. Например, семья, которая столетие назад проводила два или три часа при свете одной свечи, теперь наслаждается значительно большим количеством света в той же комнате за ту же цену. Интересно проследить влияние этого сильно уменьшающейся стоимости света в доме. Для простоты свет свечи будет сохранен в качестве единицы измерения, а стоимость света для дома будет считаться примерно одинаковой на протяжении всего рассматриваемого периода. Фактически сумма денег, которую среднестатистический домовладелец тратит на освещение, оставалась довольно постоянной на протяжении всего прошлого века, но по мере того как шли годы, он наслаждался более продолжительным периодом искусственного света и большим количеством света. Ниже приведена таблица приближенных значений, которая показывает освещение, получаемое за 20,00 долларов в год на протяжении прошлого века, за исключением электричества:

YearHours per nightEquivalent of

light in candlesCandle-hours
per nightper year

180035155,500
185038248,700
18603113312,000
18703226624,000
18803.53612646,000
189045020073,000
19005154770280,000

Из вышесказанного видно, что за столетие эквивалент свечи, получаемый за ту же стоимость для домовладельца, увеличился по меньшей мере в тридцать раз, в то время как часы, в течение которых используется этот свет, увеличились почти вдвое. Другими словами, в девятнадцатом веке количество часов свечей, получаемых за 20,00 долларов в год, увеличилось примерно в пятьдесят раз. Иными словами, стоимость света в конце века составляла около одной пятидесятой от стоимости света свечи в начале века. Один авторитетный специалист при подсчете расходов на освещение для домовладельца в крупном городе этой страны заявил, что

одновременно с увеличением на 1700 процентов количества ночного освещения американской семьи в средних условиях, использующей газ для света, произошло сокращение стоимости годового освещения на 34 процента или примерно на 7,50 долларов в год; и что стоимость освещения за единицу света — час свечи — составляет теперь лишь 2,8 процента от того, что было в первой половине девятнадцатого века. Ни одна другая домашняя потребность не была удешевлена и улучшена в такой степени за последнее столетие.

В целом потребитель света воспользовался этим снижением, увеличив количество используемого света и продолжительность периода его применения. Таким образом, значительно сниженная стоимость света оказала заметное социологическое и экономическое влияние.

После того как Мердок произвел свою первую установку газового освещения на промышленном предприятии в начале девятнадцатого века, он опубликовал сравнение расходов на эксплуатацию с расходами на освещение свечами. Он рассчитал затраты на свет, эквивалентные 1000 часов свечей, следующим образом:

 1000 candle-hours

Gas-lighting at a rate of two hours per day$1.95
Gas-lighting at a rate of three hours per day1.40
Candle-lighting6.50

Видно, что более долгие часы горения снижают стоимость газового освещения за счет уменьшения доли накладных расходов. При освещении свечами таких факторов нет, так как вся «установка» целиком сгорает. Это ранний пример, для которого сохранились достоверные записи. В настоящее время определенное количество света, получаемое за 1,00 доллар с помощью эффективных ламп с вольфрамовой нитью, обходится в 2,00 доллара при получении от керосинового пламени и примерно в 50,00 долларов при получении от сжигания свечей.

Для того чтобы получить стоимость эквивалентного количества света на протяжении прошедшего века, необходимо рассмотреть очень многие факторы. Очевидно, результаты, полученные разными людьми, будут различаться из-за неизбежного фактора субъективной оценки; тем не менее следующий список приближенных значений по меньшей мере укажет тенденцию изменения цены света на протяжении века или более быстрого развития производства света. При выполнении расчетов использовались справедливое среднее розничных значений цен на топливо и электрическую энергию, а также средняя световая отдача задействованных источников света. Цифры относятся в особенности к этой стране.

Таблица, показывающая общую приблизительную стоимость 1000 часов свечей для различных периодов

 Per 1000

candle-hours

1800 to 1850,sperm-oil$2.40
tallow candle5.00
1850 to 1865,kerosene1.65
tallow candle6.85
1865 to 1875,kerosene.75
tallow candle6.25
gas, open-flame.90
1875 to 1885,kerosene.25
gas, open-flame.60
1885 to 1895,kerosene.15
gas, open-flame.40
1895 to 1915,gas mantle.07
carbon filament.38
metallized filament.28
tungsten filament (vacuum).12
tungsten filament (gas-filled).07

В наши дни стоимость жизни привлекает к себе значительное внимание, и интересно сравнить с ней стоимость освещения. В следующей таблице сопоставляются цены на продукты питания и электрическое освещение за двадцать лет, предшествовавших недавней войне. Благодаря этому из рассмотрения исключаются крупные потрясения, вызванные войной, однако следует отметить, что с 1914 года цены на продукты питания сильно возросли, в то время как стоимость электрического освещения существенно не изменилась. Стоимость каждого товара принята за сто единиц для 1894 года, но, конечно, фактическая стоимость жизни для домовладетеля примерно в сто раз больше стоимости электрического освещения.

YearFoodElectric

lighting

1894100100
18968092
18989290
190010085
190211377
190411077
190611557
190812830
191013828
191214423
191414517

Одной из особенностей электрического освещения, которая озадачивает потребителя и дает политикам повод кричать о «дискриминации» и «несправедливости» со стороны компании коммунального обслуживания, является большой разброс тарифов. Никакой дискриминации или несправедливости нет, когда домовладелец, например, должен платить за свое освещение больше, чем платит фабрика. Тарифы зависят не только от «спроса», но и от периода, в который этот спрос возникает. Освещение жилых домов в основном ограничивается определенными часами с 5 до 9 вечера, и в это время наблюдается большой «пик» спроса. Центральные станции должны иметь оборудование, доступное для этого кратковременного спроса, и большая часть мощности оборудования остается неиспользованной в течение остальной части дня. Фабрика, которая использует электричество в течение всего дня или ночи либо того и другого вместе, помогает обеспечивать эффективную работу центральной станции. Оборудование, необходимое для подачи электроэнергии на фабрику, работает в течение долгих часов. Мало того, что эти накладные расходы для фабрик и многих других потребителей значительно меньше, чем для домовладетеля, расходы на ведение бухгалтерского учета, снятие показаний счетчиков и т. д. примерно одинаковы для всех классов потребителей. Поэтому данная статья расходов является ощутимой в счете мелкого потребителя.

Конечно, общественность не осознает, что колоссальное снижение стоимости освещения за прошедшее столетие в значительной степени обусловлено тем фактом, что осветительная промышленность выросла в масштабах. Увеличение производства отвечает за часть этого снижения, а наука — за значительную его часть. Последняя, будучи призвана на помощь производителям, которые благодаря своим масштабам имеют больше возможностей тратить время и ресурсы на научные разработки, ответила многочисленными улучшениями, которые повысили эффективность производства света. Некоторые цифры Бюро переписи населения могут представлять интерес. Они приведены за 1914 год, чтобы избежать ненормальных условий, вызванных недавней войной. Данные, относящиеся к производству газа для продажи и не включающие частные установки, выглядят следующим образом за 1914 год для этой страны:

Number of establishments1,284
Capital$1,252,421,584
Value of products (gas, coke, tar, etc.)$220,237,790
Cost of materials$76,779,288
Value added by manufacture$143,458,502
Value of gas$175,065,920
Coal used (tons)6,116,672
Coke used (tons)964,851
Oil used (gallons)715,418,623
Length of gas mains (miles)58,727
Manufactured products sold 
Total gas (cubic feet)203,639,260,000
Straight coal gas (cubic feet)10,509,946,000
Carbureted water gas (cubic feet)90,017,725,000
Mixed coal- and water-gas (cubic feet)86,281,339,000
Oil gas (cubic feet)16,512,274,000
Acetylene (cubic feet)136,564,000
Other gas, chiefly gasolene (cubic feet)181,412,000
Coke (bushels)114,091,753
Tar (gallons)125,938,607
Ammonia liquors (gallons)50,737,762
Ammonia, sulphate (pounds)6,216,618

Разумеется, лишь небольшая доля всего производимого газа используется для освещения.

Согласно данным Геологической службы США, объемы газа, проданного в этой стране в 1917 году, были следующими:

Coal-gas42,927,728,000cubic feet
Water-gas153,457,318,000" "
Oil-gas14,739,508,000" "
Byproduct gas131,026,575,000" "
Natural gas795,110,376,000" "

В 1914 году в этой стране было рафинировано 38 705 496 баррелей (каждый по пятьдесят галлонов) осветительных масел, и их стоимость составила 96 806 452 доллара. Около половины этого количества было экспортировано. В 1914 году стоимость всех свечей, произведенных в этой стране, составляла около 2 000 000 долларов, что равнялось примерно половине стоимости свечей, произведенных в 1909 и 1904 годах. В 1914 году стоимость спичек, произведенных в этой стране, составила 12 556 000 долларов. Этот показатель неуклонно рос с 429 000 долларов в 1849 году. В 1914 году стекольная промышленность этой страны изготовила 7 000 000 ламп, 70 000 000 абажуров (цилиндров), 16 300 000 фонарных стекол, 24 000 000 плафонов, абажуров и других газовых изделий. Было изготовлено много миллионов других осветительных принадлежностей, но, к сожалению, они не классифицированы.

Некоторые данные, относящиеся к государственным электростанциям и электросетям Соединенных Штатов за 1907 и 1917 годы, заключаются в следующем:

 19171907

Number of establishments6,5414,714
 Commercial4,2243,462
 Municipal2,3171,562
Income$526,886,408$175,642,338
Total horse-power of plants12,857,9984,098,188
 Steam engines8,389,3892,693,273
 Internal combustion engines 217,18655,828
 Water-wheels4,251,4231,349,087
Kilowatt capacity of generators9,001,8722,709,225
Output in millions of kilowatt-hours25,4385,863
Motors served (horse-power)9,216,3231,649,026
Electric-arc street-lamps served256,838....
Electric-filament street-lamps served 1,389,382....

В целом наблюдается большой рост по различным позициям за представленное десятилетие. Выработка электроэнергии центральными станциями удвоилась за пять лет с 1907 по 1912 год и снова удвоилась за следующие пять лет с 1912 по 1917 год. Уличные фонари не учитывались в отчетах за 1907 год, но в 1912 году государственными компаниями обслуживалось 348 643 дуговые лампы. К 1917 году количество дуговых ламп сократилось до 256 838. С другой стороны, в 1912 году обслуживалось 681 957 электрических лампочек накаливания для уличного освещения, количество которых удвоилось и составило 1 389 382 в 1917 году. Стоимость строительства и оборудования этих центральных станций в 1917 году составила в общей сложности более 3 000 000 000 долларов.

Хотя непосредственной угрозы истощения запасов угля и нефти нет, оно неуклонно приближается. И по мере уменьшения запасов топлива для производства газа и электричества стоимость освещения может возрасти. Общее количество нефти, имеющейся в известных нефтяных месторождениях этой страны в настоящее время, оценивается различными экспертами в пределах от 5 000 000 000 до 20 000 000 000 баррелей, причем наилучшая оценка составляет около 7 000 000 000 баррелей. Годовое потребление в настоящее время составляет около 400 000 000 баррелей. Эти цифры не учитывают нефть, которая может быть получена путем дистилляции из богатых сланцевых отложений. По-видимому, этот источник даст сто миллиардов баррелей нефти. Аналогичным образом запасы угля сокращаются, а потребление растет. В 1918 году из шахт было отгружено более полумиллиарда тонн угля. Добыча природного газа, возможно, достигла своего пика, и в силу его связи с залежами угля и нефти его запасы ограничены.

Хотя для освещения используется лишь часть общего объема производства газа, нефти и угля, ограниченность запасов этих продуктов подчеркивает целесообразность освоения огромных гидроэнергетических ресурсов этой страны. Нынешнее поколение не будет испытывать жесткого давления из-за сокращения запасов газа, нефти и угля, но оно может извлечь выгоду из поощрения и даже требования развития гидроэнергетики. Более того, наш долг перед последующими поколениями заключается в том, чтобы обуздать реки и даже приливы и отливы, дабы остальные ресурсы сохранялись как можно дольше. Наука будет продолжать создавать более эффективные источники света, но стоимость света в конечном счете зависит от стоимости энергии, подаваемой к этим лампам. В настоящее время гидроэнергетика является надежным оплотом.

XVII

СВЕТ И БЕЗОПАСНОСТЬ

Установлено, что жизнь и имущество на открытом воздухе ночью безопаснее при надлежащем освещении, чем при ненадлежащем. Отделы полиции в крупных городах подтвердят, что уличное освещение является мощным союзником и что преступность подпитывается темнотой. Но при подсчете стоимости уличного освещения в наши дни сколько людей учитывают ценность безопасности для жизни и имущества, а также экономию, обусловленную сокращением численности полиции, необходимой для патрулирования городов и посёлков? Из-за необходимости затемнения улиц в целях снижения опасности воздушных налётов Лондон испытал резкий рост числа несчастных случаев на улицах, что продемонстрировало практическую ценность уличного освещения с точки зрения предотвращения аварий.

Во время войны, когда подлые предатели и агенты врага наносили удары по промышленности, значение освещения было дополнительно осознано промышленными предприятиями, в результате чего для их защиты было установлено прожекторное освещение. По всеобщему согласию эта новая фаза получила название «защитного освещения». Вскоре после вступления этой страны в недавнюю войну военная разведка США создала Отдел защиты предприятий, который во время войны имел тридцать три районных отделения и уделял внимание тридцати пяти тысячам промышленных предприятий, занятых в производстве военных материалов. Защитное освещение было рано признано этим отделом очень мощным средством обороны, и оно нашло широкое применение. Например, Эдмунд Ли, начальник отдела, обсуждая ценность наружного освещения, заявил:

Иллюстрацией нашей работы в этой связи является случай с пороховым заводом стоимостью 80 000 000 долларов недавней постройки. Мы организовали прокладку всех проводов под землей. В дополнение к обычному освещению на соседнем холме имеется большой прожектор, который может держать под контролем любую часть зданий и территории. Каждые триста метров находится смотровая вышка с прожектором на крыше. Эти прожекторы предназначены для использования только в экстренных случаях. Каждая вышка имеет телефонную связь, соединенную друг с другом. Люди на вышках имеют обзор экстерьеров зданий, которые все хорошо освещены, а люди в зданиях смотрят через двор на освещенную линию забора и таким образом получают силуэт людей или предметов между ними. Самые жизненно важные части зданий окружены тремя заграждениями. В близлежащем лесу подлесок был расчищен и уничтожен. Стволы и сучья деревьев были побелены. Ни один человек не может пройти среди этих деревьев или между деревьями и заводом так, чтобы не быть увиденным в силуэте... Я прямо заявляю, что не знаю ничего столь же мощного для хорошей обороны, как хорошее освещение, и в то же время столь мало понимаемого.

Без такого защитного освещения потребовалась бы целая армия людей для обеспечения безопасности этого единственного жизненно важного завода; тем не менее очевидно, что стоимость защитного освещения составляла ничтожную часть стоимости предприятия, которое оно страховало от повреждения и разрушения.

Соединенные Штаты участвовали в недавней войне в течение девятнадцати месяцев, и за это время их войска понесли около 400 000 потерь. Это составляло около 250 000 в год, включая потери в бою, на море, а также от болезней, ранений и несчастных случаев. Каждый прочувствовал масштабы этого уровня потерь, поскольку либо его собственный дом, либо дом друга был омрачен одной или несколькими из этих трагедий за девятнадцать месяцев. Однако Р. Э. Симпсон из страховой компании Travelers заявил, что:

В течение одного года в этой стране количество несчастных случаев из-за неадекватного или неправильного освещения превышает годовой показатель наших военных потерь.

Это поразительное сравнение, подчеркивающее аспект освещения, который давно признан экспертами, но в целом игнорируется промышленностью и общественностью. Это состояние, несомненно, в значительной степени обусловлено отставанием надлежащего использования искусственного освещения от быстрого роста скученности в промышленности и в общественных местах.

Предотвращение несчастных случаев — важный аспект современной жизни, которому необходимо уделять больше внимания. На основе опубликованных статистических данных и консервативных оценок был сделан вывод о том, что в этой стране ежегодно погибает или становится инвалидами примерно 25 000 человек, 500 000 получают серьезные ранения и 1 000 000 получают легкие травмы. Переведя эти цифры с помощью показателей тяжести несчастных случаев, г-н Симпсон подсчитал, что в общей сложности теряется 180 000 000 рабочих дней в год. Это эквивалентно потере услуг 600 000 человек за полный год из 300 рабочих дней. Эта потеря распределена по всей стране, и поэтому ее масштабы не очевидны, за исключением статистических данных. Разумеется, причины несчастных случаев многочисленны, но среди средств предотвращения важное значение имеет правильное освещение.

По данным некоторых авторитетов, по меньшей мере 18 процентов этих несчастных случаев обусловлены дефектами освещения. На этой основе услуги 108 000 человек в качестве производителей и получателей заработной платы в настоящее время постоянно теряются из-за того, что освещение недостаточно или ненадлежащим образом организовано для безопасности работников. Если бы труд 108 000 человек в течение полного года можно было направить на добычу угля, то к годовой добыче прибавилось бы 130 000 000 миллионов тонн угля; и потребовалось бы всего 10 000 тонн для обеспечения адекватного освещения этой армии людей, работающих полный год по десять часов каждый день.

Статистические данные, полученные в рамках британской системы компенсации работникам, показывают, что 25 процентов несчастных случаев были вызваны неадекватным освещением промышленных предприятий.

Много было сказано и реально сделано относительно экономии топлива за счет сокращения освещения, но эта экономия легко может обернуться огромным убытком. Например, 25-ваттная электрическая лампа может работать десять часов в день в течение целого года за счет одной восьмой части тонны угля. Предположим, что эта лампа находится над лестницей или в любом жизненно важном месте и что в результате ее выключения происходит хотя бы один несчастный случай, связанный с потерей всего одного рабочего дня работника. Если бы за этот один день можно было добыть уголь, то за десять часов было бы добыто достаточно угля для работы лампы в течение тридцати двух лет. Ничтожная стоимость освещения также видна по распределению потребления топлива для отопления, приготовления пищи и освещения в доме. Из общего количества топлива, потребляемого в доме для этих целей, 87 процентов идет на отопление, 11 процентов на приготовление пищи и 2 процента на освещение. Количество угля, используемого для целей освещения в целом, составляет около 2,5 процента от общего потребления угля, так что видно, что сокращение освещения в лучшем случае не может сэкономить много топлива; а на деле оно может привести к большим экономическим потерям. Заменив неэффективные лампы и арматуру эффективным осветительным оборудованием, а также моя окна и устройства искусственного освещения, можно добиться реальной экономии.

Неправильное освещение может вызывать столько же несчастных случаев, сколько и неадекватное, и в промышленности, и на улицах неправильное использование света налицо. Слепящий эффект яркого источника света легко доказать, если посмотреть на солнце. Через несколько моментов ощущается сильный дискомфорт, и при отведении взгляда от этого яркого источника глаза временно ослепляются остаточными изображениями. Когда это происходит на заводе в результате вглядывания в незащищенный источник света, рабочий может получить травму от движущегося оборудования, споткнувшись о предметы и самыми разными другими способами. Незатененные источники света слишком широко распространены в промышленности. Неправильное освещение способно вызывать глубокие тени, в которых может скрываться множество опасностей. На улице ослепляющий свет автомобильных фар встречается очень часто, и практически каждый может подтвердить на собственном опыте опасности слепящего света. Даже слепящие фары локомотивов становились причиной множества несчастных случаев.

К сожалению, естественное освещение вне помещений не находилось под контролем человека, и он принимал его таким, каково оно есть. Небо представляет собой безвредный источник света при взгляде на открытом воздухе, а солнце находится в таком положении, что обычно легко избежать взгляда на него. Оно настолько интенсивно слепит, что человек бессознательно избегает смотреть прямо на него. Эти условия в определенной степени ответственны за равнодушие и даже невежество человека в отношении основ безопасного освещения. Когда у него появляется искусственный свет, которым он может управлять, он либо игнорирует его, либо из-за менее резкого слепящего действия неправильно использует его и свое зрение, сам того не осознавая. Большое количество зрительного переутомления и постоянных проблем со зрением проистекает из злоупотребления глазами из-за неправильного освещения. Например, близорукость часто объясняется недостаточным освещением, из-за которого глазам приходится находиться близко к работе или читаемой странице. Неправильное или неадекватное освещение особенно сильно влияет на глаза, не до конца развитые в росте и функциях, и было показано, что с улучшением освещения процент близорукости в школах снизился. Более того, было показано, что там, где освещению и зрению не уделялось особого внимания, процент близорукости возрастал по мере перехода в следующий класс. В этой стране насчитывается двадцать миллионов школьников, чье будущее зрение находится в руках тех, кто обладает юрисдикцией над освещением и зрением. В этой стране более ста миллионов человек, чьи глаза ежедневно подвергаются воздействию неправильных условий освещения, будь то из-за их собственного равнодушия или из-за небрежности других.

Из определенной группы в 91 000 чисто промышленных несчастных случаев в 1910 году, как указал г-н Симпсон, 23,8 процента были прямо или косвенно связаны с отсутствием надлежащего освещения. Их можно далее разделить на две примерно равные группы: одна из них включает несчастные случаи из-за неадекватного освещения, а другая — те, причиной которых послужило неправильное освещение. Сезонные колебания этих несчастных случаев приведены в следующей таблице как для случаев, вызванных прямо или косвенно неадекватным и неправильным освещением, так и для тех, которые произошли по другим причинам.

Сезонное распределение промышленных несчастных случаев, вызванных условиями освещения и другими причинами

 Percentage due to
Lighting conditionsOther causes

July4.85.9
August5.26.2
September6.16.9
October8.68.5
November10.910.5
December15.612.2
January16.111.9
February10.010.5
March7.68.8
April6.16.9
May5.25.8
June3.85.9

Цифры в одной колонке не имеют прямого отношения к цифрам в другой; то есть каждую колонку следует рассматривать отдельно. Из вышесказанного видно, что около половины числа несчастных случаев из-за плохого освещения произошло в ноябре, декабре, январе и феврале. Это месяцы неадекватного освещения, если искусственному освещению не уделялось особого внимания. Видно, что тот же общий тип сезонного распределения несчастных случаев по другим причинам существует, но не так ярко выражен. Наибольший месячный уровень несчастных случаев в зимний сезон почти в четыре раза превышает минимальный месячный уровень в течение лета для тех несчастных случаев, которые вызваны условиями освещения. Это соотношение снижается примерно до двух раз в случае несчастных случаев по другим причинам. Если взглянуть на данные под другим углом, можно считать, что вероятность того, что несчастный случай будет вызван условиями освещения, примерно в два раза выше в любой из четырех «зимних» месяцев, чем в любой из остальных восьми месяцев. Несомненно, это в значительной степени объясняется состоянием морального духа. Зимние месяцы более мрачные, чем летние, и общее восприятие мира у рабочего зимой иное, чем летом. В прежний сезон он ходит на работу и обратно в темноте или, в худшем случае, в холодных сумерках. Он не только более подавлен, но и более неуклюж в своей тяжелой одежде. Если увядающее влияние этих факторов объединить с большей неуклюжестью из-за холода и, возможно, простуд, нетрудно объяснить этот тип сезонного распределения несчастных случаев. Изучение несчастных случаев 1917 года показало, что 13 процентов произошло между 5 и 6 часами вечера, когда искусственное освещение обычно используется для помощи угасающему дневному свету. Только 7,3 процента произошло между 12 часами дня и 1 часа дня.

СИГНАЛЬНЫЙ ФОНАРЬ ДЛЯ САМОЛЕТА

ОТДЕЛЕНИЕ ТРАНШЕЙНОЙ СВЕТОВОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

ПРОЕКТОР СВЕТОВОГО СИГНАЛА АВИАЦИОННОГО ПОЛЯ

СИГНАЛЬНЫЙ ПРОЖЕКТОР ДЛЯ САМОЛЕТА

Существует другой аспект предмета, который касается в особенности безопасности самого источника света или метода освещения. По мере появления каждого нововведения в освещении на протяжении прошлого века немедленно возникал вопрос безопасности. Пожарная опасность открытого пламени привлекала внимание в ранние дни, и когда появилось газовое освещение, оно было осуждено как ядовитое и взрывоопасное. Лампы на минеральном масле привнесли опасность взрывов паров, образующихся в результате испарения. Когда появилось электрическое освещение, оно было тщательно исследовано. Результатом всего этого стали усилия по обеспечению безопасности ламп и методов. Страховые компании добились того, чтобы относительная безопасность этих систем была установлена к их полному удовлетворению, и в настоящее время с современными режимами общего освещения связано мало пожарной опасности при условии соблюдения надлежащих мер предосторожности.

НЕБЕЗОПАСНОЕ, НЕПРОДУКТИВНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ, ДОСТОЙНОЕ ТЕМНЫХ ВЕКОВ

ТО ЖЕ ПРЕДПРИЯТИЕ, СДЕЛАВШЕЕ БЕЗОПАСНЫМ, ЖИЗНЕРАДОСТНЫМ И БОЛЕЕ ПРОДУКТИВНЫМ С ПОМОЩЬЮ СОВРЕМЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Когда электрическое освещение только появилось, общественность считала электричество опасным, и естественно возникало множество вопросов, касающихся опасностей. Распределение электричества было настолько усовершенствовано, что мало что слышно об опасностях, которые так раздувались в первые годы. Данные, собранные в период с 1884 по 1889 год, показали, что в определенном районе произошло около 13 000 пожаров. Из них 42 были приписаны электрическим проводам; в 22 раза больше — поломке и взрыву керосиновых ламп; и в десять раз больше — неосторожности со спичками. Эти цифры нельзя принимать за чистую монету из-за отсутствия данных, показывающих относительное количество электрического и керосинового освещения; тем не менее они интересны, поскольку представляют ранний период.

Существуют отрасли промышленности, где необходимо соблюдать особую осторожность в отношении освещения. В некоторых химических производствах не используются никакие лампы, кроме лампы накаливания, и та заключена в герметичную стеклянную колбу. Даже газораспределительная компания общественного пользования предупреждает своих сотрудников и клиентов следующим образом: «Не ищите утечку газа с помощью незащищенного огня! Пользуйтесь электрическим светом». Угольная шахта представляет собой интересный пример мер предосторожности, необходимых потому, что в ней обнаруживаются те же типы проблем, что и в промышленности в целом, с дополнительными трудностями, связанными с присутствием или возможным присутствием взрывоопасного газа. Окружающая обстановка в угольной шахте отражает малый процент света, так что много света теряется безвозвратно, если стены не побелены известью. Это практический метод повышения безопасности в угольных шахтах. Однако наиболее опасной особенностью является сам источник света. По данным Бюро шахт, в 1916 и 1917 годах около 60 процентов смертельных случаев из-за взрывов газа и угольной пыли были прямо связаны с использованием дефектных защитных ламп и открытого пламени.

В первые дни угледобычи было обнаружено, что пламя свечи время от времени вызывает взрывы в шахтах. Было также обнаружено, что искры от кремня и стали не так легко воспламеняют газ или угольную пыль, и это примитивное устройство использовалось в качестве источника света. Конечно, статистика относительно жертв в угольных шахтах на протяжении прошедших веков недоступна, но учитывая, что несчастные случаи нередки и в эту научную эпоху с ее сложными организациями, борющимися за искоренение таких жертв, есть все основания полагать, что до одного-двух веков назад риски добычи угля были велики. Открытое пламя широко использовалось в этой отрасли, но всегда существовал риск присутствия или появления газа или взрывоопасной пыли.

Ранние лампы с открытым пламенем были не только источниками опасности, но и их слабо изменяющаяся интенсивность наносила серьезный ущерб зрению шахтеров. Этот фактор всегда присутствует при неадекватном и неправильном освещении, но его влияние заметно в добыче угля в виде нервного заболевания глаз, известного как нистагм. Симптомами этого заболевания являются неспособность видеть в темноте и ослепляющий эффект обычных ламп. В конце концов предметы кажутся больному танцующими, и его зрение в целом сильно нарушено.

Масляные лампы, используемые при добыче угля, имеют силу света, эквивалентную примерно одной-четырем свечам, однако из-за атмосферных условий в шахтах пламя горит не так ярко, как на свежем воздухе. Возможность взрыва из-за открытого пламени была устранена путем окружения его металлической сеткой. Дэви был изобретателем этого устройства, и его безопасная лампа, представленная около ста лет назад, стала благом для шахтера. Были разработаны различные усовершенствования, но лампа Дэви содержала основные элементы защитного устройства. Пламя окружено цилиндром из металлической сетки, которая, образуя гораздо более холодную границу, предотвращает локальный нагрев рудничного газа пламенем лампы до температуры, достаточной для воспламенения и, следовательно, взрыва. Это устройство не только предохраняет пламя от воспламенения газа, но и служит индикатором количества присутствующего газа по изменению размера и внешнего вида кончика пламени. Однако сетка снижает световой поток, и по мере накопления на ней сажи и пыли свет сильно уменьшается. Одна из таких ламп поначалу излучает столько же света, сколько свеча, но ее интенсивность часто снижается из-за наслоений на сетке всего до одной пятой от первоначального значения.

