Таким образом, Яблочковым была решена задача, над которой много лет трудился целый ряд изобретателей: задача сооружения практически удобной дуговой электрической лампы.
Сохранилось много преданий об обстоятельствах изобретения этой лампы. Так, сверстник Яблочкова Перский в своих воспоминаниях, доложенных на Первом всероссийском электротехническом съезде, говорит: «В январе или феврале 1876 г., сидя за столом одного из Парижских кафе, Яблочков положил на стол два карандаша параллельно друг другу и у него вдруг блеснула мысль, если заменить эти карандаши углями и произвести между ними вольтову дугу, то длина ее останется постоянною без посредства какого бы то ни было механизма».
Жена Павла Николаевича, М. Н. Яблочкова, пишет: «Павел Николаевич заболел лихорадкою. Но несмотря на болезнь, он продолжал работать в своей комнате над своей свечей, еще находившейся в зачаточном состоянии, и вот, как он рассказывает, выйдя погулять, на углу Бульвара Сен-Мишель и улицы Соммерар, где он жил, он остановился и даже крикнул: «нашел»! Это была окончательная идея свечи. На другой же день он взял привилегию и пошел сообщить об этом Ниоде и Бреге».
Несомненно, такие эпизоды могли иметь место, но все имеющиеся сведения позволяют утверждать, что свеча не выскочила внезапно готовой из головы Яблочкова, как мифологическая Афина-Паллада из головы Зевса, но явилась плодом длительных трудов и долгих исканий. Не сразу свеча получила и ту форму, в которой она, можно сказать, завоевала мир. В своей первой привилегии (французской от 23 марта 1876 г.) Яблочков описывает свое изобретение так:
«Это изобретение состоит в полном уничтожении всякого механизма, обычно применяемого в существующих электрических лампах. Вместо того, чтобы осуществлять механически автоматическое сближение проводящих углей по мере их сгорания, я просто укрепляю эти угли один рядом с другим, как это показано на фигуре, разделяя их изолирующим веществом, способным сгорать одновременно с углями, например, каолином. Приготовленная таким образом пара углей может быть помещена в нечто вроде специального подсвечника (фиг. 3), и затем достаточно пропустить через них ток от батареи или какого-нибудь другого источника для того, чтобы образовалась между концами углей вольтова дуга. В случае тока одного направления, вследствие того, что один из углей расходуется быстрее, чем другой, следует применять угли разного сечения, дабы поддержать постоянным равенство их длин. Вместо этих двух угольных палочек, укрепленных на двух сторонах каолиновой прослойки, я могу применять каолиновую трубочку, внутри которой помещен угольный цилиндр, окруженный угольной трубкой.
Для зажигания, или приведения в действие лампы, я снабжаю два свободных конца углей соединением, которое при проходе тока сначала краснеет, а потом сгорает и служит для возникновения дуги.
Если мне нужно поддерживать светящуюся точку на постоянной высоте в рефлекторе, я применяю часовой механизм с электрическим механизмом, приводимым в действие ответвленным током, или без такого механизма, если он не необходим.
Вместо обычных углей я могу применять угольные аггломераты, что особенно удобно для конструкции из трубок, о которой сказано выше.
На приложенном рисунке изображен случай, когда оба угля расположены параллельно, но я сохраняю за собой право в некоторых случаях давать одному относительно другого наклон».
К этой французской привилегии приложен рисунок (фиг. 4), изображающий свечу в продольном и поперечном сечениях. Четыре описанных в патенте типа свечей предназначены все для питания постоянным током, так как сечения электродов во всех типах различны. На фиг. 5а дан снимок двух оригинальных свечей Яблочкова, вставленных в специальный подсвечник Яблочкова, хранящихся в Электротехническом музее Ленинградского политехнического института.
На фиг. 5б изображен тот же подсвечник со свечей, вставленный в фонарь с матовым шаром для уличного освещения.
В русской привилегии (апрель 1878 г.) указано также несколько типов свечей с углями в виде стержня, помещенного по оси пустотелого угольного цилиндра, или двух стержней, помещенных параллельно один другому. В этой привилегии говорится: «Угольные палочки помещаются параллельно в цилиндрический патрон (из бумаги или из амиантового (азбестового) картона), а промежуток наполняется порошкообразной (изолирующей) смесью. Когда патрон наполнен смесью до краев, его замазывают раствором кремнекислого кали». Рисунки такой лампы и углей и приведены в привилегии (фиг. 6).
