Глава 10. Да будет свет!
Остановиться, оглянуться
Есть такой совет у мудрых людей: когда долго и упорно преследуешь какую-то цель, очень полезно время от времени останавливаться и оглядываться на пройденный путь. Так сказать, подвести некоторые итоги.
Наша книга об истории электричества и магнетизма, о том, как люди познакомились с этими явлениями, как от мифических представлений перешли к вопросам, что они собой представляют и каким законам подчиняются. И наконец, о том, что мы могли бы получить от использования электромагнитных эффектов. Так уж устроен человек, что из всего хочет извлечь некую практическую пользу. На этом зиждется прогресс.
Мы с вами познакомились с самыми древними размышлениями о таинственной силе магнита и электричества, побывали и в эпохе, когда ученые шаг за шагом пытались с помощью опытов и теории уяснить себе законы, которым эти силы подчиняются. Увидели, как практики, пока физики из отдельных феноменов складывали общую стройную картину, старались приспособить открытые явления к требованиям жизни общества.
Давайте и мы остановимся временно на достигнутом великими и попробуем взглянуть дальше, в конец XIX столетия, когда накопившиеся знания, как взрыв, в течение нескольких лет создали совершенно новую ступень цивилизации, создали тот электрический мир, вне которого не смогла бы сегодня выжить большая часть населения Земли…
Начнем с самого начала. Польза от магнита древним мудрецам была понятна. Магнитная стрелка может служить путеуказателем. Кроме того, магнит будто бы лечил. Вспомните доктора Гильберта. А что давало нам электричество? Искры, молнию… Сомнительная польза. Хорошо, что Франклин и Ломоносов научили нас защищаться от грозы громоотводами. Но что же дало толчок практическому применению неведомой электрической силы? Посмотрим в начало XIX века. 1802 год. Профессор Петербургской медико-хирургической академии Василий Петров зажигает электрическую дугу, обещающую дать новый источник света и победить тьму ночи. Великое открытие. Но оно не выходит из стен лаборатории. Если согласиться, что это начало практики, то вольтов столб был изобретен еще раньше. Нет, не то…
А вот еще дата: 1832 год. Барон Павел Львович Шиллинг фон Канштадт устанавливает между Зимним дворцом в Санкт-Петербурге и Министерством путей сообщения электрическую телеграфную связь. Смотрите-ка, это уже не лаборатория. Пожалуй, именно создание телеграфа и есть истинное начало практики, потому что все, сделанное ранее, принадлежало науке.
В том же году на основании исследований Ампера и Фарадея, выяснивших зависимость между механической энергией и энергией электрической, Пикси строит первую магнитоэлектрическую машину, способную преобразовывать один вид энергии в другой. Пройдет совсем немного лет, и мощные электрогенераторы, правнуки машины Пикси, погонят постоянный и переменный ток по проводам, зажгут миллионы ламп накаливания и вдохнут новую жизнь в производство. Начнется на Земле новая ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭРА.
Рождению электротехники и будет посвящена третья, заключительная часть книги. Я не зря говорил, что перед вами история электричества. Время, в которое судьбе угодно было поместить нас с вами, еще не история, это еще современность. Поэтому не сетуйте на автора за то, что он не расскажет вам о технических достижениях конца ХХ и начала XXI веков, а остановится на фактах, уже отплывших по течению великой реки времени. Наша книга об истоках, о том, с чего начался окружающий нас ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МИР.
Электротехнический взрыв
Если посмотреть на хронологию научно-технического прогресса, нетрудно заметить, что он никогда не движется равномерно. Годы и десятилетия могут проходить в спокойном бездействии, а потом вдруг начинается бурное развитие. Появляются новые технические принципы, изобретатели придумывают новые машины, создаются новые технологии.
На самом деле, наверное, «тихие годы» нужны для того, чтобы накопились противоречия, созрели новые требования и подготовились условия для «взрыва». Мы этой «тихой работы» просто не видим, как не замечали современники Ампера, даже Фарадея и Максвелла их подготовительных трудов для бурной эпохи конца XIX – начала XX столетия. И все же нельзя не удивляться. Деды и бабушки моих читателей еще прекрасно помнят керосиновые лампы, печное отопление в городах, телефоны с разделенными трубками и микрофонами, укрепленными на стене, и детекторные радиоприемники. Ламповые же радиоприемники-новинки были величиной с небольшой холодильник. То есть за время жизни двух-трех поколений окружающий нас мир вещей разительно переменился. И начало этому изменению положили все те события, которые были описаны в предшествующих главах.
