ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОЛНЦЕ


ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОЛНЦЕ

Электрический свет давно перестал казаться необычным. Одним поворотом выключателя мы возвращаем в свои комнаты окончившийся день.

Разгоняя тьму лучами чудесных светильников, мы с благодарностью вспоминаем тех, кто заставил электричество порождать свет.

Впервые электрический свет вспыхнул в лаборатории великого физика, петербургского академика Василия Владимировича Петрова (1761— 1834).

В 1799 году итальянский ученый Алессандро Вольта, опираясь на открытие Гальвани, создал первую гальваническую батарею, так называемый «вольтов столб», дававшую постоянный электрический ток.

Изучая действие электрического тока, Петров с помощью созданной им огромной батареи гальванических элементов, для тех времен рекордной по своей мощности, произвел такой опыт: присоединил к батарее два древесных угля и коснулся ими друг друга. Сверкнула искра. Петров раздвинул чуть-чуть угли так, что между ними образовался промежуток. Но искра не погасла, она превратилась в ослепительно яркое пламя, сверкающим мостиком соединившее угли.

Так 23 ноября 1802 года была открыта электрическая дуга, одна из форм газового разряда, приковавшего в свое время внимание Ломоносова.

В 1803 году типография Государственной медицинской коллегии напечатала книгу «Известие о гальвани-вольтовских опытах, которые производил профессор физики Василий Петров посредством огромной наипаче батареи, состоявшей иногда из 4 200 медных и цинковых кружков и находящейся при, Санкт-Петербургской медико-хирургической академии».

Многое из того, что входит в современную электротехнику, впервые было описано здесь: изолирование проводов, изобретенное автором, роль внутреннего сопротивления батареи, влияние поляризации на работу батареи.

В статье седьмой своей книги Петров подробно описал открытую им электрическую дугу. Здесь же ученый сообщал и о том, что от этой дуги «темный покой освещен быть может».

Много других употреблений электрической дуги и электрического тока открыл Василий Петров, но сейчас мы говорим о Петрове как о пионере электрического освещения.

Конденсатор и электрофор — приборы, действие которых основано на явлении электростатической индукции.

Русский ученый Петров первым зажег электрическую дугу.

111

И 3 В ЪСТ1Е

о

ГАЛЬВАНИ - ВОЛЬТОВСКИХЪ О П Ы Т А X Ъ,

которые производись

ПрофессорЪ физики ВасилИ ПстроеЪ

посредсшвомЪ огромной наипаче баш тереи, состоявшей иногда иЛ 4200 мЬдныхЪ и цихкоеыхЪ кружховЬ, и на. ходящейся при Санкт-Петербургской Мелико Хирургической Академы

ВЪ САНКТ-ПЕТЕРБуРГ'Ь ВЬ Типографт Государственной Ме дииинской Коллепи, 1803 года

Титульный лист книги Василия Петрова.

Здесь же уместно вспомнить еще об одной работе Петрова. Это его исследования явления люминесценции — «холодного свечения». Василий Петров проделал много экспериментов, изучая это явление.

Он был одним из тех ученых, чье внимание привлекла замечательная способность некоторых веществ излучать свет при обычной температуре.

Крупным успехом тогдашней науки было открытие Петровым раз* личных видов «холодного свечения»: фото- и хемолюминесценции. В первом виде свечение вещества вызывалось предварительным облучением солнечным светом, во втором — химическим процессом.

Эти работы не имели прямого отношения к электричеству. Но в наши дни явление люминесценции, занимавшее Петрова, легло, как нам уже известно, в основу создания нового вида электрических светильников — люминесцентных ламп.

Царская Россия не ценила замечательного ученого. Работал Петров в труднейших условиях: оборудование, приборы, реактивы — все это приходилось доставать ценой огромных усилий.

И даже после того, как, пробив стену чиновничьей косности, Петров создал прекрасную лабораторию и совершил в ней великие открытия, отношение официальной, казенной науки к нему не изменилось.