Ацетиленовая лампа является лучшим доступным шахтеру источником света с открытым пламенем по нескольким причинам. Она имеет более высокую силу света, чем остальные, и, поскольку это горящий газ, здесь нет опасности разлетающихся искр, как в случае горящих фитилей. Большая интенсивность освещения обеспечивает большую безопасность шахтеру, позволяя ему обнаруживать незакрепленную породу, которая может быть готова упасть на него. Однако эта лампа может быть источником опасности из-за того, что она будет гореть ярче в испорченной атмосфере, чем другие пламенные лампы. Другим недостатком является возможность того, что случайно просыпанный карбид кальция придет в соприкосновение с водой и тем самым вызовет выделение ацетиленового газа. Если он образуется в шахте в достаточных количествах, это опасность, которую можно не заподозрить. При воспламенении он взорвется, а также может вызвать тяжелые ожоги.

Электрическая лампа, представляя собой закрытый источник света, способный дробиться и питаться от небольшой переносной батареи, рано подала надежду на решение проблемы безопасной шахтной лампы адекватной силы света. Множество изобретательности было применено к разработке портативной электрической безопасной шахтной лампы, и несколько таких ламп в настоящее время одобрены Бюро шахт. Производятся два основных типа: головной комплект и ручной комплект. Они состоят по существу из лампы в рефлекторе, апертура которого закрыта листом или линзой из прозрачного стекла. Батарея может быть «сухой» или «аккумуляторной», причем в случае головного комплекта батарея носится на спине. Технические условия на эти лампы требуют поддержания силы света в среднем не менее 0,4 свечи в течение двенадцати часов непрерывной работы. Ни в один момент в течение этого периода световой поток не должен падать ниже 1,25 люмена для головной лампы и ниже 3 люменов для ручной лампы. Поскольку они оснащены рефлекторами, спецификации настаивают на том, чтобы на стене на расстоянии двадцати дюймов отбрасывался круг света диаметром не менее семи футов. По-видимому, переносная лампа является экономической необходимостью в угольных шахтах из-за расходов, неудобств и возможных опасностей, привносимых системами распределения, подобными тем, что используются в большинстве мест.

Хотя основные дефекты освещения связаны с отсутствием света в опасных местах, слепящим действием и другими факторами ненадлежащего освещения, существует множество мелких деталей, которые могут способствовать безопасности. Например, низко расположенные лампы полезны для подсветки ступеней в театрах и в других местах, привлечения внимания к входам в лифты, освещения проходов в вагонах Пуллмана, под поручнями лестниц и во многих других жизненно важных местах. Изучение несчастных случаев показывает, что простые средства являются эффективными профилактическими мерами.

XVIII

СТОИМОСТЬ ЖИЗНИ

Сравнение современной цивилизации с цивилизацией столетней давности обнаруживает поразительную разницу в стандартах жизни. Сегодня человечество пользуется удобствами и предметами роскоши, о которых прошлые поколения не могли и мечтать. Например, в определенном городе штата Айова двадцать лет назад была проведена оценка стоимости имущества для выпуска облигаций, и потребовалось значительно расширить его границы, чтобы включить оценку в полмиллиона долларов, требуемую андеррайтерами. В летний вечер в настоящее время вдоль его улиц можно обнаружить припаркованными тысячу прогулочных автомобилей, и их стоимость превышает стоимость всего города всего двадцать лет назад и равна ей сегодня. Некоторые экономисты стали бы утверждать, что автомобиль окупил себя своей полезностью, однако остается фактом то, что огромный объем труда был перенаправлен с производства продовольствия, одежды и топлива на производство прогулочных автомобилей. И то же самое происходит со многими другими удобствами и предметами роскоши. Признается, что человечество заслуживает этих изысков современной цивилизации, но оно должно ожидать роста стоимости жизни, если не будут приняты противодействующие меры.

Экономика роста стоимости жизни и анализ соотношения предметов первой необходимости, удобств и предметов роскоши слишком сложны, чтобы их можно было подробно обсудить здесь. На самом деле, самые искушенные экономисты разошлись бы во мнениях по многим пунктам. Однако несомненно, что стоимость жизни неуклонно росла на протяжении прошлого столетия, и с достаточной уверенностью можно утверждать, что стандарты современной цивилизации несут ответственность за некоторую часть этого роста, если не за весь. Увеличение производства — это якорь спасения. Он может протаскиваться по дну и до некоторой степени уступать, но он всегда будет противодействовать росту стоимости жизни.

Когда первое промышленное предприятие было освещено газом в начале девятнадцатого века, целью было лишь усилить дневной свет к концу дня. Непрерывная работа промышленных предприятий в те времена не практиковалась, за исключением очень немногих случаев, когда это было необходимо. Сегодня некоторые предприятия работают непрерывно, но большинство — нет. В последнем случае потребитель платит больше за продукцию, потому что доля постоянных или накладных расходов выше. Инвестиции в землю, здания и оборудование постоянно требуют платы, и очевидно, что три последовательные смены, производящие втрое больше, чем одна дневная смена, или столько же, сколько утроенная дневная смена, выпустят менее дорогой продукт. В первом случае постоянные расходы распределяются на производство при непрерывной работе, но во втором случае производство одной дневной смены принимает на себя всё бремя. Конечно, в таком рассмотрении участвует много факторов, и важным среди них является целесообразность работы ночью. Наша цель — не затрагивать психологические и социологические аспекты, а бесстрашно взглянуть на факты, относящиеся к искусственному свету и производству.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОЖЕКТОР ЛОКОМОТИВА

Прежде всего, было доказано, что на заводах правильное освещение, получаемое искусственными средствами, как правило, более удовлетворительно, чем естественное освещение. Конечно, узкое здание с окнами с двух сторон или одноэтажное здание с пилообразной крышей лучшей конструкции может быть адекватно освещено естественным светом, но такие здания являются исключением, и они будут становиться все более редкими по мере уплотнения промышленных районов. Искусственным светом можно управлять так, чтобы свет удовлетворительного качества был должным образом направлен и рассеян. Могут быть достигнуты достаточные интенсивности освещения, а выход из строя искусственного света маловероятен по сравнению с ежедневным отказом естественного света. С ростом стоимости земельных участков заводы строятся многоэтажными и с меньшим пространством, отведенным под световые дворы, в результате чего отношение площади окон к площади пола уменьшается. Эти тенденции препятствуют удовлетворительному естественному освещению. В дымных, перенаселенных промышленных районах период эффективного дневного света постепенно сокращается, и искусственное освещение всегда необходимо, по крайней мере в качестве усиления дневного света. Доказано, что правильное искусственное освещение — а для неправильного искусственного освещения нет никаких оправданий — превосходит большинство условий внутреннего дневного освещения.

ПРОЖЕКТОР НА ПОЖАРНОМ КАТЕРЕ

Хотя в кратком обсуждении такого характера трудно привести цифры, можно утверждать, что в целом стоимость адекватного искусственного света составляет около 2 процентов от фонда заработной платы работников; около 10 процентов от арендной платы; и лишь малую долю процента от стоимости производимой продукции. Эти цифры значительно варьируются, но они представляют собой консервативные средние оценки. Из этого видно, что искусственное освещение является лишь небольшим фактором, увеличивающим стоимость продукта. Но добавляет ли искусственное освещение стоимость продукту? Можно привести множество примеров, доказывающих, что правильное искусственное освещение может привести к фактическому снижению стоимости продукта.

СТРОИТЕЛЬСТВО СУДОВ ПРИ ИСКУССТВЕННОМ ОСВЕЩЕНИИ НА ВЕРФИ ХОГ-АЙЛЕНД

На одном предприятии было установлено, что рабочие теряли значительную часть часа в день из-за неадекватного освещения. Была установлена правильно спроектированная и обслуживаемая система освещения, и экономия на заработной плате, потерянной ранее, более чем покрыла эксплуатационные расходы на искусственное освещение. Помимо того, что новая система искусственного света фактически обошлась производителю дешевле, чем даром, она обеспечила улучшение качества продукции, сокращение брака, минимизацию несчастных случаев и в целом подняла настроение рабочих. В некоторых случаях достаточно сэкономить одну минуту в час на одного работника, чтобы полностью компенсировать стоимость освещения. Вышеупомянутые и многие другие примеры иллюстрируют ничтожность стоимости освещения.

Эффективность искусственного освещения в снижении стоимости жизни легко продемонстрировать, сравнив объем производства фабрики, работающей в одну и в две смены в день соответственно. На хорошо освещенном заводе, работавшем в дневную и ночную смены, стоимость адекватного освещения составляла 7 центов на квадратный фут в год. Если бы этот завод, работая только днем, поддерживал тот же объем производства, ему пришлось бы удвоить свои размеры. Чтобы показать экономическую ценность искусственного освещения, достаточно сравнить стоимость освещения с арендной платой за пристройку и ее оборудование. Справедливая арендная стоимость завода и оборудования составляет 50 центов на квадратный фут в год; но, конечно, она значительно варьируется в зависимости от типа завода и характера оборудования. Исследование показало, что это значение обычно колеблется от 30 до 70 центов на квадратный фут в год. Используя среднее значение в 50 центов, мы видим, что арендная плата примерно в семь раз превышает стоимость освещения. Кроме того, при работе в ночную смену достигается экономия в 43 цента на квадратный фут в год. Конечно, это не совсем так, поскольку следует учитывать износ оборудования в ночную смену. Эти фиксированные расходы в среднем составят чуть более половины от таковых для завода с двумя сменами по сравнению с выпуском такого же объема продукции на заводе вдвое большего размера, но работающем только в дневную смену. Между тем, двухсменная фабрика не обязательно должна быть тяжелым испытанием для рабочих, поскольку при правильной организации восьмичасовых смен рабочий ночной смены может ложиться спать к полуночи, и возражения против нарушения обычных часов сна практически сводятся к нулю.

В обсуждении света и безопасности, представленном в другой главе, показано, что поразительные производственные потери из-за несчастных случаев частично обусловлены неадекватным или неправильным освещением. Около четверти от общего числа несчастных случаев можно отнести на счет дефектного освещения. Потребитель несет бремя содержания непродуктивной армии бездействующих людей. По мнению некоторых экспертов, в среднем около 150 000 человек постоянно бездействуют в этой стране из-за неадекватного и неправильного освещения.

Это ощутимый фактор в стоимости жизни, но наибольшая эффективность искусственного освещения в сокращении издержек заключается в снижении постоянных расходов, приходящихся на продукт за счет работы в две смены, и в прямом увеличении производства благодаря улучшению освещения. Стандарт интенсивности искусственного освещения, которым обладает средний человек в настоящее время, является наследством прошлого. В те дни, когда искусственный свет стоил гораздо дороже, чем сейчас, тенденция, естественно, заключалась в том, чтобы использовать ровно столько света, сколько необходимо. Такое отношение нельзя было строго критиковать в те ранние дни искусственного освещения, но сегодня оно непростительно. Зрение и большая безопасность от несчастных случаев сами по себе достаточно ценны, чтобы оправдать адекватное освещение, но помимо этого есть стимул в виде увеличения производства.

На открытом воздухе в ясный летний день в полдень интенсивность дневного освещения у поверхности Земли составляет около 10 000 фут-свечей; другими словами, она равна освещенности поверхности, производимой источником света, эквивалентным 10 000 свечей на расстоянии одного фута от поверхности. Это огромная интенсивность освещения. В облачный день интенсивность освещения у поверхности земли может достигать 3000 фут-свечей, а в мрачный день освещенность у поверхности земли может составлять 1000 фут-свечей. Если учесть, что человечество работает при искусственном свете с интенсивностью всего в несколько фут-свечей, становятся очевидны чудеса зрительного аппарата. Но следует отметить, что глаза человеческой расы эволюционировали при естественном свете. Они привыкли к огромным интенсивностям, когда от них требовались наибольшие усилия. Человеческий организм удивительно адаптивен, но едва ли можно надеяться, что глаза смогут перестроиться за несколько поколений к изменившимся условиям искусственного освещения низкой интенсивности. Нет никаких претензий к диапазону интенсивностей, на которые реагирует глаз, поскольку по диапазону чувствительности он превосходит любое созданное человеком устройство.

Для крайне низкой яркости в игру вступает другой набор физиологических процессов. Основываясь исключительно на физиологических законах зрения, кажется разумным сделать вывод, что человечество не должно работать при искусственном освещении столь низком, какое считалось необходимым из-за затрат в прошлом. Опираясь на этот принцип зрения как на фундамент, в промышленности и других сферах были проведены эксперименты с более высокой интенсивностью освещения, результатом которых стало увеличение производства. В ходе испытания на фабрике, где велся точный учет производства, было обнаружено, что увеличение интенсивности освещения с 4 до 12 фут-свечей увеличило производительность в различных операциях. Наименьший рост производительности составил 8 процентов, наибольший — 27 процентов, а средний — 15 процентов. Первоначальное освещение в данном случае было лучше типичных производственных условий, поэтому кажется разумным ожидать еще большего роста производительности при переходе от среднего неадекватного освещения завода к хорошо спроектированной системе освещения, дающей высокую интенсивность освещения.

В другом испытании производительность при плохой системе освещения с помощью голых ламп на подвесных шнурах сравнивалась с производительностью при отличной системе, в которой использовались хорошо спроектированные отражатели. Интенсивность освещения в последнем случае в двадцать пять раз превосходила таковую в первом, а производительность в различных операциях возросла от 30 процентов для наименьшего прироста до 100 процентов для наибольшего. Поскольку потребление энергии в последнем случае увеличилось в семь раз, а освещенность — в двадцать пять раз, видно, что увеличение интенсивности освещения было в значительной степени обусловлено использованием надлежащих отражателей и общей компоновкой новой системы освещения.

В другом случае 10-процентное увеличение производительности было достигнуто путем увеличения интенсивности освещения с 3 фут-свечей примерно до 12 фут-свечей. Это четырехкратное увеличение интенсивности освещения повлекло за собой увеличение потребления электроэнергии в три раза по сравнению с первоначальным количеством при росте стоимости, равном 1,2 процента от фонда заработной платы. В другом испытании 10-процентный прирост производительности был достигнут при увеличении стоимости, равном менее 1 процента от фонда заработной платы. Эффективность хорошо спроектированных осветительных установок иллюстрируется в данном случае тем, что интенсивность освещения была увеличена в шесть раз при удвоении потребления электроэнергии.

Можно было бы привести и другие тесты, но они лишь подчеркнули бы те же результаты. Тем не менее, можно отметить, что привлеченные руководители заводов убеждены, что адекватное и правильное искусственное освещение является большим фактором в увеличении производства. Г-н У. А. Дургин, проводивший тесты, заявил, что средний результат увеличения интенсивности освещения и правильного проектирования осветительных установок на заводах составит как минимум 15-процентный рост производительности при увеличении затрат не более чем на 5 процентов от фонда заработной платы. Очевидно, это консервативное утверждение. Если учесть, что в целом стоимость освещения составляет лишь малую долю процента от стоимости продукции для потребителя, видно, что дополнительные затраты на достижение 15-процентного прироста производительности ничтожно малы.

Промышленные руководители только начинают видеть преимущество адекватного искусственного освещения, но низкие стандарты освещения, введенные тогда, когда искусственный свет стоил гораздо дороже, чем сегодня, упорно сохраняются. Когда высокие интенсивности правильного освещения опробованы хоть раз, они неизменно доказывают свою успешность в промышленности. Рабочий не только лучше видит все свои операции, но при более высокой интенсивности освещения у индивидуумов наблюдается оживляющий эффект. Человек выбирает тускло освещенную комнату, чтобы отдохнуть и помечтать. Комната, интенсивно освещенная с помощью хорошо спроектированных светильников, не слепящих глаза, комфортна, но не располагает к тихому созерцанию. Это место для активной деятельности. Возможно, это один из факторов, обеспечивающих рост производительности при адекватном освещении.

Цивилизация только что переступила порог эпохи адекватного искусственного освещения, и лишь небольшой процент отраслей увеличил свои стандарты освещения соразмерно возможностям сегодняшнего дня. Если бы во всех отраслях промышленности было установлено искусственное освещение высокой интенсивности и это привело бы к 15-процентному росту производительности, как показывают тесты, увеличение выпуска продукции было бы равносильно труду почти двух миллионов рабочих. Этот огромный прирост производительности достигается за счет освещения при ничтожном росте затрат, но без дополнительного потребления пищи или одежды. Помимо этого роста производства наблюдается сокращение брака. Возможная экономия в этом отношении за счет адекватного освещения оценивается для промышленности нашей страны в 100 000 000 долларов. Если человечество хочет иметь удобства и предметы роскоши, эффективность производства должна практиковаться по максимуму, и выше было обсуждено проверенное средство для этого.

Существует много других способов, с помощью которых искусственный свет может способствовать росту производства. Человек обнаружил, что восьми часов сна достаточно, чтобы поддерживать себя в форме для работы, если у него есть достаточный объем отдыха. До появления искусственного света деятельность первобытного дикаря прерывалась с наступлением темноты. Возможно, таковы были намерения Природы, но цивилизованный человек приспособился к изменившимся условиям, порожденным эффективным и адекватным искусственным светом. Кажется, нет никаких фундаментальных причин не навязывать искусственный день растениям, животным, химическим процессам и т. д.; и, по сути, эксперименты в этих направлениях уже ведутся.

Курица, когда ей позволяют следовать ее естественному ходу, встает с солнцем и отправляется на насест с закатом. В зимние месяцы ее световой день вне насеста короток. Было показано, что искусственный день, создаваемый продлением дневного света с помощью искусственного света, может заставлять курицу дольше копаться в земле и кормиться, что приводит к увеличению производства яиц. Было проведено множество экспериментов такого рода, и сложилось общее мнение, что использование искусственного света для этих целей прибыльно.

Недавние эксперименты, проведенные сельскохозяйственным отделом крупного университета, показывают, что в птицеводстве при применении искусственного света к правильному поголовью с правильными методами кормления распределение яйценоскости в течение всего года может быть кардинально изменено. Поставка яиц может быть увеличена осенью и зимой и уменьшена весной и летом. Данные об объеме освещения не публиковались, но говорится, что наиболее удовлетворительные результаты были получены при использовании искусственного освещения от заката примерно до 9 часов вечера круглый год.

Увеличение яйценоскости на 30–40 процентов на птицеферме в Англии в результате установки электрических ламп в курятниках было зафиксировано в 1913 году. На этой ферме насчитывалось около 200 ярдов курятников, содержащих около 6000 кур, а выгулы освещались темными утренними часами и ранними вечерами года, предшествовавшего отчету. В курятниках использовалось около 300 маленьких ламп мощностью от 8 до 32 свечей. Было обнаружено, что необходимо имитировать закат, выключая лампы мощностью 32 свечи в 6 часов вечера и лампы мощностью 16 свечей в 9:30. Это оставляло гореть только лампы мощностью 8 свечей, и при тусклом освещении куры отправлялись на насесты. В 10 часов вечера оставшиеся огни гасились. Было обнаружено, что если все огни погасить внезапно, птицы засыпали прямо на земле и тем самым становились добычей паразитов. Рост яйценоскости достигается просто за счет того, что птицы дольше не спят. На той же ферме рост цыплят, высиженных в зимние месяцы, увеличился на одну треть за счет использования электрического света, который заставлял их дольше кормиться.

Многие рыбаки подтвердят, что искусственный свет, по-видимому, привлекает рыбу, и появлялись различные сообщения об эффективности использования искусственного света для этой цели в коммерческих масштабах. Один отчет, который выглядит достоверным, поступил из Италии, где, как утверждается, электрические лампы успешно использовались в качестве приманки для увеличения улова рыбы во время войны. Лампы погружались на значительную глубину, и рыба привлекалась в столь больших количествах, что использование искусственного света оказалось прибыльным. Утверждалось, что запас рыбы не только увеличился за счет ночной ловли, но и что некоторое количество рыбаков благодаря этому были освобождены для национальной службы во время войны. Интересный случай, касающийся рыбы, хотя, возможно, и не являющийся важным фактором в производстве, — это использование электрических ламп летом над резервуарами рыбоводного завода. Эти лампы, висящие низко, привлекают мириады букашек, многие из которых падают в воду и служат естественной и недорогой пищей для рыбы.

Многочисленные эксперименты были проведены по выгонке растений с помощью искусственного света. Некоторые из них проводились сорок лет назад, когда искусственный свет стоил дороже, чем в настоящее время. Конечно, общеизвестно, что свет имеет существенное значение для жизни растений, и в целом разумно полагать, что дневной свет является наиболее желательным качеством света для растений. В теплицах выгонка растений желательна из-за ограниченности площади для культивации. Было установлено, что некоторые ультрафиолетовые лучи, которые поглощаются стеклом или не пропускаются им, вредны для растущих растений. По этой причине дуговая лампа, предназначенная для целей выгонки, должна быть оснащена стеклянной колбой. Ф. В. Рэйн сообщил в 1894 году о некоторых экспериментах с электрическими лампами накаливания с угольной нитью в теплицах, в которых были получены удовлетворительные результаты при использовании искусственного света по несколько часов каждую ночь. Проф. Л. Х. Бэйли также проводил эксперименты с дуговой лампой и пришел к выводу, что наблюдаются благотворные результаты, если свет отфильтрован через прозрачное стекло. Не вдаваясь в детали эксперимента, мы находим некоторые выводы Рэйна интересными, особенно если вспомнить, что применяввшиеся в то время лампы с угольной нитью обладали очень низкой эффективностью по сравнению с лампами накаливания настоящего времени. Некоторые из его выводов заключались в следующем:

Электрическая лампа накаливания оказывает заметное влияние на тепличные растения.

Свет кажется полезным для некоторых растений, выращиваемых ради листвы, таких как салат. Салат оказался более ранним, весил больше и рос более прямо.

Цветущие растения зацветали раньше и продолжали цвести дольше под воздействием света. Свет заставляет некоторые растения, такие как шпинат и эндивий, быстро идти в стрелку, что нежелательно при выгонке этих растений на продажу.

Чем сильнее сила света, тем более заметны результаты при прочих равных условиях.

Большинство растений под воздействием света стремились к более высокому росту.

Сомнительно, что лампу накаливания можно использовать в теплице с практической и экономической точки зрения для других растений, кроме салата и, возможно, цветущих растений; и при текущих ценах (1894 год) сомнительно, будет ли целесообразно применять ее даже для них.

Есть много особенностей электрической лампы накаливания, которые делают ее предпочтительнее дуговой лампы для использования в теплицах.

Хотя мы еще не до конца установили экономичность и практичность электрического света для роста растений, я все же убежден, что за ним будущее.

Это обнадеживающие выводы, учитывая тот факт, что стоимость света от ламп накаливания в настоящее время составляет лишь малую долю от его стоимости в то время.

В эксперименте, проведенном в Англии в 1913 году, в одной части теплицы использовались ртутные дуговые лампы в стеклянных трубках, а другая часть была зарезервирована для контрольного теста. В обеих частях теплицы были посажены семена одного и того же вида, и все условия поддерживались одинаковыми, за исключением того, что в одной из них в течение нескольких часов вечера работала ртутно-паровая лампа. Мисс Даджен, проводившая тест, была в восторге от полученных результатов. Обычные семена овощей и зерновых прорастали за 8–13 дней в теплице, где искусственный свет использовался для удлинения дня. В другой прорастание занимало от 12 до 57 дней. Во всех случаях при прорастании удавалось сэкономить как минимум несколько дней, а в некоторых — несколько недель. Цветки также увеличили листву, и был отмечен 25-процентный прирост урожая клубники. Рассада, полученная при выгонке искусственным светом, практически не нуждалась в закаливании перед высадкой в открытый грунт. Профессор Пристли из Бристольского университета сказал об этой работе:

Свет кажется необычайно эффективным: он обеспечивает ускоренное прорастание, усиленный рост, большую глубину окраски и, что еще более важно, никаких признаков вытянутого, неестественного роста растений, обычно связываемого с выгонкой. Наоборот, растения, подвергшиеся воздействию излучения, кажется, выросли даже более крепкими, чем контрольные растения. Структурный анализ экспериментальных и контрольных растений, выполненный с помощью микроскопа, полностью подтвердил заявления мисс Даджен как в отношении глубины окраски, так и большей крепости обработанных растений.

К сожалению, среди результатов экспериментов, касающихся влияния различных лучей — включая ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные — на рост растений, царит большая путаница. Если бы этот аспект был тщательно изучен, исследования можно было бы планировать с большей выгодой, а эффективные источники света можно было бы выбирать с уверенностью. Существует удручающая особенность: средняя интенсивность дневного освещения от восхода до заката в летнее время составляет несколько тысяч фут-свечей. Стоимость получения такой высокой интенсивности с помощью искусственного света была бы непомерно высокой. Однако дневное освещение в теплице зимой намного меньше интенсивности на открытом воздухе летом. Действительно, эта интенсивность зимой, пожалуй, в среднем составляет всего несколько сотен фут-свечей. В этом факте есть воодушевление, и есть надежда, что небольшое количество света относительно гораздо эффективнее, чем огромное количество. Выражаясь иначе, возможно, что небольшое количество света гораздо эффективнее, чем полное отсутствие света. Эксперименты с искусственным светом в целом очень определенно указывают на усиление роста.

Недавно Хейден и Штейнмец провели эксперимент на участке земли размером 5 на 9 футов, над которым на высоте 3 футов от земли и на расстоянии 17 дюймов друг от друга были подвешены пять наполненных газом вольфрамовых ламп мощностью 500 ватт. Лампы были оснащены отражателями, и результирующая освещенность составляла 700 фут-свечей. Это чрезвычайно высокая интенсивность искусственного освещения, сопоставимая с дневным светом в теплицах. Были посажены только семена стручковой фасоли, и две гряды были доведены до полного созревания: одна освещалась только дневным светом, а другая — дневным и искусственным светом, причем последний работал двадцать четыре часа в сутки. Растения под дополнительным искусственным светом росли быстрее остальных, и по всем ведевшимся записям выигрыш во времени во всех случаях составлял около 50 процентов. С точки зрения прибыльности искусственное освещение не было оправдано. Тем не менее, есть несколько моментов, которые следует озвучить, прежде чем слишком серьезно воспринимать этот вывод. Во-первых, кажется нецелесообразным использовать искусственный свет в течение дня; во-вторых, представляется возможным, что для значительной выгонки было бы достаточно нескольких часов искусственного света вечером; в-третьих, возможно, что гораздо более низкая интенсивность искусственного света может быть более эффективной в пересчете на люмен, чем использованная высокая интенсивность; в-четвертых, вполне возможно, что какой-то другой эффективный источник света окажется более действенным для стимуляции роста растений. Эти и многие другие факторы должны быть тщательно определены, прежде чем можно будет вынести суждение об эффективности искусственного света в снижении стоимости жизни в этом направлении. Безусловно, было доказано, что искусственный свет усиливает рост растений, и представляется вероятным, что будущие поколения по крайней мере сочтут выгодным использовать эффективные производители света грядущих эпох именно таким образом.

В киностудии

В фотоателье

ИСКУССТВЕННЫЙ СВЕТ В ФОТОГРАФИИ

Можно было бы привести множество других примеров, в которых искусственный свет тесно связан со стоимостью жизни. Заморские перевозки фруктов из канадского Северо-Запада привели к решительному нововведению в сборе фруктов. В поисках причины гниения во время транспортировки в конце концов пришли к выводу, что решающим фактором является температура во время сбора. В результате дневное время было признано нежелательным для сбора, и одна электрическая компания обеспечила электрическое освещение садов, чтобы сбор можно было производить в прохладное ночное время. Говорят, что это изменение исправило ситуацию. Случаи обмолота и других сельскохозяйственных работ, проводимых ночью, становятся все более многочисленными. Это лишь начало применения искусственного света в новой области или в новом отношении к цивилизации. Его экономическая ценность была продемонстрирована в обычных сферах освещения, и эти новые применения — лишь первые стычки, предшествующие завоеванию новой территории. Современные осветительные приборы развились настолько недавно, что новые возможности еще не до конца утвердились. Тем не менее, искусственный свет уже является фактором на стороне людей в борьбе против растущей стоимости жизни, и его будущее в этом направлении еще более многообещающе.

