Страница 2 из 49
Потом за дело взялся великий американец Бенджамин Франклин, известный россиянам больше не как один из основателей США и физик, а как персонаж на стодолларовой банкноте. Франклин разделил статическое электричество на положительное и отрицательное, а также изучал атмосферное электричество. Аналогичные опыты в России, где известно, как все делалось, привели к гибели ученого Рихмана от удара молнии, которую он додумался по проводу завести прямо в лабораторию. Вот ведь, немец, а туда же — так почва влияет на судьбу даже иноземца Первый в мире источник постоянного тока придумал итальянец Алессандро Вольта. До этого другой макаронник Луиджи Гальвани весь 1791 год мучил лягушек, тыкая в них спицами из меди и железа. О появлении электричества он узнавал, облизывая противоположные концы спиц — точно так же, как советские школьники пробовали плоские батарейки на язык. Гальвани решил, что дело в животном электричестве, Вольта же сообразил, что живая лягушка здесь ни при чем, а нужна просто любая электропроводящая жидкость между разнородными металлами, и построил вольтов столб из положенных друг на друга медных и цинковых кружочков, проложенных войлоком. Вся эта колбаска помещалась в кислый раствор (винного уксуса или соляной кислоты), который пропитывал войлок, и с крайних кружков можно было через проволочки снимать настолько большое количество электричества, что вскоре, сближая проволочки, Вольта увидел мощную искру между ними. Несколько усовершенствовав свой столб и воспользовавшись другими электродами, он открыл вольтову дугу, которую в период советской борьбы с космополитизмом (конец 40-х годов прошлого века) справедливо назвали дугой Петрова — петербургского академика, примерно в то же время наблюдавшего дугу между угольными стержнями, но не раззвонившего об этом по всему миру. Алессандро же Вольта не стеснялся демонстрировать свои изобретения перед сильными мира сего и получил от Наполеона графский титул. Да, вот еще — экспериментируя с различными металлами при изготовлении своего столба, Вольта построил их в определенный порядок, названный рядом напряжений. В этом ряду, чем дальше друг от друга стоят металлы, тем ток будет больше.
Ряд напряжений с не очень большими изменениями продолжают использовать и в настоящее время. Именем Вольта названа единица напряжения — вольт. Последнюю «а» зачем-то отбросили. А если бы вовремя подсуетился Петров? Она что, стала бы называться «петро»? Украинцы, ясное дело, были бы довольны, но «сеть на 220 петро» как-то не звучит.
Пафосно говоря, именно вольтов столб возвестил о новой эпохе в истории человечества — эпохе электричества. Дальше дело пошло быстрее, уже в 1820 году Эрстед описал отклонение магнитной стрелки вблизи провода с текущим по нему электрическим током, а немного позднее Био, Савар и Лаплас облекли эти наблюдения в скучные физические формулы. Вскоре свои эксперименты начал Ампер, обнаруживший и доказавший наличие безусловной связи двух явлений — электричества и магнетизма, и предложивший рассматривать их совместно под названием электромагнетизма. Сначала ему как-то не поверили, но потом Майкл Фарадей сумел превратить электрическую и магнитную энергию в механическую, а через лет десять решил и обратную задачу — превратил механическую энергию в электрическую (то самое, что делается на ГЭС, когда водопад крутит ротор генератора). В конце 1831 года Фарадей сообщил об открытии электромагнитной индукции (появление электрического тока в контуре, находящемся в переменном магнитном поле или движущемся в постоянном магнитном поле), которая составляет основу современной электротехники. Тут же были изобретены первые электромагнитные генераторы и электродвигатели.
В литературе имеется рассказ о том, как Фарадей получил по почте письмо с описанием электрического генератора, подписанное только латинскими инициалами R и М. Проект был очень хорош, и благородный Фарадей переправил письмо в научный журнал с собственными хвалебными комментариями. Легенда гласит, что таинственный R. М. так и не пожелал раскрыть свое имя, и мы до сих пор так и не знаем, кто на самом деле был изобретателем первого электромагнитного генератора, причем переменного тока. Историки провели тщательные розыски, но так ничего и не обнаружили.
Это странно. Совершенно ясно, что всю эту мистификацию придумал сам Фарадей, к тому времени слегка запутавшийся в вопросах приоритета на различные электрические прибамбасы со своим бывшим начальником Дэви. Подписываться своим именем ему было тогда неудобно, и если что и стоило бы сделать историкам естествознания, так это выяснить, что именно имел в виду Фарадей под литерой R; что М означает Майкл — это не требует специальных доказательств. На R начинается много английских слов, имеющих отношение к изобретательству. Наша гипотеза — researcher (исследователь). Вполне изящно — исследователь Майкл.
Генератор переменного тока не мог быть использован для изобретенных уже тогда электролиза, телеграфа, в дуговых лампах для освещения. Необходимо было устройство для преобразования переменного тока в постоянный, и вскоре оно появилось под названием коллектора, а по-русски — выпрямителя. В 1870 году Грамм придумал кольцевую обмотку якоря динамо-машины (генератора постоянного тока), и генераторы стали вырабатывать ток определенного напряжения без скачков выше-ниже, а на Венской промышленной выставке в 1873 году (Тесле уже 17 лет, он учится в Карлштадтском Высшем реальном училище) была случайно, одним любопытным посетителем, обнаружена обратимость машины Грамма — при вращении якоря появлялся электрический ток, а при протекании тока через якорь получался электродвигатель, быстро вращавший наколотый на ось коробок шведских спичек.
Вскоре произошло кардинальное улучшение дуговых ламп. Удивительно, но до нашего Яблочкова никто не догадался расположить электроды для получения дуги не горизонтально, друг напротив друга, а вертикально. При горизонтальном расположении постепенно сгорающих электродов их приходилось все время приближать друг к другу с помощью специального приспособления, и в основном вручную. А вертикально расположенные рядом электроды сгорали постепенно сверху вниз, не требуя подкрутки. Необходимо было только догадаться до состава изолятора между электродами, который тоже сгорал бы вместе с электродами, но до того продолжал изолировать электроды друг от друга. Впрочем, возникла и другая проблема — положительный анод сгорал заметно быстрее отрицательного катода, и Яблочков догадался, что в данном случае уместно использовать переменный ток, который будет время от времени изменять знак каждого из электродов на противоположный. И специально для питания «свечей Яблочкова» генератор такого тока был создан. Главной задачей электротехников стало решение проблемы передачи тока на значительные расстояния — ведь электроэнергию производили на ГЭС или вблизи месторождений угля, а потребляли вдали от них в городах.
Передача тока на значительные расстояния стала камнем преткновения для развития электротехники. Электрический ток передавали тогда по довольно тонким проводам и малого напряжения, лишь повышение этого напряжения со 100 вольт до 6000 вольт позволило Марселю Депре передать электроэнергию на почти 60 км, причем с неплохим коэффициентом полезного действия — 40 % Если бы удалось передавать ток с напряжением 20–30 тысяч вольт, задача была бы решена, однако генераторы постоянного тока в принципе не были на это способны. Оставалось лишь производить переменный ток низкого напряжения, затем повышать до требуемой величины, передавать на большие расстояния, а на месте снова снижать до реально используемого. Но как этот ток использовать, если устройств, прежде всего электродвигателей переменного тока, просто не существовало? При этом важно обратить внимание, что именно электродвигатели в те времена были основными потребителями электрического тока, они крутили станки на заводах и колеса различных транспортных средств. Так что задача сформулировалась сама собой — нужен электродвигатель переменного тока.