В связи с применением бумажного или асбестового внешнего патрона в привилегии сказано, что «угольки разделяются между собой изолирующим телом, могущим сгорать или улетучиваться с углями. Изолирующими телами могут служить каолин, стекло, цементы, лаки и пр. Для изолирования предпочтительно брать не твердые, а сыпучие тела, в виде более или менее сыпучего порошка, составленного из земель, кремнеземных соединений и вообще всех тел наиболее тугоплавких… Одна из смесей, употребляемых с успехом, составляется из одной части извести, четырех песка и двух частей талька. Эти вещества тщательно смешиваются… При примешивании к изолирующему телу графита в порошке получается пламя значительного блеска. Сгорание изолирующего тела позволяет, кроме того, изменять и окраску получаемого света; для этого к порошку примешивается небольшое количество металлических солей, употребляемых в пиротехнике. Соли натрия окрашивают пламя в желтый цвет и тем, в особенности, способствуют изменению синих и фиолетовых лучей, находящихся в избытке в электрическом свете».
И в русской привилегии изображены угли различного сечения, т. е. лампа предназначалась для питания постоянным током.
За первой французской привилегией (от 23 марта 1876 г.) последовал в период с сентября 1876 г. до марта 1879 г. ряд добавочных, французских же, привилегий, касающихся отдельных усовершенствований в устройстве свечи.
В первой из добавочных французских привилегий (16 сентября 1876 г.) Яблочков касается, главным образом, так же, как и в русской привилегии, состава изолирующей массы, применяемой для разделения в его свече угольных электродов.
«Лампа моей системы, — пишет Яблочков, — основана на принципе образования вольтовой дуги между двумя углями без помощи какого бы то ни было механического приспособления для сближения углей, так как эти угли просто-напросто отделяются и удерживаются на подходящем друг от друга расстоянии прокладкой из изолирующего плавкого вещества…
Оно может быть и не каолином, например, можно применять всякого рода остекловывающиеся материалы, в состав которых можно вводить металлические окислы, дающие возможность давать свету различные окраски.
Эти окислы можно вводить также в состав углей, если применять угольные аггломераты, вместо ретортных углей.
Известно из опытов разложения призмой электрического света, что в спектре разложения находится широкая фиолетовая полоса. Так как фиолетовые лучи утомляют зрение, то я могу вводить в состав изолирующего материала вещества, могущие давать желтые лучи. Эти последние, смешиваясь с фиолетовыми, могут давать белый свет.
Само собой разумеется, что мои лампы могут иметь различные размеры в зависимости от силы света, которую от них надо получить, и что можно до бесконечности менять относительное расположение углей и изолирующего материала».
Эта привилегия Яблочкова интересна в том отношении, что она устанавливает за Павлом Николаевичем приоритет в применении окислов металлов для изменения окраски света дуги, не только посредством включения окиси в состав изолирующей прокладки между углями, но и в состав самих углей, т. е. в том применении окислов, которое много лет спустя стало предметом привилегий для целого ряда ламп «интенсивного света», ламп для туманов и вообще ламп с «пропитанными углями».
К вопросу о примесях разного рода к основному материалу, служащему для изолирования одного электрода от другого, Яблочков возвращается и во второй, третьей, четвертой и шестой дополнительных французских привилегиях (2 октября 1876 г., 23 октября 1876 г., 21 ноября 1876 г. и 11 марта 1879 г.). В этих привилегиях он дает некоторые новые конструкции свечи и пытается решить вопросы об автоматическом зажигании потухшей свечи, а также важнейший вопрос — вопрос о дроблении электрического света. Под термином «дробление света» понимали тогда питание от одного общего источника тока ряда источников света разной силы.
Во второй дополнительной французской привилегии (от 2 октября 1876 г.) Яблочков указывает на то, что если в качестве изолирующего слоя вместо сильно огнеупорных масс применять смеси, которые, расплавляясь, образуют между угольными стержнями жидкую каплю сиропообразной конституции, то вольтова дуга между углями образуется, главным образом, в местах, где капля соприкасается с углями. Если перемещается капля, то перемещается и дуга. При применении таких изолирующих смесей, по наблюдениям Яблочкова, длина вольтовой дуги может достигать нескольких сантиметров при таких напряжениях, при которых в обычном воздухе дуга могла бы быть лишь в несколько миллиметров. Следствием этой легкости прохождения тока, создаваемой наличием между углями жидкой капельки, является не что иное, как дробление электрического света на источники света, дающие свет, равный весьма малому числу газовых рожков. «Именно этот экспериментальный факт, вытекающий из практики применения моей системы, я и выставляю как главный предмет настоящей дополнительной привилегии. При помещении в цепь нескольких подсвечников с электрическими свечами моей системы и изменяя толщину углей и толщину изолирующей прослойки, получают следующие результаты: ток от одной машины, дающий свет в сто рожков, достаточен для создания вольтовой дуги уже не между парой углей одной свечи, но между углями нескольких свечей. Таким образом, проблема питания нескольких источников света, сравнительно небольшой интенсивности, от одного источника электрической силы (батареи или магнитоэлектрической машины) решается простым расположением и составом моей свечи».
