Текст книги "Яблочков — слава и гордость русской электротехники"

Автор книги: Николай Капцов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 3 страниц)

Николай Капцов
ЯЛБЛОЧКОВ – СЛАВА И ГОРДОСТЬ РУССКОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Павел Николаевич Яблочков

Есть в науке и технике область, где технический прогресс за последнее столетие проявился с особой силой и где ряд выдающихся успехов был достигнут благодаря творческой мысли и трудам русских учёных и инженеров. Эта область – электротехника.

Открытие электрической дуги, первое практическое решение задачи применения электрического тока для освещения, изобретение гальванопластики, идея и практика технического использования переменного тока, а также принципы его трансформации, создание схемы трёхфазного тока, изобретение радиотелеграфа – всё это русские изобретения и открытия, создавшие новую эпоху в развитии электротехники.

Различной была судьба этих открытий и изобретений. Многие из них сыграли в своё время ведущую роль в мировой науке и технике, другие же остались неизвестны за границей, а в самой России были временно забыты. Это произошло главным образом потому что в царской России прошлого века правящие круги, как правило, недооценивали достижений отечественных ученых и изобретателей и раболепствовали перед заграничной наукой и техникой.

К славной плеяде русских электриков принадлежит и П. Н. Яблочков. Чтобы оценить значение вклада П. Н. Яблочкова в мировую науку и технику, нам придется познакомиться с другими открытиями в области электротехники, предшествовавшими его творческим делам.

Русские изобретатели-электротехники – предшественники Яблочкова

В 1802 году выдающийся русский физик В. В. Петров открыл явление электрической дуги, названное впоследствии вольтовой дугой. Электрическая дуга – дуга Петрова, как надо её по праву называть, – представляет собой электрический разряд в воздухе между двумя сближенными между собой углями. Описывая открытую им дугу, В. В. Петров высказал мысль, что посредством этой дуги «тёмный покой довольно ясно освещён быть может». Но от гениальной мысли, родившейся в мозгу учёного, до её осуществления, и в особенности до широкого применения в практике, путь оказался длинным. Попыток осуществить мысль Петрова о применении электрической дуги для освещения было сделано очень много. Были также предприняты попытки осуществить освещение при помощи электрического тока, используя нагревание твёрдых тел проходящим через них током (лампы накаливания). Так, уже в 1838 году один учёный пытался применить электрический ток для накаливания угольных стержней. Были другие попытки применить электрический ток для освещения. Но все эти попытки долгое время не приводили к удовлетворительным практическим результатам. В первых лампах накаливания тело накала быстро сгорало или окислялось. Электрическая же дуга требовала постоянной регулировки расстояния между углями, так как при горении дуги угли укорачиваются, расстояние между ними увеличивается, условия, в которых происходит явление дуги, меняются, электрический разряд ослабевает и в конце концов, при большом расстоянии между углями, дуга гаснет.

Чтобы избежать погасания дуги, был предложен ряд приспособлений, так называемых регуляторов. В этих регуляторах при уменьшении силы тока специальный электромагнит передвигал один из углей и восстанавливал между ними нужное расстояние.

Регуляторы представляли собой довольно сложные приспособления. Они состояли из электромагнита, а также других деталей, например, из ряда зубчатых колёс и пружин, напоминающих часовой механизм. Один из таких регуляторов изображён на рис. 1.

Рис. 1. Регулятор электрической дуги.

Сложность механизма приводила к нечёткой работе регуляторов и к частой их поломке. Необходимо также иметь в виду, что режим электрической дуги постоянно изменялся не только вследствие изменения расстояния между концами углей, но также и при каждом колебании напряжения электрической цепи, питающей лампу. Поэтому регулировка' была недостаточной, и применение электрической дуги требовало постоянного вмешательства человека.

Кроме того, от каждого источника электрического тока можно было питать только одну дугу. При параллельном включении горела всегда только одна дуга. При последовательном соединении нескольких дуговых горелок регулятор одной дуги мешал работе другой: в одних дугах угли смыкались, в других они расходились на большие расстояния – и вся цепь гасла.

Применять для питания каждой «электрической горелки» свою отдельную маленькую электрическую машину было не только сложно и неудобно, но и очень невыгодно. Маленькие машины были очень неэкономны по сравнению с большими, стоимость их также была много выше, чем стоимость одной большой машины. Все это удорожало как установку, так и эксплоатацию электрического освещения при помощи электрической Дуги. Поэтому целых 70 лет после открытия Петрова электрическое освещение всё ещё представляло собой Дорогую эффектную забаву и применялось только в парадных случаях, наравне с фейерверком. В старых книгах можно найти описания иллюминации в Москве в 1856 году. Можно найти описание «электрических солнц» используемых для световых эффектов в театрах.