XIX

ИСКУССТВЕННЫЙ СВЕТ И ХИМИЯ

Кто-то в раннем столетии первым заметил, что лучи солнца загорают кожу, и этот неизвестный человек сделал первоначальное открытие в том, что сейчас является обширной ветвью науки, известной как фотохимия. Выцветание красителей, отбеливание текстиля, потемнение солей серебра, синтез и разложение соединений — обычные примеры химических реакций, вызываемых светом. Существуют тысячи других примеров химического воздействия света, некоторые из которых были использованы человечеством. Другие ожидают разработки более эффективных источников света, излучающих большие количества активных лучей, а многие до сих пор остаются интересными научными фактами без какого-либо очевидного практического применения в настоящее время. Видимые и ультрафиолетовые лучи — это излучения, почти полностью ответственные за фотохимические реакции, но наиболее активными из них являются синие, фиолетовые и ультрафиолетовые лучи. Их часто называют химическими или актиничными лучами, чтобы отличить эту группу в целом от других групп, таких как ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные. Свет является уникальным агентом в химических реакциях, поскольку он не является материальным веществом. Он не загрязняет и не оставляет осадка. Хотя много информации, относящейся к фотохимии, было доступно в течение многих лет, отсутствие мощных источников света, излучающих так называемые химические лучи в больших количествах, сдерживало практическое развитие науки фотохимии. Даже сегодня, несмотря на масштабное применение света таким образом, человечество только начинает использовать его химические силы.

Плавательный бассейн

Городской водопровод

СТЕРИЛИЗАЦИЯ ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ КВАРЦЕВО-РТУТНЫХ ДУГ

Хотя кажется, что химическое действие света было известно древним, самые ранние фотохимические исследования, которые можно считать научными и систематическими, были исследованиями К. В. Шееле в 1777 году на солях серебра. Выдержка из его собственного отчета приводится ниже:

Я осадил раствор серебра нашатырем; затем промыл его, высушил осадок и подверг воздействию солнечных лучей в течение двух недель; после чего перемешал порошок и повторял это несколько раз. После этого я налил немного едкого нашатырного спирта на этот на вид черный порошок и оставил его для настаивания. Этот растворитель растворил количество рогового серебра, хотя некоторая часть черного порошка осталась нерастворенной. Промытый порошок был по большей части растворен чистой азотной кислотой, которая в результате операции приобрела летучесть. Этот раствор я снова осадил с помощью нашатыря в роговое серебро. Отсюда следует, что чернота, которую роговое серебро приобретает от солнечного света, а также раствор серебра, налитый на мел, является восстановленным серебром. Я смешал хорошо промытое роговое серебро с таким количеством дистиллированной воды, чтобы она едва покрывала этот порошок. Половину этой смеси я налил в белую хрустальную склянку, подверг воздействию солнечных лучей и встряхивал ее несколько раз каждый день; другую половину я поместил в темное место. Продержав одну смесь в течение двух недель, я отфильтровал воду, стоящую над роговым серебром, которое уже почернело; я позволил этой воде падать каплями в раствор серебра, который немедленно выпал в осадок в виде рогового серебра.

Этот отрывок показывает, что Шееле имел дело с восстановительным действием света. Он обнаружил, что хлорид серебра разлагается под действием света и что происходит выделение хлора. Однако позже стало известно, что высушенный хлорид серебра, запечатанный в трубке, из которой откачан воздух, не обесцвечивается светом и что должны присутствовать вещества для поглощения хлора. Работа Шееле вызвала большой интерес к фотохимическим эффектам, за ней последовало множество исследований. Во многих из них было продемонстрировано превосходство синих, фиолетовых и ультрафиолетовых лучей. В 1802 году первая фотография была сделана Веджвудом, который копировал картины на стекле и делал профили, отбрасывая тени на светочувствительное химическое соединение. Однако он не смог закрепить изображение. Много исследований и экспериментов было потрачено на фотохимические эффекты, особенно с соединениями серебра, прежде чем Ньепс разработал метод получения изображений, на которые в дальнейшем не влиял свет. Позже Дагер объединился с Ньепсом, и результатом стал знаменитый дагеротип. По-видимому, последний нес главную ответственность за разработку этого первого коммерческого процесса, продукты которого до сих пор можно найти в семейном альбоме. Прошел век с этого раннего периода коммерческой фотографии, и каждый год наблюдался прогресс, пока в настоящее время фотография прочно не вплелась в деятельность цивилизованного человечества.

В те самые ранние годы человек был вынужден сидеть неподвижно на солнце в течение нескольких минут, чтобы его сфотографировали. Развитие за столетие иллюстрируется моментальным снимком настоящего времени. Фотографические экспозиции на открытом воздухе в настоящее время обычно составляют одну тысячную секунды, а в помещении при современном искусственном свете ежедневно создаются мили кинофильмов, в которых отдельные экспозиции представляют собой очень малые доли секунды. Искусственный свет играет большую роль в этой ветви фотохимии, и развитие искусственного света для различных фотографических нужд лучше всего подчеркнуть, напомнив читателю, что источники должны быть в целом сопоставимы с солнцем по актиничной или химической силе. Интенсивность освещения от солнечного света в ясный день, когда солнце находится близко к зениту, обычно составляет 10 000 фут-свечей на поверхность, перпендикулярную прямым лучам. Это эквивалентно освещенности от источника в 90 000 свечей на расстоянии трех футов. Солнце непрерывно доставляет Земле около 200 000 000 000 лошадиных сил, что, по оценкам, примерно в один миллион раз превышает количество энергии, вырабатываемой искусственно на Земле. Из этого невообразимого количества энергии малая часть поглощается растительностью, часть отражается и излучается обратно в космическое пространство, а остаток нагревает Землю. Сохранить часть этой энергии так, чтобы ее можно было использовать по желанию в любой нужной форме, — одна из мечт науки. Тем не менее, в настоящее время во многих фотохимических и других процессах полагаются на источники искусственного света.

Хотя два источника света могут иметь одинаковую силу света, они могут сильно различаться по актиничной ценности. Невозможно оценить различные источники света общим образом с точки зрения актиничной ценности, поскольку различные фотохимические реакции не в равной степени подвержены влиянию лучей заданной длины волны. Почти все человеческие глаза видят видимые лучи примерно одинаково, но множество химических реакций демонстрируют широкую вариативность чувствительности к различным лучам. Например, одна фотоэмульсия может быть чувствительна только к ультрафиолетовым, фиолетовым и синим лучам, а другая — ко всем этим лучам, а также к зеленым, желтым и красным. Следовательно, один источник света может превосходить другой для одной фотохимической реакции, в то время как для другой реакции может быть наоборот. В целом можно сказать, что дуговые лампы, включая ртутные дуговые, обеспечивают наиболее активные источники света для фотохимических процессов; однако в фотоделе используется большое количество электрических ламп накаливания с нитью накала.

Мастер фотогравировки не зависел от солнечного света с момента практического развития своего искусства. Фактически, печатник не мог полагаться на солнечный свет при создании гравюр, используемых для иллюстрации журналов и газет. Газетный фотограф может сделать снимок с помощью вспышки, проявить свой негатив и сделать с него отпечаток при искусственном свете. Он может передать его фотограверу, который выполняет свою работу с помощью мощных дуговых ламп, и через час-два после создания исходного снимка газета с иллюстрацией продается на улицах.

Киностудия независима от дневного света в интерьерных съемках, и существует тенденция к исключительному использованию искусственного света. В этой области используются ртутно-паровые лампы, дуговые лампы и вольфрамовые фотографические лампы. Аналогичным образом, в портретной студии фотографы склонны покидать верхние этажи с верхним светом и использовать искусственный свет. В этой сфере вольфрамовая фотографическая лампа завоевывает все большую популярность благодаря своей простоте и другим преимуществам. Искусственный свет в целом более удовлетворителен, чем естественный свет, для многих видов фоторабот, поскольку благодаря простоте управления им можно получить большее разнообразие более художественных эффектов. При обычной фотопечати широко используются вольфрамовые лампы, но для печати чертежей обычно применяются дуговая лампа с белым пламенем и ртутно-паровая лампа. Не так давно специалист по синьке ждал появления солнца, чтобы сделать отпечатки, но сегодня крупные машины работают непрерывно при свете мощных искусственных источников. Кто осознает, что чертеж в настоящее время находится практически в основе всего? Из чертежей изготавливаются не только изделия, но и само оборудование, которое производит эти изделия. Даже здание, в котором размещается оборудование, сначала строится по чертежам. Они образуют бесконечную цепь в деятельности современной цивилизации.

Искусственный свет сыграл большую роль в практическом развитии фотографии и используется для помощи во многих других направлениях. Хотя в фотопроцессах существует множество реакций, вызываемых воздействием света, они представляют собой относительно малую часть фотохимических реакций. В целом можно утверждать, что свет способен вызывать практически любой тип реакции. Светочувствительные химические соединения весьма многочисленны. Многие соединения серебра, золота, платины, ртути, железа, меди, марганца, свинца, никеля и олова светочувствительны, и они широко исследовались. Свет и кислород вызывают множество реакций окисления, и, с другой стороны, свет восстанавливает многие соединения, такие как соли серебра, вплоть до освобождения металла. Кислород под воздействием определенных лучей частично превращается в озон, и существует множество примеров полимеризации, вызываемой светом.

Различные аллотропные изменения элементов происходят под влиянием света; например, сера, растворимая в сероуглероде, превращается в нерастворимую серу, а скорость превращения желтого фосфора в красную разновидность значительно ускоряется светом. Водород и хлор под действием света соединяются с взрывной скоростью с образованием соляной кислоты, и существует множество других примеров синтезирующего действия света. Оксид углерода и хлор соединяются с образованием фосгена, и соединение хлора, брома и йода с органическими соединениями сильно ускоряется при воздействии света на смесь. Аналогичным образом, многие виды распада происходят благодаря свету; например, перекись водорода распадается на воду и кислород. Это наводит на мысль о причине использования коричневых бутылок в качестве контейнеров для многих химических соединений. Такое стекло заметно не пропускает так называемые актиничные или химические лучи.

Существует большое количество реакций, обусловленных светом в органической химии, и одна из фундаментальных для человечества — это влияние света на хлорофилл, зеленое красящее вещество в растительности. Никаких постоянных изменений в хлорофилле не происходит, но под действием света он позволяет растению поглощать кислород, углекислый газ и воду и использовать их для построения сложных органических веществ, обнаруживаемых в растениях. Лучистая энергия или свет поглощается и преобразуется в химическую энергию. Такое использование лучистой энергии происходит только в тех частях растения, где присутствует хлорофилл, то есть в листьях и стеблях. Эти части поглощают лучистую энергию и забирают углекислый газ из воздуха через дыхательные отверстия. Они преобразуют лучистую энергию в химическую энергию и используют эту энергию для разложения углекислого газа. Кислород выделяется, а углерод входит в структуру растения. Таким образом, энергия растительной жизни происходит от лучистой энергии, и с этой помощью простые соединения, такие как углекислый газ воздуха и фосфаты и нитраты почвы, выстраиваются в сложные структуры. Таким образом, растения действуют конструктивно и синтетически. Интересно отметить, что животный организм преобразует сложные соединения в механическую и тепловую энергию. Животный организм зависит от синтетической работы растений, потребляя в качестве пищи сложные структуры, построенные ими под действием света. Например, растения вдыхают углекислый газ, выделяют кислород и запасают углерод в сложных соединениях, в то время как животное использует кислород для сжигания сложных соединений, полученных от растений, и выдыхает углекислый газ. Это прекрасный цикл, который показывает, что в конечном счете вся жизнь на Земле зависит от света и другой связанной с ним лучистой энергии. Вопреки большинству фотохимических реакций, кажется, что растительная жизнь использует желтую, красную и инфракрасную энергию больше, чем синюю, фиолетовую и ультрафиолетовую.

В целом, для большинства фотохимических реакций, представляющих для человека промышленный интерес, необходима высокая интенсивность синего света и тесно связанных с ним лучей. Было обнаружено, что дуговая лампа с белым пламенем превосходит другие источники искусственного света в ускорении хлорирования природного газа при производстве хлороформа. Одним из преимуществ излучения от этого источника света является то, что оно не простирается далеко в ультрафиолетовую область, поскольку ультрафиолетовые лучи коротких длин волн разлагают некоторые соединения. Другими словами, необходимо выбирать излучение, которое является эффективным, но не имеет связанных с ним лучей, разрушающих желаемые продукты реакции. Используя шунт поперек дуги, свет можно постепенно изменять в широком диапазоне интенсивности. Другим преимуществом пламенной дуги в фотохимии является легкость, с которой можно изменять качество или спектральный характер лучистой энергии путем изменения химических солей, используемых в углях. Например, фторид стронция используется в дуговой лампе с красным пламенем, лучистая энергия которой богата красным и желтым цветами. Фторид кальция используется в углях дуговой лампы с желтым пламенем, которая испускает избыточные красные и зеленые лучи, вызывающие в результате визуального синтеза желтый цвет. Лучистая энергия, испускаемая дуговой лампой с белоснежным пламенем, является близким приближением к среднему дневному свету как по видимым, так и по ультрафиолетовым лучам. Ее угли содержат редкие земли. Использование пламенных дуг постоянно расширяется, поскольку они обладают высокой интенсивностью и эффективностью и предоставляют разнообразие цветов или спектрального качества. Один миллион углей для белого пламени ежегодно используется в этой стране для различных фотохимических процессов.

Из сотен доступных красителей и пигментов многие не являются постоянными, и до недавнего времени для проверки стойкости красящих материалов полагались на солнечный свет. Вследствие этого такие тесты не могли проводиться очень систематически до появления мощного искусственного источника света, похожего на дневной. Похоже, что дуговая лампа с белым пламенем весьма удовлетворительна в этой области, так как тесты показывают, что химический эффект этой дуги в выцветании красителей в четыре или пять раз больше, чем у лучшего июньского солнечного света, если материалы помещены в пределах десяти дюймов от 28-амперной дуги. Было подсчитано, что за несколько дней непрерывной работы этой дуги можно получить такие же результаты выцветания, как и за год воздействия дневного света в северной части нашей страны. Поскольку прочность цветов при дневном свете обычно представляет интерес, искусственный осветитель, используемый для выцветания цветов, должен быть спектрально похож на дневной свет. По-видимому, дуговая лампа с белым пламенем отвечает этому требованию, а также является мощным источником.

Литопон, белый пигмент, состоящий из сульфида цинка и сульфата бария, иногда проявляет странное свойство темнеть при воздействии солнечного света. Это свойство обусловлено примесью и, по-видимому, не может быть предсказано с помощью химического анализа. В пасмурные дни и зимние месяцы, когда мощный солнечный свет недоступен, производитель сомневается в качестве своей продукции и нуждается в искусственном источнике света для ее тестирования. В таком случае дуговая лампа с белым пламенем служит удовлетворительно, но нетрудно получить эффекты с другими источниками света за короткое время, если сфокусировать изображение источника света на материал с помощью линзы. Фактически, потемнение литопона можно получить за минуту, сфокусировав на него изображение кварцевой ртутной дуговой лампы с помощью кварцевой линзы. В специальных случаях такого рода использование сфокусированного изображения намного превосходит обычное освещение от источника света, но, конечно, это непрактично при тестировании большого количества образцов одновременно. Между тем, литопон, который становится серым или почти черным на солнце, восстанавливает свою белизну в ночное время.

Рассказывают забавный случай о молодом человеке, который покрасил свою лодку ночью белой краской, пигментом в которой был литопон. Вернувшись домой на следующий день во второй половине дня после того, как лодка пробыла на солнце весь день, он был поражен, увидев, что она черная. Будучи очень встревожен, он позвонил в магазин красок, но владелец избежал разноса, закрыв свой магазин в обычный час. Молодой человек позвонил утром и рассказал владельцу о том, что произошло, но когда его попросили убедиться в фактах, он подошел к окну, посмотрел на свою лодку и — о чудо! — она была белой. Она восстановила белизну за ночь, но снова чернела днем. Хотя пигменты и красители обычно не столь причудливы, как литопон, значительная неопределенность устраняется с помощью систематических тестов при постоянном, непрерывном и управляемом искусственном свете.

Источники так называемых химических лучей многочисленны для лабораторной работы, но существует потребность в высокоэффективных мощных генераторах этого вида энергии. В целом пламенные дуги, пожалуй, занимают первое место среди источников в настоящее время, а другие виды угольных дуг и кварцевая ртутная дуга занимают следующие места. Одним из преимуществ ртутной дуги является ее постоянство. Кроме того, для работы с одной длиной волны легко выделить одну из спектральных линий. Обычная ртутная дуга в стеклянной трубке является эффективным производителем актиничных лучей и, как следствие, широко использовалась в фотоделе и других фотохимических процессах. Отличный источник для экспериментальных работ можно легко сделать, создав дугу между двумя маленькими железными стержнями. Электрическая искра служила во многих экспериментальных работах, но общее количество лучистой энергии от нее невелико. Изменяя металлы, используемые для электродов, можно добиться значительного разнообразия лучистой энергии. Это справедливо и для электрических дуг, а пламенные дуги можно широко варьировать, используя различные химические соединения в углях.

Существуют и другие эффекты света, нашедшие применение, но не связанные с химическими реакциями. Например, селен изменяет свое электрическое сопротивление под воздействием света, и этому явлению нашли множество применений. Другая группа световых эффектов образует ветвь науки, известную как фотоэлектричество. Если искра между электродами освещается ультрафиолетовыми лучами, сопротивление промежутка уменьшается. Если изолированную цинковую пластину осветить ультрафиолетовыми или фиолетовыми лучами, она постепенно заряжается положительно. Эти эффекты обусловлены эмиссией электронов из металла. Фиолетовые и ультрафиолетовые лучи вызывают приобретение бесцветным стеклом, содержащим марганец, розоватого оттенка. Последний представляет собой цвет, который марганец придает стеклу, и под воздействием этих лучей окраска усиливается. Определенные ультрафиолетовые лучи также ионизируют воздух и вызывают образование озона. Его можно обнаружить вблизи кварцевой ртутно-дуговой лампы, например, по характерному запаху.

Все вышеперечисленное — лишь немногие из множества фотохимических реакций и других эффектов лучистой энергии. Развитие этой области в некоторой степени зависит от более эффективного получения так называемых актиничных лучей в больших количествах, однако уже сейчас существует множество практических применений искусственного света для этих целей. В обширных областях фотографии различные источники искусственного света служат в течение многих лет, и они постоянно находят все новые применения. Искусственный свет в настоящее время довольно широко используется в промышленности в связи с химическими процессами, однако информации об этом мало из-за секретности, сопровождающей эти новые разработки в производственных процессах. Тем не менее эта краткая глава была включена сюда, чтобы указать на еще одну сферу деятельности, в которой служит искусственный свет. Ученые сходятся во мнении, что у фотохимии перспективное будущее. Человечество обуздывает силы природы и производит свет, и этот свет заставляют работать, чтобы он оказывал свое влияние на благо человечества. Наука ведет систематическую работу всего лишь в течение столетия, но достижения столь удивительны, что воображение не осмеливается пытаться предсказывать успехи следующего века.

XX

СВЕТ И ЗДОРОВЬЕ

Человек эволюционировал без одежды, и его тело омывалось светом в течение всего дня, однако цивилизация дошла до другой крайности — облачения тела в одежду, которая скрывает большую его часть в темноте. Поскольку известно, что свет и связанная с ним невидимая лучистая энергия являются мощными факторами во множестве отношении, возникает вопрос: оказало ли это укрытие тела какое-либо заметное влияние на человеческий организм? Хотя существует обширная литература по предмету светотерапии, вопрос остается открытым из-за противоречивости результатов и отсутствия стандартизации экспериментальных деталей. На самом деле большинство исследований подвергаются критике ввиду недостаточности данных. На протяжении многих веков свету приписывалось различное влияние на физиологические процессы и на психику. Но большинство ранних применений не имело под собой основы из научных фактов. К сожалению, многие утверждения, касающиеся физиологических и психологических эффектов света в настоящее время, противоречивы и не опираются на установленный научный фундамент. Кроме того, некоторые из них противоречат возможностям, и непредвзятый наблюдатель должен заключить, что предстоит проделать большую систематическую работу, прежде чем из нынешнего хаоса возникнет порядок. Это не означает, что многие эффекты не являются реальными, поскольку известно, что лучистая энергия вызывает определенные эффекты, и, рассматривая предмет в целом, представляется, что свет уже служит человечеству в этой области и что его будущее перспективно.

Нынешний недостаток точных данных, касающихся эффектов радиации, объясняется неспособностью большинства исследователей точно определить количества и длины волн задействованных лучей. Например, легко ошибиться, приписав эффект видимым лучам, в то время как он может быть вызван сопутствующими невидимыми лучами. Более того, возможно, что определенные лучи противодействуют эффективным лучам или помогают им, не будучи эффективными сами по себе. Другими словами, физическими измерениями пренебрегали, несмотря на то, что они обычно выполняются легче, чем определение лечебного действия или бактерицидного эффекта. Лучистая энергия всех видов и длин волн играла роль в терапевтике, поэтому представляет интерес указать их в соответствии с длиной волны или частотой. Эти группы различаются по диапазону длин волн, но конкретные интервалы здесь не представляют особого интереса. Начиная с лучистой энергии с самыми высокими частотами колебаний и самыми короткими длинами волн, следующие группы и подгруппы приведены в порядке увеличения длины волны:

Лучи Рентгена, или рентгеновские лучи, которые легко проходят через многие вещества, непрозрачные для обычных световых лучей.

Ультрафиолетовые лучи, которые эмпирически делятся на три группы, обозначаемые как «крайние», «средние» и «ближние» в соответствии с их расположением по отношению к видимой области.

Видимые лучи, вызывающие различные ощущения цвета, такие как фиолетовый, синий, зеленый, желтый, оранжевый и красный.

Инфракрасные лучи, или невидимые лучи, граничащие с красными лучами.

Неизвестная, неизмеренная или незаполненная область между инфракрасными и «электрическими» волнами.

Электрические волны, которые включают класс электромагнитной лучистой энергии большой длины волны. Среди них волны Герца имеют самую короткую длину волны, за ними следуют «беспроводные» волны. Электрические волны еще большей длины волны обусловлены более медленными колебаниями в определенных электрических цепях, вызванными разрядами молний и т. д.

Рентгеновские лучи были открыты Рентгеном в 1896 году и с тех пор очень широко изучаются и применяются. Их главным применением стала рентгенография, но они также используются в терапевтике. Крайние ультрафиолетовые лучи недоступны в солнечном свете и доступны только вблизи источника, богатого ультрафиолетовыми лучами, такого как дуговые лампы. Они поглощаются воздухом, поэтому их изучают в вакууме. Именно эти лучи превращают кислород в озон, поскольку первый сильно их поглощает. Средние ультрафиолетовые лучи не встречаются в солнечном свете, поскольку они поглощаются атмосферой. Они также поглощаются обычным стеклом, но свободно пропускаются кварцем. Более близкие ультрафиолетовые лучи обнаруживаются в солнечном свете и в большинстве искусственных источников света и пропускаются обычным стеклом. Рядом с этой областью находится видимый спектр с различными цветами, от фиолетового до красного, индуцируемый лучистой энергией возрастающей длины волны. Инфракрасные лучи иногда называют тепловыми лучами, но вся лучистая энергия может превращаться в тепло. Различные вещества пропускают и поглощают эти лучи в целом совершенно иначе, чем видимые лучи. Вода непрозрачна для большинства инфракрасных лучей. Далее следует область длин волн или частот, для которой не найдено никакой лучистой энергии. Так называемые электрические волны варьируются по длине волны в широком диапазоне и включают те, которые используются в беспроводной телеграфии. Все эти излучения имеют общий характер, состоя из электромагнитной энергии, но различаются длиной волны или частотой колебаний, а также своими эффектами. По своему эффекту они во многих случаях могут перекрываться, и все это представляет собой хаос, если физические детали количества и длины волны не указаны в экспериментальной работе.

В художественных работах

В галантерейном магазине

ОЦЕНКА ЦВЕТА ПРИ ИСКРЕССТВЕННОМ ДНЕВНОМ СВЕТЕ

Было убедительно показано, что лучистая энергия убивает бактерии. Первые эксперименты проводились с солнечным светом, и уничтожение микроорганизмов обычно приписывается так называемым химическим лучам, а именно синим, фиолетовым и ультрафиолетовым лучам. В целом представляется, что средние ультрафиолетовые лучи являются наиболее мощными разрушителями. Безусловно установлено, что солнечный свет стерилизует воду, например, и кварцевая ртутная лампа ежедневно используется для этой цели в практическом масштабе. Однако по-прежнему сохраняются расхождения во мнениях относительно разрушительного действия лучистой энергии на бактерии в живой ткани. Было показано, что средние ультрафиолетовые лучи разрушают животную ткань и, например, вызывают катаракту глаз. Некоторые эксперименты показывают, что ультрафиолетовые лучи уничтожают бактерии в воде и на чашках с культурой эффективнее в отсутствие видимых лучей, чем когда они сопровождают ультрафиолетовые лучи, как в случае с солнечным светом. Это одна из причин использования синего стекла в светотерапии, которое изолирует синие, фиолетовые и близкие ультрафиолетовые лучи от остальных видимых лучей. Если инфракрасные лучи нежелательны, их можно легко устранить с помощью водяной ячейки.

В подземном туннеле

В картинной галерее

ИСКУССТВЕННЫЙ ДНЕВНОЙ СВЕТ

Существует огромное количество свидетельств, доказывающих бактерицидное действие света. Бактерии на поверхности тела уничтожаются ультрафиолетовыми лучами. Бациллы тифа и туберкулеза уничтожаются одинаково хорошо прямыми лучами солнца и электрических дуг. Культуры дифтерии развиваются при рассеянном дневном свете, но уничтожаются прямым солнечным светом. Низшие организмы в воде легко погибают от излучения любого источника света, испускающего ультрафиолетовые лучи, сопоставимые с таковыми в прямом солнечном свете. На основе огромного количества имеющихся данных представляется разумным сделать вывод, что лучистая энергия является мощным бактерицидным агентом, но это действие обусловлено главным образом ультрафиолетовыми лучами. Также представляется, что никакие бактерии не могут противостоять этим лучам, если они достаточно интенсивны и им позволяют воздействовать на бактерии достаточно долго. Уничтожение этих организмов представляется явлением окисления, поскольку присутствие кислорода кажется необходимым.

Приведенные выше замечания о бактерицидном действии лучистой энергии относятся только к бактериям в воде, в культурах и на поверхности тела. Существует большая неопределенность относительно способности лучистой энергии уничтожать бактерии внутри живой ткани. Активные лучи не могут заметно проникать в такую ткань, и многие авторитетные специалисты убеждены, что прямого разрушения не происходит. На самом деле утверждалось, что так называемые химические лучи более разрушительны для клеток ткани, чем для бактерий. Финзен, пионер в использовании лучистой энергии при лечении болезней, добился многих удивительных исцелений и считал, что бактерии уничтожались непосредственно ультрафиолетовыми лучами. Однако многие с тех пор пришли к выводу, что благотворное действие лучей объясняется раздражением, которое вызывает приток сыворотки, приводя тем самым больше антител в контакт с бациллами и вызывая уничтожение последних. Горячие примочки, по-видимому, действуют таким же образом.

Известно, что первобытные люди тропиков лечат открытые раны, подвергая их воздействию прямых солнечных лучей без каких-либо повязок. Эти раны обычно инфицированы, и солнечные лучи делают их асептическими, после чего они легко заживают. Многие случаи язв и хирургических ран быстро заживали под воздействием солнечного света. Даже красный свет оказывался эффективным, поэтому некоторые пришли к выводу, что лучи почти любой длины волны, если они достаточно интенсивны, вызывают излечение подобного характера, вызывая эффузию сыворотки. Также утверждалось, что химические лучи обладают анестезирующими свойствами и использовались в этой роли для многих малых операций.

Говорят, что китайцы веками использовали красный свет при лечении оспы, и на протяжении Средних веков эта практика была нередкой. В старейшей медицинской книге, написанной на английском языке, содержится отчет об успешном лечении сына Эдуарда I от оспы с помощью красного света. Также утверждается, что это лечение применялось на протяжении всего правления Елизаветы и Карла II. В другом сообщении говорится, что несколько солдат, заключенных в темные подземелья, выздоровели от оспы без образования рубцов. Финзен также получил отличные результаты в лечении этой болезни с помощью красного света. Однако в данном случае оказывается, что исключение так называемых химических лучей благоприятствует заживлению пустул оспы и что использование красного света является поэтому негативным применением светотерапии. Другими словами, красный свет не играет никакой роли, кроме обеспечения света, который не препятствует заживлению.