Электрический свет и надежда на применение электричества для совершения механической работы были сверкающим Олимпом, добраться до которого мечтали люди науки и техники. Но для этого нужно было сперва научиться производить электроэнергию, то есть придумать, сконструировать и построить электрогенераторы. Пусть сначала – постоянного тока.
Затем освоить передачу электроэнергии на расстояние, чтобы использовать ее главное преимущество. И передавать так, чтобы в линии передачи не терялась большая часть энергии, вырабатываемой машинами, то есть добиться высокого коэффициента полезного действия – КПД. А уж потом придумывать приборы и аппараты, которые будут потреблять электроэнергию на приемном конце линии и превращать ее в другие виды необходимой человеку энергии: в свет, в тепло и холод, в механическую силу и движение, в технологический процесс, и так далее, и тому подобное. Позже от простого электрического телеграфа люди перейдут к передаче сообщений с помощью электромагнитных волн, придумают радиолампы, от них уйдут к транзисторам и интегральным схемами дальше по пути микроминиатюризации, к технологиям на молекулярном уровне, вернувшись к лягушкам Гальвани, ученые перейдут к объединению с биологией… Но здесь история уже заканчивается и наступает черед фантастики. А это не наша тема. Мы с вами пока находимся во второй половине XIX столетия, ближе ко второй его трети.
Рукотворное освещение
Мы помним, что честь открытия вольтовой дуги принадлежит Василию Владимировичу Петрову, профессору физики Петербургской медико-хирургической академии, о чем он сам и написал в своей книге «Известия о гальванивольтовских опытах», изданной в 1803 году. Семь лет спустя то же открытие независимо от Петрова повторил и продемонстрировал своим коллегам английский ученый Гемфри Дэви. Это было начало XIX столетия. Между тем первые практически пригодные дуговые лампы появились лишь полвека спустя. В чем же причина такой задержки?
Как ни странно, люди довольно долго не умели ценить свет. Примитивная жизнь древнего общества в основном начиналась с восходом солнца и продолжалась до наступления темноты. С возникновением городов и усложнением общественной жизни дня стало не хватать. И для его продления пользовались светом открытого огня: факелов, масляных светильников, редко – дорогих восковых свечей, которые являлись предметом роскоши. Их стали делать в Париже в XI веке.
Любопытно, что во времена царствования французского короля Филиппа Красивого были изданы законы против роскоши. В них употребление восковых свечей разрешалось лишь узкому кругу придворных высокого происхождения. Но даже в королевском дворце на пирах залы освещались дымными факелами, которые слуги держали в руках.
Европейские города даже в XV веке вовсе не освещались. Каждый имущий должен был брать с собой слуг с фонарями, чтобы не только не сломать себе ноги на узких изрытых улицах, но и не быть ограбленным. Но постепенно само развитие городской жизни поставило перед властями проблему освещения.
В XVI столетии парижская полиция потребовала от домовладельцев в девять часов вечера выставлять в одном из окон нижнего этажа дома зажженный фонарь. А в 1662 году аббат Лодат де Кардифф получил привилегию на организацию в городах Франции артелей факельщиков и фонарщиков, которые за плату сопровождали запоздавших путников.
Людовик XIV повелел поставить фонарные столбы с масляными светильниками по углам парижских улиц. Была даже выбита медаль по поводу этого события.
В 1786 году французский инженер и химик Филипп Лебон предпринял первые опыты по применению газового освещения. А в самом конце XVIII века в Англии фонарями со светильным газом была оборудована мануфактура изобретателя паровой машины Джеймса Уатта и его компаньона богатого заводчика Болтона.
Роберт Бунзен (1811–1899)
В 1804 году было создано первое общество газового освещения. Газовые компании быстро распространились по всему миру. Я вспоминаю о них, поскольку в дальнейшем именно они неоднократно ставили палки в колеса прогрессу электрического освещения.
История электрического освещения делится на две части: история лампы накаливания и история ламп с электрической дугой. При этом первые попытки практически применить и тот и другой вид светильников относятся почти к одному и тому же времени. Оба принципа прошли нелегкий путь развития, поскольку изобретателям пришлось решать немало технических проблем.
Прежде всего не существовало надежных и достаточно мощных источников тока. Кроме того, Петров и Дэви пользовались дугой, возникающей между древесными углями. Такие угли были непрочны и быстро сгорали. Выход нашел немецкий химик Роберт Бунзен.