Электрическое освещение при помощи дуги находило более широкое применение лишь там, где большие расходы на источники электрической энергии и необходимость постоянного ухода и наблюдения за горелками и регуляторами искупались эффектом, достигаемым при ярком освещении больших пространств в ночное время для производства каких-либо важных строительных работ.

Чтобы сделать возможным широкое использование электрического тока для освещения, электрики того времени должны были найти способ сохранения постоянного расстояния между углями дуги и добиться, как тогда выражались, «дробления электрического света» от одной большой электрической машины; или же, применяя для освещения метод накаливания твёрдых тел, добиться, чтобы «тело накала» не сгорало и не разрушалось слишком быстро.

Лишь в 70-х годах XIX столетия три русских изобретателя – Павел Николаевич Яблочков, Александр Николаевич Лодыгин и Владимир Николаевич Чиколев – почти в одно и то же время, но каждый по-своему, решили эти задачи. Они сделали электрическое освещение практически применимым, и среди них Яблочков довёл свою «свечу» и свою систему освещения до широкого применения во всей Европе.

Работы этих трёх выдающихся русских электротехников тесно переплетались между собой. Поэтому, говоря о Яблочкове, нельзя не упомянуть о работах Лодыгина и Чиколева.

А. Н. Лодыгин в своих работах исходил из представления, что в электрической дуге, горящей между двумя угольными электродами, светятся, главным образом, раскалённые током концы углей, а свечение воздуха в дуге сравнительно очень мало. Кроме того, согласно воззрениям того времени, он полагал, что на поддержание электрического тока через дугу требуется дополнительная затрата энергии (на преодоление «поляризации» дуги, как тогда выражались). Поэтому Лодыгин пришел к мысли отказаться от использования электрической дуги для освещения, а просто сомкнуть оба угольных стержня и пропускать через них ток. Для того чтобы избежать сгорания угля в кислороде воздуха, Лодыгин первоначально считал достаточным поместить более или менее толстый угольный стерженёк в плотно укупоренную стеклянную колбу, как это показано на рис. 2.

Рис. 2. Первая лампа накаливания А. Н. Лодыгина: 1 – угольный стерженек; 2 – металлические держатели; 3– стеклянная колба.

Он полагал, что часть стерженька будет затрачена на соединение с кислородом воздуха внутри колбы, а затем горение и разрушение угольного штабика прекратится, и лампой можно будет пользоваться в течение достаточно продолжительного времени. Осуществив эту идею, Лодыгин первый в мире вынес лампу накаливания из тиши научных кабинетов и лабораторий на улицу и на опыте показал возможность уличного освещения «электрическим светом». В один из тёмных осенних вечеров 1873 года жители Петербурга имели возможность любоваться ярким светом двух электрических фонарей на одной из обычно погружённых в мрак улиц в районе Песков. Этот день справедливо считается датой рождения лампы накаливания.

Демонстрация Лодыгиным электрического освещения имела большой успех и была повторена им в Галерной гавани и других местах Петербурга.

Лодыгин приобрёл патент на свою лампу не только в России, но и в Америке. Впоследствии, основываясь на работах Лодыгина, американский суд решил спор между изобретателем Эдисоном и его конкурентом Сваном тем, что аннулировал патенты обоих.

Известно, что расчёты Лодыгина на то, что кислород воздуха не будет проникать снаружи в колбу его первых ламп и уголёк не будет разрушаться, не оправдались. Тогда Лодыгин построил другой, более совершенный, но и более сложный тип лампы, с масляной укупоркой колбы и большим медным цилиндром внутри неё для уменьшения объёма воздуха. Но построить лампу с угольным телом накала, способную гореть в течение промежутка времени, достаточного для практического её использования, Лодыгину удалось только через несколько лет. В этой лампе, показанной на рис. 3, воздух из колбы был удалён воздушным насосом, простые угольные палочки были впервые заменены стерженьками, специально изготовленными путём прокаливания палочек из твёрдых пород дерева, обсыпанных угольным порошком и прокалённых в тигле без доступа воздуха.

Рис. 3. Лампа накаливания Лодыгина.

Подобного рода лампами было осуществлено пробное освещение одного из больших петербургских магазинов. Эти лампы Лодыгина были также использованы с большим успехом во время подводных работ при постройке Литейного моста через Неву.