Хотя так называемые актиничные лучи имеют терапевтическую ценность в определенных случаях, существуют некоторые ситуации, в которых световые ванны, как утверждается, вредны. Говорят, что солнечные ванны для обнаженного тела не так популярны, как раньше, за исключением случаев ожирения, подагры, ревматизма и вялого метаболизма, поскольку считается, что более короткие ультрафиолетовые лучи могут быть вредны. Утверждается, что эти лучи увеличивают пульс, дыхание, температуру и кровяное давление и могут даже вызывать кровотечения, а в чрезмерных количествах — головную боль, учащенное сердцебиение, бессонницу и анемию. Те же авторитеты осуждают солнечные ванны для обнаженного тела туберкулезных больных, утверждая, что любые достигнутые исцеления совершаются вопреки вреду, наносимому энергией малой длины волны. Нет сомнений в том, что эти лучи полезны при местных поражениях, но считается, что излечение происходит из-за раздражения, вызываемого лучами, и последовательного бактерицидного действия увеличенного потока сыворотки, а не из-за какого-либо прямого благотворного результата для клеток ткани. Другие утверждают, что вылечивают туберкулез с помощью мощных кварцевых ртутно-дуговых ламп, оснащенных стеклом, которое поглощает ультрафиолетовые лучи меньшей длины волны. Эти выводы нескольких авторитетных специалистов приводятся здесь в качестве информации к размышлению и для демонстрации того, что эта фаза светотерапии также остается неурегулированной.

Любой, кто соприкасался со светотерапией в научной роли, неизбежно замечает, что в таком использовании света проявляется много невежества. Пожалуй, можно с уверенностью утверждать, что светотерапия часто отдает шарлатанством. Лучистой энергии иногда приписывают весьма загадочные эффекты, которые порой граничат с суеверием. Тем не менее этот вид энергии имеет ценность, и, несмотря на существующий до сих пор хаос, представляет интерес рассмотреть некотороые приспособления, которые использовались. Некоторые практикующие врачи питают большое доверие к электрической ванне, и были разработаны сложные световые ванны. В первые годы такого рода лечения электрическая дуга была весьма заметна. Когда требовались интенсивные ультрафиолетовые лучи, использовались электроды из углерода, углерода и железа, а также из железа. Кварцевая ртутно-дуговая лампа более поздних лет прекрасно удовлетворяет эту потребность. Доктор Кливз после многолетнего опыта работы с ваннами на основе электрической дуги заявила:

От применения ванны с электрической дугой достигается воздействие на кожу, пациент испытывает приятное и слегка покалывающее ощущение. Даже от короткого воздействия на коже некоторых пациентов возникает легкая эритема, в то время как у других наблюдается лишь незначительный такой эффект даже от длительного воздействия. Лицо приобретает нормальный розовый цвет, и после выхода из ванны всегда наблюдается вид свежести и покоя. От применения ванны с электрической дугой также отмечается установление циркуляторных изменений с равномерной регуляцией сердечной деятельности, о чем свидетельствует улучшенный объем и более медленная частота пульса, повышение температуры, повышенная активность кожи, более полное и медленное дыхание, постепенно увеличивающаяся дыхательная емкость и уменьшенная раздражительность слизистой оболочки у туберкулезных, бронхитных или астматических пациентов. Также наблюдается уменьшение выделений у пациентов, страдающих катаральными состояниями носовых ходов. При заболеваниях дыхательной системы всегда ощущается успокаивающее действие на слизистые оболочки, в то время как кашель и мокрота уменьшаются.

Кабинет, использовавшийся доктором Кливз, был достаточно большим, чтобы вместить кушетку, на которой лежал пациент. Дуговая лампа была подвешена на каждом из двух концов кабинета, и поток света получался напрямую и за счет отражения от белых внутренних поверхностей кабинета. С помощью зеркал свет от дуг можно было сконцентрировать на любой желаемой части тела пациента.

Финзен, опубликовавший в 1895 году свои наблюдения о стимулирующем действии света, считается пионером в использовании так называемых химических лучей при лечении болезней. У него была круглая комната диаметром около тридцати семи футов, в которой с потолка были подвешены две мощные 100-амперные дуговые лампы на высоте около шести футов от пола. Низкие перегородки расходились радиально от центра, так что нескольких пациентов можно было лечить одновременно. Температура в комнате была нормальной, так что лечение осуществлялось по существу за счет лучистой энергии, а не тепла. Сообщалось, что химическое действие на кожу было столь же сильным, как и под воздействием солнечного света. Экспозиция варьировалась от десяти минут до часа.

Также используются световые ванны, содержащие лампы накаливания с нитью накала. В некоторых случаях лампа, иногда имеющая синюю колбу, просто содержится в качестве отражателя, и свет применяется локально по мере необходимости. Также используются световые кабинеты, однако в них наблюдается значительный эффект, обусловленный теплом. Ультрафиолетовые лучи, испускаемые малыми лампами с электрической нитью накала, используемыми в этих кабинетах, имеют очень низкую интенсивность, и бактерицидное действие света должно быть слабым. Стеклянные колбы не пропускают экстремальные ультрафиолетовые лучи, ответственные за образование озона, или средние ультрафиолетовые лучи, которые эффективны в разрушении животной ткани. Кабинеты содержат от двадцати до ста ламп накаливания с нитью накала обычных размеров, от 25 до 60 ватт. Во времена ламп с угольной нитью накала использовалась лампа на 16 свечей (сила света). Безусловно, тепловой эффект в некоторых случаях имеет преимущества перед другими методами нагревания. Световые лучи проникают в ткань, поглощаются и преобразуются в тепло. Другие методы предполагают теплопроводность от горячего воздуха или других горячих примочек. Разумеется, также утверждается, что световые лучи полезны сами по себе.

Свет также концентрируется на теле с помощью линз и зеркал. Для этой цели использовались солнце, дуга, кварцевая ртутно-дуговая лампа и лампа накаливания. Помимо этого, в качестве источников лучистой энергии и «электрического» лечения использовались разряды в вакуумных трубках и искры. Рентгеновские лучи и радий также фигурировали в последние годы в лечении болезней.

Кварцевая ртутно-дуговая лампа широко использовалась в последнее десятилетие для лечения кожных заболеваний, и представляется, что существует меньше неопределенности в отношении эффективности лучистой энергии для лечения поверхностных болезней, чем других. Геродот рассказывал, что египтяне лечили пациентов воздействием прямых солнечных лучей, и на протяжении веков и среди всех типов цивилизаций солнечный свет признавался обладающим определенными ценными целебными или очищающими свойствами. Финзен в своих ранних экспериментах вылечил случай волчанки, туберкулезного заболевания кожи, с помощью видимых и близких ультрафиолетовых лучей в солнечном свете. Он продемонстрировал, что это были эффективные лучи, используя только ту лучистую энергию, которая проходила через водяную ячейку, созданную путем использования выпуклой линзы для каждого конца ячейки и заполнения пространства между ними водой. Это была фактически линза, сделанная из стекла и воды. Стекло поглощало ультрафиолетовые лучи меньшей длины волны, а вода поглощала инфракрасные лучи. Таким образом он смог сконцентрировать на больной коже лучистую энергию, состоящую из видимых и близких ультрафиолетовых лучей.

Обнадеживающие результаты, полученные Финзеном при лечении кожных заболеваний, привели к тому, что он стал независимым от солнечного света, оснастив специальную дуговую лампу кварцевыми линзами. Это дало ему мощный источник так называемых химических лучей, которые можно было концентрировать в любом желаемом месте. Однако, когда наука предоставила дугу на парах ртути, немедленно начались разработки, нацеленные на использование этого искусственного источника стабильных мощных ультрафиолетовых лучей в светотерапии. Как следствие, теперь имеются в наличии очень компактные кварцевые ртутно-дуговые лампы, разработанные специально для этой цели. По-видимому, их использование было весьма эффективным при лечении многих кожных заболеваний. Конечно, если лучистая энергия эффективна, она имеет огромное преимущество перед лекарствами. Один авторитетный специалист заявил в отношении кожных заболеваний, что,

лечение ультрафиолетовыми лучами, особенно в сочетании с рентгеновскими лучами, радием и мезоторием, — это то лечение, которое в большинстве случаев занимает первое место, а во многих — является единственным и достаточно часто наиболее эффективным способом борьбы с заболеванием.

Стерилизация с помощью излучения кварцевой ртутно-дуговой лампы успешно практикуется в течение нескольких лет. Компактная аппаратура используется для стерилизации питьевой воды, воды для хирургических целей и плавательных бассейнов, и утверждения производителей аппаратуры, по-видимому, подтверждаются. Один тип аппаратуры выдерживает давление в сто фунтов на квадратный дюйм и может быть подключен последовательно к водопроводу. Вода, подаваемая в стерилизатор, должна быть прозрачной и свободной от взвешенных частиц, чтобы лучистая энергия была эффективной. Такая аппаратура способна стерилизовать любое количество воды до тысячи галлонов в час, и лампа поддерживается горящей только тогда, когда вода течет. Она особенно полезна в отелях, магазинах, на заводах, на судах и во многих отраслях промышленности, где необходима стерильная вода.

Вода является жизненной необходимостью в повседневной жизни, будь то для питья, приготовления пищи или промышленных целей. Она признана переносчиком болезней, и очистка водоснабжения в крупных городах является важной проблемой. Используются процессы хлорирования, которые делают обработанную воду неприятной на вкус, а к одной лишь фильтрации относятся с подозрением. Использование химикатов требует постоянного анализа, однако утверждается, что бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей настолько верно и полно, что никогда не возникает никаких сомнений относительно стерилизации воды, если она прозрачна или если она была должным образом отфильтрована перед обработкой. Система стерилизации ультрафиолетовыми лучами — это естественный путь, поскольку лучи солнца выполняют эту функцию в природе. Аппаратура для стерилизации воды с помощью ультрафиолетовых лучей строится для общественных установок производительностью до десяти миллионов галлонов в день, и эти установки могут дублироваться для удовлетворения потребностей крупнейших городов. Крупные механические фильтры используются в сочетании с этими стерилизаторами, и таким образом человечество копирует путь природы, поскольку природные запасы чистой воды фильтровались через песок и подвергались воздействию лучей солнца, которые освобождают ее от микробной жизни.

Некоторые стерилизаторы такого рода используются в месте, где требуется запас чистой воды, или в точке, где вода разливается в бутылки для использования в различных частях фабрики, больницы, магазина или офисного здания. Они использовались в некоторых американских больницах во время недавней войны, где они обеспечивали стерилизованной водой для питья и для антисептического мытья ран. В условиях войны водоснабжение чрезвычайно важно. Например, японцы во время своей кампании в Маньчжурии кипятили воду, предназначенную для питья. Смертность армий во многих предыдущих войнах часто была намного выше от предотвратимых болезней, чем от пуль, но японцы в своей войне с Россией изменили статистику смертности. Из общей смертности в 81 000 человек более 60 000 умерли от боевых потерь.

Стерилизация воды для плавательных бассейнов входит в моду. Раньше было принято циркулировать воду через фильтр, чтобы удалить загрязнения, внесенные в нее купальщиками, и возвращать ее обратно в бассейн. Сторонники стерилизации настаивают на том, что подобная фильтрация может оставить в воде вредные бактерии. Для этой цели в настоящее время используются стерилизаторы, в которых активными лучами являются ультрафиолетовые, подключаемые после выхода из фильтра. Эффективность аппаратуры была установлена обычным методом подсчета бактерий. Возле выхода обычного фильтра подсчет показал много тысяч бактерий на кубический дюйм воды, и среди них были бактерии кишечного происхождения. Затем был установлен стерилизатор, в котором эффективными элементами являлись две кварцевые ртутные лампы, потреблявшие по 2,2 ампера каждая при 220 вольтах. Подсчет бактерий в воде, выходящей из стерилизатора, показал, что эти организмы сократились до 5 процентов и в конечном итоге до меньшего процента от их первоначального значения, и что все организмы кишечного происхождения были уничтожены. Фактически вода, которая возвращалась в бассейн, была лучше той, которую пьют большинство людей. Лучистая энергия обладает преимуществами, с которыми не могут сравниться другие бактерицидные агенты, заключающимися в том, что она никоим образом не загрязняет и не изменяет свойства воды. Она выполняет свою работу по уничтожению бактерий и оставляет воду в остальном неизмененной.

Эти проблески использования лучистой энергии как средства восстановления и сохранения хорошего здоровья предполагают большие возможности, когда факты будут полностью установлены и соотнесены. Солнце имеет первостепенное значение для человечества, но оно служит стольким целям, что естественным образом является компромиссом. Оно не может поставлять именно ту лучистую энергию, которая нужна для одной цели, и в то же время наилучшим образом служить для другой цели. Оно заслоняется в облачные дни и исчезает каждую ночь. Эти отсутствия полезны для некоторых процессов, но человек в высокоорганизованной деятельности современной цивилизации желает иметь лучистую энергию различного качества, доступную в любое время. В этом отношении искусственный свет превосходит солнце и постоянно совершенствуется.

XXI

МОДИФИКАЦИЯ ИСКУССТВЕННОГО СВЕТА

За одно столетие наука превратила тускло освещенные ночи с их слабыми мерцающими пламенами в искусственный день. За этот короткий промежуток лет производство света далеко продвинулось от примитивных пламен, использовавшихся в начале девятнадцатого века, но, как было отмечено в другой главе, большие усовершенствования в производстве света все еще возможны. Тем не менее замечательные события последних четырех десятилетий, создавшие дуговые лампы, газовую мантию, лампы на парах ртути и серию электрических ламп накаливания с нитью накала, внесли большой вклад в эффективность, безопасность, здоровье и счастье человечества.

Сто лет назад цивилизация была более легко удовлетворяема, и улучшение, которое обеспечивало больше света при той же стоимости, было всем, чего можно было желать. Сегодня одного света недостаточно. Определенные виды лучистой энергии требуются для фотографии и других фотохимических процессов, а для дисплеев и эффектов на сцене востребовано огромное разнообразие цветного света. Человек теперь желает света различных цветов из-за его выразительных эффектов. Он больше не довольствуется простым светом в адекватных количествах; он желает определенных качеств. Более того, он больше не считает достаточным быть независимым от дневного света лишь по количеству света. Фактически он потребовал искусственного дневного света.

Несомненно, будущее увидит производство эффективного света многих качеств или цветов, но сегодня многие из требований должны быть удовлетворены путем модификации доступных искусственных источников света. Зрение осуществляется полностью посредством различения яркости и цвета. Изображение любой сцены или любого объекта фокусируется на сетчатке как миниатюрная карта в свете, тени и цвете. Хотя различение яркости является более важной функцией в зрении, чем способность различать цвета, цветовое зрение гораздо важнее в повседневной жизни, чем обычно осознается. Можно пройти через жизнь дальтоником, не испытывая никаких больших неудобств, но божественный дар цветового зрения набрасывает волшебную завесу на все творение. Относительно немногие осознают чудесную завесу цвета, за исключением редких моментов, когда зрелище необычно. Тем не менее изучение зрения почти во всех ремеслах показывает, что различение цветов играет важную роль.

При покупке еды и одежды, в оформлении домов и во всех искусствах и промышленности человечество в значительной степени зависит от внешнего вида цветов. В этом отношении оно зависит от дневного света и часто неосознанно, когда дневной свет исчезает, прекращает работу, зависящую от точного различения цветов. Цветовое зрение человека эволюционировало при дневном свете; искусства и промышленность развивались при дневном свете; и все его цветовые ассоциации основаны в первую очередь на дневном свете. По этим причинам адекватное искусственное освещение не делает человечество независимым от дневного света в практике искусств и ремесел и во многих мелких видах деятельности. По качеству или спектральному характеру немодифицированные источники света, используемые для целей общего освещения, отличаются от дневного света и поэтому не заменяют его полностью. Полуденный солнечный свет содержит все спектральные цвета примерно в тех же пропорциях, но это неверно для этих искусственных источников света. По этим причинам существует спрос на искусственный дневной свет.

«Вакуумная» трубка предоставляет возможность широкого разнообразия источников света, сильно различающихся по спектральному характеру или цвету. Каждый газ при возбуждении до люминесценции электрическим разрядом в «вакуумной» трубке (содержащей газ под низким давлением) испускает свет характерного качества или цвета. Варьируя газ, можно получить разнообразие источников света, но этот способ производства света еще не доведен до достаточно практического состояния, чтобы быть удовлетворительным для общего освещения. Азот дает розоватый свет, и азотная трубка, разработанная доктором Муром, была установлена в некоторой степени несколько лет назад. Неон дает оранжевый свет и в нескольких случаях использовался для дисплеев. Углекислый газ обеспечивает белый свет, похожий на дневной, и небольшие трубки, содержащие этот газ, используются сегодня там, где необходима точная дискриминация цвета.

Дуговые лампы пламени предоставляют средство получения разнообразия источников света, различающихся по спектральному характеру или цвету. Пропитывая углероды различными химическими соединениями, можно сильно изменить цвет пламени. Белая пламенная дуга, получаемая с помощью соединений редких земель в углеродах, обеспечивает источник света, близко приближающийся к среднему дневному свету. Используя различные вещества помимо углерода для электродов, можно получить источники света, различающиеся по спектральному характеру. Они обычно богаты ультрафиолетовыми лучами и поэтому имеют свои лучшие применения в процессах, требующих этого вида лучистой энергии. Дуговая лампа ограничена в своем применении своей нестабильностью, громоздкостью и непрактичностью подразделения ее на источники света широкого диапазона световых интенсивностей.

Наиболее широкие применения искусственного дневного света были сделаны с помощью электрической лампы накаливания с нитью накала, снабженной цветным стеклом, которое изменяет свет до того же качества, что и дневной свет. Свет от электрической лампы с нитью накала богаче желтыми, оранжевыми и красными лучами, чем дневной свет, и, зная спектральный характер двух источников света и спектральные характеристики цветных стекол, в которые были внедрены различные химикаты, можно разработать цветное стекло, которое отфильтрует избыток желтых, оранжевых и красных лучей так, чтобы пропускаемый свет имел тот же спектральный характер, что и дневной свет. Тысячи таких устройств искусственного дневного света в настоящее время используются в промышленности, в магазинах, в лабораториях, на красильнях, в типографиях и во многих других местах. Денежные знаки и облигации свободы изготавливались при искусственном дневном свете, и такие установки используются в банках для обнаружения поддельной валюты. Эксперт по алмазам определяет цвет драгоценных камней, а микроскопист уверен в цветах своих красителей при искусственном дневном свете. Красильщик смешивает свои красители для окрашивания тонн ценного шелка, а художник пишет картины при этом искусственном свете. Это лишь немногие из огромного числа применений искусственного дневного света, но они иллюстрируют, что человечество независимо от естественного света в другом отношении.

ФЕЙЕРВЕРК И ОСВЕЩЕННЫЙ БОЕВОЙ ФЛОТ НА ПРАЗДНОВАНИИ ГОДОВЩИНЫ ХАДСОНА И ФУЛТОНА

Существуют различные виды дневного света, два из которых являются довольно постоянными по спектральному характеру. Это полуденный солнечный свет и свет северного неба. Первый можно назвать белым светом, и его спектр указывает на присутствие видимой лучистой энергии всех длин волн примерно в равных пропорциях. Свет северного неба содержит избыток фиолетовых, синих и сине-зеленых лучей и в результате является голубовато-белым. Полуденный солнечный свет в ясный день довольно постоянлен по спектральному характеру, но свет северного неба несколько варьируется в зависимости от отсутствия или присутствия облаков и от характера облаков. Если присутствуют большие площади освещенных солнцем облаков, свет в основном представляет собой отраженный солнечный свет. Если небо затянуто тучами, свет северного неба представляет собой результат смеси солнечного света и синего света неба, отфильтрованного через облака, и является слегка голубовато-белым. Если небо ясное, цвет света варьируется от светло-голубого до глубокого синего.

ДЕМОНСТРАЦИЯ ФЕЙЕРВЕРКОВ В ДЕНЬ ПЕРВОГО МАЯ НА ВЫСТАВКЕ ПАНАМА-ПАСИФИК

Дневной свет, проникающий в здания, часто значительно изменяется по цвету из-за отражения от других зданий и от растительности, а после того, как он попадает в комнату, он иногда модифицируется отражением от цветного окружения. Можно часто заметить, что свет, отраженный от зеленой травы через окно в верхнюю часть комнаты, сильно окрашен в зеленый цвет, а свет, отраженный от здания из желтого кирпича, окрашен в желтый цвет. Помимо этих изменений, солнечный свет варьируется по цвету от желтого или красного на рассвете через белый в полдень до оранжевого или красного на закате. В течение дня количество света с неба меняется далеко не так сильно, как количество солнечного света, поэтому происходит постоянное изменение пропорции прямого солнечного света и света неба, достигающего земли. Это дополнительно варьируется из-за меняющегося положения солнца. Например, у северного окна, в которое прямой солнечный свет может не проникать в течение всего дня, количество солнечного света, проникающего за счет отражения от соседних зданий и других объектов, может сильно варьироваться. Таким образом, видно, что дневной свет варьируется не только по количеству, но и по качеству, и искусственный дневной свет, который основан на обширном анализе, имеет преимущество постоянства по количеству и качеству, а также правильности по качеству. Современные устройства искусственного дневного света, которые были научно разработаны, не только делают человечество независимым от дневного света в различении цветов, но и превосходят дневной свет.

Хотя существует много экспертов-колористов, которым требуется точный искусственный дневной свет, есть огромные сферы освещения, где необходимо менее точное качество дневного света. Глаза среднего человека недостаточно искушены для тончайшего различения цветов, и поэтому «дневная» лампа Mazda удовлетворяет менее требовательные запросы подбора цветов. Это компромисс между качеством и эффективностью света, и он служит этой цели настолько хорошо, что миллионы этих ламп нашли применение в магазинах, офисах и на производстве. Для получения точного искусственного света северного неба для цветовых работ с помощью цветного стекла необходимо отфильтровать от 75 до 85 процентов света вольфрамовой лампы. Это поглощение в широком смысле увеличивает эффективность света, поскольку оставшаяся доля теперь является удовлетворительной, в то время как первоначальный свет практически бесполезен для точного различения цветов. Около одной трети первоначального света поглощается колбой вольфрамовой «дневной» лампы, в результате чего получается свет, приближенный к среднему дневному свету.

Старые источники света, такие как свет от свечи и масляной лампы, веками использовались в интерьерах. Все эти источники света имели теплый желтый цвет. Даже ранние современные источники света не сильно отличались по цвету, поэтому неудивительно, что существует глубоко укоренившееся желание иметь в доме и в подобных интерьерах искусственный свет теплого желтого цвета, имитирующий свет старых источников света. Психологический эффект тепла и жизнерадостности благодаря таким источникам света или цветам хорошо установлен. Искусственный свет в доме символизирует независимость от природы и защиту от непогоды, и существует устойчивое желание противостоять возрастающей белизне современных источников света с помощью абажуров теплых тонов. Белый свет отлично подходит для кухни, прачечной и ванной комнаты, а также для ламп для чтения, но теплый желтый свет лучше всего подходит для создания уютной и жизнерадостной обстановки интерьеров, в которых человек расслабляется. Источник света такого характера можно эффективно получить, используя должным образом окрашенную колбу на лампах с вольфрамовой нитью накала. Поглощая примерно от одной четвертой до одной третьей света (в зависимости от температуры нити накала), с помощью лампы с вольфрамовой нитью накала можно имитировать цвет пламени свечи. Некоторые люди все еще используют лампу с угольной нитью накала вопреки ее низкой эффективности, потому что они хотят сохранить теплоту оттенка более старых источников света. Тем не менее свет от вольфрамовой лампы можно отфильтровать для получения такого же качества света, какое испускается лампой с угольной нитью накала, путем поглощения от одной пятой до одной четвертой света. Световая отдача вольфрамовой лампы, оснащенной такой тонированной колбой, все еще примерно в два раза выше, чем у лампы с угольной нитью накала. Таким образом, высокая эффективность современных источников света используется с выгодой, даже несмотря на то, что их цвет поддерживается таким же, как у старых источников света.

Все современные источники света испускают лучистую энергию, которая не влияет на обычную фотопластинку. Эта избыточная видимая энергия лишь способствует появлению бликов или избытку света в фотоателье. Было разработано стекло, которое пропускает практически все лучи, влияющие на обычную фотопластинку, и значительно уменьшает сопутствующие неактивные лучи. Такое стекло естественно имеет синий цвет, поскольку оно должно пропускать синие, фиолетовые и близкие ультрафиолетовые лучи. Его плотность была определена для использования в колбах высокоэффективных вольфрамовых ламп таким образом, что результирующий свет имеет цвет примерно света неба, не жертвуя значительным количеством ценности лучистой энергии для обычной фотографии. Как видно, это стекло пропускает так называемые химические лучи и полезно в других сферах деятельности, где требуются только эти лучи. Оно используется в светотерапии и в некоторых других видах деятельности, в которых используются химические эффекты этих лучей.

В фотолаборатории глубокий красный свет безопасен для всех эмульсий, кроме панхроматических, и лампы такого характера являются стандартной продукцией. Оранжевый свет безопасен для многих бумаг для фотопечати. Панхроматические пластинки и пленки обычно проявлются в темноте, где требуется экстремальная безопасность, но очень слабый глубокий красный свет безопасен при осторожном использовании. Однако многие фотографические эмульсии такого характера не очень чувствительны к зеленым лучам, поэтому для этой цели использовался зеленый свет.

Разнообразие цветных огней востребовано для театральных эффектов, дисплеев, эффектного освещения, сигнализации и т. д., и для этой цели доступно множество поверхностных окрашиваний. Лишь немногие из них показывают заметную степень долговечности. Недавно были разработаны постоянные поверхностные окрашивания, но это секретные процессы, недоступные для рынка. По этой причине цветное стекло является единственной средой, обычно доступной там, где требуется долговечность. Для постоянных световых эффектов могут использоваться сигнальные стекла, цветные колпачки и листы цветного стекла. Оттенки могут быть получены с помощью цветных отражателей. Другими цветными средами являются красители в лаках и эмалях, цветные чернила, цветной текстиль и цветные пигменты.

Поскольку цветное стекло входит в состав постоянных устройств, может быть интересно вкратце обсудить эффекты различных металлических соединений, используемых в стекле. Точный цвет, производимый этими соединениями, которые часто являются оксидами, слегка варьируется в зависимости от состава стекла и способа изготовления, но этот этап представляет только технический интерес. Красящие вещества в стекле можно разделить на две группы. Первая и самая большая группа состоит из тех, в которых красящее вещество находится в истинном растворе; то есть окрашивание производится таким же образом, как окрашивание воды, в которой растворена химическая соль. Во второй группе красящие вещества присутствуют в мелко измельченном или коллоидном состоянии; то есть окрашивание обусловлено присутствием частиц в механической суспензии. В целом более легкие элементы не склонны производить цветные стекла, но более тяжелые элементы, в той степени, в какой они могут быть включены в стекло, склонны производить интенсивные цвета. Разумеется, из этого общего утверждения есть исключения.

Щелочные металлы, такие как натрий, калий и литий, заметно не окрашивают стекло, но они оказывают косвенное влияние на цвета, производимые марганцем, никелем, селеном и некоторыми другими элементами. Золото в достаточных количествах производит красный цвет в стекле, а в низкой концентрации — красивый розовый. Оно присутствует в коллоидном состоянии. При производстве «золотого» красного стекла стекло при первом охлаждении не показывает цвета, но при повторном нагревании развивается насыщенный рубиновый цвет. Затем стекло медленно охлаждается. Золото остается в коллоидном состоянии. Медь при добавлении в стекло производит два цвета: сине-зеленый и красный. Сине-зеленый цвет, который варьируется в различных видах стекол, получается, когда медь полностью окислена, а красный — путем предотвращения окисления наличием восстановителя. Этот красный цвет можно развить путем повторного нагревания, как в случае изготовления золотого рубинового стекла. Селен производит оранжевый и красный цвета в стекле.

Серебро при нанесении на поверхность стекла производит красивый желтый цвет и широко использовалось таким образом. Оно оказывает небольшое красящее действие на стекло, поскольку оно так легко восстанавливается, что приводит к металлическому черному цвету. Уран производит канареечно-желтый цвет в натриевых и калиево-известковых стеклах, которые флуоресцируют, и эти стекла могут использоваться при обнаружении ультрафиолетовых лучей. Цвет является топазовым в свинцовом стекле. И сера, и углерод используются в производстве блекло-желтых стекол. Сурьма имеет слабое действие, но в присутствии большого количества свинца она используется для получения непрозрачных или полупрозрачных желтых стекол. Хром производит зеленый цвет, который является красноватым в свинцовом стекле и желтоватым в натриевых и калиево-известковых стеклах.

Железо придает стеклу зеленый или голубовато-зеленый цвет. Оно обычно присутствует в качестве примеси в ингредиентах стекла, и его цвет нейтрализуется добавлением некоторого количества марганца, который производит пурпурный цвет, дополняющий голубовато-зеленый. Это объясняет марганцовый пурпур, который развивается из бесцветного стекла при воздействии ультрафиолетовых лучей. Железо используется в стекле «бутылочного зеленого» цвета. Его цвет является зеленовато-синим в калиево-известковом стекле, голубовато-зеленым в натриево-известковом стекле и желтовато-зеленым в свинцовом стекле.

