Одно из самых надежных и безопасных современных оконных стекол - это комплекс, состоящий из нескольких стекол, ламинированных вместе с помощью ламинирующей пленки или специальной ламинирующей жидкости. Стекла окон высотных зданий должны рассыпаться при их разрушении, не образуя острых осколков. При разрушении осколки ламинированного стекла остаются прикрепленными к пленке. Это снижает опасность от разлетающихся осколков или падающего стекла (стекло разбивается, но остается в раме). Триплекс, состоящий из стекол с различными свойствами, дополнительно способствует защите помещения от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей и обеспечивает звукоизоляцию. Современные ламинированные стекла применяются при остеклении фасадов, балконов, окон.
Прозрачные стенки окон современных подводных батискафов способны выдержать огромные давления на дне океана. Пуленепробиваемые стекла усиливают защиту людей в условиях террористических угроз. Прозрачные экраны позволяют дистанцировать человека от опасных и вредных факторов производства. Современные роботы-манипуляторы работают под управлением человека, находящегося за пределами прозрачных камер, в которых могут находиться опасные вещества и бактерии. Таким образом, изобретение оконного стекла и его направленное совершенствование сыграло выдающуюся роль в обеспечении безопасности человека.
Все требования к тому или другому виду современного стекла определяются соответствующими ГОСТами. Например, ГОСТ 111-78 (Стекло оконное) применяется при заполнении световых проемов различных зданий и сооружений. ГОСТ Р 51112-97 (Средства защитные банковские) удовлетворяет требованиям по пулестойкости. ГОСТ Р 51113-97 (Средства защитные банковские) соответствует требованиям по устойчивости к взлому. ГОСТ Р 51136-2008 (Стекла защитные многослойные) регулирует общие технические условия.
1.2 От масляных светильников до электрических ламп
При недостатке естественного освещения необходимо использовать искусственные источники света.
Лучину использовали для освещения жилища с древнейших времен. На открытом воздухе использовали факелы: в России для этого на палку наматывали бересту и поджигали. Позднее изобрели более безопасные масляные светильники со скрученным фитилем: фитиль опускали одним концом в горючее, а другой поджигали. Масляный светильник давал более устойчивое пламя. На Востоке и в Древней Элладе большие помещения освещали масляными факелами. Их же использовали для передвижения на открытом воздухе в темное время суток.
Факелы не только освещали путь, огонь отпугивал хищников. Но открытый огонь опасен, особенно в помещениях. К тому же масляные факелы и лампы сильно коптили, давая слабый свет, копоть загрязняла воздушную среду.
В Средние века в Европе вместо факелов и светильников с жидким горючим для освещения стали использовать более безопасные сальные свечи, которые готовили из вытопленного и очищенного сала и которые обладали теми же недостатками. Дорогие восковые свечи использовали для освещения в церквях, а также в богатых домах. В начале XIX в. появились стеариновые свечи, которые легко оплывали, увеличивая вероятность возгорания. В конце XIX в. в связи с увеличением масштабов переработки нефти массовое распространение получили парафиновые свечи. Свечи дают слабое, колеблющееся от малейшего движения воздуха пламя, читать и выполнять точные работы при таком слабом и неровном освещении затруднительно. Кроме того, работа при свечах оказывает вредное влияние на зрение.
Пожароопасность факелов, открытых светильников и свечей была очень высокой, а на открытом воздухе пламя легко задувало.
Ламповое стекло научились изготавливать в Европе во второй половине XVIII в. И тогда по ночным улицам стало возможным передвигаться с ручными фонарями. В середине XIX в. из нефти получили керосин, дающий более яркое пламя, и создали керосиновую лампу. Но керосин летуч и его пары легко взрываются (по этой же причине для освещения не используют более легкие фракции нефти, в том числе бензин, так как он еще более летуч и взрывоопасен). Ламповое стекло концентрирует пары керосина внутри стеклянной оболочки, большая их часть сгорает. Фитиль керосиновой лампы - тканый, он позволяет вручную с помощью нехитрого устройства регулировать поступление горючего и величину освещенности. Пламя керосиновой лампы (керосинки) меньше коптило, было более ярким, но все же недостаточным для выполнения точных работ. К тому же из-за высоты лампового колпака керосиновую лампу можно было легко опрокинуть, что приводило к многочисленным пожарам.
В начале XIX в. для освещения стали использовать природный газ. Появились газовые горелки, дававшие неяркий свет. Однако газ взрывоопасен и может вызывать отравление, если горелка по какой-либо причине погаснет. Поэтому его чаще использовали для уличного освещения, где он мог рассеиваться в атмосфере.