Достигнутые успехи позволяли приступить к выпуску ламп накаливания. Но деньги, собранные учреждённым Лодыгиным паевым товариществом, давно уже были израсходованы. Поэтому ему не только не удалось реализовать свое ценное изобретение на практике, но и пришлось для добывания средств поступить слесарем-инструментальщиком в петербургский Арсенал.

Благодаря энергии, настойчивости и недюжинным способностям Лодыгину всё же удалось пробиться на более широкую дорогу инженера. До 1884 года он работал инженером в Петербурге, а затем поступил на завод, изготовлявший лампы накаливания в Париже. В то же время он не оставил своих собственных работ по усовершенствованию лампы накаливания и вскоре одержал крупную победу над Эдисоном. В 1890 году Лодыгин заявил в Америке патент на лампы накаливания, в которых он предложил заменить угольную нить нитью из тугоплавких металлов: вольфрама, молибдена или тантала. Лодыгин указал способ изготовления таких нитей путём электролитического осаждения названных выше металлов на очень тонкой нити из другого, более мягкого металла, полученной обычным методом (путём протягивания). В 1900 году лампы Лодыгина с молибденовыми нитями были выставлены на всемирной Парижской выставке и имели там большой успех. В 1906 году самой крупной американской фирме по изготовлению ламп накаливания пришлось купить патент Лодыгина для того, чтобы иметь право приступить к изготовлению современных нам ламп накаливания с металлическими нитями. Таким образом, Лодыгин не только на несколько лет раньше зарубежных изобретателей построил образцы вполне годных ламп накаливания с угольной нитью, но ему неоспоримо принадлежит также и приоритет изобретения более современных ламп с металлическими нитями; эти лампы уже более тридцати лет тому назад вытеснили лампы с угольной нитью.

Дальнейшая деятельность А. Н. Лодыгина в качестве инженера-изобретателя имела место в области металлургии и других отраслей техники и протекала в Америке. После успеха ламп с металлической нитью Лодыгин вернулся в Россию. Он рассчитывал применить свой большой технический и жизненный опыт на родине для развития в ней передовой техники. Но правящие круги царской России, шедшие в поводу у иностранцев и действовавшие по указке последних, вовсе не собирались развивать передовую технику в собственной стране. Лодыгину вновь пришлось уехать за границу.

Годы учебы и деятельность Яблочкова в России

Павел Николаевич Яблочков родился 26 сентября 1847 года в семье саратовского помещика. Склонность к различного рода физическим опытам и к использованию экспериментального материала этой области науки для изобретения полезных приборов пробудилась у П. Н. Яблочкова с ранних лет. Он построил механический прибор, приходивший в движение при вращении колёс повозки и позволявший отсчитывать пройденный этой повозкой путь.

Родители направили Яблочкова для обучения сперва в Саратовскую гимназию, а через некоторое время, в связи с тем, что он проявил большие способности и успехи в математических науках, – в Николаевское инженерное училище в Петербурге. Они мечтали для него о блестящей военной карьере.

Благодаря хорошему подбору преподавателей инженерное училище дало Яблочкову более широкое и углублённое техническое образование, чем могла дать классическая гимназия тех времён. В училище основательно изучались математика, физика и химия. Хорошо было поставлено обучение иностранным языкам.

В 1866 году П. Н. Яблочков окончил Николаевское училище и был назначен младшим офицером в 5-й сапёрный батальон в Киевскую крепость. Но его не прельщала военная карьера. При первой же возможности, через год после окончания училища, он по болезни уволился с строевой военной службы. Желая пополнить свои знания по электротехнике, которая очень его интересовала, он воспользовался правами, которое давало ему военное звание, для того чтобы поступить в офицерские Гальванические классы в Петербурге. Преподавание в этих классах стояло на большой высоте. Яблочков познакомился там с новейшими достижениями в области изучения и технического применения электрического тока и серьёзно дополнил свою теоретическую и практическую подготовку. Каждый офицер, окончивший Гальванические классы, обязан был прослужить после этого в инженерных войсках в течение года без права на преждевременное увольнение или продолжительный отпуск. Поэтому Яблочков был вновь зачислен в 5-й сапёрный батальон.

Отбыв обязательный срок военной службы, Яблочков в 1870 году окончательно уволился в запас. Ему было предложено место начальника телеграфа тогда ещё строившейся Московско-Курской железной дороги. Он с радостью принял эту должность, так как она давала ему возможность использовать мастерскую телеграфа для осуществления задуманных им опытов и проверки своих изобретательских идей. В то время в России ещё не существовало других электротехнических мастерских или лабораторий.