Академия наук, сообщая в 1804 году об открытии гальванического огня, «ослепительный блеск коего в случае больших вольтовых столбов и обугленных веществ до известной степени подобен солнечному свету», не нашла нужным даже назвать имя В. В. Петрова — создателя дуги.

Открытие В. В. Петровым электрической дуги привлекло внимание научных журналов и газет. Еще за год до выхода в свет книги об опытах Петрова, в 1802 году, о дуге писали в «Петербургских ведомостях». В 1806 году было рассказано об этом открытии в приложении к «Технологическому журналу» Академии наук.

Но все же, когда в 1811 году известный английский ученый Г. Дэви вторично открыл дугу и назвал ее вольтовой, представители казенной науки в Петербурге о Петрове не вспомнили.

В наши дни работы Петрова получили всенародное признание. В 1934 году было отмечено столетие со дня смерти «первого русского электротехника академика В. В. Петрова, открывшего в 1802 году, за несколько лет до Дэви, явление вольтовой дуги и предсказавшего приме нение этого явления в технике (сварка металлов, электрометаллургия)», как говорилось в специальном постановлении Совета Народных Комиссаров Союза ССР.

Но неоцененный, забытый Россией царя и чиновников, Петров не был забыт прогрессивной Россией. Передовые русские ученые и изобретатели высоко подняли славу светозарной дуги Петрова. Непрерывно совершенствуя открытие своего соотечественника, они находили электрической дуге новые и новые применения.

В 1836 году профессор Московского университета Михаил Григорьевич Павлов, о работах которого в области физики мы уже говорили, пророчески писал:

«Кажется, недалеко то время, когда электричество, сделавшись всеобщим средством освещения, заменит собою горение всех потребляемых на то материалов, как теплота в парах водяных заменила не-

112

Павел Николаевич Яблочков.

имоверное количество силы механической. В способности тому электричества сомневаться невозможно, нужно только явление изобретательного человека, могущего приспособить этот чудесный огонь к ожидаемому употреблению».

Во время опытов Петрова дуга вспыхивала на короткое время. Кончики углей обгорали, и чудесный сверкающий мостик обрывался. Возобновить ее горение можно было, вновь сдвинув угли. И в самом процессе горения дуга светила неровно.

На силе света сказывалось непостоянство величины зазора между углями. В таком виде применить дугу для освещения было нельзя.

Заставить дугу гореть устойчиво оказалось делом нелегким. Нужно было придумать устройство, помогающее сохранять постоянный зазор между углями. Ручной регулятор, конечно, не решал проблемы. Нужно было автоматизировать управление дугой. Практическое применение дуги для целей освещения зависело от успешного решения проблемы автоматического регулятора.

Одна из конструкций механического регулятора была предложена русским изобретателем А. И. Шпаковским. В 1856 году, в дни коронационных торжеств, на здании Лефортовского дворца в Москве было установлено десять мощных «электрических солнц».

Грандиозный опыт электрического освещения, поставленный

А. И. Шпаковским совместно с известным ученым-пиротехником К. И. Константиновым, вызвал восторг у всех видевших это торжество электрического света.

В 1876 году русский изобретатель Павел Николаевич Яблочков (1847—1894) преобразил дугу Василия Петрова. Гениально просто решил он проблему автоматического регулирования электрической дуги: в «свече» Яблочкова угли расположены параллельно друг другу и разделены изолирующим слоем.

«...Узкая полоска землистого вещества, — писал Яблочков, — выполняет задачу держания углей на неизменном расстоянии гораздо лучше, чем сложный прибор, регулятор, достигающий этого лишь приблизительно. Полоска держит их абсолютно, кроме того, она придает известные качества свету, которые немыслимы при регуляторе».