В XIX в. в связи с изобретением гальванических батарей - источников электричества, начались многочисленные эксперименты. В 1802 г. петербургский профессор физики Василий Владимирович Петров пропустил электрический ток по двум стержням из древесного угля. Между ними дугой перекинулось ярко светившееся пламя. Дуга быстро гасла, так как угольки быстро сгорали. При этом гальванические батареи были громоздкими (и дорогими).
Но открытие не кануло в Лету. Использовать его в целях освещения догадался русский инженер Александр Николаевич Лодыгин, который начал эксперименты с электрической дугой. Для безопасности А.Н. Лодыгин поместил стержни, по которым пропускался ток, в стеклянный шар. Электрическая дуга, имеющая огромную температуру в несколько тысяч градусов (по Цельсию), стала безопаснее. Но стержни быстро сгорали, стекло трескалось, были и другие проблемы. Поэтому изобретатель пошел дальше и разработал принципиально новую идею - идею лампочки накаливания.
А.Н. Лодыгин заменил электрическую дугу на пару угольных стержней, помещая их между двух медных держателей и пропуская через них электрический ток. Стрежни также быстро сгорали, оказалось, что из лампочки необходимо выкачивать воздух. Стеклянная оболочка оказалась достаточно прочной, чтобы выдерживать давление вакуума, и лампа не взрывалась. Будучи заключенной в прозрачную стеклянную колбу, раскаленная светящаяся нить также стала относительно безопасной, и ее температура была ниже, чем температура электрической дуги.
Таким образом, в 1873 г. русским инженером А.Н. Лодыгиным была создана первая в мире электрическая лампочка накаливания. Одновременно лампочку собственной конструкции (свечу) на основе опять-таки электрической дуги изобрел другой русский инженер - Павел Николаевич Яблочков, который в 1876 г. получил на нее патент. В качестве источника тока П.Н. Яблочков использовал генератор тока собственного изобретения. Свеча Яблочкова горела ровным постоянным светом, не требовала никаких замен. Но электрическая дуга давала слишком яркий свет и, нагреваясь сама, быстро поднимала температуру в освещаемом помещении, что делало ее не слишком пригодной для использования в небольших помещениях.
Лампочка накаливания П.Н. Лодыгина практически не нагревала помещение, и ее было удобно и безопасно использовать в домашних условиях. Но в России не удалось наладить массовое производство ламп, и П.Н. Лодыгин уехал в Америку, где с изумлением узнал, что там его лампа носит имя Эдисона. Эдисон несколько раз усовершенствовал лампу П.Н. Лодыгина, не меняя идею. Эдисон получил несколько патентов не на изобретение лампы накаливания, а на усовершенствование лампы П.Н. Лодыгина. Например, он стал использовать угольные нити из бамбука. Но в основном усовершенствования Эдисона касались только стоимости лампы. П.Н. Лодыгин не стал выяснять отношения, а начал изобретать новую лампу. Прежде всего, он заменил угольную нить лампы на вольфрамовую. Лампами накаливания Лодыгина с тугоплавкой (с температурой плавления 1310?С) вольфрамовой нитью мы и пользуемся до сих пор. Лампы с вольфрамовой нитью экономичны, дают ровный яркий белый свет, служат тысячи часов и практически безопасны. Держатели лампы стали изготавливать из молибдена, элемента - аналога вольфрама, но притом имеющего практически одинаковый со стеклом коэффициент линейного расширения, что позволяет сохранять герметичность стеклянной оболочки лампы, а, следовательно, и безопасность в ходе ее эксплуатации.
Но, тем не менее, даже современные лампочки накаливания иногда взрываются из-за дефектов изготовления и перепадов напряжения в электрической сети, при этом стеклянная оболочка разлетается на тысячи мелких и острых кусочков. Поэтому в XX в. светильники многократно подвергались усовершенствованию. Были также изобретены новые типы светильников, использующих различные принципы излучения света.
Особое место занимают холодные и экономичные светодиодные светильники. Использование того или иного типа светильника, в том числе в производственных условиях, определяется его свойствами и назначением и регулируется государственными стандартами, а также санитарными и гигиеническими требованиями к освещенности в зависимости от класса точности выполняемых работ.