Кобальт широко используется в производстве синих стекол. Он производит фиолетово-синий цвет в калиево-известковых и натриево-известковых стеклах и синий в свинцовых стеклах. Он выглядит синим, но пропускает глубокие красные лучи. По этой причине при использовании в сочетании с глубоким красным стеклом получается фильтр только для самых глубоких красных лучей. Никель производит аметистовый цвет в калиево-известковом стекле, красновато-коричневый в натриево-известковом стекле и пурпурный в свинцовом стекле. Марганец в значительной степени используется в качестве «обесцвечивающего» агента для противодействия сине-зеленому цвету железа. Он производит аметистовый цвет в калиево-известковом стекле и красновато-фиолетовый в натриево-известковых и свинцовых стеклах.

Это основные красящие ингредиенты, используемые в производстве цветного стекла. Окрашивание стекла производится при более низких температурах, так что может использоваться большее разнообразие химических соединений. Получающиеся цвета металлов и оксидов металлов, растворенных в стекле, зависят не только от природы используемого металла, но также частично от стадии окисления, состава стекла и даже от температуры плавления.

При разработке стеклянного фильтра эффекты различных красящих элементов определяются спектрально, и различные элементы варьируются в надлежащих пропорциях до тех пор, пока не будет получено стекло с желаемым спектральным пропусканием. Видно, что красящие элементы ограничены, и комбинация этих элементов дополнительно ограничена химическими соображениями. При комбинировании различных цветных стекол или различных красящих элементов в одном стекле используется «субтрактивный» метод смешения цветов. Например, если требуется зеленое стекло, в качестве основы можно использовать желтовато-зеленое хромовое стекло. Добавлением некоторого количества сине-зеленого цвета, обусловленного медью, желтые лучи можно дополнительно приглушить так, чтобы результирующий цвет был зеленым.

Основные цвета для этого метода смешения цветов такие же, как у художника при смешивании пигментов — а именно пурпурный, желтый и сине-зеленый. Различные цвета могут быть получены путем наложения или тесного смешивания цветов. Результирующее пропускание (отражение в случае отражающих сред, таких как пигменты) представляет собой те цвета, которые обычно пропускаются всеми компонентами смеси. Таким образом,

Purple and yellow= red
Yellow and blue-green= green
Blue-green and purple= blue

Цвета, получаемые путем добавления света, основаны не на «субтрактивном» методе, а на фактическом добавлении цветов. Этими основными цветами являются красный, зеленый и синий, и следует отметить, что они являются дополнительными к «субтрактивным» основным цветам. С помощью красного, зеленого и синего источников света в различных пропорциях можно получить все цвета в различной степени чистоты. Главные смеси двух «аддитивных» основных цветов дают «субтрактивные» основные цвета. Таким образом,

Red and blue= purple
Red and green= yellow
Green and blue= blue-green

Хотя красящие среды, устойчивые под действием света, тепла и влаги, относительно немногочисленны, обладая знаниями об их спектральных характеристиках и других принципах цвета, эксперт способен произвести множество постоянных цветов для световых эффектов. В основном задействованы аддитивный и субтрактивный методы, но существует другой метод, который является «усредняющим» аддитивным методом. Например, если требуется теплый оттенок желтого цвета, а доступно только плотное желтое стекло, желтое стекло можно разрезать на мелкие кусочки и расположить на бесцветном стекле в шахматном порядке. Таким образом, большая часть неокрашенного света, пропускаемого фильтром, слегка подкрашивается желтым светом, проходящим через кусочки желтого стекла. Если этот свет правильно смешан рассеивающим стеклом, эффект оказывается удовлетворительным. Это основные средства получения цветного света с помощью фильтров и путем смешивания цветных огней. Используя их в сочетании с массивом доступных источников света, можно удовлетворить большинство возрастающих запросов. Разумеется, идеальным решением является создание цветного света непосредственно в источнике света, и будущие разработки, которые сейчас кажутся отдаленными или даже невозможными, несомненно, предоставят такие цветные источники света. Тем временем многое достигается с помощью доступных средств.

XXII

ЭФФЕКТНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Искусственный свет представляет собой естественное средство для создания впечатляющих эффектов. Он легко поддается контролю и изменению цвета, а яркость, которую он придает уличным инсталляциям ночью, делает их чрезвычайно заметными на фоне темноты неба. Он превосходит другие декоративные средства благодаря огромному диапазону значений, которые могут быть получены. Декоратор и художник ограничены диапазоном значений от черных до белых пигментов, который обычно представляет собой крайний контраст примерно от одного к тридцати. Яркость, создаваемая светом, может варьироваться от темноты до яркости самих источников света. Декоратор имеет дело со вторичным светом, то есть со светом, отраженным более или менее диффузно отражающими объектами. В распоряжении специалиста по освещению находится не только этот вторичный свет, но и первичный свет источников. Световые эффекты повсеместно привлекают внимание, и даже современный торговец свидетельствует, что адекватное освещение в его магазине обладает рекламной ценностью. Во всей области эффектного освещения демонстрируется превосходство искусственного света над естественным.

Свет — это универсальное средство привлечения внимания и завораживания человечества. Цивилизации всех эпох осознавали эту природную силу света. Он играл роль в праздниках и триумфальных шествиях с незапамятных времен и до сих пор остается важнейшей особенностью многих торжеств. На ранних праздниках использовались костры, свечи и масляные лампы, а для этой цели были изобретены фейерверки. Даже сегодня пиротехнические представления на фоне темных глубин ночного неба держат человечество в завороженном состоянии. Но эти эфемерные всплески света были усовершенствованы более постоянными инсталляциями в огромном масштабе. За тридцать лет до первой практической установки газового освещения в нескольких городах Англии была проведена выставка «философских фейерверков», созданных путем сжигания горючих газов.

Это долгий путь от вереницы мерцающих газовых рожков, которыми освещались фасады зданий заводов в Сохо столетие назад, до удивительных световых эффектов века спустя на Панамо-Тихоокеанской выставке. Некоторые из тех, кто видел то первоначальное шоу газовых горелок общей силой в несколько сотен свечей, описывали его как «событие необычайного великолепия». Что бы они сказали о современном эффектном освещении на выставке, где Райан использовал в одном эффекте сорок восемь крупных прожекторов общей силой света в луче 2 600 000 000 свечей! Никакое другое сравнение не иллюстрирует более ярко прогресс искусственного освещения за сто лет, прошедших с момента его зарождения.

Природа источников света в первой половине XIX века не способствовала эффектному или экспозиционному освещению. Фактически эта фаза освещения развивалась главным образом вместе с электрическими лампами. Конечно, время от времени предпринимались попытки создания временных эффектов, как, например, при освещении купола собора Святого Павла в Лондоне в 1872 году, но непрерывная эксплуатация такой инсталляции не рассматривалась. При освещении этого купола использовалось большое количество корабельных фонарей, но результат оказался неудовлетворительным. После этой неудачной попытки освещения собора Святого Павла было высказано предложение «залить его электрическим светом, проецируемым с разных сторон». Уличное эффектное освещение на самом деле началось всерьез на заре двадцатого века.

Хотя некоторые из первых попыток эффектного наружного освещения были предприняты с использованием прожекторов, эффектное освещение не получало широкой популярности до появления ламп накаливания с нитью накала приемлемой эффективности и стоимости. Эффекты достигались главным образом за счет использования небольших электрических ламп накаливания, подвешенных гирляндами или установленных по контурам и другим основным линиям зданий и памятников. Эффект был почти полностью световым, поскольку слепящий свет от видимых ламп заслонял здания или другие объекты. Этот метод используется до сих пор, поскольку он прост, а эффекты могут быть установлены на постоянной основе, не требуя никакого ухода, кроме замены перегоревших ламп. Однако с художественной точки зрения этот метод имеет ограничения, поскольку художественные эффекты живописи, скульптуры и архитектуры не могут сочетаться с ним должным образом. Например, детали памятника или здания не могут быть рассмотрены достаточно отчетливо, чтобы ими можно было восхищаться. Эффект сводится лишь к очертаниям, линиям и узорам из точек света и обычно является ослепляющим.

Следующим шагом было сокрытие этих ламп за карнизами или другими выступами либо в специально сконструированных нишах. Теперь свет начал моделировать и раскрашивать объекты. Структуры стали видимыми; по крайней мере, важные карнизы и другие детали перестали быть простыми контурами. Появление вольфрамовой лампы с тянутой нитью привело к инновации в подобного рода эффектном освещении, поскольку теперь стало возможным создавать концентрированные источники света, столь необходимые для прожекторов. Кроме того, эти осветительные приборы требуют минимального ухода после их размещения. С появлением электрических ламп накаливания такого типа в обиход ворвались небольшие прожекторы, и с помощью концентрированных лучей света можно было заливать светом целые здания и памятники с удаленных позиций. Эффекты, полученные путем сокрытия ламп за карнизами, продемонстрировали, что освещение поверхностей является целью, которую нужно достичь в большинстве случаев, и когда стали доступны небольшие прожекторы, не требующие постоянного внимания, был дан мощный импульс прожекторному освещению.

Когда Франция подарила этой стране Статую Свободы работы Бартольди, ни у кого не было мысли сделать этот символ видимым ночью, за исключением факела, который рука Свободы держала в руке. Этот факел во время возведения статуи был изменен под доступные лампы, в результате чего он представлял собой лишь фонарь, содержащий несколько электрических ламп. Ночью он казался точкой света, более слабой, чем многие окружающие огни побережья. Статую освещали во время праздников гирляндами и контурами из ламп, но в 1915 году, когда свобода щедрого дарителя статуи оказалась под угрозой, началось движение, которое завершилось сбором средств на заливку Свободы светом. Широкое основание статуи сделало освещение сравнительно простым с помощью батарей прожекторов с лампами накаливания. Было использовано около 225 таких приборов с общей силой света в луче около 20 000 000 свечей. Первоначальная идея имитации пламени для факела была восстановлена путем создания его из кусочков желтого соборного стекла трех плотностей. Было использовано около шестисот кусочков стекла, причем верхние обычно были более светлых оттенков, а нижние — более темных. В этот фонарь была помещена линза маяка, так что от него исходил интенсивный луч света. Залитая светом Статуи Свободы теперь видна как ночью, так и днем, и ночью она имеет двойное значение, поскольку свет также символизирует независимость.

Подобно тому как Статуи Свободы одиноко стоит в гавани Нью-Йорка, Вулворт-билдинг царит на нижней части Манхэттена. Свобода провозглашает независимость от оков человека, а башня Вулворт возвышается величественно вопреки стихиям как символ растущей независимости человека от природы. Это здание с кремовой терракотовой поверхностью и сложными архитектурными деталями, тут и там тронутыми охрой, синим, зеленым, красным и золотым цветами, поднимается на 792 фута, или шестьдесят этажей, над улицей и олицетворяет американский дух замысла и осуществления великих начинаний. В нем сочетаются искусство, практичность и величие. Видимое множеством людей днем, оно является ценной рекламой имени, которое олицетворяет национальное учреждение. Но днем оно делит внимание со своим окружением. Если бы оно освещалось ночью, оно стояло бы практически в одиночестве на фоне темного неба, и вложенные средства не пропадали бы впустую в вечерние часы.

Мистер Г. Г. Магдсик, разработавший освещение для Статуи Свободы, спроектировал освещение для башни Вулворт, которая поднимается на 407 футов, или тридцать один этаж, над главным зданием. Пятьсот пятьдесят прожекторов с лампами накаливания с вольфрамовой нитью были распределены у основания башни и среди некоторых архитектурных деталей. Основные архитектурные элементы мансардной крыши, простирающейся с пятьдесят третьего по пятьдесят седьмой этаж, смотровая площадка на пятьдесят восьмом и фонарные сооружения на пятьдесят девятом и шестидесятом этажах покрыты сусальным золотом. Благодаря правильному размещению прожекторов с этих золотых поверхностей достигается мерцающий эффект. Венцом светового эффекта являются фонари в завершении шпиля. Двадцать четыре вольфрамовые лампы мощностью 1000 ватт были помещены за кристаллическое рассеивающее стекло, которое передает свет преимущественно в горизонтальном направлении. Таким образом, на больших расстояниях, с которых архитектурные детали неразличимы, виден сияющий венчающий свет. Был разработан автоматический диммер, благодаря которому создавался эффект огромного меняющегося пламени. Вблизи, из-за природы стеклянных панелей, эта часть ненамного ярче остальных поверхностей. Когда искусственное освещение работает, башня превращается в величественный шпиль света, и это великолепное готическое сооружение, дерзко выступающее в глубины темноты, в больше чем одном смысле является факелом современной цивилизации.

Многие выдающиеся здания и памятники вспыхнули потоком света, и их красота и символизм были оценены ночью многими людьми, которые не замечают их днем. Постоянно освещаются не только прекрасные творения человека, но и разрабатываются многочисленные временные эффекты. Искусственное освещение стало заметной частью уличных праздников, представлений и театральных действ. Свечи ассоциировались с рождественскими елками с момента их появления, и вполне естественно, что искусственный свет стал характерной особенностью общественных рождественских елок, вошедших в моду в последние годы. Муниципальная рождественская елка в Чикаго в 1916 году имела высоту девяносто футов и освещалась прожекторами. Тысячи драгоценных камней, снятых с Башни Драгоценностей на Сан-Францисской выставке, добавили жизни и блеска остальным украшениям.

Капитолий, залитый светом

Luna Park, Coney Island, studded with 60,000 incandescent
filament lamps

НОВОЕ ПРОЖЕКТОРНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ В СРАВНЕНИИ С СТАРЫМ КОНТУРНЫМ

После окончания недавней войны искусственное свет сыграл заметную роль по всей стране в праздниках радости. Возведенная в Нью-Йорке в честь возвращающихся солдат арка из драгоценных камней соперничала с некоторыми зрелищами Панамо-Тихоокеанской выставки. Арка висела как гигантская завеса из драгоценных камней между двумя обелисками, которые поднимались на высоту в восемьдесят футов и были увенчаны украшенными драгоценными камнями формами в виде солнечных лучей. Примерно тридцать тысяч драгоценных камней мерцали в лучах батарей дуговых прожекторов. Многие знаки и устройства, сыгравшие роль в движении «Добро пожаловать домой», носили поразительный характер и отличались долговечностью. Оборудование крупного здания состояло более чем из пяти тысяч 10-ваттных ламп, причем все здание было очерчено звездами, состоящими из одиннадцати ламп каждая. Кампания «Сделай ярче» распространилась по всей стране. Освещение и установка вывесок и специальных патриотических экспозиций, заливание улиц и витрин магазинов светом без ограничений произвели вдохновляющий и возвышающий эффект, который во многом способствовал восстановлению жизнерадостности и оптимизма. Ярким примером стал Вашингтон, где было возобновлено прожекторное освещение Капитолия, прерванное вскоре после нашего вступления в войну.

НИАГАРСКИЙ ВОДОПАД, ЗАЛИТЫЙ СВЕТОМ

В Чикаго был создан «Путь победы» со столбами уличного освещения по обеим сторонам улицы, оснащенными красными, белыми и синими шарами, увенчанными золотой богиней Победы. Сто семьдесят пять прожекторов были установлены вдоль этого пути на крышах и в окнах офисных зданий. Яркий, мерцающий «Алтарь Победы» был воздвигнут в центре Пути. Он состоял из двух огромных канделябров, возведенных по обе стороны платформы высотой девяносто футов. Они были усыпаны драгоценными камнями и поддерживали завесу из драгоценных камней, подвешенную от алтаря. В центре занавесы находился огромный орел из драгоценных камней, несущий флаги союзников. Он освещался дуговыми прожекторами, дававшими силу света в луче 200 000 000 свечей. В дополнение к ним имелось множество более мелких прожекторов. На вершине каждого канделябра в отражателях были установлены шесть больших красно-оранжевых ламп. Они освещали живой пар, выходящий из верхней части. Венцом всего был огромный светящийся веер, образованный лучами больших дуговых прожекторов. Это лишь немногие из множества световых эффектов, приветствовавших возвращающихся солдат, но они иллюстрируют, насколько сильно современная цивилизация зависит от искусственного света для выражения своих чувств и эмоций. На протяжении всех этих праздников свет молчаливо символизировал счастье, свободу и прогресс.

Прожекторы использовались в больших масштабах в ряде случаев еще до появления лампы с концентрированной нитью накала. У. Д'Арси Райан, лидер в области эффектного освещения, осветил Ниагарский водопад в 1907 году с помощью батарей дуговых прожекторов общей силой света в луче 1 115 000 000 свечей. В 1908 году он использовал тридцать дуговых прожекторов, чтобы залить светом башню Сингер в Нью-Йорке, и спроецировал свет на флаг наверху с помощью прожектора диаметром тридцать дюймов. Множество флагов развевалось во время войны в лучах прожекторов, символизируя пробудившийся патриотизм. Луч прожектора, пробивающийся сквозь атмосферу ночью, обычно слабо светится из-за небольшого количества тумана, пыли и дыма в воздухе. Обеспечивая больше «субстанции» в атмосфере, лучи делают более яркими. Следуя этому рассуждению, Райан разработал свой сцинтиллятор, состоящий из батареи прожекторных лучей, направленных вверх сквозь облака пара, которые создавали искусственный туман. Впервые он был продемонстрирован на праздновании юбилея Гудзона-Фултона с батареей дуговых прожекторов общей силой света 1 000 000 000 свечей.

Все эти эффекты, несмотря на их масштаб, меркли по сравнению с эффектами на Панамо-Тихоокеанской выставке, и поскольку до настоящего времени это представляет собой венец достижений в области эффектного освещения, некоторые детали, разработанные Райаном, могут представлять интерес. В целом световые эффекты отходили от причудливого контурного освещения, в котором ослепительные источники света усеивали конструкции. Лучезарное величие и красота прожекторного освещения от скрытых источников света были ключевой нотой освещения. Таким образом были получены удивительные эффекты, которые не только привлекали глаз и художественную чувствительность, но и были лишены слепящего света. С помощью прожекторного освещения и подсветки рельефа от скрытых источников света было получено третье измерение или глубина, а также были сохранены архитектурные детали и расцветки. Самые разнообразные устройства и лампы использовались для того, чтобы ночные эффекты превосходили по своему величию дневные. Зона развлечений была освещена открытыми лампами по старому образцу, и ослепительные причудливые эффекты противопоставляли эффектное освещение прошлого иллюминации будущего.

В другом разделе посетителя встречало великолепное проявление карнавального духа. Прекрасно окрашенные геральдические щиты, на которых была написана ранняя история тихоокеанского побережья, освещались группами светящихся дуговых ламп на мачтах высотой от двадцати пяти до пятидесяти пяти футов. Башня Драгоценностей с более чем ста тысячами висящих драгоценных камней была залита светом, а мириады крошечных отраженных изображений источников света, мерцающих на фоне темного неба, создавали эффект, превосходящий мечты воображения. Тени и блики поразительных контрастов или неуловимых цветов приветствовали посетителя на каждом шагу. То тут, то там можно было обнаружить отдельные изолированные световые эффекты. Огонь шипел из пастей змей и накладывал чары подвижного света на сложную испано-готически-восточную обстановку. Цветной луч прожектора играл то тут, то там. Таинственные испарения, поднимающиеся из котлов, на самом деле были освещенным паром. Символические группы фонтанов не избежали волшебного касания светового волшебника.

В Корте Вселенной огромные площади освещались двумя фонтанами, поднимающимися примерно на сто футов над затонувшими садами. Один из них символизировал заходящее солнце, другой — восходящее. Стержень и шар на вершине каждого фонтана были покрыты тяжелым опаловым стеклом, имитирующим травертиновый мрамор, и в них были установлены лампы накаливания общей силой света 500 000 свечей. Балюстрада в семидесяти футах над затонувшими садами была увенчана почти двумястами прожекторами с лампами накаливания. Свет был везде: он либо менял цвет в гармоничной сцене, либо изменял свет и тень, чтобы моделировать архитектуру и скульптуру. Огромный стеклянный купол Дворца садоводства был превращен в астрономическую сферу путем проецирования на него изображений таким образом, чтобы точки света вращались; кольца и кометы, появлявшиеся на горизонте, проходили свой путь через небеса, меняя цвет и снова исчезая на горизонте. Все эти эффекты и многое другое отражались в водах лагун, и все это поистине было Страной чудес.

Сцинтиллятор состоял из 48 дуговых прожекторов диаметром три фута общей силой света в луче 2 600 000 000 свечей. Осветительные приборы были оснащены цветными фильтрами, а в лучи, направленные вверх, подавался искусственный туман с помощью пара, вырабатываемого современным экспресс-локомотивом. Последний был устроен так, что колеса могли приводиться в движение со скоростью шестьдесят миль в час под тормозом, испуская тем самым большие клубы пара и дыма, которые при освещении различными цветами создавали великолепное зрелище. Было разработано более трехсот эффектов сцинтиллятора, и эта особенность беспламенного фейерверка широко варьировалась. Северное сияние и другие эффекты, создаваемые этой батареей прожекторов, простирались на многие мили. Множество регулярно доступных эффектов дополнялось по особым случаям, и можно смело утверждать, что этот аппарат, построенный в огромном масштабе, обеспечивал гибкость беспламенного фейерверка, недостижимую даже с помощью маломасштабных устройств.

Освещение выставки можно лишь вкратце затронуть в нескольких абзацах, и его было бы трудно описать словами, даже если бы пространство было неограниченным. Оно олицетворяло силу света украшать и вызывать трепет. Оно показало слабость средств декоратора по сравнению со светом, пульсирующим жизнью. Оно состояло из большого разнообразия прямых, маскированных, скрытых и проецируемых эффектов, но все они гармонично сочетались друг с другом и с декоративными и архитектурными деталями сооружений. Это было венец достижений века общественного освещения, который начался с первоначального показа Мердоком сотни мерцающих газовых рожков. Оно продемонстрировало возможности науки в производстве света и гения и воображения в использовании света. Это было безмолвное, но пульсирующее зрелище величия, затмевающее своей незначительностью северное сияние в моменты его наибольшего великолепия.

XXIII

ВЫРАЗИТЕЛЬНОСТЬ СВЕТА

С эстетической или, шире, психологической точки зрения ни одно средство не соперничает со светом по выразительности. Мало того что свет связан с важнейшим чувством человека, на протяжении долгого векового общения и использования человечество наделило его множеством свойств. На самом деле вполне возможно, что свет, цвет и темнота обладают определенными фундаментально врожденными способностями; по крайней мере, они приобрели выразительные и впечатляющие свойства благодаря многочисленным ассоциациям в мифологии, религии, природе и повседневном использовании. Помимо этих свойств, свет имеет большое преимущество перед средствами декора в достижении эффектов яркости и цвета. Например, художник-пейзажист не может воспроизвести диапазон значений или яркости в большинстве сцен природы, ибо если черный цвет используется для изображения глубокой тени, то белый недостаточно ярок, чтобы передать яркость неба. На самом деле диапазон яркостей, представленных глубокой тенью и небом, простирается далеко за пределы диапазона, представленного черными и белыми пигментами. Экстремальный контраст, обычно доступный с помощью красок художника, составляет примерно тридцать к одному, но небо в тысячу раз ярче тени, облако при солнечном свете в тысячи раз ярче глубоких теней леса, а солнце в миллионы раз ярче теней в пейзаже.

Диапазон яркостей, получаемых с помощью света, простирается от темноты или черного цвета во всем диапазоне, представленном пигментами при одинаковом освещении, и за его пределами через огромный диапазон, получаемый за счет неравномерного освещения поверхностей, до яркости самих источников света. В вопросе чистоты цветов свет превосходит отражающие среды, поскольку с помощью света легко получить приблизительно чистые оттенки и получить чистые спектральные оттенки, прибегая к спектру света. Невозможно получить чистые оттенки с помощью пигментов или других отражающих сред. Эти преимущества света очень очевидны при обращении к эффектным световым эффектам, и даже освещение интерьеров иллюстрирует потенциал света, превосходящий другие средства. Например, в современном интерьере, где скрытое освещение создает ярко освещенные зоны над карнизом и темные тени на нижней стороне, диапазон значений часто намного больше, чем тот, который представлен черным и белым, и все же остается возможность использования самих источников света для расширения шкалы яркости. Накладывая цвет на все это, очевидно, что сочетание «первичного» света с отраженным светом обладает гораздо большим потенциалом, чем один лишь отраженный свет. Этот потенциал света лучше всего реализуется, если рассматривать освещение как «рисование светом» способом, аналогичным рисованию декоратора пигментами и т. д.

Выразительные возможности освещения находят широкое применение в связи с живописью, скульптурой и архитектурой. Картина — это выражение света, и произведение скульптора в конечном счете зависит от освещения своей эффективности. Освещение — главный художник и скульптор. Оно может в некоторой степени влиять на ценность картины и оказывает большое влияние на цвета. Оно моделирует модель, с которой работает скульптор, и моделирует готовое произведение. Направление, распределение и качество света влияют на внешний вид всех объектов и их групп. Помимо моделирования орнамента, светотеневых эффектов относительно больших областей в интерьере, таких как стены и потолок, контрастов яркости арок с яркостью основного интерьера, а также теней под карнизами, балкам и арками являются выражениями света.

Декоратор способен создать определенное настроение в данном интерьере, варьируя распределение значений и выбор цветов, и художник по свету способен сделать то же самое, но последний даже способен изменить настроение, созданное декоратором. Например, большой интерьер, залитый светом от скрытых источников, обладает воздушностью и пространственностью улицы. Если освещение осуществляется исключительно с помощью источников, скрытых в верхнем карнизе, потолок может быть ярким, а стены могут быть относительно темными по контрасту. Такой световой эффект может вызывать ощущение зажатости стенами без крыши. Если комната освещается с помощью низко подвешенных люстр, оснащенных абажурами таким образом, что нижняя часть стен может быть светлой, а верхняя часть интерьера — нечеткой, то создаваемое ощущение может быть ощущением зажатости теснящейся темнотой. Таким образом, освещение вызывает настроения и иллюзии от таинственности теснящейся темноты до простора улицы.

Будущее освещение интерьеров, несомненно, обеспечит достаточный уровень световых эффектов, отвечающих соответствующим требованиям различных случаев. Декоративная схема, в которой используются светлые и средние серые тона, создает интерьер, очень чувствительный к световым эффектам. К этим светотеневым эффектам цветной свет может добавить свою очаровательную эффективность. Цветные световые эффекты не только способны сильно украсить обстановку, но и обладают некоторыми другими способностями. Синие оттенки производят «холодный» эффект, а желтые и оранжевые — «теплий» эффект. Например, летом в комнате будет прохладнее при освещении голубоватым светом, и практическим применением этого эффекта является театр, который должен привлекать зрителей летом. То, как тонированные осветительные приборы соответствуют духу события или настроению комнаты, можно полностью оценить только с помощью экспериментов, но они настолько эффективны, что будущее освещение станет свидетелем применения идеи «рисования светом» в полной мере. Цвет востребован и в других областях, и, учитывая его эффективность и превосходство в освещении, он наверняка будет востребован в освещении, когда его потенциал будет оценен и легко использован.

Выразительность света всегда очевидна в пейзаже. В солнечный день настроение сцены меняется в течение дня и становится более манящим и приятным по мере того, как тени удлиняются к вечеру. Художник, рисующий пустынный пейзаж, использует короткие резкие тени, если он хочет намекнуть на чрезмерную жару. Эти тени намекают на безжалостное полуденное солнце. Пасмурное небо универсально угнетает, и было обнаружено, что в солнечный день большинство людей испытывают легкую депрессию, когда облако заслоняет солнце. Естественное освещение меняется от момента к моменту, изо дня в день и из сезона в сезон. Оно представляет собой крайности изменения в распределении света от пасмурных до солнечных дней, и в последних случаях тени постоянно смещаются с высотой солнца. Они наиболее резки в полдень и постепенно угасают по мере удлинения, пока на закате не исчезают. Цвета залитых солнцем поверхностей и теней меняются от восхода до заката. Таковы фундаментальные изменения в освещении, но в различных сценах световые эффекты дополнительно модифицируются облаками и местными условиями или окружающей средой. Обширные открытые пространства предоставляют плодотворное поле для изучения выразительности света.