В последней фразе раскрывается еще одно важное свойство, приданное Яблочковым дуге Петрова. Сгорая вместе с углями, специально подобранный слой своими парами увеличивал электропроводность воздуха и помогал горению дуги. А это значило, что свеча могла гореть и при меньшем токе, поэтому один генератор был способен обслуживать сразу несколько свечей.

Еще одно замечательное качество придал Яблочков своей свече: это

В Рассказы

113

Свеча Яблочкова.

был первый прибор, работавший на переменном токе, ставшем в наши дни основой промышленной энергетики. Яблочкову переменный ток понадобился для того, чтобы угли сгорали равномерно, становясь поочередно то отрицательными, то положительными электродами.

Как мы видим, совершенствуя свои свечи, Яблочков одновременно решил важнейшие электротехнические задачи. Ему удалось также осуществить питание нескольких свечей одним генератором.

«Дробление» света, то есть освещение нескольких помещений с помощью одного источника тока, в те времена представлялось задачей чрезвычайно трудной и решалось самыми причудливыми способами.

От одного источника тока удавалось зажечь лишь одну дугу. Все попытки подключать к одной динамо-машине цепь из нескольких дуговых ламп не давали эффекта. При потухании одной дуги гасли и все остальные. Кроме того, очень сложно было и зажигание такой гирлянды дуг: ведь это надо было делать строго одновременно.* Свет дуги был ярок и достаточно силен, чтобы осветить несколько комнат. Поэтому иногда стремились «раздробить» его, распределить по комнатам с помощью сложных систем зеркал, спрятанных в трубах. Это было похоже на попытку распределять свет так же, как газ и воду.

Яблочков пошел по другому пути.

Для «дробления» света он использовал индукционную катушку — электрический прибор, состоящий из двух проволочных катушек, расположенных одна в другой. При пропускании переменного тока по одной из катушек в другой катушке индуктировался «вторичный» ток. Напряжение его определялось соотношением между числом витков первой и второй катушек. Включая в цепь динамо-машины первичные катушки нескольких таких приборов, Яблочков подключал свои свечи к их вторичным катушкам. Такая схема соединения группы дуговых ламп с динамо-машиной посредством индукционных

катушек обеспечивала полную независимость работы каждой свечи, и один источник тока питал несколько свечей.

В своей системе «дробления» света Яблочков впервые практически применил трансформацию токов. Его индукционные катушки явились прообразами важнейших электрических машин сегодняшнего дня — трансформаторов.

Свеча Яблочкова быстро завоевала мировое признание. В 80-х годах она освещает улицы и театры Парижа, развалины римского Колизея, улицы Лондона, вспыхивает во дворце короля Камбоджи, в далекой Персии. «Свет приходит к нам из России», «Россия — родина света», — на разных языках писали газеты.

Схема «дробления» электрического света с помощью индукционных катушек, изобретенных Яблочковым.

114

Первые конструкции трансформаторов.

Изобретатель создал множество свечей различных типов, начиная от маленьких, 80-свечовых, до мощных,

6000-свечовых, светильников.

Труды Яблочкова в разных областях электротехники, о чем будет сказано дальше, во многом послужили развитию этой науки. Но главная его заслуга — создание первой практически применимой системы электрического освещения. Его по праву можно назвать «пионером электрического освещения».

В то время когда одни изобретатели совершенствовали дуговые лампы, другие вели поиски источника

света, основанного на ином принципе превращения электрической энергии в световую, — ламп накаливания.

Первые конструкции таких ламп, созданные за границей Жобаром, Грове, Фермером, а в России подполковником Сергеевым, распространения не получили: слишком несовершенны они были. Лампа Сергеева, например, предназначавшаяся для освещения минных галерей, была уст-роена%так. Накаливаемая током спираль помещалась между рефлектором и линзой в медном цилиндре с двойными стеклами, промежуток между которыми в целях взрывобезопасности был заполнен водой. В руководствах по минному делу сохранились чертежи и описание успешных испытаний этой лампы.

