Рассказы об электричестве
Шрифт:
С. Хиорт был судебным чиновником. Увлеченный техническими идеями, волновавшими его время, он с целью самообразования посещал Копенгагенский университет, где слушал лекции X. Эрстеда. В дальнейшем, работая на железной дороге, молодой изобретатель пытался применить на ней электродвигатель. Опыты привели его к открытию явления самовозбуждения. И в 1852 году он представил научному обществу в Копенгагене описание и чертежи машины с самовозбуждением, а два года спустя взял английский патент на такую машину. Позже он усовершенствовал замысел и осуществил свою конструкцию.
Сорен Хиорт, по воспоминаниям современников, был очень энергичным человеком. Казалось, все сосредоточилось в его руках: патент, опытный образец машины… Почему же открытый им принцип самовозбуждения не получил развития и не был практически реализован сразу?
В биографии Хиорта написано: «Сын крестьянина. Образование получил самоучкой». Никакой промышленной базы и средств для ее организации у него не было. Он несомненно опередил время, совершив скачок вперед в ходе практического развития электрической машины. Все это и привело к тому, что его идеи не нашли в практике общества достаточно подготовленной почвы.
Интересно отметить и еще одно обстоятельство, которое могло отрицательно повлиять на оценку его работ. Скомбинировав генератор с самовозбуждением вместе с электромагнитным двигателем, Хиорт получил нечто вроде вечного двигателя. Однако еще в 1775 году Парижская академия наук отказалась рассматривать проекты вечных двигателей, объявив их химерой. А после того как был открыт закон сохранения энергии, вера в возможность осуществления подобного устройства была окончательно подорвана во всем мире. Люди же, разрабатывающие подобные неосуществимые проекты, теряли в глазах общества всякий авторитет.
Переход электрических машин на принцип самовозбуждения стал крупным шагом в развитии электромашиностроения. Неудивительно, что вокруг вопроса о приоритете в этой области разгорелись бесконечные споры.
Долгое время конструирование электромагнитов, в том числе и для электрических машин, не выходило за рамки интуиции изобретателей, что, разумеется, сильно сдерживало развитие новой техники. Но вот в 1872 году доцент Московского университета Александр Григорьевич Столетов защищает докторскую диссертацию на тему «Исследование о функции намагничения мягкого железа». Работая в лаборатории Кирхгофа в Гейдельберге, Столетов проделал большое количество опытов за время своей шестимесячной командировки и фактически разработал основы методов расчета магнитной цепи. А с 1880 года, после открытия немецким физиком Эмилем Габриэлем Варбургом явления гистерезиса, когда всем стало ясно, что циклическое намагничивание ферромагнетиков связано с потерей механической, а следовательно, и электромагнитной энергии, исследователи смогли перейти от грубой эмпирики к осмысленному, достаточно строгому проектированию электрических машин, аппаратов и приборов.
В Германии с середины прошлого столетия работало мощное электротехническое объединение, занимавшееся выпуском сначала принадлежностей для телеграфных сетей, а затем и прочего электротехнического оборудования. Во главе этого объединения стоял немецкий инженер, талантливый изобретатель и предприниматель Эрнст Вернер Сименс. Он получил хорошее образование в Берлинской инженерноартиллерийской школе. Он и его братья, тоже инженеры, имели прекрасные связи. Технические бюро и заводы Сименса возникали не только в странах и городах Западной Европы. В России Сименс строил телеграфную сеть, организовав мастерские в Петербурге. Отделение фирмы, перебравшись через океан, открылось даже в Филадельфии…
Но наш рассказ относится ко второй половине прошлого столетия. Вернер Сименс торопил сборку первого генератора с самовозбуждением, справедливо опасаясь, что его обгонят. Стремясь не упустить приоритет и отлично понимая значение принципа самовозбуждения для дальнейшего развития электромашиностроения, он берет через своего брата, жившего в Англии, английский патент. И месяц спустя этот младший «английский» Сименс читает в Лондонском королевском обществе доклад о новом принципе. В то же время в Берлине от имени Вернера Сименса в Академии наук выступает с сообщением профессор Магнус.
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.».
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.