П. Н. Яблочков и создание системы
электрического освещения
Первым источником электрического света была открытая еще в 1802 году «дуга Петрова» (см. материал этой рубрики в № 10 «Московского журнала» за 2010 год), о которой В. В. Петров писал: «Сим пламенем возможно добыть свет подобный солнцу». Через 74 года «русским солнцем», или «русским светом», во всем мире стали называть электрическую дуговую лампу, изобретенную также нашим соотечественником Павлом Николаевичем Яблочковым (1847–1894).
Многочисленные попытки создать электрические дуговые лампы предпринимались и до Яблочкова. Во всех этих случаях электроды из древесного угля, между которыми возникала электрическая дуга, постепенно сгорали и укорачивались, тем самым расстояние между ними увеличивалось, электрический разряд ослабевал, и в конце концов дуга гасла. Чтобы она горела непрерывно, предлагались различные приспособления, сближавшие электроды по мере их сгорания и сохранявшие неизменной длину дуги — вначале ручные, а затем — электромагнитные регуляторы. Чуткое реагирование последних на любое изменение напряжения делало их малонадежными. Несовершенство этих регуляторов стало еще более очевидным, когда вместо гальванических батарей в качестве источника тока начали использовать динамо-машины.
Первые динамо-машины давали неровный ток, что осложняло работу регуляторов. Кроме того, здесь возникала еще одна проблема: как одновременно включить в цепь несколько электрических ламп, питаемых общим источником тока? От каждой динамо-машины можно было питать только одну дуговую лампу. При включении же в цепь нескольких ламп с регуляторами стоило погаснуть какой-то из них — сразу же гасли и все остальные.
До изобретений русских электротехников П. Н. Яблочкова и А. Н. Лодыгина эту проблему, названную «дробление света», безуспешно пытались решить ученые и инженеры во всем мире.
Перечисленные трудности препятствовали широкому практическому применению яркого и мощного света электрической дуги. Вот почему на смену масляному и свечному освещению в начале XIX века пришло газовое, хотя дуга уже была открыта. Дуговое же освещение применялось в основном для праздничных иллюминаций. Например, в 1856 году во время торжеств по случаю коронации Александра II Московский Кремль озарялся светом иллюминационной установки из нескольких электрических дуговых ламп, сконструированных талантливым русским инженером Александром Ильичом Шпаковским (1823–1881).
Опыты по усовершенствованию дугового электрического освещения продолжил Павел Николаевич Яблочков. В 1872 году инженер-поручик Яблочков ушел в отставку, чтобы целиком посвятить себя научной и изобретательской деятельности. В 1874-м, занимая должность начальника службы телеграфа Московско-Курской железной дороги, он впервые в мире использовал электрическую дугу в качестве «фары» для паровоза. На локомотиве был установлен прожектор с дуговой электрической лампой, которая питалась током большой гальванической батареи, помещенной в багажном вагоне. Казалось бы, опыт вполне удался: лампа заливала рельсы ярким светом. Однако он же убедил Яблочкова в невозможности широкого распространения такого способа электрического освещения: чтобы лампа не погасла от тряски и толчков, изобретателю пришлось две ночи неотлучно дежурить на паровозе для наблюдения и ручной регулировки дуги.
Поставив перед собой цель создать более совершенную систему электрического освещения, П. Н. Яблочков на собственные средства открыл в Москве мастерскую физических приборов, где работал вместе с другим изобретателем — Николаем Гавриловичем Глуховым (1831–1893). Именно в московской мастерской во время проведения опыта по электролизу поваренной соли, когда между двумя параллельно расположенными угольными электродами, случайно коснувшимися друг друга, возникла ослепительно яркая электрическая дуга, у Яблочкова зародилась идея дуговой электрической лампы без регулятора. Однако конструктивно воплотить ее на родине Павлу Николаевичу не удалось. Мастерская оказалась убыточной, Яблочков совершенно разорился. Чтобы завершить работу, ему пришлось в октябре 1875 года уехать за границу.
В Париже, считавшемся в XIX веке одним из крупнейших центров электротехники, Яблочкова пригласили в мастерские известного физика, инженера и предпринимателя Луи Бреге, который предоставил русскому коллеге возможность трудиться в своей мастерской и над собственными изобретениями. За один лишь год Яблочков завершил целый ряд работ, задуманных еще в Москве. В марте 1876 года ему выдали французский патент на дуговую электрическую лампу без регулятора, получившую вскоре название «свеча» Яблочкова. В апреле того же года на Лондонской выставке научных приборов публичная демонстрация электрического освещения с помощью «свечи» Яблочкова стала мировой сенсацией. Самые авторитетные технические и научные журналы посвятили этому статьи, снабженные чертежами и подробными описаниями. В России с докладами на заседаниях Русского физического общества и с сообщениями в журналах выступили побывавшие на выставке известные ученые Федор Фомич Петрушевский (1829–1904) и Алексей Сергеевич Владимирский (1827–1880).
В чем же заключалась причина столь громкого успеха? До русского изобретателя для получения освещения с помощью электрической дуги угольные электроды располагали горизонтально один против другого. Яблочков
поставил электроды вертикально и параллельно, почти вплотную, разделив их тонким слоем изолирующего вещества (им мог служить каолин — белая глина, гипс, различные керамические материалы), способного сгорать с той же скоростью, с какой сгорает уголь. Нижние концы электродов были оправлены в латунь для удобного их помещения в зажимы «подсвечника», через которые подавался ток. Верхние концы соединялись тонкой угольной пластиной (запалом) — воспламеняясь при первом прохождении тока, она давала начало электрической дуге. Такое простое и оригинальное устройство лампы (получившей именно по причине вертикального положения электродов и постепенного их сгорания название «свечи») позволяло обойтись без сложных и ненадежных регуляторов, что делало ее пригодной для широкого применения. Приоритет Яблочкова был здесь настолько очевиден, что вслед за Францией Павел Николаевич беспрепятственно получил патент во многих странах мира.
