>>> Перейти на мобильный размер сайта >>>

Для учащижся старших классов

Профессия - изобретатель

       

В лидерах — электричество

На рубеже XVIII и XIX веков итальянец Алессандро Вольта публикует известие о изобретении им первого надежного источника электрического тока, получившего затем название вольтова столба. Он представлял собой набор медных и цинковых пластинок, разделенных смоченными соляным раствором бумажными прокладками, и обеспечивал возможность проведения самых разнообразных электрических опытов.

Новый источник электрического тока быстро приобрел популярность. Сложные и дорогие электростатические машины, громоздкие лейденские банки, еще недавно составлявшие гордость многих физических кабинетов и лабораторий, выбрасывались. Вольтовы столбы, один больше другого, стали весьма модным увлечением физиков того времени. Эффективность нового источника электрической энергии (или, как тогда говорилось, гальванической жидкости) проверялась порой самым неожиданным способом. Например, цепочка взявшихся за руки монахов дружно подпрыгивала, когда стоящие по краям священнослужители прикасались к контактам вольтова столба. Опыты с новым источником электричества десятками и сотнями повторялись по всей Европе профессионалами и любителями.

Одним из лидеров в своеобразном соревновании ученых по дальнейшему наращиванию мощности вольтова столба стал энергичный профессор Петербургской Медико-хирургической академии Василий Петров, уже в 1801 г. досаждавший начальству просьбами о приобретении для своего физического кабинета нового гальванического прибора, «...поелику опыты над гальванизмом ныне сделались весьма достопримечательны в различных отношениях...» Заполучив мощнейшую по тем временам «огромную наипаче баттерею» из 4200 пар гальванических элементов, Петров приступает к опытам с ней, приведшим его в 1802 г. к обнаружению электрической дуги: «Если на стеклянную плитку или на скамеечку со стеклянными ножками будут положены два или три древесных угля... сообщенными с обоими полюсами огромной баттереи, то является между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются и от которого темный покой довольно ясно освещен быть может».

«Освещать покой» электрической дугой, открытой Петровым, стали только через 40 лет. Десятки лет ушли на совершенствование источников электрического освещения, но эра электрической лампочки ведет отсчет именно с 1802 года.

Первые дуговые лампы Фуко и Аршро отличались от прибора Петрова лишь наличием ручного регулятора, поддерживающего между концами соосно расположенных выгорающих угольных стержней постоянное расстояние. Принципиальный скачок в направлении совершенствования дуговых ламп был сделан русским изобретателем Александром Шпаковским, применившим для регулировки часовой механизм. Однако дуговые лампы с соосным расположением электродов и сложными регуляторами оказывались ненадежными в эксплуатации и значительно проигрывали в конкуренции с газовыми приборами. Попытки их использования для городского освещения (например, площади Согласия в Париже в 1841 г., башни Адмиралтейства и Невского проспекта в Петербурге в 1849 г.) были скорее данью моде, чем началом создания практически действующей осветительной системы.

Они родились в один год — Павел Яблочков и Александр Лодыгин, два замечательных русских изобретателя, которым суждено было сказать решающее слово в создании электрической лампочки. Первый практический шаг, приведший к ошеломляющим успехам и всемирному признанию, был сделан П. Н. Яблочковым...

Какова же была уже устоявшаяся к приходу Яблочкова конструкция дуговой лампы? В одной из наиболее удачных конструкций — лампе Шпаковского угли сохраняли соосное расположение. Заметьте, совсем как 54 года назад у самого открывателя дуги — Петрова. Отсюда и необходимость в регулировке.

Рис. 2. «Свеча Яблочкова» — оптимальная конструкция дуговой лампы.

А теперь посмотрим на знаменитую «свечу Яблочкова» (рис. 2), предложенную в 1876 г. Кажется, просто ставим угли параллельно с небольшим зазором, и пожалуйста — никаких тебе регулировок. Угли выгорают, а расстояние между ними не меняется!