Он предложил использовать твердый нагар, который остается на раскаленных стенках газовых реторт. Из кусков этого нагара удавалось выпиливать стерженьки, которые хорошо проводили ток и в ослепительном пламени дуги сгорали значительно медленнее древесных углей. Но – сгорали, и как только расстояние между ними увеличивалось, дуга гасла. Для поддержания пламени следовало все время следить за расстоянием между стержнями. Нужно было придумать механизм, автоматически поддерживающий между углями все время одно и то же расстояние. Изобретатели предложили великое множество остроумных конструкций регуляторов.
Почему понадобилось множество конструкций? Дело в том, что свет дуги чрезвычайно резкий и яркий. Им хорошо освещать большие площади или помещения вокзалов. А для освещения домов желательно было научиться его «дробить», то есть освещать помещение не одной мощной дугой, а несколькими менее мощными. Да еще хотелось бы иметь возможность менять в них силу тока… Но светильники включали только последовательно, друг за другом в единую цепь. Как тут добиться разного тока? Кроме того, стоило погаснуть одной дуге, как гасли и все остальные.
Дуговая лампа французского изобретателя Жаспара с автоматической регулировкой расстояния между стержнями
Последовательное и параллельное соединение дуговых ламп
Вы спросите: почему не подключили их параллельно? Не было бы проблемы. Но не забывайте, что мы находимся еще в XIX веке. Генераторы слабенькие, постоянное напряжение на зажимах машины поддерживается с трудом, провода дороги, а для параллельного включения их нужно больше. Короче говоря, не любили электротехники в то время параллельного соединения. В результате на первых порах это приводило к тому, что каждую дугу обслуживал отдельный генератор. Дорогое получалось удовольствие от такого освещения.
В 1856 году в Москве российский изобретатель полковник Александр Ильич Шпаковский предложил оригинальный регулятор и зажег одновременно одиннадцать дуговых светильников. Правда, проблему «дробления света» его установка, как и системы других изобретателей, не решала. Справился с нею электротехник Владимир Николаевич Чиколев. В 1871 году несколько экземпляров его лампы было изготовлено в Москве в мастерских физических приборов П. Н. Яблочкова и Н. Г. Глухова, и Владимир Николаевич смог продемонстрировать усовершенствованную модель своей лампы на заседании физического отделения Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии.
Дуговые лампы с различными видами автоматических регуляторов
Как всегда, новое с трудом пробивало себе дорогу в России. В 1876 году генерал Петрушевский передал описания и чертежи лампы Чиколева Главному артиллерийскому управлению. И лишь в 1880 году ее описание появилось в технических журналах. Зато стоило французским электрикам познакомиться с переводом статьи, как буквально через несколько дней в ряде европейских государств появились заявки на схожие конструкции. Это вызвало немало споров в технической прессе.
Дуговые лампы с дифференциальными регуляторами широко распространились не только в России, но и за рубежом.
Владимир Николаевич Чиколев родился в Смоленской губернии. Лишившись родителей, он был отдан в Александровский сиротский кадетский корпус в Москве. Затем – училище пехотных офицеров. Увлекшись физикой, молодой человек оставляет училище до производства в офицеры и поступает вольнослушателем в Московский университет на физико-математический факультет. Закончив курс, он в 1867 году получает приглашение стать ассистентом в физическом кабинете профессора Цветкова, где у него есть возможность заниматься своими экспериментами. Успешность занятий приводит Чиколева к мысли о сдаче магистерских экзаменов. Но всеобщее увлечение проблемами электрического освещения уводит его в сторону от задуманного. На Всероссийской политехнической выставке 1872 года он представляет ряд приборов. Тут – его дуговая лампа, ящичная гальваническая батарея и миниатюрный электродвигатель к швейной машине, питаемый от нескольких элементов Даниэля.
Владимир Николаевич Чиколев (1845–1898)
Строго говоря, несмотря на целый ряд созданных им оригинальных электротехнических приборов, Владимир Николаевич Чиколев не был изобретателем. Его больше интересовали факты и явления из области электричества и возможность применения на практике новых устройств. Так, в петербургский период своей деятельности Чиколев много работал в области прожекторной техники, создал теорию расчета, предложил систему дробления света с помощью зеркал. Руководил работами по реконструкции электротехнического хозяйства Охтенского завода. Чиколев отдал немало сил развитию и совершенствованию электротехники. И всегда шел своими оригинальными путями, поддерживая тесную связь с наукой. Он опубликовал около тридцати крупных научно-технических работ и издал ряд книг, в том числе популярного характера.