Столь же блистательно решил он и ряд других проблем, позволивших ему впервые в мире создать законченную систему электрического освещения, известную ныне как «система Яблочкова». Среди них — введение в практику переменного тока и разработка приемов избегания «дробления света».
При постоянном электрическом токе положительный электрод нагревается значительно сильнее отрицательного и сгорает в два раза быстрее. Чтобы сгорание происходило одновременно, Яблочков впервые в истории электротехники применил для питания дуговых электрических ламп переменный ток. Для 1870-х годов это являлось очень смелым решением: переменный ток тогда был мало изучен, и подавляющее большинство электротехников считало его совершенно непригодным для практического использования. Яблочков опроверг это предубеждение, сконструировав генератор переменного тока, который был построен на французском заводе З. Грамма и первоначально назывался «альтернатор Грамма—Яблочкова». Здесь изобретатель предусмотрел также решение проблемы «дробления света», бывшей до того камнем преткновения для электротехников всего мира. Кольцеобразную обмотку статора (неподвижная внешняя часть генератора) он разделил на несколько не соединенных друг с другом секторов, к каждому из которых присоединялась группа ламп, становившихся, таким образом, «независимыми» друг от друга. Идя дальше, Яблочков впервые в мире изобрел и применил на практике прибор, впоследствии названный трансформатором переменного тока и совершивший настоящую революцию в электротехнике. Описание, данное Яблочковым во французском патенте № 115793 от 30 ноября 1876 и в русской «привилегии» от 6 апреля 1878 года, убедительно доказывает, что он изобрел трансформатор переменного тока на шесть лет раньше Голара и Гиббсона (1882), которым в западной литературе до сих пор приписывается приоритет. Опуская технические подробности, скажем лишь, что его прибор, варьируя напряжение (именно в этом и заключается принцип действия трансформатора!), позволял «питать от одного источника тока раздельно ряд светильников различной силы света».<…>
А. Н. Лодыгин: изобретение электрической лампы накаливания
Идеи и изобретения Александра Николаевича Лодыгина (1847-1923) на многие десятилетия опередили свое время. В 1865 году (за семнадцать лет до создания А. Ф. Можайским первого летательного аппарата тяжелее воздуха и за сорок лет до открытия законов аэродинамики Н. Е. Жуковским) он начал конструировать электролет. Когда в 1870 году молодой изобретатель отправил проект электролета военному министру России, в воздух поднимались только воздушные шары, а по земле и по воде передвигались с помощью парового двигателя. В 1871 году Лодыгин приступил к работе сразу над тремя проектами: аквалангом, который станет известен миру только в 1943 году, и аппаратами электрического отопления и освещения.
Проекты электролета и акваланга оказались настолько «преждевременными», что в Военном и Морском министерствах не нашлось экспертов, чтобы дать им научную оценку. Заявки на способ электрического отопления и освещения, поданные в Департамент мануфактур и торговли, рецензировал крупнейший отечественный физик и электротехник Борис Семенович Якоби. Он признал, что оба изобретения «не могут встретить препятствий к выдаче привилегий»6. Однако применение предложенной Лодыгиным первой в мире электропечи — «прародительницы» всех современных электрочайников, электроутюгов, металлургического плавильного оборудования и так далее, Якоби счел целесообразным только «в некоторых редких частных случаях» в силу дороговизны электрической энергии и трудностей ее получения.
Поскольку из всех изобретений А. Н. Лодыгина наибольший интерес вызвала созданная им электрическая лампа накаливания, он сосредоточил все свое внимание на ее совершенствовании.
Первоначально свою лампу («фонарик») Лодыгин придумал для освещения кабины будущего электролета и для подводных работ в акваланге. Известные в то время дуговые лампы для этих целей были абсолютно непригодны. Последующая серия лабораторных опытов привела изобретателя к мысли о возможности использования лампы накаливания в самых различных отраслях промышленности, в том числе там, где требуется соблюдение взрывобезопасности, так как источник света в этой лампе заключен в герметичный стеклянный колпак.
Ранее самым эффективным и наиболее перспективным считалось освещение посредством дуговых ламп. В своей работе «Теория дешевого электрического освещения» (1872) молодой изобретатель решительно утверждал обратное.
Действие ламп накаливания Лодыгина основывалось на свойстве проводников с большим сопротивлением при прохождении электрического тока раскаляться до свечения без их сгорания. Из всех тел накала, пригодных для ламп, Лодыгин выделил железо, платину, графит и хорошо прокаленный каменный уголь. Большинство опытов он проводил с угольными стержнями из кокса. Но уже в начале 1870-х годов его заинтересовали и другие проводники, в том числе тугоплавкие металлы. Чтобы предотвратить химические превращения тела накала, Лодыгин предложил выкачивать из стеклянной колбы, куда оно помещалось, воздух или закачивать в колбу инертные газы.
Изобретение Лодыгина за несколько лет до П. Н. Яблочкова позволило решить проблему «дробления света». Опыты, проведенные им в Галерной гавани и в Адмиралтействе (1871-1872), доказали, что от одной динамо-машины может работать множество ламп накаливания. <…>
Для получения полной версии статьи обратитесь в редакцию