К этому периоду жизни П. Н. Яблочкова относятся его первые встречи с выдающимся русским электриком В. Н. Чиколевым. Так же как и Яблочков, Чиколев обладал крупным изобретательским талантом, но имел более углублённую научную подготовку. Он окончил физико-математический факультет Московского университета и первоначально предназначал себя к научно-преподавательской деятельности и уже готовился к экзамену на учёную степень магистра. Но вскоре, увлекшись электротехникой, Чиколев отказался от учёной карьеры, покинул место ассистента при кафедре физики в Петровской сельскохозяйственной академии и всецело посвятил себя практической и популяризаторской деятельности.

Громадной заслугой Чиколева являются не столько его многочисленные изобретения, сколько его большая работа как электротехника-теоретика и его огромная и разносторонняя популяризаторская деятельность. Чиколев в 1872 году был одним из наиболее деятельных инициаторов и организаторов электротехнического отдела Политехнического музея в Москве. Этот музей был уже в то время одним из важнейших рассадников технических знаний в России.

В 1880 году группа русских электротехников от имени Русского технического общества начала издавать первый в России электротехнический журнал – «Электричество». Душой и первым редактором этого журнала был В. Н. Чиколев.

Все написанные им статьи и книги были пронизаны уверенностью в возможности всестороннего применения электричества в быту и в технике.

С особенно большим энтузиазмом В. Н. Чиколев проповедывал идею о применении электричества для получения света. Он неоднократно предсказывал скорую победу и быстрое распространение электрического света. Так, на одной из своих публичных лекций в Политехническом музее в Москве он сказал: «Конечно, не детям нашим, а нам самим придётся быть свидетелями широкого распространения электрического освещения». Не прошло и четырёх лет, как эти слова были блестяще оправданы успехами, достигнутыми П. Н. Яблочковым. Но в 1875 году, когда эти слова были произнесены, они казались фантазией. «Как теперь помню, – писал позднее (в 1895 году) в одной из своих статей Чиколев, – какие возражения, какие нападки за публичное сообщение моих личных увлечений вызвала моя фраза». Статью «История электрического освещения», написанную в 1880 году, Чиколев заканчивает словами: «Несколько лет тому назад я заслужил упрёк в увлечении, когда в одном публичном чтении в Москве выразил уверенность, что в самом близком будущем прекрасный электрический свет перестанет быть блестящей игрушкой и завоюет себе серьёзное положение в нашей жизни. Теперь я позволю себе предсказать весьма недалёкое осуществление канализации электричества. Мы сами, а не дети наши должны быть свидетелями этого события, которое будет иметь неисчислимые, беспредельные последствия». Эти слова Чиколева имели в виду прокладку сетей электрического тока – электрификацию страны.

Благодаря такому энтузиазму и широкой здоровой творческой фантазии Чиколева встреча с ним оказала решающее влияние на направление всей изобретательской деятельности Яблочкова.

Яблочков познакомился с Чиколевым на одной из бесед по вопросам электротехники, которые Чиколев проводил в Политехническом музее. Особенно сильное впечатление произвели на Яблочкова попытки Чиколева изобрести конструкцию надёжного регулятора электрической дуги, основанного на новом, предложенном Чиколевым, «диференциальном» принципе. Идея этого принципа заключалась в том, что расстояние между углями определялось действием не одного, а двух электромагнитов. Через обмотку одного из них проходил ток дуги, через обмотку другого – ток, ответвлённый от основной цепи, параллельно дуге. Таким образом, первый электромагнит отзывался на изменение расстояния между концами углей, а второй – на колебания напряжения в сети, питающей дугу. Чиколев предложил несколько типов диференциального регулятора, каждый из которых был всё более и более совершенным. В окончательном виде диференциальный регулятор был разработан и построен им в 1879 году.

Работы Чиколева над диференциальным регулятором побудили Яблочкова сконцентрировать всё своё внимание на том цикле работ, который привёл его к изобретению «свечи». Яблочков изготовил для сильно нуждавшегося в тогда в экспериментальной базе Чиколева по его чертежу один экземпляр диференциального регулятора и сам стал усиленно думать над возможностью применения электрической дуги для освещения. Увлечённый этими мыслями, Яблочков проделал в 1874 году в несколько необычных условиях опыт применения электрической дуги с несовершенным регулятором старого типа в железнодорожном деле. Опыт удался, но Яблочков, неотрывно продежуривший ночь или две при поставленном на передней площадке паровоза электрическом фонаре и всё время корректировавший от руки действие «автоматического» регулятора, лишний раз убедился в невозможности широкого применения такого способа электрического освещения.