Но, может быть, это и есть та самая простота, которая признак гениальности? Счастливая судьба изобретения Яблочкова подтверждает наше предположение. С самого начала Павел Яблочков не совершал ни единой ошибки. Первым делом 23 марта 1876 г. получает на свое изобретение французский патент (еще до первой демонстрации изобретения). Дальнейшее развитие конструкции Павел Николаевич также защищает патентами во Франции и привилегиями в России (далее мы подробнее поговорим о видах правовой охраны изобретений, а пока ограничимся только упоминанием документов, охраняющих права изобретателя). Нужно заметить, что среди изобретений подобного масштаба «свеча Яблочкова» имела судьбу уникальную: никто и никогда не оспаривал приоритета великого русского изобретателя.

Вернемся чуть назад, попробуем проследить историю изобретения «свечи Яблочкова» и поближе познакомиться с ее изобретателем.

Судьба его складывалась довольно сложно. В 1866 г. по окончании военно-инженерного училища подпоручик П. Н. Яблочков начал службу в киевском саперном батальоне, но уже через год вышел в отставку. В этот период он активно увлекается электротехникой. Вернувшись через два года на военную службу, он для более глубокого изучения выбранной специальности поступает на учебу в Офицерские гальванические классы. В сентябре 1869 г. Яблочков возвращается к месту службы с неплохим запасом знаний в области телеграфии и с явной тягой к изобретательству, которую трудно было удовлетворить в тесных рамках армейской службы.

Интересно, что именно в сентябре того же 1869 г. на другом конце земного шара его коллега — молодой телеграфист Томас Эдисон — был назначен управляющим «Гоулд Индикейтор ком-пани». К этому времени на счету двадцагидвухлетнего Томаса Эдисона было уже несколько изобретений, правда, источники света его пока не интересовали. Не думал об этом и его ровесник Павел Яблочков... Судьба не раз столкнет между собой творения этих великих изобретателей. Ну а пока подпоручик Яблочков продолжал безрадостную службу в саперном батальоне. Терпения его хватило еще на два года, и в 1871 г. Яблочков — теперь уже окончательно — выходит в отставку, дослужившись только до звания поручика.

Телеграфия в те годы развивалась ускоренными темпами, и специалистов катастрофически не хватало. Павел Яблочков поступает на должность начальника телеграфной службы Московско-Курской железной дороги. Там и произошло с ним весьма знаменательное событие, ставшее своеобразным предвестником его будущей деятельности.

Молодой начальник телеграфной службы предложил руководству дороги устанавливать на паровозах для освещения пути уже существовавшие в то время дуговые лампы. Популярность этих весьма несовершенных к тому времени источников света была невелика, но Яблочков твердо верил в успех дела (это завидное качество он сохранил в течение всей своей жизни). Случай для проверки его предложения подвернулся уникальный: проехаться в Крым собрался сам император Александр II. Яблочков спешно готовил установку прожектора на сменном паровозе, который должен был вести петербургский эшелон от Москвы на юг.

В прожекторе была использована дуговая лампа Фуко с электромагнитным регулятором. Судьба свела вместе два великих русских изобретения — дуговую лампу Петрова (всего лишь дополненную Фуко регулятором) и прожектор Ивана Ку-либина (знаменитый «кулибинский фонарь»). И бывают же такие совпадения — прожектористом оказался третий корифей изобретательской мысли (правда, в то время пока мало кому известный П. Н. Яблочков).

Через двадцать лет после этого события другой знаменитый изобретатель, Владимир Чиколев, писал: «...Яблочков, поместив в пустом багажном вагоне батарею элементов Бунзена, сам лично уселся спереди локомотива с регулятором Фуко в металлическом рефлекторе. Ночь была очень холодная, но Яблочков просидел до утра на сильном ветру в дубленке, постоянно помогая руками действию лампы, так как нельзя было позволить свету потухнуть хотя бы на короткий промежуток времени, а лампа Фуко действовала ненадежно».