Практически же пригодную первую лампу накаливания создал молодой русский инженер Александр Николаевич Лодыгин (1847—1923). 11 июля 1873 года он продемонстрировал ее в действии на одной из петербургских площадей. Устройство лампы было следующее: между двумя концами толстой медной проволоки, помещенными в герметическом баллоне, был укреплен стерженек из угля, прокаленного в реторте без доступа воздуха. При накаливании уголек сначала отнимал кислород из воздуха баллона, а затем в лишенной кислорода атмосфере продолжал светиться в продолжение часа.

Лодыгин достиг того, к чему безуспешно стремились многие изобретатели. Накаливая электрическим током проволоки из различных металлов или угольки, они пытались заставить их светиться. Проволоки действительно светились, но быстро сгорали.

Причина этого заключалась в неоднородности свойств, используемых для накаливания стерженьков и нитей. То место, где сопротивление электрическому току было наибольшим, нагревалось особенно сильно. Из-за перекала нити быстро перегорали.

Лодыгин нашел способ продлить жизнь нити, через которую пропускался ток. Изобретатель сумел приготовить однородные угольные стерженьки, прокаливая дерево в угольном порошке при малом доступе воздуха. Этот способ изготовления угольных нитей впоследствии использовался всеми, кто работал над лампами накаливания.

В дальнейшем Лодыгин не ограничивался одной только герметизацией баллона, а предварительно, перед запаиванием, откачивал из него

Лампа со свечой Яблочкова,

115

Лампа накаливания, изобретенная Лодыгиным.

воздух. Это удлинило срок жизни лампы, потому что откачивание лучше удаляло кислород из лампы, нежели тот способ, при котором кислород химически связывался углем при частичном сгорании нити.

В 1875—1876 годах лампы Лодыгина вышли из лаборатории.

В это время ими освещали кессоны строительства Литейного моста и магазины на Морской улице в Петербурге.

Лодыгину оставалось немногое, чтобы сделать лампу долговечнее. Но товарищество электрического освещения, организованное банкиром Козловым для эксплуатации изобретения Лодыгина, не давало средств на продолжение опытов. Членов товарищества интересовала лишь биржевая игра.

Акционеры компании газового освещения приняли в штыки грозившее их барышам изобретение. Рядом грязных биржевых спекуляций товарищество электрического освещения было разорено.

В 1877 году лампочку Лодыгина увидел знаменитый изобретатель Эдисон: ее привез в Америку офицер Хотинский. Эдисон с присущими ему энергией и размахом принялся за усовершенствование лампы накаливания и впоследствии взял патент на лампу накаливания с угольной нитью.

Однако приоритет Лодыгина не оспаривался даже юридически. Суд, разбиравший спор Эдисона и его английских конкурентов о лампе накаливания, установил, что честь создания нового источника электрического света принадлежит не Эдисону и не его британским соперникам, а русскому изобретателю инженеру Лодыгину. Газета «Нью-Йорк геральд» в 1879 году прямо указывала на работы Яблочкова и Лодыгина, предвосхитившие изобретение Эдисона.

В 1890 году Лодыгин сделал еще одно крупное изобретение—создал лампу с нитью из молибдена. А еще позже он взял патент на лампу с вольфрамовой нитью — лампу наших дней.

В конструировании ламп накаливания принял участие и Павел Ни-

Лампа с тугоплавкой нитью, созданная Яблочковым.

колаевич Яблочков.

Еще работая над свечой, Яблочков обратил внимание на то, что в нагретом состоянии каолин, которым он разделял угольные стержни, становится проводником и может быть раскален током до яркого свечения. Изобретатель предложил заменить в лампах накаливания угольный стерженек каолиновым.

Подобная же конструкция лампы была создана и известным немецким физиком Нернстом.