Отметим также роль светопроводящих (оптических) волокон в освещении. Гибкое, тонкое и легкое полимерное стекло нашло своеобразное применение в качестве источника света, помогая спасать жизнь и здоровье человека. Светопроводящие волокна в сочетании с современными электронными микроскопами и лазерной техникой используют для освещения внутренних органов человека в ходе сложнейших внутриполостных операций. Их используют, например, для освещения изнутри сосудов человека с целью диагностики или операции. Многие операции, невозможные ранее по жизненным показаниям, теперь выполняются с помощью гибких и тонких светопроводящих волокон, одновременно выполняющих несколько функций, в том числе и функцию освещения операционного поля внутри тела человека.
Сложные оптические системы со светопроводящими волокнами используют в приборах ночного видения, позволяющих в отсутствие достаточного внешнего освещения выполнять скрытое наблюдение. Без них не обходятся современные охранительные системы на границах. Они находят применение в надводной и подводной технике, при полетах в ночное время и при ограничении видимости.
Остановимся на развитии систем уличного освещения. Первое искусственное уличное освещение было использовано в начале XV в. В 1417 г. лондонский мэр распорядился вывешивать на улицах фонари зимними вечерами, чтобы рассеять ночную мглу. Первые уличные фонари использовали свечи и масло.
Первая регулярная система уличного освещения была создана в XVII в. в Амстердаме, так как горожане по ночам часто падали в неогороженные каналы. Но были еще две цели: борьба с преступностью и борьба с пожарами. Предложил эту систему как раз организатор пожарной охраны Ян ван дер Хейден, который и получил должность директора и инспектора городского освещения. Было установлено две с половиной тысячи масляных фонарей, которые использовалась до 1840 г. В 1682 г. фонари разработанной им системы применили для освещения еще двух городов, в том числе Берлина.
В начале XVI в. парижан обязали держать в домах у окон светильники в темное время суток. Людовик XIV - "король-солнце" - в 1667 г. издал указ об освещении городских улиц, и огни многочисленных светильников сделали передвижение по ночным улицам Франции значительно безопаснее.
В 1698 г. восемь фонарей были впервые установлены у царского дворца в Москве. Основав Петербург, Пётр I приказал устраивать ночное уличное освещение по праздникам. В прочие дни по ночным улицам ходили с фонарями. В 1730 г. указом московского магистрата "О сделании для освещения в Москве стеклянных фонарей" было организовано уличное освещение.
Регулярное уличное освещение в Лондоне было организовано 1807 г., когда появились газовые фонари. Был нанят штат фонарщиков, которые ходили по улицам и вручную зажигали фонари с наступлением темноты, что требовало постоянных хлопот и затрат.
А.Н. Лодыгин, вплотную столкнувшись в 1870 г. в Париже именно с проблемой ночного освещения улиц, решил использовать для этой цели яркий свет электрической дуги, для чего и разработал первую из своих ламп. В 1873 г. состоялась ее публичная демонстрация, в том числе и на улицах Петербурга. Лампа была значительно безопаснее керосиновых светильников и давала гораздо более яркий свет, при котором даже на улице на значительном расстоянии от источника света можно было читать газеты. Но угли в лампе А.Н. Лодыгина после их сгорания надо было периодически менять, каждый раз откачивая воздух. Операция замены могла выполняться только специалистом, и не была безопасной.
Проблему решила дуговая лампа П.Н. Яблочкова. Свечу Яблочкова применили для уличного освещения в Париже, где окрестили "русским светом". Ее стали использовать не только для наружного освещения, но и для освещения больших помещений. Около 1880 г. "русским светом" воспользовались в России, осветив некоторые улицы, а также заводы в Петербурге.
Свеча Яблочкова породила серию дуговых ламп, в том числе ксеноновые лампы. Дуговые лампы используют до сих пор в прожекторах, в маяках и всюду, где требуется мощный источник света и нет специальных ограничений по величине теплового потока. Но в конце XIX в. у дуговых ламп появились многочисленные конкуренты.
В настоящее время существуют тысячи наименований светильников различных типов, в том числе предназначенных как для освещения улиц, так и в других системах наружного освещения. Появились галогенные лампы накаливания, а также люминесцентные и флуоресцентные лампы.
Существует несколько типов газоразрядных ламп, в том числе лампы высокого давления, ртутные, неоновые, натриевые и др. Часть из них активно применяют в рекламных целях, что помогает жителям хорошо ориентироваться на городских улицах в ночное время. Современные светодиодные лампы являются одними из самых безопасных и требуют меньшего расхода энергии при тех же параметрах освещенности. Поэтому они широко используются для уличного освещения, а также в бытовых помещениях и на промышленных объектах. Малый расход электроэнергии и высокая степень безопасности привела к тому, что светодиодные лампы повсеместно используют в качестве средств сигнализации, в том числе в качестве датчиков в охранных системах.