Владимир Николаевич был одним из инициаторов создания Шестого (электротехнического) отдела Русского технического общества и журнала «Электричество».
В 1877 году в Главном артиллерийском управлении организуется электротехнический отдел, и Чиколев получает приглашение занять руководящую должность. Он переезжает в столицу. Петербургский период – основной в деятельности Владимира Николаевича. По его инициативе при Орудийном заводе строятся электротехнические мастерские, устраивается специальная лаборатория. Военно-инженерное ведомство организует офицерские электротехнические курсы, на которых преподает Чиколев. Он создает целый ряд устройств для армии, публикует справочные книги и атласы, курс лекций и руководств по применению электротехники для военных целей.
В последние годы Владимир Николаевич написал книгу «Не быль, но и не выдумка», которую сегодня можно было бы назвать научно-фантастической. В ней он рассказывал о той роли, которую может играть в жизни человечества электричество. И многие из его предвидений осуществились к нашему времени. Он начинал свои опыты в годы, когда «электротехника сильных токов» (так называли тогда практику применения электричества в технике) еще не вышла из лабораторных стен. 22 февраля 1898 года железнодорожная дрезина, на которой ехал Чиколев, потерпела аварию, и Владимир Николаевич погиб. К этому времени промышленность уже имела в своем распоряжении достаточно мощные электрогенераторы, была решена проблема централизованного производства электроэнергии с передачей ее на большие расстояния и создана система трехфазного тока. Начал внедряться электропривод. Таким образом, за короткий срок жизни талантливого изобретателя в электротехнике произошел настоящий скачок.
Дифференциальная лампа В. Н. Чиколева
Швейная машина с электрическим приводом
Примерно в те же годы был изобретен еще один вид дуговой лампы – с ртутными электродами. Предложил ее доктор Аронс. Он П-образно согнул стеклянную трубку, налил туда немного ртути, выкачал воздух, запаял и в оба колена вставил электроды, подключенные к генератору. Стоило встряхнуть трубку, как между полюсами возникала дуга. Свет ее не был ослепительным, но он оказался настолько богат синими и зелеными лучами, что окрашенные поверхности, освещенные ртутной лампой, меняли свои цвета.
Дуговые лампы с закрытой дугой
«Русский свет» в Париже
В 1875 году в Петербурге открылась новая мастерская физических приборов. Основали ее П. Н. Яблочков и Н. Г. Глухов, два изобретателя, с увлечением конструировавшие электротехнические новинки и обсуждавшие великое будущее электрического освещения.
Однажды, укрепляя подключенные к источнику питания угли параллельно друг другу, Яблочков случайно замкнул их, и между концами стержней вспыхнула дуга. Изобретатель отшатнулся, ожидая, что дуга погаснет. Но пламя горело ровно и не прерывалось, пока оба угля не сгорели дотла. Но ведь это же гениальное решение проблемы для дуговой лампы!.. Простое решение! Теперь дуговая лампа не будет нуждаться ни в каком регуляторе…
К сожалению, оба изобретателя оказались плохими предпринимателями. И через некоторое время их предприятие потерпело финансовый крах. Яблочков уехал во Францию, где поступил в электротехнические мастерские, изготавливающие телеграфные аппараты и электрические машины. В одиночку он закончил работу над своим изобретением. Оказалось, что положительный электрод сгорал быстрее, и нужно было рассчитать его толщину. Новизна принципа и простота окончательной конструкции, ее безотказность в работе были несомненны. В 1876 году Яблочков получил в Париже патент на свое изобретение, и на следующий год «свеча Яблочкова» заблистала на Лондонской выставке, где стала гвоздем программы. Предприимчивый француз Денейруз уговорил его за солидный пакет акций вступить в учредители акционерного «Общества изучения электрического освещения по методам Яблочкова». И скоро яркий свет электрических дуг в «свечах Яблочкова» поглотил тусклые огоньки газовых фонарей, освещавших улицу и площадь Оперы в Париже. Для смягчения блеска дуги каждую свечу заключили в матовый колпак, и молочно-белые шары сияли на парижской улице, как спустившиеся с неба звезды.