В истории техники этот эпизод знаменателен тем, что впервые в мире электрическое освещение было применено на железнодорожном транспорте. Историк изобретательства (давайте придумаем и такую профессию) найдет в ней и другую особенность. Ведь вполне резонно предположить, что, несмотря на безусловный успех эксперимента, Яблочков, недостаточно защищенный от холода и ветра даже выданной по такому случаю казенной дубленкой, уже тогда задумался о несовершенстве дуговой лампы. И кто знает, не проведи Яблочков и его последователи принципиального улучшения электрических ламп — сколько дубленок потребовалось бы для обслуживающего их персонала.

Понимая актуальность проблемы создания надежных электрических источников света, Яблочков тем не менее не имел возможности вплотную этим заняться. Судьба сложилась таким образом, что, не получая полного удовлетворения от службы, Яблочков решает открыть собственное дело — мастерскую физических приборов. Работа была интересная, но коммерческими талантами молодой изобретатель не отличался. Споры с кредиторами он разрешил просто — уехал за границу, в Америку.

Вполне вероятно, что его взволновали известия о последних изобретениях Эдисона — фонографе, системе телеграфа и других ярких успехах его заокеанского ровесника. Вместе с тем Яблочкова, как и многих изобретателей того времени, притягивала предстоящая в 1876 г. Всемирная выставка в Филадельфии. Денег, однако, хватило только до Франции, и Яблочков останавливается в Париже, где поступает на работу в телеграфную мастерскую Луи Бреге. В то же время он проводит и собственные исследования, правда, в гостиничном номере. Их результат — два французских патента на конструкцию электромагнита, полученные в течение года работы на новом месте.

Однако главным интересом Яблочкова уже окончательно стала электрическая лампа. Недостатки конструкций своих предшественников он четко представлял. Первый — при зажигании дуговой лампы нужно разводить угольные электроды на строго определенное расстояние. Второй — во время горения для поддержания постоянной длины дуги необходимо сводить угли по мере их выгорания. И наконец, для гашения дуги угли должны быть сведены до соприкосновения.

Первой догадкой Яблочкова было поддерживать постоянное расстояние между пока соосными, но подпружиненными углями с помощью помещенной между ними огнеупорной прокладки. Однако прокладка препятствовала горению, и тут изобретатель принимает решение, гениальное по своей простоте, ставит угли параллельно, размещая прокладку между ними (это наиболее изящное решение в электротехнике XIX в. чем-то сродни изобретению рычага или колеса в механике). Французское патентное ведомство зафиксировало достижение Яблочкова с приоритетом 23 марта 1876 г. Можно считать, что именно с этого момента появился на свет принципиально новый осветительный прибор, ставший известным всему миру под названием «свеча Яблочкова». Изобретатель еще мог бы успеть со своей свечой на столь желанную еще недавно Филадельфийскую выставку. Но свеча заслонила все: шесть дополнительных изобретений всего за два с небольшим года подвергли ее существенной модернизации. Среди них выделим одно, о котором и расскажем поподробнее.

Вспомните конструкцию «свечи» (рис. 2), точнее, тонкую проволоку, которой обмотан ее конец. Именно с ее помощью и происходил поджиг «свечи»: проволока накалялась и сгорала при подаче тока. Но вот лампу погасили; как зажечь ее снова? В старых дуговых лампах угли сводили, но ведь в этой конструкции .они жестко закреплены. И Яблочков опять оригинален: в состав изолирующего материала он вводит органические добавки, которые при сгорании образуют угольную пленку. Такая пленка, застывая, и создает проводящий мостик между углями на погашенной лампе. Стоит только подать напряжение — и лампа снова загорится.

На этом техническая эпопея «свечи Яблочкова» была практически завершена — началась эпопея коммерческая. Но перед ней отставной поручик Яблочков сделал совершенно естественный на его взгляд шаг — бесплатно предложил все права на «свечу» русскому Военному ведомству. Однако ответа с родины он так и не удостоился...