Убедившись в этой силе света, специалист по освещению может обратиться к искусственному свету, который так легко контролируется по направлению, распределению и цвету, и использовать его потенциал. Легко не только обеспечить освещение, соответствующее настроению или функции интерьера, но и получить некоторую вариативность эффекта, чтобы освещение всегда соответствовало ситуации. Изучение природного освещения выявляет один великий принцип, а именно: разнообразие. Человечество требует разнообразия в большинстве своих видов деятельности. Работа разнообразится и чередуется с отдыхом. Приемы пищи не всегда одинаковы. Одежда, украшения и обстановка избавлены от монотонности. Одной из наиболее мощных особенностей искусственного света является легкость, с которой можно получить разнообразие. При избавлении от монотонности декора и обстановки неизбежно возникают значительные расходы и неудобства. При наличии достаточного запаса розеток, цепей и регуляторов можно получить широкий спектр световых эффектов с, возможно, незначительным увеличением первоначальных инвестиций. Разнообразие — это изюминка освещения, как и жизни.

Эти различные принципы освещения легко проиллюстрировать на примере освещения дома, которое обсуждается в другой главе. Церковь является еще лучшим примером выразительных возможностей освещения. Архитектурные особенности обычно относятся к определенному периоду, и прежде всего важно гармонизировать световой эффект с архитектурной и декоративной схемой. Очевидно, что темно-окрашенный потолок церкви определенного типа не будет залит светом. Тот факт, что он сделан темным с помощью морилки, исключает такую процедуру освещения. Характеристики вероисповеданий существенно различаются, и это в некоторой степени иллюстрируется линиями архитектуры их церквей. Точно так же световой эффект может быть гармонизирован с вероисповеданием и духом интерьера. Освещение всегда может быть достойным, впечатляющим и уместным. Немногие церкви правильно освещены с высокой интенсивностью освещения; умеренное освещение более уместно, поскольку оно способствует духу поклонения. В некоторых вероисповеданиях доминирующей нотой является крайнее раскаяние и суровость. Архитектура может обладать резкими очертаниями, и эта суровость или крайняя торжественность могут быть выражены в освещении более резкими контрастами, хотя это не означает, что освещение должно быть ослепляющим. С другой стороны, в определенном современном вероисповедании доминирующей нотой видится жизнерадостность. Просторные интерьеры церквей этого вероисповедания лишены суровых линий, а стены и потолки обладают высокой отражающей способностью. Адекватное освещение с помощью рассеянного света без создания резких контрастов выражает вероисповедание, современность и просвещение. На алтаре определенных церквей выразительность света используется в церемониальных целях, которые варьируются в зависимости от вероисповедания. Даже символика цвета может быть соответствующим образом вплетена в освещение церкви.

Выразительность света и цвета зародилась благодаря контакту первобытного человека с природой. Солнечный свет означал тепло и обильную растительность, но темнота ограничивала его деятельность и таила в себе множество опасностей. Так возникло множество ассоциаций, которые расширялись из-за невежества и суеверий. Желтый цвет естественно эмблематичен для солнца и стал символом тепла. Коричневый цвет как доминирующий цвет осенней листвы приобрел оттенок грусти, поскольку увядание растительности предвещало смерть года и холодные унылые месяцы зимы. Первые признаки зеленой растительности весной приветствовались как конец зимы и начало еще одного щедрого лета; отсюда зеленый символизировал молодость и надежду. Он стал ассоциироваться с весной жизни и тем самым означал неопытность, но как цвет растительности он также означал саму жизнь и стал символом бессмертия. Синий приобрел определенные божественные атрибуты, потому что, как цвет неба, он ассоциировался с обителью богов или небесами. Кроме того, синее небо является вершиной безмятежности, и этот цвет приобрел соответствующие атрибуты.

Ассоциации такого рода вплелись в мифологию и таким образом прочно укрепились. Поэты ощутили эти влияния света и цвета в природе и выразили их словами. Они также переплели значительную часть мифологии прошлых цивилизаций, и эти повторения помогли утвердить выразительность света и цвета. Ранние церковники использовали эту символику в религиозных церемониях и диктовали одежды святых и других религиозных персонажей на картинах, украшавших их здания. Таким образом, в ранние века, когда умы были особенно восприимчивы из-за суеверий и отсутствия знаний, действовало множество влияний. Результатом стала обширная символика света, цвета и темноты.

В настоящее время трудно отделить врожденную привлекательность света, цвета и темноты от тех атрибутов, которые были приобретены благодаря ассоциациям. Возможно, свет и цвет не имеют врожденных способностей, а лишь кажутся таковыми, потому что приобретенные атрибуты были столь тщательно укоренены благодаря использованию и общему согласию. Пространство не позволяет обсуждать этот вопрос, но главная цель считается достигнутой, если доказано существование выразительности и впечатляемости света. Существует множество других символик цвета и света, возникших самыми разными путями, но их обсуждение выходит далеко за рамки этой книги.

Психологические исследования раскрывают много интересных фактов, касающихся влияния света и цвета на человека. Выбирая цвет ради самого цвета, то есть в отрыве от каких-либо ассоциаций с использованием, человечество предпочитает чистые цвета оттенкам и полутонам. Интересно отметить, что это согласуется с предпочтением, демонстрируемым нецивилизованными существами в использовании цветов для украшения себя и своего окружения. Цивилизованное человечество выбирает оттенки и полутона преимущественно для жизни с ними, то есть для украшения своего окружения. Тем не менее, цивилизованный человек и дикарь, по-видимому, имеют одинаковое фундаментальное предпочтение чистых цветов, и, по-видимому, культура и утонченность несут ответственность за их разницу в выборе цветов для жизни. Это интересное открытие, и оно находит свое применение в освещении, особенно в эффектном и сценическом.

Кажется также установленным, что когда цивилизованный человек выбирает цвет ради самого цвета, он не только предпочитает чистые цвета, но среди них предпочитает те, что находятся ближе к концам спектра, такие как красный и синий. Красный цвет предпочитают женщины, причем синий идет следом с небольшим отрывом, но для мужчин верно обратное. Также полностью установлено, что красный, оранжевый и желтый оказывают возбуждающее влияние; желто-зеленый, зеленый и сине-зеленый — успокаивающее влияние, а синий и фиолетовый — подчиняющее влияние на человека. Все эти результаты были получены с цветами, оторванными от окружения и фактического использования. При использовании света и цвета необходимо соблюдать законы гармонии и эстетики, но чувствительность художника по свету является удовлетворительным ориентиром. Гармонии бывают самых разных видов, но их можно в целом разделить на две группы: аналогии и контрасты. Первая включает цвета, тесно связанные по оттенку, а вторая включает комплементарные цвета. Никакие правила в упрощенной форме не могут быть представлены для создания гармоний света и цвета. Такие упрощения делают лишь те, кто не заглянул достаточно глубоко в предмет путем наблюдения и экспериментов, чтобы увидеть его сложность.

Выразительность света находит применение во всей обширной области освещения, но сцена предоставляет огромные возможности, которые едва задействованы. Когда человек осознает огромные возможности света, тени и цвета как средства выражения, трудно подавить критическое отношение к грубости световых эффектов на современной сцене, нехватке знаний, касающихся скрытых возможностей света, и поверхностному использованию этого потенциального средства. Грубый реализм и почти полное отсутствие глубокого понимания свойств света и цвета являются главными недостатками сценического освещения сегодня. Человек с надеждой обращается к храброму, хотя и небольшому отряду сценических художников, которые стремятся реализовать гармонию освещения, декораций и драмы в так называемом современном театре. Недооцениваемый публикой, которая стекается на мелодраматическое кино, чьи сценарии, поставленные на драматической сцене, были бы высмеяны той же публикой, современный сценический художник стремится использовать потенциал света. Но даже среди них есть самозванцы, которые никогда не добивались ничего стоящего и не имеют настойчивости, чтобы научиться извлекать часть силы света и эффективно ее применять. Освещение страдает в руках художника из-за отсутствия научных знаний и неправильно используется инженером, не обладающим эстетической чувствительностью. Наука и искусство должны быть связаны в освещении.

Достойные усилия сценических художников в некоторых современных театрах не имеют поддержки продюсеров, которые потакают вкусам публики, платящей за входные билеты. По-видимому, современный театр должен сначала пройти через период, в который необходимо получить финансовую поддержку от тех, кто способен ее дать, точно так же, как симфонический оркестр поддерживался ради искусства. Безусловно, пришло время для филантропии прийти на помощь достойным и способным сценическим художникам, которые надеются спасти театральное производство из грязи коммерциализации.

Памятник солдатам и матросам

Портал из драгоценных камней, приветствующий вернувшихся солдат

ИСКУСТВЕННЫЙ СВЕТ, ПОЧИТАЮЩИЙ ПАВШИХ И ВЕРНУВШИХСЯ

Те, кто не видел сценическое освещение из-за кулис, часто были бы удивлены грубостью оборудования и особенно поверхностным интеллектом, который отвечает за некоторые получаемые реалистичные эффекты. Но они являются результатом обычно эксперимента, а не направленного знания. Кроме того, мало внимания уделяется эмоциональной ценности света, тени и цвета. Поток света и пятно света варьируются с помощью кричащих цветовых эффектов, но как редко удается различить глубокую связь между освещением и драматическими событиями!

ВЫРАЗИТЕЛЬНОСТЬ СВЕТА В ЦЕРКВЯХ

Во многих из вышеупомянутых обсуждений нынешние преобладающие театральные постановки не принимаются во внимание, поскольку световые эффекты для них достаточно хороши. В этих постановках прибегают к множеству хитроумных трюков и устройств, и в целом освещение служит достаточно эффективно. Но при рассмотрении выразительности света более глубокая игра является средством, необходимым для использования потенциала света. Это редкость, и, к сожалению, сценический художник, ценящий значение и эмоциональную ценность света и цвета, еще более редок.

Оборудование современной сцены состоит из рампы, бокового освещения, верхнего света, прожекторов заливающего света, точечных прожекторов и множества специальных аппаратов. Одно из самых суровых критических замечаний в адрес сценического освещения с художественной точки зрения может быть направлено против использования рампы для получения доминирующего света. Он направлен вверх, и результатом является неестественное и даже гротескное моделирование черт актеров. Создаваемые тени противоречивы, поскольку они противоположны другим реальным и нарисованным светотеневым эффектам. Единственное оправдание такого освещения заключается в том, что его легко сделать, а правильное освещение трудно получить из-за того, что оно влечет за собой изменение конструкции. Ни в коем случае нельзя отказываться от рампы, поскольку она по-прежнему неоценима для получения рассеянного света, даже когда доминирующий свет направлен выше горизонтали. При нынешнем сценическом освещении, в котором рампа обычно преобладает, выразительность света неудовлетворительна. Возможно, это необходимый компромисс, но поскольку их эффект неестественен, их не следует принимать до тех пор, пока не будет полностью доказано, что изобретательность не может устранить нынешние дефекты.

Сцена в целом представляет собой подвижную картину из света, тени и цвета с добавлением слов и музыки. За исключением последнего, это выражение света, заслуживающее такого же ухода и внимания, какое картина, которая также является выражением света, получает от художника. Декорации и костюмы следует рассматривать в терминах световых эффектов, поскольку на них влияют изменения цвета света. Фактически автор много лет назад показал, что, тщательно сопоставляя цвета света с цветами, используемыми в росписи декораций, можно добиться полной смены декораций простой сменой цвета света. Весьма удивительные эффекты растворения могут быть созданы таким образом без смены декораций. Например, теплая летняя сцена с деревьями в полной листве при желтом свете может быть изменена при голубоватом свете на зимнюю сцену с землей, покрытой снегом, и деревьями без листьев. Но прежде чем такие достижения могут быть реализованы на сцене, научные знания должны быть доступны за кулисами.

Художественный музей предоставляет множество возможностей для использования выразительности света. Это в большей степени относится к скульптурным объектам, чем к картинам, поскольку последние можно рассматривать в целом. Художник почти всегда пишет картину при дневном свете, и если она не освещена дневным светом, ее внешний вид меняется, то есть она становится другой картиной. Большая разница во внешнем виде картины при дневном свете и обычном искусственном свете весьма поразительна при демонстрации с помощью аппаратуры, в которой эти два эффекта могут быстро чередоваться. Художественные музеи призваны выставлять произведения художников, и поэтому никакие изменения в этих произведениях не должны допускаться, если их можно избежать. Современные лампы искусственного дневного света позволяют освещать галереи ночью светом, приближенным к дневному. Дополнительным преимуществом искусственного света является то, что им легко управлять и можно получить более удовлетворительное освещение, чем естественным светом. Учитывая стоимость дневного света в музеях и его недостатки, кажется возможным, что искусственный дневной свет со своими преимуществами может в конечном итоге заменить его в больших галереях. Если произведения художников действительно ценятся за их внешний вид, их освещение очень важно.

Скульптура моделируется светом, и хотя невозможно определить освещение, при котором скульптор созерцал свое законченное произведение с гордостью и удовлетворением, можно уделить наилучшее внимание его освещению в конечном месте экспозиции. Внешний вид скульптуры зависит от доминирующего направления света, телесного угла, образуемого источником света (верхний свет, площадь неба и т. д.), и количества рассеянного света. Направление доминирующего света определяет общее направление теней; телесный угол источника света влияет на характер краев теней, а рассеянный свет объясняет яркость теней. Должно быть очевидно, что вариации этих факторов влияют на внешний вид или выражение трехмерных объектов. Поэтому положение скульптурного объекта по отношению к окну или другому верхнему свету и количество отраженного от окружения света имеют важное значение. Посещения художественных музеев с учетом этих факторов выявляют грубое пренебрежение к освещению произведений искусства, которые должны привлекать благодаря своему внешнему виду, поскольку они могут пробуждать эмоции только через ворота зрения.

Столетие назад человечество не задумывалось об использовании выразительных и впечатляющих свойств света, за исключением религиозных церемоний. Было непрактично использовать свет от слабых пламен тех дней сложным образом, необходимым для того, чтобы задействовать эти силы. Человек был озабочен более насущными потребностями. Ему нужно было достаточно света, чтобы сделать зимние вечера сносными, а улицы относительно безопасными. Художники тех дней видели удивительные выражения света, демонстрируемые Природой, но они не смели и мечтать о соперничестве с ними с помощью искусственного света. Сегодня Природа превосходит человека в создании световых эффектов только по масштабу. Человек превосходит ее художественно. Фактически художник становится мастером только тогда, когда он может усовершенствовать ее обстановку; когда он способен с помощью редкого суждения в выборе и отсесе и с помощью мастерства и изобретательности заменить неполную и неудовлетворительную реальность полной гармонией. Но повсюду Природа является великим учителем, ибо ее мир полон вечно меняющейся бесконечности выражений света. Человеку нужно лишь изучать их с настроенной чувствительностью, чтобы в конце концов иметь возможность играть музыку света для тех, кто наделен эстетическим чувством.

XXIV

ОСВЕЩЕНИЕ ДОМА

В доме искусственный свет оказывает свое влияние на каждого. Без искусственного освещения семейный круг, возможно, не стал бы тем важным цивилизующим фактором, которым он является сегодня. Конечно, цивилизованный человек теперь содрогается при мыслях о проведении вечеров при свете огня на очаге или горящей лучины.

Важность искусственного света отчетливо осознается домохозяином, когда он вынужден временно зависеть от примитивной свечи из-за выхода из строя современной системы освещения. Он бежит из своего дома в дом более удачливого соседа или уединяется в своей беспомощности, чтобы проснуться утром с благословением для дневного света. Он не может представить себе счастье и отдых в домах сто- или двухвековой давности, когда несколько свечей или одна-две масляные лампы были единственными источниками света. Но когда электрическая или газовая служба снова восстанавливается, он вскоре впадает в свое прежнее плацидное безразличие к удивительно эффективному и адекватному искусственному свету современной эпохи.

До недавнего времени искусственный свет стоил дорого, и домохозяин, наряду с другими пользователями света, не заботился о вопросе адекватного и художественного освещения. Его главной целью было использовать как можно меньше, поскольку стоимость всегда стояла на первом месте в его сознании. Развитие науки производства света шло настолько быстро за последнее поколение, что адекватный, эффективный и дешевый искусственный свет заставляет человечество бессознательно смотреть на освещение с тем же отношением, какое он проявляет к своим счетам за еду и топливо. Еще одним следствием этого бурного развития является то, что человечество не умеет извлекать радость из современного искусственного света. Это легко продемонстрировать, проанализировав освещение домов среднего класса.

Стоимость света обсуждалась в другой главе, и было показано, что за столетие она колоссально снизилась. Сейчас это самое перспективное агентство в доме с точки зрения стоимости. Средний домохозяин платит менее двадцати долларов в год за всегда готовый свет по всему дому. Примерно за пять центов в день средняя семья пользуется всеми благами современного освещения, что является достаточным доказательством того, что стоимость — это незначительный элемент.

Чтобы упростить обсуждение домашнего освещения, будет использоваться терминология электрического освещения. Изложенные принципы в равной степени применимы как к газу, так и к электричеству, и благодаря изобретательности экспертов по газовому освещению возможности газового освещения обширны несмотря на его недостатки. Есть некоторые места в доме, такие как кухня и подвал, где освещение носит чисто утилитарный характер в узком смысле, но в большинстве комнат должны доминировать эстетические или, шире, психологические аспекты освещения. Чистая утилитарность всегда является побочным продуктом художественного освещения, и кроме того, световые эффекты будут лишены слепящего света, когда они удовлетворяют всем требованиям эстетики.

Занимаясь освещением дома, домохозяин должен сосредоточить свое внимание на световых эффектах. К сожалению, его этому не учат, ибо куда бы он ни обратился за помощью, он обнаруживает, что обсуждение направлено на светильники и лампы, а не на световые эффекты. Однако они являются лишь звеньями в цепи от счетчика до глаза. Лампы представляют интерес с точки зрения количества и качества света, а светильники важны главным образом как распределители света. Эти детали являются лишь средством для достижения цели, а целью является световой эффект. Конечно, светильники более важны как объекты, чем провода, поскольку они видны и должны гармонировать с общей декоративной и архитектурной схемой.

Дом — это театр жизни, полный различных настроений и событий; поэтому освещение дома должно быть гибким. Должна быть возможна определенная степень разнообразия. Регуляторы, проводка, розетки и светильники должны способствовать созданию этого разнообразия. В настоящее время средний домохозяин не уделяет особого внимания освещению до тех пор, пока не покупает светильники. Вероятно, он думал об этом, когда проектировал или утверждал проводку, но обычно он не задумывается над этим серьезно до тех пор, пока не отправится к дилеру светильников для покупки светильников. И тогда, к сожалению, дилер светильников не освещает его дом; он не продает домохозяину световые эффекты, разработанные для удовлетворения требований конкретного дома; он продает просто светильники.

К сожалению, имеется немного готовых светильников, которые решали бы конкретные задачи в освещении, как того требует жилой дом. Среди огромного разнообразия доступных приборов есть множество художественных объектов, но очевидно, что их дизайну уделяется мало внимания с точки зрения освещения. То, что продавец осветительных приборов обычно воспринимает их как предметы и уделяет мало внимания или вовсе не думает об осветительных эффектах, заметно из его разговора и экспозиции. Светильники он обычно выставляет массово и редко пытается проиллюстрировать эффекты освещения, производимые в комнате.

Вышеприведенная критика приведена для того, чтобы подчеркнуть тот факт, что во всей области освещения огромные возможности, открытые современными источниками света, оцениваются по достоинству далеко не полностью. Точка, с которой следует начинать проектирование освещения дома, — это электропроводка. К сожалению, это слишком часто делается подрядчиком, который не уделял специального внимания возможностям освещения и требованиям к проводке и выключателям, необходимым для их реализации. На этом этапе домовладелец должен попытаться сформировать мнение об относительных ценностях. Настолько ли важно искусственное освещение, чтобы оправдать затраты в два процента от общих инвестиций в дом и его обстановку? Ответ будет зависеть от того, насколько ценится искусственный свет. Представляется, что четыре или пять процентов — не слишком много, если признать, что система искусственного освещения занимает второе место по важности после системы отопления и что эти две особенности являются наиболее важными элементами интерьера жилого помещения. Выключатель или розетка в плинтусе стоят ничтожно малую сумму, но любой из них может окупиться многократно в течение нескольких лет благодаря своей практичности или удобству.

Представляется наилучшим рассмотреть этот вопрос комната за комнатой, поскольку требования значительно различаются, но для конкреты обсуждения будет выбран дом среднего класса. Более важные комнаты будут рассмотрены первыми, и будут затронуты различные простые детали, поскольку, в конце концов, правильное освещение дома достигается вниманием к мелочам.

Гостиная является местом проведения самых разных мероприятий. Время от времени она служит для тихих посиделок семьи, когда каждый ее член увлечен чтением. В другое время в ней может собираться веселая компания за карточной игрой или беседой. Требования к освещению варьируются от светового пятна до потока света. За исключением небольших гостиных, здесь не наблюдается ни одной веской причины для установки потолочного светильника. Он почти всегда оказывается в поле зрения, когда находящиеся в комнате люди общаются, а для чтения переносной светильник удачной конструкции не имеет себе равных. Настенные бра не могут обеспечить общее освещение, не будучи слишком яркими для комфорта. Если они сильно закрыты абажурами, они все же могут излучать много света вверх, но соседние участки на стенах или потолке обычно окажутся слишком яркими. Настенные бра могут быть прекрасными украшениями и декоративными световыми точками и имеют право на существование в качестве таковых, но на них нельзя надежно полагаться в плане адекватного общего освещения в те случаи, когда такое освещение требуется.

В качестве общего принципа полезно визуализировать мебель в комнате при взгляде на чертежи архитектора, а также полезно даже вырезать кусочки бумаги, изображающие мебель в масштабе. Размещая их на чертежах, можно легко представить обстановку комнаты и определить расположение розеток в плинтусах. Кажется, что лучший способ освещения гостиной — это использование декоративных переносных ламп. Такие лампы фактически являются световой мебелью, поскольку они всегда помогают украсить комнату и обставить ее. Несколько таких ламп в гостиной обеспечивают большую гибкость освещения, и свет можно локализовать при желании, так что комната будет уютной. Комната, потолок и стены которой ярко освещены, не так комфортна в течение долгого времени, как та, где эти зоны освещены тускло. Кроме того, последняя больше располагает к чтению и другим занятиям, требующим концентрации. Мебель можно легко перемещать по желанию, а переносные лампы — переставлять.

Такое освещение служит всем целям гостиной, за исключением тех, которые требуют потока света, но под абажурами переносных ламп легко скрыть сложные световые механизмы. Доступно несколько типов переносных ламп, которые обеспечивают как косвенную составляющую, так и прямой свет. Первая освещает потолок потоком света без какого-либо неприятного слепящего эффекта. Такой световой прибор является одним из наиболее подходящих для дома, поскольку два разных эффекта и их комбинация привносят в освещение желаемый элемент разнообразия. В гостиной умеренной площади должно быть предусмотрено не менее четырех, а предпочтительно шести розеток в плинтусах. Одна розетка на каминной полке также желательна для подключения декоративных подсвечников, а бра над камином имеют декоративную ценность. Хотя отсутствие потолочных светильников улучшает внешний вид комнаты, в новых домах может быть предусмотрена проводка для потолочных розеток в качестве страховки на случай возможных потребностей в будущем. Когда потолочные светильники не используются, можно предусмотреть выключатели для каминных бра или определенных розеток в плинтусах, чтобы свет был доступен при входе в комнату.

Достоинства переносной лампы можно определить перед покупкой путем реальной демонстрации. Некоторые из них непригодны в качестве ламп для чтения из-за формы абажура или положения ламп. Практичность настольной лампы можно определить, поставив ее на стол и оценив распространение света сидя в кресле рядом с ней. Напольную торшерную лампу также можно проверить очень легко. Миниатюрная напольная лампа высотой около четырех футов с подходящим абажуром представляет собой отличный светильник для чтения, поскольку ее можно поставить рядом с креслом или перемещать независимо от другой мебели. Высокий торшер часто служит для освещения пианино, но можно найти и небольшие лампы для пианино, которые декоративны и при этом полезны для подсветки нот без слепящего эффекта.

Столовая представляет собой совершенно другую задачу, поскольку обстановка в ней очень определенная. Обеденный стол является самой важной зоной в комнате, и он должен быть самой ярко освещенной зоной в комнате. Демонстрация этого пункта полностью убедительна. Декоратор, который проектирует настенные бра для столовой, интересуется красивыми произведениями искусства, а не правильным световым эффектом. Продавец светильников, у которого есть товары на продажу и который не осознает, что он мог бы удовлетворить острую потребность в качестве специалиста по освещению, с равной вероятностью продаст полупрямой или непрямой светильник, вместо того чтобы обеспечить правильно сбалансированный световой эффект со светящимся столом. Непрямые и полупрямые приборы освещают преимущественно потолок, в результате чего эта яркая зона отвлекает внимание от стола. Ярко освещенный стол удерживает внимание обедающих. Свет привлекает, а полумрак над остальной частью комнаты наступает с эффектом, который гораздо более удовлетворительный, чем залитая светом столовая.

Старомодный купол, висевший над обеденным столом, сослужил хорошую службу, так как он освещал стол и оставлял остальную часть комнаты слабо освещенной. Но его широкое отверстие заставляло подвешивать его довольно низко, чтобы лампы внутри не были видны. Это навязчивый светильник, и несмотря на его отличный световой эффект, он вышел из моды. Но удовлетворительные принципы освещения никогда не устаревают, и по мере изменения вкусов на светильники принципы могут сохраняться в новых приборах. Доступны современные купола, которые отлично подходят для столовой, если лампы хорошо скрыты. Так называемые «каскады» (shower) удовлетворительны, если абажуры плотные и имеют такую форму, чтобы скрывать лампы от глаз. Различные модификации легко напрашиваются сами собой для проницательного дизайнера светильников. Даже домохозяйка может многое сделать с шелковыми абажурами, когда понят принцип освещения обеденного стола. Так называемые канделябры получили широкое распространение в столовых, и они вполне удовлетворительны, если оснащены абажурами, которые отражают большую часть света вниз. Полупрямые и непрямые светильники имеют множество применений в освещении, но они не создают должного эффекта для столовой.

Легко изготовить специальный светильник, который будет направлять составляющую света вниз на стол и позволять небольшому количеству рассеянного света попадать на потолок и стены. Если для прямой составляющей используется лампа дневного света, стол будет выглядеть очень красиво. При таком свете белье и фарфор белые, цветы и украшения на фарфоре предстают во всей красе своих цветов, серебро выглядит привлекательно, а различные цветовые гармонии, такие как масло, паприка и печеный картофель, манят. Это отличное место для лампы дневного света, если рассеянный свет, освещающий остальную часть комнаты и лица обедающих, имеет теплый оттенок, полученный с помощью теплых желтых ламп или путем фильтрации этих составляющих света через оранжевые абажуры. Потолочный светильник должен быть оснащен двумя контурами и выключателями. В некоторых случаях легко предусмотреть свисающую вилку для подключения такого электрического оборудования, как тостер, кофеварка или подсвечники. Два подсвечника эффектно смотрятся на буфете, но обычно самые маленькие лампы нормального напряжения из имеющихся дают слишком много света. Можно использовать миниатюрные лампы с небольшим трансформатором или соединить последовательно две обычные лампы. Удобно иметь по крайней мере две розетки в плинтусах.

Вышесказанное касается более или менее важного освещения столовой, но существуют различные практичные дополнительные световые эффекты, которые придают много очарования определенным случаям. Очень приятен цветной свет низкой интенсивности, получаемый из ниши или из «цветочных ящиков», прикрепленных к стене. Если вокруг комнаты предусмотрена ниша, два контура, содержащие соответственно оранжевые и синие лампы, обеспечат два цвета, сильно различающихся по эффекту. Смешивая их оба, можно получить прекрасный розовый оттенок. Это оборудование было установлено с большим удовлетворением. Более простой способ получения похожего эффекта — использование имитации цветочных ящиков, включаемых в настенные розетки. Искусственная листва добавляет очарования этим ящикам. Цветной свет предназначен лишь для создания дополнительного эффекта по особым случаям, и его интенсивность никогда не должна быть высокой. В столовой такие необычные эффекты не неуместны и им не нужно быть кричащими.

Солнечная комната отчасти разделяет характеристики гостиной, но, будучи меньше, полупрямой светильник может подойти для общего освещения. Тем не менее, переносная лампа, которая обеспечивает косвенную составляющую света в дополнение к прямому свету, служит превосходно как для чтения, так и для заливания комнаты светом при необходимости. Две или три розетки в плинтусах желательны для подключения декоративных или даже чисто утилитарных ламп. Солнечная комната — отличное место для использования светильников в виде «цветочных ящиков», украшенных искусственной листвой. Фактически, центральный светильник может принимать вид «подвесной корзины» из листвы. Библиотека и кабинет не предлагают никаких проблем, отличных от тех, которые уже обсуждались для гостиной. Тщательное рассмотрение расстановки мебели укажет лучшие места для розеток. В небольшой библиотеке настенные бра могут служить декоративными световыми точками, а если абажуры подвесные, они могут служить лампами для чтения. В обеих этих комнатах желательна отличная лампа для чтения, но она также может быть декоративной. Настенные розетки могут потребоваться для декоративных переносных ламп на книжных шкафах.