Петр Николаевич Яблочков (1847–1894)
«Из Парижа электрическое освещение распространилось по всему миру, – писал Петр Николаевич в одном из своих писем, – дойдя до дворца шаха персидского и короля Камбоджи». Изобретатель стал знаменит. Но Яблочков не останавливается на достигнутом. Он пробует питать свечи переменным током, и это оказывается еще удобнее и проще, потому что теперь угли сгорали более равномерно и их можно было делать одной толщины. Да и машины переменного тока оказывались проще и дешевле динамо. Одновременно Петр Николаевич стал включать в цепь индукционные катушки с железными сердечниками – прообразы будущих трансформаторов, и это позволило подключать к одной машине несколько свечей.
Решив вернуться на родину, Яблочков выкупает у компаньонов их паи и переезжает в Петербург, чтобы создать там свое «русское товарищество». Возвращение было триумфальным. Один из репортеров так описывал приезд Петра Николаевича в столицу: «Он поселился в роскошных апартаментах «Европейской» гостиницы, и кто только не бывал у него: светлости, сиятельства, высокопревосходительства, превосходительства без числа, городские головы. Яблочкова всюду приглашали нарасхват, везде продавались его портреты, в газетах и журналах ему посвящались сочувственные, а иногда и восторженные статьи.» Наконец товарищество «Яблочков-изобретатель и Ко» было учреждено, и мастерские стали выпускать по заказам «свечи Яблочкова».
Чертежи П. Н. Яблочкова: электрическая свеча и гальванические элементы горения
Но оказалось, что в общем электрическое освещение громадной стране, привыкшей к лучине, свечам и, в лучшем случае, к масляной лампе, не очень-то и нужно. А российские компаньоны малопрактичного изобретателя менее чисты в своих помыслах, чем даже жуликоватые французы. Короче говоря, когда первый бум прошел, дела товарищества резко пошли на спад.
Тяжелее же всего было то, что Яблочков, познакомившись с первыми лампами накаливания, сразу понял их неоспоримые преимущества перед его «свечой». В 1893 году он тяжело заболел, и тогда его положение вовсе стало критическим. Он писал: «Проработав всю жизнь над промышленными изобретениями, на которых многие люди нажились, я не стремился к богатству, но я рассчитывал, по крайней мере, иметь на что устроить для себя лабораторию, в которой мог бы работать не для промышленности, но над чисто научными вопросами, которые меня интересуют. И я, возможно, принес бы пользу науке, как я это сделал для промышленности, но мое необеспеченное состояние заставляет оставить эту мысль… Я в настоящее время имею на личном счету только нищету, грудную болезнь… Вот мой баланс за семнадцать лет работа…» Через год Петр Николаевич Яблочков скончался.
«Господин Лодыгин, это изумительно!»
Мысль применить электрический ток для накаливания проводника, чтобы воспользоваться им для освещения, вытекала из теплового действия электричества. В 1844 году английский инженер де Молейн пробовал раскалить платиновую проволочку, помещенную в стеклянный шар. Похожие попытки предпринимались во Франции и в Германии. Но даже тугоплавкая платина быстро перегорала. И вот снова известия из России…
Темным осенним вечером 1873 года толпы петербуржцев спешили на Пески. Там их ожидало чудесное зрелище. В двух уличных фонарях керосиновые лампы были заменены какими-то стеклянными пузырьками, от которых шли провода в толстой резиновой оболочке к «световой машине». Рядом суетились люди. Прилично одетый господин в длинном расстегнутом пальто что-то прикручивал, соединял. Провода лежали прямо на панели и путались под ногами. Но вот застучала машина, зачихала, завертела якорь генератора, и пузырьки на столбах вспыхнули ярким светом. Люди вынимали припасенные газеты, сравнивали, на каком расстоянии от старого керосинового или фотогенного фонаря и нового можно разобрать буквы. Разница была впечатляющей. Присутствующие поздравляли изобретателя: «Господин Лодыгин, это прекрасно! Господин Лодыгин, это изумительно!»
Триумф технического прогресса.