Электрический свет получает теперь в Париже, а затем и во всей Европе новое название — «русский свет». Впервые открылась возможность практической реализации электрического освещения: авеню Оперы в Париже, набережная Темзы в Лондоне, магазины, театры и другие объекты завоевывались «русским светом»...

Свеча производит сенсацию на Лондонской всемирной выставке физических приборов, куда Яблочков прибыл еще и в качестве представителя фирмы Бреге. Вернувшись в Париж, Яблочков принимает настойчивое предложение французского инженера Денейруза: моментально организуется «Учено-коммерческое общество», где изобретателю выделяется лаборатория. А за стеной лаборатории уже налаживается массовый выпуск «свечей». На Парижской всемирной выставке 1878 г. Общество строит отдельный павильон. Успех «свечи» превосходит все ожидания, и изобретатель получает крупное вознаграждение.

В своей жизни П. Н. Яблочков сделал много интересных изобретений, среди которых оригинальный электромагнит, трансформатор (индукционная кагушка), генератор переменного тока и др. Но визитной карточкой изобретателя остается «свеча Яблочкова» — первая практическая конструкция электрической лампы.

Однако время идет вперед, и даже самые яркие изобретения когда-нибудь устаревают. В блестящей плеяде его одногодков — еще один изобретатель, которому было суждено открыть новый этап в истории электрической лампы, приведя ее конструкцию к знакомому нам внешнему виду. Имя этого изобретателя — Александр Николаевич Лодыгин.

Поначалу судьба Лодыгина почти повторяла судьбу Яблочкова: военное училище, служба в армии, ранняя отставка. Но затем, подобно многим передовым людям того времени, Лодыгин предпринял романтическое «хождение в народ»: работал сначала молотобойцем, а потом слесарем на знаменитом Тульском оружейном заводе. Конечно, умение работать руками — для изобретателя дело важное, но велика и роль образования; понимая это, Лодыгин переезжает в Петербург и слушает лекции в университете. Слушает, лелея детскую мечту о постройке летательной машины — «электролета».

В конце 1869 г. энергичный автор приносит чертежи электролета в Инженерное управление, надеясь получить субсидию на постройку прямо-таки фантастического по тем временам аппарата (напомним, что до первого полета братьев Райт было еще 34 года). Отказ не обескуражил Лодыгина, оптимизма и энергии ему было не занимать. Не заинтересовались в России — предложим Франции, тем более что французы вели тяжелую, затяжную войну с Пруссией. Помочь в этой борьбе с ненавистной для всей прогрессивной русской интеллигенции прусской монархией и должен был его электролет. Твердо уверенный в этом изобретатель с неописуемыми трудностями, постоянно рискуя быть принятым за шпиона и расстрелянным, добирается до Парижа. И, кажется, вовремя: французское правительство крайне заинтересовалось проектом русского офицера; на заводах Крезо начали строить его электролет. Но нам никогда не узнать, смог ли он взлететь: война закончилась, и вместе с ней прекратились правительственные субсидии.

Но настоящие изобретатели — счастливые в своем оптимизме люди. Оказавшись без средств в чужой стране, Лодыгин не поддался отчаянию: ведь его уже занимала совсем другая тема — электрический свет. Правда, интерес его был сначала несколько прикладным: просто электролет надо было освещать, а дуговые лампы явно не годились.

Лодыгин возвращается в 1872 г. в Петербург и поступает на службу. Интересно, что средства на существование и проведение исследований дала ему работа в компании газового освещения. вскормившей себе таким образом неотразимого конкурента...

Как и Яблочков, Лодыгин внимательно анализирует достижения своих предшественников: применение для освещения нагретых током тугоплавких металлов уже не один год являлось объектом пристального исследования. Однако Лодыгин заинтересовался свечением нагретого угольного электрода. Помните, у Петрова: «...то является между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются...»