В том же 1874 году, чтобы иметь больше времени для своей исследовательской и изобретательской деятельности, Яблочков решился на смелый шаг: оставил казённую службу и открыл в Москве на небольшие личные средства мастерскую физических приборов. Его надежды на успех предприятия не оправдались. Он разорился. Но, несмотря на настояния родных и на свою неудачу, Яблочков не вернулся к проторенной служебной дорожке, а остался верен своим идеям ученого и изобретателя. Тогда родственники отказали ему в какой бы то ни было материальной поддержке.

Убедившись, что в царской России ему ничего не удастся сделать, Яблочков решил уехать за границу и попытаться там приложить свои силы на любимом поприще.

Жизнь за рубежом

По пути в Америку Яблочков очутился в Париже. Он приложил все старания к тому, чтобы извлечь из пребывания в этом городе возможно больше пользы для осуществления своих замыслов. В числе парижских предприятий, с которыми он знакомился, была мастерская часов и точных приборов фирмы Бреге. Эта фирма в течение первой половины XIX века пользовалась широкой известностью. Слово Бреге, или Брегет, стало нарицательным и обозначало хорошие карманные часы этой фирмы, снабжённые боем. Вспомните пушкинские строки:

 
«Онегин едет на бульвар
И там гуляет на просторе.
Пока недремлющий Брегет
Не прозвонит ему обед».
 

В разговоре с Яблочковым владелец и руководитель мастерской Бреге понял, с каким незаурядным человеком он имеет дело, и предложил Яблочкову поступить в мастерскую фирмы в качестве своего помощника. Бреге обещал предоставить Яблочкову полную возможность проделывать опыты по практическому осуществлению электрического освещения и других изобретений и требовал от него взамен только работы по усовершенствованию динамомашины. Яблочков согласился. Он нашёл у Бреге те благоприятные условия, которых так долго и тщетно искал у себя на родине.

Последующие три года были порой наибольшего расцвета изобретательской и исследовательской деятельности Яблочкова. Не прошло и года, как он решил задачу сохранения расстояния между углями электрической дуги, создав осветительный прибор, названный его именем, – «свечу Яблочкова».

Людская молва приписывала изобретение «свечи Яблочкова» счастливому случаю. Говорили, будто бы изобретатель, сидя за столиком парижского кафе и приводя в порядок заметки, набросанные им в течение трудового дня, случайно положил рядом два карандаша, и что при виде этих двух карандашей у него возникла мысль о параллельном расположении двух углей в дуге. Но, конечно, это было не так. Изобретение «свечи» явилось следствием многолетней и упорной работы.

Вот как сам Яблочков рассказывает об изобретении в докладе, сделанном им в 1879 году в Петербурге в Русском техническом обществе: «Первые опыты с электрическим освещением производил я ещё здесь, в России, в 1872–1873 гг. Я работал тогда с обыкновенными регуляторами разных систем, затем несколько времени с вышедшей тогда лодыгинской горелкой системы накаливания. Около этого времени мне пришла мысль, имеющая связь с моими последующими работами.

Я делал тогда следующие опыты: брал очень тонкие угольки, помещал их между двумя проводниками, а для того, чтобы уголь не сгорал, я обматывал его волокнами горного льна. Идея была та, чтобы уголь, накаливаясь, сам не сгорал, а накаливал окружающую его глину или горный лён[1]1
  Горный лён – асбест.


[Закрыть].

Из опытов этих ничего не вышло, и притом производил я их с большим перерывом и даже, наконец, совсем бросил, сохранив у себя мысль о применении глин и других земель к электрическому освещению. Я снова принялся работать только в 1875 г. в Париже и стал употреблять тоже глину и всякие другие пригодные изолирующие вещества, помещая их в вольтову дугу, чтобы поддерживать расстояние между углями. Делая опыты здесь, в России, я употреблял небольшое количество элементов и обширных наблюдений поэтому производить не мог. Работая же в Париже, у Брегета, мне пришлось иметь дело с большими электрическими машинами. Здесь я исследовал свойства этих глин.

Находясь в вольтовой дуге при довольно сильном токе, они плавились и затем испарялись, так что трудно было поддержать горение».

«Затем, – говорил Яблочков, – я придумал приспособление, которое известно ныне под именем моей свечи, т. е. помещал между углями изолировку, которая испаряется одновременно со сгоранием угля».