Рисунок художника XIX века, показывающий победное шествие электричества
В общем-то, создание системы освещения было для Лодыгина делом случайным, или попутным, что ли. Замахивался он на большее…
Александр Николаевич Лодыгин родился 6 октября 1847 года в Тамбовской губернии, в имении отца. С юных лет его ожидала обычная для отпрыска небогатого провинциального помещика карьера: кадетский корпус в Воронеже, а потом Московское военное училище. Однако военная служба не прельщала молодого человека, его голова была полна технических замыслов. Отслужив положенный срок, Александр подпоручиком вышел в отставку. Отец был против. Он негодовал, лишил поддержки. Тогда молодой отставной военный из дворян поступает на Тульский оружейный завод. Работает сначала молотобойцем, потом слесарем и одновременно изобретает. Идеи и образы небывалых машин теснятся у него в мозгу, не дают спокойно спать. Лодыгин задумал построить «электролет» – летательную машину тяжелее воздуха, которая будет приводиться в действие электричеством.
Александр Николаевич Лодыгин (1847–1923)
Но кому в Туле нужен «электролет»? И Лодыгин едет в столицу, в Петербург. Он передает свой проект в Инженерное управление военного министерства, рассказывает о нем репортерам столичных газет. В газетах появляются сенсационные описания его машины, а министерство молчит.
В 1870 году Лодыгин решает предложить свой проект Франции, которая воюет с Пруссией. Но у него нет денег на поездку. Знакомые студенты с шапкой по кругу собирают девяносто восемь рублей, и Александр Николаевич уезжает. Однако на одной из промежуточных станций у него пропадает чемодан с чертежами «электролета». Все! Катастрофа! Без чертежей, без денег, практически без языка – ох уж этот французский из кадетского корпуса! Но есть умелые руки, которые одинаково ценятся во всем мире. И Лодыгин поступает слесарем на завод, а вечерами по памяти восстанавливает чертежи. Поддерживает его Феликс Турнашон – командир бригады аэронавтов. Веселый, воинственный француз, хорошо знавший известного писателя Жюля Верна и зачитывавшийся его романами, видит в молодом русском воплощение Робура-завоевателя.
Несмотря на массу трудностей, русскому изобретателю удается восстановить чертежи своего воздушного аппарата. Комитет национальной обороны Франции ассигнует пятьдесят тысяч франков на постройку «электролета Лодыгина», но…. Война проиграна. «Электролет», так и не родившись, умер. А патент «на применение электричества в воздушной навигации» получили некоторое время спустя воздухоплаватели братья Гастон и Альфред Тиссандье. Впрочем, от проекта воздушного корабля у Лодыгина осталась незначительная деталь. Для освещения своего летательного аппарата изобретатель предлагал лампочку накаливания.
В кругу друзей изобретатель рассказывал, как однажды, спроецировав изображение вольтовой дуги на экран, он обратил внимание на то, что свет исходит лишь от самых кончиков раскаленных углей. «А что, ежели удалось бы раскалить весь уголь?» Так в голову ему пришла идея перейти к одному тонкому углю. А чтобы тот не перегорал, Александр Николаевич решил заключить его в герметическую стеклянную колбу. «Как только весь кислород израсходуется, – рассуждал он, – разрушение угольного стерженька прекратится.»
С этой мысли начались его поиски, опыты и пробы. Он сконструировал такой светильник, и некоторое время его лампочка исправно горела. Имея уже некоторый опыт, Лодыгин запатентовал изобретение во Франции и в ближайших государствах, а вернувшись в Россию, получил на нее привилегию. Теперь следовало найти способ показать свое изобретение как можно большему числу заинтересованных лиц.
Лампа накаливания А. Н. Лодыгина
Лампа А. Н. Лодыгина, усовершенствованная В. Ф. Дидрихсоном
В ту пору в Санкт-Петербурге через Неву строился Литейный мост. Лодыгин предложил осветить место подводных работ. Это позволило бы продемонстрировать возможности нового вида освещения. Получив согласие, он конструирует специальный «подводный фонарь».
Изобретение лампочки накаливания высоко оценила Академия наук, присудившая автору Ломоносовскую премию.
В 1874 году Лодыгин совместно с банкиром Козловым организовал «Товарищество электрического освещения А. Н. Лодыгин и Ко». Через год во главе товарищества встал предприниматель Кон, который под своим именем выпустил в продажу лампу Лодыгина, усовершенствованную инженером В. Ф. Дидрихсоном. В лампе уголь помещался в баллон без воздуха и по мере сгорания автоматически заменялся другим.
Но по миру еще шла победным маршем «свеча Яблочкова», простая в производстве и с более ярким свечением, чем лодыгинское изобретение. А капитал «Товарищества» составлял всего десять тысяч рублей. Прошел год с небольшим, скончался Кон, и компания потерпела финансовый крах. Лодыгин снова поступает слесарем. На этот раз в петербургский Арсенал, где скоро переходит на должность инженера.