Рис. 3. Лампы накаливания конструкции А. Лодыгина (а) и Т. Эдисона (6) — как мало они отличаются от сегодняшних конструкций ламп!

И тут Лодыгин проявил столь необходимую для исследователя находчивость. Он спроектировал на экран изображение концов угольных электродов в момент возникновения между ними электрической дуги. При этом он отчетливо увидел, что светится только поверхность конусных торцов углей, и тогда: «...я подумал, что, заменив оба конуса одним цилиндром такого же объема, уменьшив диаметр этого цилиндра и увеличив его длину, я получу большую светящуюся поверхность... при том же токе». Другой находкой было помещение накаливаемого угля в герметический сосуд. Первая лампа с накаливаемым угольным стержнем была создана в 1872 г., годом позже появилась лампа в круглом стеклянном баллоне (рис. 3, а). В чеМ же было основное преимущество лампы Лодыгина перед уже существовавшими конструкциями? Вероятно, прежде всего в законченности: герметический баллон обеспечивал большую долговечность угольного стержня. Однако срок работы лампы не превышал получаса.

Интересно, что Лодыгин предусмотрел возможность замены углей (проводников) и в тексте заявки на привилегию (охранный документ на изобретение, эквивалентный зарубежному патенту) указал, что число проводников в одной лампе может быть более одного. В той же заявке было указано, что для изготовления стержней (проводников) может применяться углерод в разных видах (графит, сажа, кокс, уголь), а также смеси хороших проводников с непроводниками (железа, чугуна или платины с каолином, известью, магнезией и т.п.). Стеклянный резервуар должен быть наполнен азотом или другим газом, форма его может быть цилиндрической, овальной и всякой другой... Заметьте, что привилегия, выданная департаментом торговли и мануфактур 11 июля 1874 г. по этой заявке, закрепляла авторские права изобретателя на все разнообразные модификации лампы, предусмотрительно описанные в заявке.

Но судьба изобретения Лодыгина сложилась далеко не так удачно, как у «свечи Яблочкова». Сначала демонстрации лампы проходили весьма успешно: для ее производства было спешно создано «Товарищество электрического освещения А. Н. Лодыгин и компания». Однако деловым партнерам Лодыгина не хватило терпения на усовершенствование лампы, и они срочно приступили к ее производству. Уже упоминавшийся нами известный русский электротехник того времени Чиколев писал: «Изобретение Лодыгина вызвало большие надежды и восторги в 1872—1873 гг. Компания, составившаяся для эксплуатации этого совершенно невыработанного и неготового способа, вместо энергичных работ по его усовершенствованию, на что надеялся изобретатель, предпочла заняться спекуляциями и торговлей паями в расчете на будущие громадные доходы предприятия. Понятно, что это был самый надежный, совершенный способ погубить дело — способ, который не замедлил увенчаться полным успехом».

В погоне за прибылью партнеры-коммерсанты поставили изобретателя в трудное положение — к началу 1875 г. Товарищество практически разорилось. Единственным удачным результатом этого периода было применение лампы Лодыгина для освещения подводных работ при строительстве Александровского моста через Неву. Эти опыты имели большой резонанс и весьма заинтересовали ведущих электротехников, в том числе и Яблочкова. Именно с этого момента он обратился к проблемам электрического освещения, но в направлении усовершенствования дуговой лампы, в чем и преуспел. Дела Лодыгина шли все хуже. В конце 1875 г. он поступает слесарем-инструментальщиком в Петербургский арсенал, затем работает мастером-металлургом. Работа на металлургическом заводе увлекла его другой идеей: как использовать тепло электричества для плавки металла. И лишь спустя много лет Лодыгин снова вернется к проблеме лампы накаливания...

