Рассказы об электричестве

Чтобы у читателя не оставалось даже тени сомнений на этот счет, вот строки письма Вернера Сименса его брату Вильгельму в Лондон: «…машина будет готова через несколько дней. Сделай и ты изыскания, чтобы Уайльд, который также близко стоит у цели, не опередил нас.

Магнитное электричество сделается дешевым, станет доступным и применимым для освещения, гальванометаллургии и т. д., и даже малые электромагнитные машины, получающие силу от больших, станут весьма полезными…

Берлин, 4 декабря 1866 г.».

Джемме Клерк Максвелл (1831–1879)

Чтобы нагляднее продемонстрировать гонку, которую устроили конструкторы электрических машин, достаточно сказать, что в тот же день и на том же заседании, на котором читал доклад Вильгельм Сименс, члены Лондонского королевского общества слушали Чарлза Уитстона, своего коллегу и профессора физики Лондонского королевского колледжа, который изобрел иное (параллельное) соединение обмотки электромагнитов с цепью якоря, то есть предложил принцип шунтовой машины. Но несмотря на то, что это явилось несомненным шагом вперед, развития шунтовая машина в первые годы не получила. Применение ее началось лет десять спустя.

Примерно через месяц после этого заседания, на следующем своем собрании, члены общества слушали доклад Джемса Клерка Максвелла, в котором тот дал математический анализ работы машины с самовозбуждением. К сожалению, большинство практиков-электриков того периода не обладали достаточным математическим образованием, чтобы понять глубокий смысл сжатого изложения великого теоретика. В истории развития электромашиностроения это, пожалуй, первая теоретическая работа. Современники не придали ей должного значения и скоро забыли.

Вернер Сименс первым назвал электрическую машину без постоянного магнита динамоэлектрической машиной. Название прижилось. И на выставочных стендах стали появляться новые и новые конструкции динамо-машин, все более и более приближающиеся принципиально к тем генераторам, которые работают на «фабриках электричества» и в наши дни.

Я уже говорил, что одним из крупных недостатков первых электрических машин являлась сильная пульсация вырабатываемого тока. В 1856 году Вернер Сименс совместно с техником и компаньоном Иоганном Георгом Гальске патентует изобретенный двух-Т-образный якорь и строит магнитоэлектрическую машину, обладавшую значительными преимуществами по сравнению с другими конструкциями.

Четыре года спустя во Флоренции доктор Антонио Пачинотти предложил новую конструкцию якоря. «В 1860 году мне представился случай, — писал Пачинотти в журнал „Иль нуово чименто“, — построить для кабинета технологической физики Пизанского университета маленькую модель мною изобретенной электромагнитной машины…»

Кольцевой зубчатый якорь Пачинотти — яркое и исключительно удачное изобретение — не нашел практического применения. Может быть, причина заключалась в том, что сам Пачинотти был далек от практических задач. А может быть, виной явилась плохая информированность изобретателей разных стран.

Лишь через десять лет бельгиец Зиновий Теофиль Грамм, служивший в парижской фирме, производящей магнитоэлектрические машины, столяром, совместно с техником Эрдлем Луи Шарлем д’Ивернуа выправил патент на такой же кольцевой якорь, но без зубцов. А поскольку выработка не резко пульсирующего тока стояла на повестке дня с большой остротой, их изобретение получило весьма широкую огласку и признание. Грамм оказался весьма деловым человеком и организовал в Париже свою фирму, эксплуатирующую это усовершенствование. Более того, он применил кольцо Пачинотти для самовозбуждающейся машины, получив таким образом едва ли не первый практически вполне годный для промышленной эксплуатации генератор.

Выпустив на время из рук инициативу в создании конкурентноспособных динамо-машин, Вернер Сименс поставил задачу перед своими сотрудниками — перехватить производство. Для этого следовало прежде всего внести какое-то усовершенствование, чтобы оградить себя от патентного иска. И вот главный инженер фирмы Фридрих Гефнер-Альтенек видоизменяет якорь Грамма. Известно, что чем большая поверхность якоря проходит под полюсом электромагнита, тем индукционный ток в нем больше. И Гефнер-Альтенек вытягивает кольцевой якорь Грамма в цилиндр и делает его в виде барабана. Были введены и еще некоторые усовершенствования, позволившие фирме «Сименс и Гальске» приступить к выпуску собственных динамо-машин.

Некоторое время между конкурирующими фирмами и в среде инженеров шел спор, какой тип генераторов лучше — Грамма или Сименса. Но со временем все пришли к выводу, что разницы практически никакой нет. Тем более что то в одном месте, то в другом стали появляться динамо-машины разных конструкций. В начале 80-х годов Эдисон построил машину с нижним расположением якоря. «Сименс и Гальске» и фирма Грамма тут же почти одновременно перевернули эдисоновскую машину и построили динамо с верхним расположением якоря. Шуккерт в Нюрнберге сплюснул якорь и всю машину в плоское кольцо. Вышли на рынок многополюсные машины, более мощные и еще более совершенные. Но…

Эрнст Вернер Сименс (1816–1892)

Изобретатели уже давно заметили, что для некоторых целей, главным образом для питания дуговых ламп, можно пользоваться невыпрямленным, первоначальным током переменного направления. При этом, поскольку коллектор становился ненужным, конструкция машины сильно упрощалась.

Сначала генераторы переменного тока находили себе применение только для нужд освещения, и динамо-машины, вырабатывавшие постоянный ток, держали первенство. Но скоро в действие вступили и другие факторы, стимулировавшие развитие машин, вырабатывающих переменный электрический ток.

«Русский свет»

Создание экономичного генератора электрического тока оживило усилия изобретателей, искавших области практического применения электрической силе помимо телеграфии. Уже первые исследователи гальванизма заметили, что проволока, по которой идет электрический ток, нагревается, накаливается и может даже раскалиться до яркого свечения и расплавиться. Кроме того, в 1802 году В. В. Петров указал на возможность освещения «темных покоев» с помощью электрической дуги. Он же исследовал электроразрядное свечение в разреженном пространстве под колпаком. Те же явления позже были изучены Дэви и Фарадеем…

Освещение!.. Сейчас даже трудно представить себе, что всего полтораста лет тому назад оно являлось проблемой общественной жизни. С начала XIX века в дома горожан проникает газовое освещение, пришедшее на смену свечам и лампам с жидким горючим. Сначала газовый свет казался великолепным. О лучшем нечего было и мечтать. Однако этот триумф газа был недолгим. Уже к середине века газовое освещение перестало удовлетворять людей из-за своих многочисленных недостатков. Оно было тусклым, небезопасным в пожарном отношении и вредным для здоровья.