В конце 70-х годов XIX века на верфях Северо-Американских Соединенных Штатов по заказу петербургского Адмиралтейства строились корабли. На их приемку выехал в Америку лейтенант русского флота А. Н. Хотинский. Он взял с собой несколько ламп Лодыгина. Может быть, чтобы оборудовать помещения кораблей? А почему бы и нет? Изобретение было запатентовано в России, во Франции, Великобритании, Австрии, Бельгии… Случилось как-то, что молодой лейтенант показал привезенные лампы изобретателю Эдисону, которому новинка чрезвычайно понравилась, и американец принялся за усовершенствование русского изобретения. «Конечно, трудно установить, насколько описанное обстоятельство имело влияние на изобретение Эдисона. Но то обстоятельство, что изобретение Лодыгина было известно в Америке, явствует из судебного разбирательства в процессе между Эдисоном и Сваном», – пишет известный историк электротехники профессор М. А. Шателен. Американский суд аннулировал спорные привилегии обоих изобретателей, мотивируя свое постановление тем, что уже существуют лампы Лодыгина. Тем не менее весь мир справедливо считает современную лампу накаливания «лампой Эдисона». Американский изобретатель проделал тысячи опытов, прежде чем у него в руках оказался стеклянный пузырек с выведенными наружу контактами угольной нити. Из пузырька был выкачан воздух. Эдисон разработал все звенья системы электрического освещения и начал массовый выпуск ламп.
В 1884 году Александр Николаевич Лодыгин уезжает во Францию, а оттуда – в США. Он изобретает еще несколько типов ламп накаливания, в том числе с металлическими нитями, и первым предлагает для нити накаливания вольфрам. Оставив идею лампы накаливания, он конструирует приборы электрического отопления, респираторы, электропечи для плавки металлов.
После событий 1905 года Лодыгин возвращается на родину. В Петербурге он один из основателей электротехнического отдела Русского технического общества. К сожалению, в разваливающейся империи место для изобретателя нашлось лишь на трамвайной подстанции в должности дежурного техника.
В 1918 году вместе с первой волной русской эмиграции Александр Николаевич уезжает из России и обосновывается в США. В 1923 году советские электротехники избрали его почетным членом Общества русских электротехников. Но письмо, посланное за океан, в живых Александра Николаевича Лодыгина уже не застало.
Несмотря на то что «свеча Яблочкова» и лампы накаливания показали, что электрическое освещение обладает неоспоримыми преимуществами, газовые компании не сдавались. Газеты были наполнены заказными статьями о вреде электрического света для зрения и вообще для здоровья. Немало было и политических выступлений. Английский парламент организовал специальную комиссию, которая должна была произвести следствие по этому вопросу, чтобы вынести результаты на суд. Члены комиссии «допросили» многих видных ученых, после чего вынуждены были вынести единодушный вердикт: электрическое освещение признавалось лучшим по сравнению с газовым, а «свеча Яблочкова» – самой яркой по сравнению со всеми другими источниками света, известными в ту пору…
Дмитрий Александрович Лачинов (1842–1902)
Сообщение об этом оригинальном процессе для собрания электротехнического отдела Русского технического общества подготовил выдающийся физик и электротехник, доцент Петербургского лесного института Дмитрий Александрович Лачинов. Он же написал о нем и статью в первый номер нового русского журнала «Электричество».
По просьбе Владимира Николаевича Чиколева, ставшего в 1880 году во главе редакции журнала «Электричество», Лачинов, много занимавшийся теоретическими вопросами электротехники, разработал ряд формул для определения освещенности поверхностей. Чиколев использовал эти формулы в своей статье «Об электрическом освещении улиц, мостов и площадей».
Но чтобы окончательно вытеснить газ, следовало прежде всего решить проблему централизованного производства электричества и придумать способы передачи электроэнергии на значительные расстояния. Тогда можно будет шире использовать электричество и для питания установок электропривода. Пока же редкие электродвигатели работали только на более или менее крупных предприятиях, которые имели свои достаточно мощные блок-станции с динамо-машинами постоянного тока.