А пока громкий успех «свечи Яблочкова» ослабил внимание общественности к лампе накаливания. И в это время проблема электрического освещения заинтересовала еще одного великого изобретателя — Томаса Эдисона. Бытует весьма занятная версия о том, что привело Эдисона к мысли о работе над лампой накаливания. Где-то в 1876—1877 гг. в США для наблюдения за постройкой кораблей, заказанных Морским ведомством, был командирован русский морской офицер А. Хотинский. Известно, что Хотинский был неплохим электриком и изобретателем; он хорошо знал об опытах Лодыгина и даже захватил с собой в Штаты несколько образцов его лампы накаливания. Известно также, что, встречаясь с Эдисоном, Хотинский продемонстрировал ему эти лампы. Дальше — только предположения. Правда, основанные на всемирно известной способности Эдисона усовершенствовать чужие изобретения.

Биографы Эдисона утверждают, что в 1878 г. он активно занялся проблемой электрического освещения в быту. Вероятно, на это повлияли и всемирный успех «свечи Яблочкова», и изящество лампы Лодыгина. 27 января 1880 г. Эдисон получает патент на лампу с угольной нитью накаливания в стеклянном баллоне, из которого выкачан воздух. Только в откачке воздуха и заключается отличие конструкции этой лампы от лампы Лодыгина. Основная заслуга Эдисона не в новизне технического решения (успешно оспариваемой впоследствии многими конкурентами), а в инженерной проработанности конструкции. Первая лампа Лодыгина горела всего полчаса — лампа Эдисона (рис. 36) стала первой промышленно освоенной лампой накаливания.

Уже первые нити накаливания ламп Эдисона, представлявшие собой обычные швейные нитки, горели до 40 ч, но и это не устраивало изобретателя. Он пробует огромное число различных веществ, содержащих углерод: более шести тысяч разновидностей растительных волокон. К этому времени Эдисон — уже знаменитый изобретатель — имеет возможность вкладывать огромные средства для достижения успеха в своем новом увлечении. В джунглях Африки работает его экспедиция, поставляющая образцы материалов для нити накаливания. Кажется, перепробовано все, и тут лучшие результаты показывает бамбук, выдернутый из подвернувшегося под руку футляра от старого японского веера.

В канун нового, 1880 года в лабораторию Эдисона в Менло Парке съезжались многочисленные гости. Уже приближаясь к лаборатории, они восхищались ярким светом сотен ламп, развешанных повсюду. Эффект превзошел ожидания, но Эдисон уже думал о практичной и дешевой системе городского освещения. Правда, дальнейшие его действия имеют весьма отдаленное отношение к изобретательству: борьбу с газовыми компаниями и организацию производства дешевых ламп вел уже Эдисон — промышленник и бизнесмен. Заметим только, что лампы, покорившие Америку, все-таки мало отличались от ламп Лодыгина. И светился пока в них все тот же угольный стерженек...

Александру Лодыгину не досталось столь замечательных организаторских и деловых способностей, как Томасу Эдисону. Он давно понял недостатки угольного стержня и в 1893 г. серьезно занялся опытами по созданию ламп с нитью накаливания из различных сочетаний тугоплавких металлов. В ходе этих опытов он впервые предложил и опробовал вольфрам, тот самый материал, который применяется и по сей день. Свою новую лампу с вольфрамовой нитью накаливания Лодыгин патентует и успешно демонстрирует на Парижской всемирной выставке 1900 г. А в 1906 г. он ставит последнюю точку в заочном споре с Эдисоном — его патент покупает американская фирма «Дженерал Электрик», организованная в свое время Эдисоном.

Вот такая история у электрической лампочки, висящей над вашим столом. Примерно за сто лет от стеклянной скамеечки с углями Василия Петрова она приобрела практически современный вид. Среди множества инженеров и механиков, специалистов и просто любителей, совершенствовавших лампы, решающее слово довелось сказать трем блестящим изобретателям. Еще раз вспомним их имена: Павел Яблочков, Александр Лодыгин и Томас Эдисон.

 

 

 

Top.Mail.Ru
Top.Mail.Ru