Лампы Яблочкова — Нернста давали яркий свет, их большим преимуществом была долговечность, они не нуждались в герметическом стек-

116

Владимир Николаевич Чиколев.

лянном баллоне, так как нагреваемое током вещество не могло быть окислено кислородом воздуха. Одно время этот источник света считали серьезным соперником лампы накаливания. Но у него был и недостаток: для зажигания лампы надо было предварительно нагреть тугоплавкий стерженек, чтобы сделать его токопроводящим.

После появления ламп накаливания с металлической нитью лоды-гинский принцип победил окончательно.

Лампочка накаливания, простая и удобная, получила широчайшее распространение.

Дуга же Петрова продолжала применяться там, где требовался сильный свет. Здесь мы должны еще раз вспомнить о работах изобретателей по созданию регуляторов для

дуговых ламп. Целая плеяда конструкторов в нашей стране и за границей искала способ автоматического регулирования электрической дуги. Одно время получили распространение дуговые лампы с регуляторами французских физиков Фуко и Серрена. Однако эти лампы, хотя и работали удовлетворительно, были довольно сложными. В их конструкцию, например, входили часовые механизмы и шестерни.

В 1879 году поиски надежного и простого регулятора завершил инженер В. Н. Чиколев (1845—1898). Его дифференциальный регулятор обеспечивал непрерывное, устойчивое горение дуги. Регулятор тщательно следил за всеми капризами дуги и позволял включать в одну цепь несколько дуг.

Дуговые лампы с регулятором Чиколева были более экономичны, чем свечи Яблочкова, и поэтому вытеснили последние.

Дуга Василия Петрова, непревзойденный по силе источник света, еще раз усовершенствованная руками электротехников, в наши дни живет в прожекторах, бросающих свет на десятки километров. В этой «тяжелой артиллерии» современной светотехники слились воедино три замечательных изобретения: дуга Василия Петрова, дифференциальный регулятор Чиколева и зеркальный отражатель Кулибина, построившего в 1779 году первый прожектор.

Советская наука, получившая в наследство труды пионеров электрического освещения, обогащает электротехнику новыми замечательными открытиями и изобретениями.

Совершенствуются лампочки накаливания. Борясь за высокую экономичность ламп, ученые стремятся повысить температуру накаливания их нити. Возможности металла уже исчерпаны. В поисках тугоплавких материалов конструкторы обращаются уже не к металлам, а к их соединениям с углем — карбидам, перекликаясь здесь с Яблочковым, применившим сверхтугоплавкий материал, в лампе накаливания.

Дуговая лампа с дифференциальным регуля* тором Чиколева явилась прообразом лампы современного прожектора.

—. им!

Ншш

1П1ЦЩГ1Ч/

ГШШ

117

Современный прожектор.

Новые качества приданы и дуге Петрова. Ученые, приготовив особые угли с сердцевиной, наполненной специальным составом, заставили ее гореть в десятки раз ярче. Теперь светоносная дуга Петрова работает в прожекторах, кинопроекторах, установках для спектроскопии, в лампах «горного солнца».

На советских заводах производятся совершенно новые источники света — люминесцентные лампы, в создании которых огромную роль сыграли труды академика С. И. Вавилова.

Как уже рассказывалось в главе «Точные науки», внутри трубки лампы дневного света под действием электрического разряда светятся пары ртути. Излучение паров, богатое ультрафиолетовыми лучами, падает на стенки лампы, покрытые смесью из особых веществ — люминофоров. Облученные люминофоры, в свою очередь, начинают светиться.

Современные люминесцентные лампы потребляют электроэнергии в три-четыре раза меньше, а служат в три-четыре раза дольше, чем лампы накаливания.

Будущее электрического освещения за подобными лампами. И это еще раз подтверждает плодотворность идей русских пионеров электрического освещения, уделявших такое внимание исследованию и техническому применению газового разряда.



Истории, рассказы о русской науке и технике, Болховиттинов В. 1957