Спальня, которая обычно служит одновременно и гардеробной, часто демонстрирует ошибки недостаточной дальновидности в освещении. В большинстве комнат такого типа есть одно наилучшее расположение мебели, и если оно определено, легко выяснить, где должны располагаться окна и розетки. Окна обычно могут быть расположены как для двух односпальных кроватей, так и для одной с очевидными преимуществами гибкости расстановки. При определенном положении комода легко разместить розетки для двух настенных бра: по одному с каждой стороны, на высоте около шестидесяти шести дюймов от пола и на расстоянии около пяти футов друг от друга. Когда бра оснащены плотными вертикальными абажурами, фигура перед зеркалом хорошо освещена без слепящего эффекта, а до потолка доходит достаточно света, чтобы осветить всю комнату.

Розетка в плинтусе должна быть доступна для небольших переносных ламп, которые можно использовать на комоде или для электрических нагревательных приборов. То же самое относится и к туглядному столик; на самом деле, две маленькие декоративные лампы на столике служат лучше, чем высокие настенные бра, благодаря тому, что пользователь сидит. Розетка в плинтусе возле изголовья кровати или между кроватями удобна для лампы для чтения и для других целей. Розетка в центре потолка, управляемая удобным выключателем, может быть установлена при строительстве в качестве страховки от будущих потребностей или желаний. Но один световой прибор в центре потолка не удовлетворяет в полной мере потребности у комода и туалетного столика. На самом деле, два настенных бра, правильно расположенных по отношению к комоду, обеспечивают освещение, гораздо превосходящее для всех целей в спальне то, которое создается потолочным светильником.

В ванной комнате главная проблема — осветить человека, особенно лицо перед зеркалом. Здесь совершается много ошибок, несмотря на простоту решения. Чтобы увидеть отражение объекта в зеркале, объект должен быть освещен. Лучше всего делать это простым образом с помощью небольшого светового прибора с каждой стороны зеркала на высоте пяти футов. Обе стороны лица будут хорошо освещены, а источники света расположены достаточно низко, чтобы исключить нежелательные тени. Устройства могут представлять собой просто патроны с цепочками-выключателями, содержащие матовые или опаловые лампы. Центральный кронштейн или единый светильник, подвешенный к потолку, не так удобны, как два бра. Они дают достаточно света для всей ванной комнаты. Розетка в плинтусе или на стене удобна для подключения обогревателя, щипцов для завивки и других нагревательных приборов.

ПОЛУЧЕНИЕ ДВУХ РАЗНЫХ НАСТРОЕНИЙ В КОМНАТЕ С ПОМОЩЬЮ ПЕРЕНОСНОЙ ЛАМПЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ПРЯМУЮ И НЕПРЯМУЮ СОСТАВЛЯЮЩИЕ СВЕТА

Комната для шитья, которая в доме среднего класса обычно представляет собой небольшое помещение, иногда используется как спальня. Потолочный светильник обеспечит адекватное общее освещение, но розетка в плинтусе должна быть доступна для короткого торшера или настольной лампы для шитья. Интенсивный местный свет необходим для этого занятия, которое сильно напрягает глаза. Так называемая лампа дневного света очень хорошо подходит в этом случае.

ОГНИ НЬЮ-ЙОРКА
Возвышающиеся лучевые стволы бросают вызов темноте, а тысячи освещенных окон символизируют успешную борьбу человека с природой

На кухне настенные бра легко разместить после того, как определены положения плиты, рабочего стола, раковины и т. д. Бра для каждого из них целесообразно использовать, если только они не расположены так, что одно послужит двум целям. Обычно используется комбинированный светильник для газа и электричества. Он часто подвешивается в центре потолка, но поскольку газовый свет не может находиться близко к потолку, светильник опускается так далеко вниз, что становится помехой. Более того, низко висящий из центра потолка источник света находится в таком положении, что работающий на кухне человек обычно работает в собственной тени. Если используется потолочный выпуск, он должен быть электрическим патроном у потолка. Комбинированный светильник лучше всего размещать на стене в виде бра. Так называемые лампы дневного света ценны на кухне.

В подвале щедрый запас потолочных розеток значительно повышает удобство подвала. По одной в каждом шкафчике, одна перед печью и большая лампа дневного света над стиральными ваннами, но сбоку от них, стоят во много раз дороже своей стоимости. Более того, настенная розетка для утюга и стиральной машины — это очень ценимое удобство.

В лестничных пролетах удобные проходные выключатели для каждого из потолочных светильников представляют собой лучшую практику. Розетка в плинтусе в верхнем холле дает возможность подключения декоративного светильника и многократно окупается как место для подключения пылесоса, с помощью которого можно обслужить все комнаты на этом этаже. В тамбурах и на крыльце потолочные светильники, управляемые с помощью удобных выключателей, вполне подходят. Прихожую можно сделать гостеприимной с помощью освещения, которое должно быть достаточным и художественным.

Достаточный запас розеток и настенных выключателей стоит недорого, и они приносят щедрые дивиденды. При скудном их запасе возможности освещения сильно урезаны. В размещении выключателей и розеток нет ничего сложного, поэтому домовладелец может сделать это сам или критически оценить представленные планы. Главные трудности заключаются в том, чтобы отбросить свое равнодушие и перестроить свои идеи и ценности. Можно с уверенностью утверждать, что возможности освещения намного превосходят большинство элементов, которые составляют стоимость дома и его обстановки.

Рассмотрев требования и декоративные схемы различных комнат, домовладелец должен быть способен судить об уместности световых эффектов, получаемых от светильников, которые выставляет дилер, но он должен настаивать на демонстрации. Если у дилера нет помещения для этой цели, его следует попросить продемонстрировать их в помещениях, которые предстоит осветить. Если торговец светильниками не осознает, что он должен продавать световые эффекты, домовладелец должен дать ему понять, что световые эффекты имеют первостепенное значение, а сами светильники в большинстве случаев имеют второстепенный интерес. Неиспользуемые розетки, установленные на случай возможных будущих потребностей, могут быть заделаны штукатуркой, если их позиции помечены, чтобы их можно было найти при необходимости.

Преимуществом переносных ламп является то, что их можно забрать с собой при переезде. Фактически, когда освещение со временем станут рассматривать как мощное декоративное средство, каким оно и должно быть, вполне вероятно, что светильники станут личным имуществом, присоединяемым к потолочным, настенным и напольным розеткам с помощью штепселей.

Доступно множество ламп накаливания. Для дома опаловые, матовые или с матовым куполом лампы обычно более удобны, чем прозрачные. Голые нити накала не должны быть видны, так как они не только вызывают дискомфорт и напряжение глаз, но и портят то, что в противном случае могло бы стать художественным эффектом. Лампы с рассеивающими колбами во многом способствуют устранению резких теней, отбрасываемых краями абажуров, цепями светильников и т. д. Эти лампы выпускаются самых разных форм и размеров, и домовладелец должен записать напряжение, мощность и форму ламп, которые он находит удовлетворительными в различных светильниках. Лампа дневного света Mazda находит несколько мест в доме, а белые стеклянные и другие высокоэффективные лампы Mazda удовлетворяют многим потребностям лучше, чем вакуумные лампы. В бра и других чисто декоративных осветительных приборах маленькие матовые лампы обычно наиболее удобны. Существует общее стремление к теплому желтоватому свету свечного пламени, и его можно получить с помощью тонированного абажура, но обычно более успешно — с помощью тонированной лампы.

Домовладельцу будет интересно сблизиться с освещением, так как оно может сослужить ему хорошую службу. Домохозяйка часто найдет много интересного в создании абажуров из текстиля и пергамента. Для всех комнат доступны очаровательные изделия из стекла подходящих оттенков и с расписными узорами. В спальне и детской некоторые из этих расписных узоров чрезвычайно эффективны. Светильники должны защищать лампы от глаз, а рассеивающие среды, будь то стекло или текстиль, должны быть достаточно плотными, чтобы предотвратить ослепление. Ни один светильник не может быть красивым и никакой световой эффект не может быть художественным, если присутствует слепящий свет. Если архитектор и домовладелец поймут, что свет — это средство, сопоставимое со средствами декоратора, результат будет лучше. Свет имеет то огромное преимущество, что он подвижен, и при наличии достаточного количества розеток и средств управления, дополненных светильниками, от которых доступны различные эффекты, домовладелец найдет в освещении один из самых плодотворных источников интереса и удовольствия. Он может сделать многое для выражения вкуса домовладельца или, будучи пренебрежен, свести на нет большую часть эффекта превосходного декора и обстановки. Искусственное освещение, мягко рассеянное и правильно локализованное, является одним из важнейших факторов превращения дома в очаг.

XXV

ОСВЕЩЕНИЕ — ИЗОБРАЗИТЕЛЬНОЕ ИСКУССТВО?

В предыдущих главах прогресс света был обрисован от его туманного младенчества до бурной юности настоящего времени. Было замечено, что прогресс шел медленно до начала девятнадцатого века, после чего он начал набирать обороты, пока нынешнее столетие не стало свидетелем колоссальных достижений. До второй половины девятнадцатого века искусственный свет считался дорогой утилитой, но по мере появления современных ламп, обеспечивающих достаточный свет по разумной цене, внимание стало сосредоточиваться на использовании, и родился инженер по освещению. Постепенно приходит понимание того, что искусственный свет больше не является роскошью, что его можно использовать в больших количествах, и что его можно направлять, рассеивать и изменять по цвету по желанию. Хотя потенциал света едва задействован, нынешнее использование превосходит самые экстравагантные мечты цивилизованных существ полувековой давности. Простой свет того времени был изменен на больший свет по мере развития газового освещения, и больший свет вырос до адекватного света настоящего времени благодаря труду ученых.

Очевидно, что внезапный вынужденный возврат к примитивным пламенам пятидесятилетней давности парализовал бы многие виды деятельности. Многое из того, что интересно и красиво, было бы стерто из этой яркой, пульсирующей, продуктивной эпохи. Поразительно отметить, что практически весь прогресс в искусственном освещении произошел за последние сто лет и что большая часть его пришлась на вторую половину этого периода. Фактически, его развитие с момента его серьезного начала шло вперед со все возрастающей скоростью. Наблюдая за чудесами современного искусственного освещения со всех сторон, нетрудно набраться мужества, необходимого для того, чтобы отважиться заглянуть в его будущее.

Инженер по освещению стал естественной эволюцией нынешней эпохи, поскольку экономические аспекты освещения потребовали внимания. Он повышает безопасность, эффективность и счастье человечества, и цивилизация начинает ощущать его влияние в экономическом отношении. Однако с появлением адекватного, эффективного и управляемого света можно задействовать потенциал света как художественного средства, и художник по освещению, обладающий глубоким пониманием возможностей искусственного света, теперь имеет свой шанс. Но художник, который верит, что новое искусство может развиться до совершенства за несколько лет, обречен на разочарование, ибо достаточно ретроспективно взглянуть на такие искусства, как живопись и музыка, чтобы убедиться, что понимание и признание развиваются медленно на протяжении веков экспериментов и контактов.

Станет ли освещение когда-нибудь изобразительным искусством? Сможет ли оно когда-нибудь само по себе взволновать эмоционального человека так, как это делают изящные искусства? Достаточно ли велики силы света, чтобы очаровать человечество без помощи формы, музыки, действия или произнесенных слов? Безопаснее ответить «да», чем «нет» на эти вопросы. Живопись заняла высокое место как искусство, и это искусство является выразительностью вторичного или отраженного света, подкрепленного имитационными формами, которые в сочетании света и рисунка составляют «сюжеты». Картина — это минутное выражение света, срез чего-то подвижного, например природы, мысли или действия. Свет обладает необходимыми качествами живописи с преимуществами большего диапазона яркости, большей чистоты цветов и великим потенциалом подвижности. Если освещение станет изобразительным искусством, оно, несомненно, будет связано с живописью примерно так же, как архитектура родственна скульптуре. С внедрением подвижности оно заимствует что-то из искусств последовательности и особенно из музыки.

Искусство освещения в своем нынешнем младенчестве опирается на устоявшиеся искусства, точно так же как младенец учится ходить самостоятельно, сначала полагаясь на поддержку. Использование цвета в живописи развивалось медленно, веками подкрепляемое силой рисунка или сюжета. Пейзажи века назад были тусклыми, ибо цвет применялся нерешительно и скупо. Цвета на портретах прошлого лишь изображали пышную одежду былых времен. Но художник настоящего показывает, что цвет начинает использоваться ради самого себя и что художник больше не сомневается в его силе идти рука об руку с рисунком. Рисование и колорирование теперь находятся в партнерстве, причем первое отказалось от опеки, когда второе достигло зрелости.

Освещение теперь является сопровождением драмы, танца, архитектуры, декора и музыки. Оно было фоном или частью «атмосферы», за исключением тех редких случаев, когда кто-то с воображением и дерзостью отводил ему главную роль. Даже в младенчестве оно порой выступало превосходно почти без всякой помощи. Взрывающаяся ракета, потрясающие эффекты на Панама-Тихоокеанской выставке и некоторые выставки на театральной сцене — это проблески потенциала света. Обращаясь к терминологии музыки, это могут быть проблески светомузыкальных симфоний.

Гармония — это одновременность, и картина в этом отношении является аккордом — мгновенным выражением, зафиксированным в материальных средствах. Мелодия света требует последовательности точно так же, как мелодия в музыке. Беспокойные цвета опала составляют световую мелодию, подобную песням птиц. Великолепное великолепие заката сопоставимо по масштабу и по своим различным настроениям с симфоническим оркестром и его возможностями. По всей природе можно найти нежные аккорды, прекрасные мелодии и мощные симфонии света, и эта музыка света демонстрирует сложность и структуру, аналогичные музыке. Между музыкой, поэзией и действительностью света нет физической связи, но легко опереться на устоявшуюся терминологию для целей обсуждения. Те, кто хотел бы построить цветомузыку, идентичную звуковой музыке, совершают ошибку, начиная с физического фундамента вместо того, чтобы основывать искусство световыражения на психологических эффектах света. Другими словами, связь между светом и музыкой может существовать только в психологической сфере.

Эти мелодии и симфонии света в природе, по общему признанию, приятны или впечатляют в зависимости от обстоятельств, но так ли они привлекательны, как музыка, поэзия, живопись или скульптура? Консенсус мнения большой группы обычных людей может указывать на отрицательный ответ, но совокупное мнение этой группы не так ценно, как мнение колориста или художника, ощутившего чудеса света. Беспристрастное мнение художников заключается в том, что свет является мощным выразительным и впечатляющим средством. Психолог, скорее всего, заявит, что эмотивное значение света или цвета несравнимо с привлекательностью отличного обеда или многих других банальных вещей. Но он экспериментировал только с отдельными цветами или простыми узорами, а его испытуемые выбираются более или менее случайно из множества. Каким был бы его вывод, если бы он исследовал художников и других людей, развивших свою чувствительность до глубокого понимания света и цвета? Несомненно, живописец, который поднимает фиолетовый лепесток, упавший с розы, и кладет его на зеленый лист, так же взволнован мощным вибрирующим цветовым аккордом, как музыкант, слышащий изысканную гармонию звуков.

Музыка преподносится цивилизованному человечеству организованным образом веками, и фундаментальной физической основе современной музыки тысяча лет. Стал бы первобытный дикарь ценить современный симфонический оркестр? Даже большинство цивилизованных существ предпочитают современный регтайм или джаз изысканному искусству симфонии. Понимание оперы и симфонии достигается с помощью образовательных методов, простирающихся на долгое время. Нельзя ожидать, что понимание выразительности света будет достигнуто каким-то коротким путем. Большинство людей сегодня наслаждаются мелодраматическим «кино» больше, чем драмой, и сравнительно немногие испытывают глубокое очарование изящных искусств. Конечно, симфония света не может быть справедливо осуждена из-за недостатка ее понимания и осмысления, поскольку она не была представлена публике. Более того, выразительность музыки все еще в лучшем случае неопределенна, несмотря на многие столетия экспериментов со стороны музыкантов.

Если верить поэзии, симфонии света, воспроизводимые природой в заходах солнца, в северном сиянии и других небесных эффектах огромного масштаба, глубоко впечатлили поэта. Если его описания принимать за чистую монету, мелодии света, воспроизводимые в драгоценном камне, в ледяном кристалле и в переливах птичьего оперения, радуют его тонкую чувствительность. Если он искренен, подвижный свет — это соблазнительное средство.

Художник внес небольшой прямой вклад в развитие музыки света. Он занят мгновенным выражением. Он терпеливо ждет его и, ожидая, учится ценить изменчивость настроения в природе, но когда он фиксирует одно из этих настроений, он вносит очень небольшой вклад в искусство подвижного света. К сожалению, художественные школы учат студента мало чему или вообще ничего не учат относительно цвета ради цвета. Когда студент способен довольно хорошо рисовать и знаком с несколькими стереотипными принципами цветовой гармонии, его отправляют следовать по стопам прошлых мастеров. Его можно увидеть в художественном музее, верно копирующим знаменитую картину, или в полях, выслеживающего дерево в надежде стать начинающим Коро. Мир движется и имеет место в рядах лишь для подражателей. Изредка художник берется за работу с энтузиазмом и предается исследованиям, демонстрируя тем самым оригинальность в двух отношениях. Живопись — это такое же поле для исследований, как и производство света.

В последнее время проводятся эксперименты по созданию цветовых гармоний, лишенных формы. Конечно, существует поле для чистой цветовой композиции, и это поле живописи, которое ведет к искусству подвижного света. Многие из бесформенных картин сегодняшнего дня, проходящих под знаменем того или иного исма, являются лишь экспериментами в выразительности света. Будучи бесформенными, они лишены сюжета в обычном смысле и не могут быть чем-то большим или меньшим, чем фиксированное выражение света. Естественно, они получили много критики и были высмеяны, но они не могут ожидать ничего другого, пока их не поймут. Их нельзя понять, пока человечество не выучит их язык, и тогда они должны быть понятными. Другими словами, вокруг искреннего художника-исследователя собираются самозванцы, поскольку у последних нет ни способности зарабатывать на жизнь живописью, ни склонности отказаться от сравнительной безопасности тайны искусства ради практического мира, где их ценность была бы быстро измерена. эта армия прихлебателей не продвинет искусство подвижного света, но искренние искатели принципов световыражения, составляющие основу различных измов, могут внести большой вклад.

Художник всегда будет доступен со своей тонкой чувствительностью, чтобы ценить и помогать развивать искусство подвижного света, но его прямой вклад, судя по всему, исходит из нынешнего хаоса экспериментов в чистой цветовой композиции, в психологии света или, более широко, в выразительности света. Декоратор и дизайнер платьев и костюмов не присваивают себе звание «художника», но они ежедневно создают нечто, что ведет к более полному пониманию выразительности света. Если они не вносят прямой вклад в развитие искусства подвижного света, они по крайней мере помогают воспитывать то, что со временем может стать ценящей публикой.

Художник пишет «натюрморт», декоратор создает цветовую гармонию из абстрактных или условных форм, а костюмер производит цветовую композицию в текстиле. Декоратор и костюмер ближе подходят к чистой цветовой композиции, чем художник в своем натюрморте. Последний представляет собой группировку объектов в первую очередь ради их цветовых нот. Зачем возиться с бананом, когда требуется желтая нота? Зачем использовать абстрактные или условные формы декоратора? Почему бы не следовать этому примеру дальше к менее определенным формам, используемым костюмером? Почему бы не исключить форму еще более полностью? Это важный момент и интересный путь, ибо избавление от формы было одной из запутанных проблем, с которыми сталкивались те, кто мечтал об искусстве подвижного света.

Художник, который использует линию и цвет имитационным образом, возможно, приобрел навык изображения объектов и большее или меньшее понимание прекрасного. Но если он хочет быть созидательным и производить более высокое искусство, он должен уметь использовать линию и цвет без отсылки к объектам. Таким образом, он может помочь в развитии абстрактного искусства, которое является более высоким искусством, и в то же время помочь в просвещении публики с целью оценки чистых цветовых гармоний. Из этих мгновенных выражений света и из полученного опыта колорист подвижного света получит существенную помощь, и его произведения будут просмотрены более восприимчивой аудиторией или, скорее, «оптиенцией», как ее можно назвать. Развитие вкуса к абстрактному искусству необходимо для того, чтобы развивалось искусство подвижного света, и, между прочим, понимание абстрактного в искусстве необходимо во всех искусствах.

Наука внесла большой вклад в расчистку сцены. Она произвела источники света и аппаратуру для управления светом. Она проанализировала физические аспекты смешения цветов и накопила обширные данные, касающиеся цветового зрения. Она указала подводные камни и в последние годы углубилась дальше, исследуя психологию света и цвета. В последней области ожидается ценная информация, но, в конце концов, есть один способ добиться прогресса в отсутствие данных — это предпринять попытки создания впечатляющих эффектов подвижного света. Некоторые из них были сделаны, но, к сожалению, о них возвестили как о готовых продуктах.

Пожалуй, наиболее распространенная ошибка заключается в связывании звуков и цветов путем слишком сильного подчеркивания простой аналогии. Несмотря на вибрационную природу распространения звука и света, это не повод подчеркивать полезную аналогию. В конце концов, важен именно психологический эффект, и абсурдно приписывать какую-либо связь между световыми и звуковыми волнами на основе отношения физических величин. Никакого места не будет уделено такому отношению, потому что оно донельзя поверхностно; однако язык музыки будет заимствован с пониманием того, что никакой связи не предполагается.

Несколько фактов, касающихся зрения, укажут на тенденцию развития, необходимую при представлении подвижного света. Зрительный процесс синтезирует цвета и в этом пункте сильно расходится со слуховым процессом. Ощущение белого цвета может быть обусловлено синтезом всех спектральных цветов в тех пропорциях, в которых они существуют в полуденном солнечнике, или оно может быть обусловлено синтезом правильных пропорций желтого и синего, красного, зеленого и синего, фиолетового и зеленого и огромного множества других комбинаций. Смешение красного и зеленого света может дать точное соответствие чистому желтому цвету. Таким образом, видно, что смешение света вызовет некоторые трудности. Например, компоненты музыкального аккорда могут быть выделены один за другим натренированным ухом, но если смешать два или более цветных света, они полностью сливаются, и результирующий цвет обычно сильно отличается от любого из компонентов. В музыке света компоненты цветовых аккордов должны содержаться раздельно, ибо если они переплетаются подобно составляющим музыкальных аккордов, они неразличимы. Поэтому элементы гармонии в подвижном свете должны вводиться путем предоставления компонентам разных пространственных позиций.

Зрительный процесс более инертен, чем слуховой процесс; то есть огни должны следовать друг за другом менее быстро, чем музыкальные ноты, если их нужно различать по отдельности. Ухо может следовать за самым быстрым исполнением музыкальных пассажей, но существует тенденция цветов к слиянию, если они следуют друг за другом быстро. Эта критическая частота, или скорость, с которой последовательные цвета сливаются, уменьшается с яркостью компонентов. Если красный и зеленый чередуются со скоростью, превышающей критическую частоту, возникнет ощущение желтого цвета; то есть ни один компонент не будет различим, и будет виден ровный желтый цвет или желтый цвет мерцающей яркости. Оттенки сливаются при более низкой частоте, чем компоненты яркости цветов; следовательно, может происходить слияние цвета, который все еще мерцает по яркости. Множество причудливых результатов может быть получено путем изменения скорости следования цветов. Если эта скорость настолько мала, что цвета не имеют тенденции к слиянию, они значительно обогащаются последовательным контрастом. Известно, что расположенные рядом цвета обычно обогащают друг друга, и это явление называется одновременным контрастом. Последовательный контраст вызывает аналогичный эффект усиления цвета.

Эффект, аналогичный динамическому контрасту в музыке, может быть получен с помощью подвижного света путем изменения интенсивности света или, возможно, площади. Мелодия может быть просто получена простым следованием огней. Тембр имеет аналогию в изменении чистоты цвета. Например, данный спектральный оттенок может быть преобразован в большое семейство оттенков путем добавления различных количеств белого света. Ритм так же легко применяется к свету, как и к музыке, поэзии, узору или танцу, но в подвижных огнях его ограничения уже были предложены. Тем не менее, ему суждено сыграть важную роль в искусстве подвижного света, потому что ритмический опыт гораздо приятнее неритмического. Ритм изобилует везде, и ничто так не волнует человечество от самого низкого дикаря до высокоразвитого существа, как ритмические последовательности.

Многие психологические эффекты света были зафиксированы в результате экспериментов и наблюдений, а аффективные значения света были установлены в различных других областях. Возможно, степень удовольствия, испытываемая большинством людей при просмотре цветовой гармонии или восхитительной цветовой мелодии залитого солнцем опала, может быть меньше, чем та, что испытывается при прослушивании исполнения музыки. Однако, если бы это было так, это не вызвало бы никакого уныния, поскольку абсолютные величины играют небольшую роль в жизни. Два события при прямом сравнении могут казаться кардинально различающимися по своей способности вызывать эмоции, но человеческий организм настолько адаптивен, что каждое в своей надлежащей среде может мощно влиять на эмоции. Например, те, кто резвился в воздушных акробатических трюках на высотах облаков или штурмовал вражеский окоп, все еще способны наслаждаться закатом или зовом птицы к своей паре в сумерках. Удивительная адаптивность внутреннего существа является спасением искусства так же, как и жизни.

Общественная рождественская елка

Общественный фестиваль песни

ИСКУССТВЕННЫЙ СВЕТ В ОБЩЕСТВЕННЫХ ДЕЛАХ

При воспроизведении подвижного света справедливо предоставить среде каждое преимущество. Иногда это означает устранение конкурентов, а иногда — устранение препятствий. На сцене свет имел конкурентов, которые лучше поняты. Например, в драме слова и действие легко понятны, и независимо от эффективности света он не получил бы большого признания за эмотивное значение постановки. В чудесной гармонии музыки, танца и света в некоторых недавних выставках танец и музыка подавляли эффекты света, потому что они говорят на знакомых языках.

ПАНАМА-ТИХООКЕАНСКАЯ ВЫСТАВКА
Искусственный свет не только раскрывает красоту декора и архитектуры, но и очаровывает человечество своими собственными неограниченными возможностями

Был предпринят ряд попыток использовать свет в качестве аккомпанемента к музыке, и некоторые из них в малых масштабах были искренними и заслуживающими доверия, но широко разрекламированная выставка в больших масштабах несколько лет назад не была продуктом глубокой мысли и искреннего усилия. Например, цветной свет, брошенный на экран площадью, возможно, двадцать квадратных футов, должен был конкурировать с симфоническим оркестром в Карнеги-холле. Музыка доходила до самого дальнего слушателя в достаточной громкости, но световой эффект сходил на нет до незначительности. Не вдаваясь в определенные детали, которые обрекли выставку заранее, метод воспроизведения светового аккомпанемента обнаружил отсутствие понимания вовлеченных проблем со стороны ответственных лиц.

Между прочим, было показано, что композитор этого конкретного музыкального произведения со световым аккомпанементом был психологически ненормальным; то есть он страдал цветным слухом. Еще не установлено, в какой степени нормальные люди аналогичным образом подвержены влиянию света и цвета. Конечно, нет сходства среди ненормальных и нет между ненормальными и нормальными.

Если свет должен использоваться в качестве аккомпанемента к музыке, ему нужно дать возможность обеспечить «атмосферу». Он не может этого сделать, если ограничен незначительным пятном; ему должно быть придано протяжение. Кроме того, за счет использования прозрачных драпировок форма будет минимизирована, и эсфемерные эффекты безусловно могут быть очаровательными. Но в конце концов световые эффекты должны заполнять поле зрения точно так же, как музыка «заполняет поле слуха», чтобы быть эффективными. Существуют фундаментальные возражения против использования подвижного света в качестве аккомпанемента к музыке, и поэтому нельзя позволять будущему искусства подвижного света опираться на его успех с музыкой. Если он прогрессирует через свою связь с музыкой, многое приобретено; если нет, связь может быть разорвана, ибо музыка вполне способна стоять сама по себе.

Существует тенденция со стороны некоторых революционных сценических художников придавать освещению эмоциональную роль в пьесе, или, другими словами, использовать освещение для получения правильного настроения для действия пьесы. Цвет и чисто живописный эффект являются доминирующими нотами некоторых из них. Все эти современные сценические художники отказываются от сложно реалистической обстановки, и, как следствие, свет получает большие возможности. В более распространенной и поверхностной театральной постановке световые и цветовые эффекты много раз спасали положение, и хотя эти эффекты не относятся к более глубокому эмоциональному типу, они могут добавить зрелищную красоту, которая вызывает аплодисменты там, где пение посредственно, а комедия не является комедией. Потенциал световых эффектов для сцены задействован едва ли, но по мере того, как выразительность света все больше и больше используется на сцене, искусство подвижного света будет продвигаться ровно настолько же. Свет, цвет и темнота имеют много эмоциональных ассоциаций, которые легко понятны и используются, но слияние подвижного света с действием затруднено, потому что его язык понят лишь слабо.