В тисках научно-технических противоречий
В начале электричество применялось в основном для освещения. При этом производство электроэнергии не отделялось от потребителя. В отдельных домах, чаще всего в подвальных помещениях, стояли свои генераторы, которые и обслуживали немногих потребителей. Такие частные установки назывались «домовыми», или «блок-станциями». В них входили все основные части электросети. Главной, понятно, были машины, производящие электроэнергию. Но не менее важными оказывались и первичные двигатели, приводящие в движение роторы генераторов. Дальше следует назвать системы и приспособления для распределения электрической энергии по приемникам, сами приемники (или, правильнее сказать, – потребители) и, наконец, – приборы для контроля и всевозможные выключатели тока.
Очень скоро выяснились и недостатки блок-станций. Кому из домовладельцев понравится иметь у себя в подвале целое производство? Возникали проблемы топлива и дополнительной уборки, шума и обслуживания… Генераторы блок-станций вырабатывали только постоянный ток малого напряжения. Следовательно, обеспечить энергией они могли либо отдельное строение, либо, в лучшем случае, район, радиусом не более одного километра. На больших расстояниях потери в проводах становились настолько большими, что электроэнергия оказывалась нерентабельной.
Паровой двигатель и динамо-машина, соединенные ременной передачей
Для дальнейшего развития электрического освещения электротехникам предстояло решить целый комплекс задач. Прежде всего нужно было научиться качественно и в достаточном количестве производить дешевую электроэнергию. То есть на место маломощных магнитоэлектрических машин должны были прийти крупные генераторы с малыми собственными потерями, способные выдерживать достаточно высокое напряжение. Такие генераторы позволят отказаться от блок-станций и перейти к централизованной выработке электроэнергии, создать подлинные «фабрики электричества». Но генераторов таких не существовало, их предстояло еще изобрести. Равно как следовало подумать и о первичных двигателях.
Наличие центральных станций сразу же требовало увеличения радиуса потребительской сферы. Длина линий передачи энергии должна вырасти, а вместе с тем возрастут и потери. Как тут быть?
Быстроходная пародинамо фирмы «Вестингауз»
Посмотрим, как решались проблемы по всем направлениям, начиная с первичных двигателей, приводивших во вращение роторы электрических машин. В качестве первичных двигателей на блок-станциях использовались сначала паровые машины. Ременная передача соединяла их шкивы с роторами динамо-машин, и те вырабатывали электроэнергию. От первичного двигателя требовался очень равномерный ход. Любое нарушение сказывалось на вырабатываемом электрическом напряжении, а на это реагировали лампы накаливания – они начинали «мигать». Даже шов на ремне вызывал заметное мигание света. Кроме того, со временем кожаные ремни вытягивались и начинали проскальзывать. Приходилось ставить генераторы на салазки, чтобы менять натяжение даже во время работы.
Немало трудностей доставляли и различия в скоростях вращения паровой машины и генераторов. Роторы динамо-машин «хотели» крутиться быстро, а паровые машины могли это делать медленно. Разницу устраняли, меняя диаметры шкивов.
В 1889 году шведский инженер Карл Густав Патрик де Лаваль изобрел быстроходную паровую турбину. Но опять беда, одноступенчатые турбины Лаваля крутились слишком быстро.
Силогазовая электрическая станция близ Гарца
Более паровых машин и турбин в качестве первичного двигателя подходила конструкция «атмосферного двигателя», предложенная в 1867 году немецким изобретателем Николаусом Августом Отто совместно с инженером Эйгеном Лангеном. Позже, используя идею четырехтактного цикла со сжатием, Отто в 1876 году сконструировал четырехтактный газовый двигатель. На Всемирной выставке 1878 года в Париже двигатель получил очень высокую оценку, поскольку отвечал всем требованиям времени, предъявляемым к двигателям подобного рода. Его стали широко выпускать заводы «Отто-Дейтц» и другие предприятия.
Следующая проблема заключалась в том, что мелкие блок-станции оказывались неэкономичными. Слишком велики были накладные расходы, и слишком дорогой оказывалась их энергия. Между тем потребители, будь то домовладельцы или фабриканты, деньги считать умели. Какой же мог быть выход? Объединить разрозненные блок-станции в центральные и создать «фабрики электричества», что позволит одновременно расширить радиус электросети.
В XIX столетии «фабриками электричества» называли более или менее мощные электростанции, централизованно вырабатывающие электрическую энергию.
Сегодня это гигантские сооружения с высоченными трубами, с плотинами или атомными реакторами. Причем это не просто двигатель первого рода плюс электрогенератор, а еще и огромное хозяйство, состоящее из трансформаторов, устройств грозозащиты, измерительной аппаратуры и т. д.