Бесполезно пытаться описать будущую композицию подвижного света. Конечно, существует обширное разнообразие возможностей. Закат может быть сжат в минуты, или опалесцирующее небо может быть мотивом. Меняющаяся интенсивность одного оттенка или родственных оттенков может служить нежной мелодией. Могут быть введены реалистичные эффекты. Выразительность отдельных цветов может быть взята за основу для построения различных мотивов. Они могут быть вплетены в мелодию, в которую может быть введен ритм как по времени, так и по интенсивности. Действие может легко предполагаться, и количество различных цветов в широком смысле, которые видны, сопоставимо со слышимыми тонами. Создание тени так же легко осуществимо, как и в музыке, и развитие этого искусства не должно сдерживаться отсутствием механических устройств и источников света. Инструменты появятся, если добросовестный художник попросит их.

Каким бы ни было будущее искусства подвижного света, несомненно то, что использование выразительности света едва началось. Возможно, светомузыке придется пройти стадию «регтайма» фейерверков и цветовых эффектов музыкального ревю. Если это так, отрадно знать, что она в пути. Конечно, она уже послужила на более высоком уровне в некоторых художественных световых эффектах, в которых подвижность в некоторой степени фигурировала.

Если искусство не будет развиваться быстро, оно будет просто следовать ходу других искусств. Потребуется огромное количество экспериментов, и художники, и публика должны будут учиться. Но если оно когда-нибудь разовьется до уровня изобразительного искусства, его единственным соперником будет музыка, потому что последняя — единственное другое абстрактное искусство. Материальная цивилизация далеко продвинулась вперед, и искусственный свет оказал мощное влияние. Не может ли быть так, что искусственный свет будет ответственен за развитие духовной цивилизации до ее наивысшего уровня? Если подвижный свет станет изобразительным искусством, это будет самым абстрактным достижением человека в искусстве, и оно может быть несравненно более прекрасным и эфирным, чем музыка. Если это будет реализовано, искусственный свет во всех смыслах вполне может заслужить право именоваться факелом цивилизации.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Не будет предпринято никаких попыток дать претенциозную библиографию литературы, относящейся к различным аспектам искусственного освещения, поскольку существует много статей, широко разбросанных по многим журналам. Труды Общества светотехники (Transactions of the Illuminating Engineering Society) предоставляют самый плодотворный источник дополнительной информации; журнал Illuminating Engineer (Лондон) содержит много интересного; а Zeitschrift für Beleuchtungswesen рассматривает освещение в Германии. Х. Р. Д’Аллемань составил подробную «Историю освещения» (Historie du Luminaire), которая обильно иллюстрирована, а Л. фон Бенеш в своем «Освещении» (Beleuchtungswesen) представил множество детальных диаграмм. В обоих этих томах проиллюстрированы осветительные приборы и арматура от ранних примитивных до приборов девятнадцатого века. Несколько последних книг об освещении на английском языке: «Искусство освещения» Белла; «Современные осветительные приборы и светотехника» Гастера и Доу; «Излучение, свет и освещение» Штейнмец; «Искусство освещения» Лакиша; «Практика светотехники», состоящая из курса лекций, представленных различными экспертами под совместной эгидой Университета Пенсильвании и Общества светотехники; «Лекции по светотехнике», включающие серию лекций, представленных под совместной эгидой Университета Джонса Хопкинса и Общества светотехники; а также «Дальность действия электрических прожекторов» Рея; «Электрическая дуга» миссис Айртон; «Электрические дуговые лампы» Цейдлера и Лустгартен, а «Электрическая дуга» Чайлда рассматривают научные и технические аспекты дуги. Г. Б. Бархэм выпустил книгу «Развитие электрической лампы накаливания». «Цвет и его применения» и «Свет и тень и их применения» — две книги Лакиша, которые рассматривают освещение с уникальных точек зрения. «Язык цвета» Лакиша призван представить то, что определенно известно относительно выразительности и впечатляемости цвета. В. П. Герхард выпустил том по «Американской практике газовых труб и газового освещения в зданиях», а Лидс и Баттерфилд — по «Ацетилену». Недавняя книга на французском языке В. Трюделя рассматривает «Электрический свет и его различные применения в театре» (Lumière Electrique et ses différentes Applications au Théâtre). Множество книг посвящено фотометрии, силовым установкам и т. д., но они опущены, поскольку касаются тех фаз света, которые не обсуждались в настоящем томе. «Световая энергия» Кливза — это большой том, посвященный светотерапии, бактерицидному действию лучистой энергии и т. д. Ссылки на отдельные статьи часто можно найти в различных указателях публикаций.

КОНЕЦ

УКАЗАТЕЛЬ

A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M

N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z

Aaron, 43

Accidents: 8;

street-lighting in relation to, 225 et seq.;

percentage (table) of, due to improper lighting, 231

Acetylene: 62;

light-yield of, 106, 107, 170, 187, 191

Actinic rays: effect of, upon human organism, 275

Africa, public lighting in ancient, 31

Agni, god of fire, 40

Air-pump, 130

Air-raids, 225

Alaska, 18, 29

Alchemy, 20

Aleutians, 18

Alexandria, 43, 163

Allylene, 106

Aluminum, 108, 179, 180

Amiens, Treaty of, 69

Amylene, 106

Aniline dyes, 106

Animal: distinction between, and human being, 3; 15;

production of light, 24 et seq.;

sources of light, 30, 31;

oils, 51

Antimony, 294

Antioch, 153

Arago, 114, 196

Archbishop of Canterbury, 49

Archimedes, 19

Arc: lamps, 69, 89;

electric, 111 et seq.;

distinction between spark and, 112;

Davy's notes on electric, 113;

formation of, 115, 116;

Staite and enclosed, 117, 118;

principle of enclosed, 118, 119;

types of, 120;

flame-, 121, 122;

luminous, 122;

electric, 127;

luminous efficiency of electric (table), 124; 160 et seq.;

-lamp in lighthouses, 168 et seq.;

magnetite-, 187; 261

Ardois system of signaling, 199

Argand, Ami: 52;

inaugurates new era in artificial lighting, 53, 54; 63, 70, 76, 77, 78, 97, 167, 196

Argon, 137

Аристофан, «Облака», 19

Art Museums, 9, 13, 322, 323

Asbestos, 170

Asia: public lighting in ancient, 31, 39

Automobiles, 238

Babylon, 39

Bacteria: effect of artificial light upon, 272 et seq.; 281, 282

Bailey, Prof. L. H., 250

Baltimore, 98

Bamboo: carbon filaments, 169

Bartholdi, 302, 303

Маяки. См. Маяки.

Beck, 186

Beecher, 72

Beeswax, 35, 51

Benzene, 106

Bible, cited on importance of artificial light, 42-44

"Bluebird, The," Maeterlinck, 9

Blue-prints, 261

Bollman, 98

Bolton, von, 132, 133

Bombs, illuminating, 182 et seq.

Boston Light, 164, 165, 166, 177

Bowditch, production of regenerative lamp by, 78, 79

Boy Scouts, 17

Bremer, 120

Bristol University, 252

Brush, 68, 159

Building, 8

Bunsen, 81, 85, 89, 148, 149

Bureau of Mines: cited on open flames, 234; 236

Burning-glasses, 19, 20.

См. также Линзы.

Butylene, 106

Byzantium, 34

Cæsar, 163

Canada, 254

Candle-hour, defined, 215

Candles: progress and, 7; 25, 28, 29, 30, 33;

religious uses of, 34, 35;

as a modern light-source, 36, 37;

ceremonial uses of, 38 et seq.; 44, 48, 57, 82, 97, 222, 299, 304

Calcium, 107, 108

Carbolic acid, 106

Carbon: 53, 80, 81;

physical characteristics of, 80, 81; 90, 104, 105, 128, 129, 144, 170

Carbon filament: 127 et seq.;

preparation of, 129, 130, 131;

luminous efficiency of, 131, 132;

lamps, 161;

lamps in greenhouses, 250 et seq.

Carbons, formation of, 115, 116

Carbureted hydrogen, 75

Carcel, invention of clockwork lamp by, 54, 55

Cat-gut, 130

Ceria, 85, 101

Charleston, S. C., 185

Charcoal: 113;

uses of, for electrodes, 115

Chartered Gas Light and Coke Co., London, 74

Chemistry: artificial light and, 256-268

Chicago, 62, 304, 305

Chimneys, 54, 60, 62

China, 19, 31, 32

Chlorate of potash, 22

Christ, 33, 46, 47

Христиане, «дети света», 42

Christmas trees, 43, 304

Chromium, 294

Church of England, 49

Cities: economy of artificial lighting in congested, 13

Civilization: effect of artificial light upon, 4 et seq.;

fire and, 15

Clark, Parker and, 139

Clayton, Dr.: invention of portable gas-light by, 64;

quoted, 64, 65;

experiments of, with coal-gas, 67

Claude, 147

Cleaves, Dr., quoted, 276, 277

Clegg, Samuel: 74;

gas-lighting accomplishments of, 75, 76

Cleveland, 159

"Clouds, The," Aristophanes, 19

Coal: 32;

as a light-source, 55;

supply, 223; 228

Coal-gas: 63 et seq.;

public lighting by, developed, 70 et seq.;

analytical production of, 103, 104;

yield of, retort (table), 105;

analysis of, 106

Coal-mines, 234 et seq.

Cobalt, 294

Coke, 68, 105

Cologne, 157, 158

Colomb, Philip, 197

Color: 9;

relation of artificial light to, 284 et seq.

Colza, 31, 52, 167

Combustion, 82 et seq.

Commerce, 8, 97

Constantine, 42

Copper, 262, 295

Cornwall, 63

Cotton: 101;

carbon filaments, 129, 130

Cromartie, 78

Crookes, 90, 146

Crosley, Samuel, improvement of gas-meter by, 76

Crusies, 32

Daguerre, 258

Dancing, 346

Davy, Sir Humphrey: 33, 68, 73;

first use by, of charcoal for sparking points, 112;

notes of, on electric arc, 113; 114

Daylight, artificial, 12: 284 et seq.;

application of, 287

Daylighting, 12-14

Dollond, 195

Doty, 61, 167

Drake, Col. E. L., discovery of oil in Pennsylvania by, 56

Drummond, Thomas: 171, 185, 196;

quoted on signaling, 197

Dudgeon, Miss, 251, 252

Dyes, 256, 265

East Indies, 29

Eddystone Light, 166, 167

Edison: and problem of electric incandescent filament lamps, 128 et seq.; 129;

quoted on birth of incandescent lamp, 130

Edward I, 274

Edward VI, 49

Efficiency, effect of artificial light upon, 14

Eggs: relation of artificial light to production of, 247, 248

Egypt: 31;

sacredness of light in ancient, 39; 153, 195

Electric filament: 81, 127 et seq.:

approximate value of, lamps (table), 138

Electric pile: construction of, 111; 127

Electricity: 13, 22;

as a light-source, 57;

for home-lighting, 62, 84; 87, 89;

ignition of gas by, 102;

lighting by, 109 et seq.

Electromagnetic waves, 68, 86, 87

Electromagnets, 114, 116

Electrodes, 113, 114, 115 et seq.;

life of, 122

Elizabeth, Queen, 274

England: 32;

petroleum discovered in, 56;

gas-lighting in, 63 et seq.; 166, 251, 274

Erbia, 85

Esquimaux: 18;

use of artificial light by, 31

Ethylene, 106

Factories: 13;

artificial light in, 239 et seq.

Faraday, 113

Filaments, carbon, 129 et seq.

Finsen: 273, 274, 275;

on stimulating action of artificial light, 277; 279, 280

Fire: importance of, to man, 5 et seq.;

man's dependence upon, 15;

mythical origin of, 16;

making, 17 et seq.;

production of, in the stone age, 18;

in early civilization, 19;

ancient worship of, 29, 299

Fireflies: 24, 81, 96, 148, 149, 150

"First Men in the Moon, The," H. G. Wells, cited, 148

Fish: artificial light as bait for, 249

Flame-arcs, 120, 121, 122, 187

Flames: 86, 88, 89;

open, 233, 234 et seq.

Flint, 33

Fool's gold, 18

Fort Wagner, 185

France: lamps in, 55;

early gas-light in, 72

Franchot, invention of moderator lamps by, 55

Frankland, 77

Franklin, Benjamin: 165;

quoted, 210-212; 213

Fresnel, 167, 196

Friction, 16, 17

Gas: 13, 22;

discovery of coal, 32, 33;

early uses of, as light-source, 63 et seq.;

installment of, pipes in England, 63, 64;

Shirley's report on Natural, 66, 67;

first public display of, lighting, 69;

cost of, lighting, 71;

first attempt at industrial, lighting, 72;

first English, company, 74;

first, explosion, 75;

house, lighting, 76, 77; 80, 82;

spectrum of, 90;

modern, lighting industry, 97 et seq.;

origin of lighting by, 98;

first, works in America, 98;

growth of, consumption in United States, 99;

electrical ignition applied to, lighting, 102;

pressure, 102, 103;

water, 105;

carbons in, 106;

production of Pintsch, 109, 110;

salts applied to, flames, 120; 157;

Census Bureau figures on cost of, plants, 221, 222; 224, 341

Gas-burners: 63, 64, 77;

candle-power of pioneer (table), 79;

improvements in, 84

Gas-mantle: 61, 81;

influence of, 99;

characteristics of, 100 et seq.; 187

Gas-meter, Clegg's, 76

Gasolene: lamps, 55; 57

Gassiot, 114

Gauss, 196

Geissler, 146

General Electric Company, 132, 135, 136

Germany: development of lamps in, 56;

early gas-lighting in, 72

Glass, 195, 290 et seq.

Glowers, 139

Glow-worms, 24

Glycerides, 52

Gold, 293

Gout, 275

Gramme dynamo, 117

Grass: 18;

carbon filaments, 129

Greece: 39;

sacred lamps in ancient, 41; 42

Greenhouses, carbon-filament lamps in, 250 et seq.

Hall of Fame, 134

Happiness, effect of artificial light upon, 14

Hayden and Steinmetz, 253

Health, artificial light in relation to, 269-283

Helium, 89

Hemig, 155

Hemp, 21

Henry, William, 75

Herodotus, 56

Hertz, 68

Hertzian waves, 271

Hewitt, Cooper, produces mercury-arcs, 124, 125

Home: artificial light in relation to, 6;

lighting, 325 et seq.

Hindu: light in, ceremonials, 40

Hudson-Fulton Celebration, 306

Huygens, 195

Hydrocarbons, 82

Hydrogen, 81

Illiteracy, artificial light and, 9

Invention, 7, 97

Iowa, 238

Iridium, 129

Iron, 18, 262, 294

Iron pyrites, 18

Italy, 249

Jablochkov: electric candle of, 117

Jamaica, 19

Jandus, 118, 122

Japan: 19;

use of oil in, 30; 281

Jerusalem, 43

Jews: artificial light among, 40

Journal, Paris, quoted, 210-212

Kerosene: 57;

weight of, lumens, 60; 62, 187, 233

Kitson, platinum-gauze mantle applied by, 61

Laboratories: achievements of, 137

Lamps: 16, 25;

Roman, 30; 31;

invention of safety, 33;

ancient funereal, 39;

sacred, of antiquity, 41;

ceremonial, 44;

scientific development of oil, 51 et seq.;

Holliday, 55;

Carcel, 54, 55;

Franchot's moderator, 55;

gasolene, 55;

development of, in Germany, 56;

air pressure, 61;

supremacy of oil, ends, 62;

Bowditch's, 77, 78; 80, 97;

mercury-arc, 126;

electric incandescent filament, 127 et seq.;

gem, 132;

tungsten, 133 et seq.;

luminous efficiency (table) of incandescent filament, 141; 299;

in home, 328-333

Lange, 167

Lard-oil, 51

Lavoisier, 195

Lead, 262, 294

Le Bon, 72

"Legend of Montrose, The," Scott, cited on primitive lighting, 27

Leigh, Edmund, quoted, 226

Lenses, 20, 171 et seq.

Libanius, quoted, 153, 154

Liberty, Statue of, 301, 302, 303

Libraries, 9

Light: relation of artificial, to progress, 3 et seq.;

as a civilizing agency, 3-14;

primitive man and artificial, 4;

Milton, quoted on importance of, 5;

artificial, and science, 7;

artificial, and industrial development, 8;

Maeterlinck's tribute to, 9;

Lincoln's debt to artificial, 9;

symbolism of, 9, 10;

therapy, 10;

in war, 11;

adaptations of, 12; 13;

mythical origin of artificial, 16;

earliest source of, 16;

production of, in stone age, 18;

matches as source of, 21;

animals as, sources, 24, 25;

primitive sources of, 24-37;

evolution of artificial, sources, 24-37;

development, 28 et seq.;

early outdoor use of artificial, 28;

Roman uses of artificial, 30;

beginning of scientific, 33, 34;

candles as modern, source, 36, 37;

symbolism and religious uses of, 38 et seq.;

Bible cited on artificial, 42-44;

in relation to worship, 43, 45, 46;

Argand's contribution to, 53, 54;

coal as, source, 55;

early uses of gas as, source, 63 et seq.;

as a public utility, 70;

first installation of industrial gas, 72;

science of, production, 80 et seq.;

causes of, radiation, 80, 81; 83;

lime, 84; electric, 89 et seq.;

principle of, production, 90, 91;

sources, 93;

various gas-burners', supply, 95;

relative efficiency of, sources, 95, 96;

in the home, 97;

influence of, upon science, invention, and commerce, 97 et seq.;

yield of acetylene, 106, 107;

electric, 109;

influence of gas upon development of artificial, 110;

development of artificial, 111 et seq.;

efforts to improve color of mercury-arc, 125;

electric-incandescent-filament, 127 et seq.;

effect of tungsten, upon, 133 et seq.;

of the future, 143-152;

in warfare, 178-193;

signaling, 194-207;

cost of, 208-224;

and safety, 225 et seq.;

improper use of, 229, 230;

comparison of daylight and artificial, 240;

reducing action of, 258;

bactericidal action of, 272 et seq.;

modifying, 284 et seq.;

spectacular uses of, 298-309;

expressiveness of, 310-324;

utility of modern, 325-340;

evolution of the art of applying, 341-356;

mobile, 347, 348, 349, 350;

psychological effect of, 351 et seq.;

as an accompaniment to music, 352-354

Light-buoys, 10, 169

Lighthouses: 10, 163-177;

optical apparatus of, 172 et seq.

Light-ships, 10, 169

Lighting-systems: comparison of, 12-14

Lime, 84, 107, 108, 294

Lincoln, Abraham, 9

Linen, 18

Link-buoys, 28

Lithopone, 265, 266

Liverpool, 167

Living: comparison of, standards, 238 et seq.

London, 152, 154, 155, 156, 157, 202

London Gas Light and Coke Company, 74

Lucigen, 61

Lumen-hour: defined, 215

Lumens: 60, 94, 215

Lutheran Church, 49

Lyceum Theatre, London, 73

Maeterlinck, Maurice, 9

Magazines, 8

Magdsick, H. H., 303

Magnesia: 84;

Nernst's application of, 138

Magnesium, 179, 180

Magnetite arc, 187

Man: distinction between, and animal, 3;

artificial light and early, 4;

light-sources of primitive, 25

Manganese, 262, 268, 294

Mangin, 188

Mann, 129

Mantles, 95

Manufacturing, 8

Marconi, 68

Marks, 118

Matches: as light-sources, 21; 22, 82

Maxwell, 68

Mazda lamps, 289, 339

Mecca, 40

Mediterranean Sea, 163

Mercury-arc: Way's, 124; 125, 126;

quartz, 125, 126;

attempts to improve color of, light, 125

Middle Ages, 46, 47, 274

Milton, quoted, 5

Mirror, 19

Mohammedans, 40

Moore, Dr. McFarlan, 146, 147

Morality, effect of light upon, 9

Morse code: application of, to light-signaling, 198, 199

Moses, 195

Moving-pictures, 9, 260, 261

Munich, 72

Murdock, William: installment of gas-pipes by, 63; 68, 69, 70;

quoted on industrial use of artificial, 71; 72, 73, 74, 76, 78, 217, 309

Museums: 13;

utilization of artificial light by, 322, 323

Music: light as an accompaniment to, 352-354

Mythology, 16

Nantes, 85

Napoleon, 111

Napthalene, 106

National Heat and Light Co., 72, 74

Natural gas, 99

Navesink Light, 206

Nernst, 138, 139

Newspapers, 8

Newton, Sir Isaac: 7;

quoted on discovery of visible spectrum, 87; 88

New York, 98, 165, 166, 206, 302, 304

Niagara Falls, 108, 306

Nickel, 262

Nielson, 77

Niepce, 258

Niter, 21

Nitrogen, 137

Norfolk, 169

Obesity, 275

Offices, 13

Oil: as a light-source, 29 et seq.;

development of, lamps, 51 et seq.; 155;

in lighthouse, 165 et seq.; 222, 224, 299

O'Leary, Mrs., and her lamp, 62

Olive-oil, 51, 52, 167

Orkney Islands, 29, 177

Osmium, 133

Oxygen: relative consumption of, by oil-lamps, 58, 59; 262

Ozone, 262

Painting, 342, 343, 347, 348, 349

Pall Mall, 74

Panama-Pacific Exposition: 304;

artificial lighting of, 306, 307, 308, 309

Paper: 18;

carbon filaments, 129, 130

Paraffin, 35, 57

Parker and Clark, 139

Paris: experimental gas-lighting in, 83, 84;

Volta in, 111; 154, 185, 210, 212, 213

Peckham, John, 195

Pennsylvania: discovery of oil in, 56

Periodic Law, 145

Petroleum: 35, 51, 55;

discovery of, 56;

constitution of crude, 57; 58, 214

Pharos, 163

Philadelphia, 98, 99, 157

Phillips and Lee, 70, 72

"Philosophical Transactions of the Royal Society of London," 33;

quoted on industrial lighting, 63;

Shirley's report on natural gas in, 66, 67;

quoted, 87

Phœnicians, 34, 39

Phosphorus, 21

Photo-micrography, 12

Photography: 126;

early experiments in, 258;

development of, 259; 291, 292

Picric acid, 106

Pigments, 265

Pintsch: production of, gas, 109, 110, 170

Pitch, 106

Plant-growth: artificial light and, 11, 249 et seq.

Platinum, 85, 128, 129, 262

Plumbago, 113, 130

Plymouth, 166

Poetry, 346

Police, 162

Potash, chlorate of, 22

Priestley, Professor, quoted, 252

Printing, 8

Progress: influence of fire upon, 15 et seq.

Prometheus, 16, 41

Propylene, 106

Ptolemy II, 163

Quartz: 18, 19;

mercury-arcs, 125;

uses of, 126;

in skin diseases, 278, 279

Radiators, energy, 88 et seq.

Radium, 150

Railway Signal Association, 205

Railways: light-signaling applied to, 205

Ramie fiber, 101

Rane, 250, 251

Rare-earth oxides: 85;

properties of, 88, 99

Recreation, 9

Redruth, 63

Reformation: ceremonial uses of light during the, 48, 49

Rheumatism, 275

Robins, Benjamin, 201

Rome, 30, 32, 34, 39, 41, 42, 44

Röntgen, 270, 280.
 См. также Рентгеновские лучи.

Royal Society of London: 33, 63, 66, 67, 70, 73;

and first gas explosion, 75, 111, 112

Rumford, 167

Rushlights, 28, 33

Russia, 281

Ryan, W. D'A., 306

Safety: artificial light in relation to, 14, 225 et seq.

Salts: chemical, 88, 89;

metallic, 120;

silver, 257, 258

Sandy Hook Light, 165, 166

San Francisco, 304, 306-309

Savages, 3, 15, 17

Sawyer, 129

Scheele, K. W., 133;

quoted, 257, 258

Schools, 9

Science: light and, 6, 7; 97;

systematized, 268

Scotland: 26, 31, 32, 48;

oil industry in, 56

Scott, Sir Walter, cited, 27, 98

Sculpture: artificial light in relation to, 184

Search-lights, 11, 169

Section of Plant Protection, 225, 226

Selenium, 267, 293

Semaphore, 199

Shells: illuminating, 179 et seq.

Shirley, Thomas: quoted on natural gas, 66, 67

Siemens, 78

Signaling, 194-207

Silicon: filament, 140

Silk: artificial, 101;

carbon-filaments, 129

Simpson, R. E., 227, 231

Silver, 258, 293

Skin diseases: treatment of, 278, 279, 280

Skylights, 13

Sleep, 8

Smallpox, 274, 275

Smeaton, 166

Soho, 69, 72

South Africa, 129

Sparks: 33, 125

Spectrum: visible, 86;

Newton quoted on, 87;

of elements, 89;

of gases, 90; 120, 121;

mercury, 124-126

Sperm, 31, 51, 52, 167

Spermaceti, 35, 51

Splinter-holders, 27, 28

Stage: and artificial light, 319 et seq.; 343

Staite, 117, 118

Stearine, 35, 52

Stearn, 129

Steel, 18, 33

Steinmetz, Hayden and, 253

Sterilization: quartz-mercury-arc and, 280, 281, 282

Stevenson, Robert Louis, quoted, 177

Stores, 13

St. Paul, 43

St. Paul's Cathedral, 300

Street-lighting: development of, 152-162

Sugar, 22

Sulphide of iron, 18

Sulphur, 18, 21, 179, 180, 294

Sulphuric acid, 21, 22

Sun, 8, 16, 19, 20

Swan, 129

Syracuse, 19

Syria, 153

Tallow, 34, 35, 51, 52

Tantalum: 132;

filament lamps, 133

Tar, 68, 106

Telegraphy, 195

Telephony, 194

Textiles, 256

Thames, 169

Theaters, 9, 319 et seq.

Thoria, 85

Tin, 262

Tinder-boxes, 18, 19, 22

Travelers Insurance Company, 227

Trees, 26

Troy, 42

Tuberculosis, 273

Tungsten lamp, 161 et seq., 187, 261, 290, 303

Typhus, 273

Ultra-violet rays: 126, 150;

in photographic electricity, 267, 268; 270, 272, 294

United States: petroleum in, 57;

gas-consumption in, 99; 164, 165, 166

United States Geological Survey, cited on sale of gas, 222

United States Military Intelligence, 225, 226

Vacuum tubes, 81, 286

Venetians, 195

Ventilation, 13

Verne, Jules, 143

Vestal Virgins, 42

Volcanoes, 166

Volta, 111, 112, 127

Voltaic pile: construction of, 111, 127

Фон Болтон. См. Болтон.

War: and artificial light, 11, 178-193

Washington, 305

Water: sterilization of, by artificial light, 280 et seq.

Watson, Dr. Richard, 67, 68

Watt, 94

Waves: electro-magnetic, 68, 86, 125 et seq.

Wax, 34, 46, 51

Way: mercury-arc produced by, 124

Wells, 61

Wells, H. G., cited, 148

Welsbach, Auer von: 61;

invention of mantle by, 99, 100, 133

Wenham, 78

West Indies, 25

Whale-oil, 31

Wicks, 35, 36, 53, 54, 58, 59

Winsor, 72, 73.

См. также Винцлер.

Винцлер. См. Уинсор.

Вольфрам. См. Тонгстен.

Wood, 26, 27, 28

Woolworth Building, 302, 303

Wounds: treatment of, by artificial light, 10

X-ray: production of, tubes during War, 131; 137, 150, 270, 280

Young, James: discovers petroleum, 56

Yttria, 85

Zeitung, Cologne: 157;

extract from, on street-lighting, 158

Zinc, 125, 130, 267

Zirconia, 84, 85

Список исправлений переписчика

LocationOriginalCorrection
Chapter/SectionPage

Chapter II
18
and similiar material
and similar material

Chapter XIII
167
as a constant level
at a constant level

Chapter XIV
186
the carbons to distintegrate
the carbons to disintegrate

Chapter XV
195
John Pechham
John Peckham

coated with an allow
coated with an alloy

196
with various billiant
with various brilliant

200
key in depressed
key is depressed

Chapter XVI
216
has nearly doubled
have nearly doubled

Chapter XVII
230
this own indifference
their own indifference

Chapter XXIII
314
Nature's lighting varied
Nature's lighting varies

Chapter XXIV
332
so-called cadelabra
so-called candelabra

337
possibilties
possibilities

READING REFERENCES
358
...Applications an Théatre."
...Applications au Théatre."

INDEX
364
Photo-micography
Photo-micrography

365
Siemans
Siemens