Страница:
К сказанному Капицей можно добавить, что вектор Умова применяют для проектирования электромагнитных излучателей и направляющих систем в радиоэлектронной аппаратуре, для расчета энергетических характеристик антенн, в частности, сопротивления излучения выпускных самолетных антенн. Вектор необходим при определении оптимальной аэродинамической конструкции летательного аппарата в поле скоростей. В процессах и аппаратах химических технологий его используют для составления детерминированных и идеальных математических моделей. В электротехнике с его помощью определяют внутреннее активное и реактивное сопротивление проводника и т. д. и т. п.
«Представления Умова о движении и распределении энергии в средах, о ее потоке, скорости и направлении являются общепризнанными в современной физике. Они прочно завоевали себе место в таких ее разделах, как теория поля, электродинамика, оптика, акустика, гидродинамика… Именно Умов изложил очень ценную идею об универсальности всех силовых взаимодействий в природе» (профессор А.Л. Шаляпин).
Писатель Андрей Белый оставил яркие воспоминания о своем преподавателе – Н.А. Умове, в котором адекватно своему учителю употребил много редких, но метких слов: «Огромная область физика была им высечена перед нами, как художественное произведение, единообразное по стилю… Он вводил нас в суть вопроса, как жрец, сперва протомив подготовкою; взвивал занавесь, и мы видели не историю становления вопроса, а некую драму-мистерию; так, пленив нас вопросом, он углублялся уже в детализацию и раскрытие чисто математических формул».
«СВЕЧА ЯБЛОЧКОВА»
ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ ЛОДЫГИНА
ФОТОЭФФЕКТ СТОЛЕТОВА
«Представления Умова о движении и распределении энергии в средах, о ее потоке, скорости и направлении являются общепризнанными в современной физике. Они прочно завоевали себе место в таких ее разделах, как теория поля, электродинамика, оптика, акустика, гидродинамика… Именно Умов изложил очень ценную идею об универсальности всех силовых взаимодействий в природе» (профессор А.Л. Шаляпин).
Писатель Андрей Белый оставил яркие воспоминания о своем преподавателе – Н.А. Умове, в котором адекватно своему учителю употребил много редких, но метких слов: «Огромная область физика была им высечена перед нами, как художественное произведение, единообразное по стилю… Он вводил нас в суть вопроса, как жрец, сперва протомив подготовкою; взвивал занавесь, и мы видели не историю становления вопроса, а некую драму-мистерию; так, пленив нас вопросом, он углублялся уже в детализацию и раскрытие чисто математических формул».
«СВЕЧА ЯБЛОЧКОВА»
Электротехник, военный инженер, конструктор, изобретатель, предприниматель; действительный член Французского физического общества, заместитель председателя Электротехнического отдела императорского Русского технического общества (РТО); начальник службы телеграфа Московско-Курской железной дороги, директор мастерской физических приборов (Москва), руководитель технического отдела французской «Генеральной компании электричества с патентами Яблочкова» (Париж), глава акционерного товарищества «Яблочков-изобретатель и К°»; кавалер именной медали РТО и французского ордена Почетного легиона, Павел Николаевич Яблочков (1847–1894) известен многими научными работами и изобретениями в области электротехники – электромагнитов, сепараторов для разделения катодного и анодного пространства, первого генератора и первого трансформатора переменного тока, системы «дробления» электрического света, химических источников тока. Всемирную славу получил Яблочков за свою дуговую лампу – «свечу Яблочкова».
Как освещались полтора века назад улицы наших городов? Хотя бы Москвы. О деревнях не будем. Накануне нашествия «двунадесяти языков» улицы Белокаменной с сентября по май освещали 7000 масляных фонарей на деревянных столбах. Фонари были в версте друг от друга, конопляное масло (а были времена, и спирт) воровали, так что слово «освещали» мало отражало суть этого физического явления.
В 1862 г. масло сменил керосин. Десятилинейные девятисвечевые керосиновые фонари освещали центр древней столицы, а пятилинейные – бросали жидкий свет на окраинах. Через 3 года появились 3000 газовых английских фонарей. Для «большой деревни» этого было явно недостаточно, поэтому вопрос об освещении улиц во второй половине XIX в. стоял довольно остро. Кстати, не только в Москве, но и во всем мире, прежде всего в европейских столицах, где фонарей было больше, но тех же – английских.
Ипподром в Париже, освещённый «свечами Яблочкова». Гравюра XIX в.
В 1872 г. русский электротехник А.Н. Лодыгин подал заявку на изобретение электрической лампы накаливания, в которой нитью накала служил угольный стержень, помещенный в вакуумированный сосуд, а в 1874 г. получил патент за номером 1619. Тогда же состоялись демонстрации по освещению улиц и помещений в ряде мест Петербурга. Вызвав общественный резонанс, лампы накаливания тем не менее не нашли спроса из-за несовершенства конструкции. Но они подготовили почву для изобретения П.Н. Яблочковым (в мастерских которого Лодыгин какое-то время работал) электрической свечи, а позднее и для работ американца Т.А. Эдисона (патент 1880 г.), с благодарностью позаимствовавшего принцип действия изобретения предшественника и добавившего к нему свою придумку – угольную нить из бамбука, существенно увеличившую срок службы лампы.
12 декабря 1876 г. впервые вспыхнул свет «свечи Яблочкова» (французский патент № 112024, 1876). К этому дню ученый шел несколько лет.
Будучи членом кружка электриков-изобретателей и любителей электротехники при Московском политехническом музее, Яблочков узнал об опытах Лодыгина по освещению улиц и помещений лампами накаливания и загорелся идеей найти дуговой лампе Фуко с ручным регулированием длины дуги новую область практического применения. Дуговые лампы от электрических отличаются тем, что в них под действием электрического разряда светится газ между электродами, а в лампах накаливания свет излучает нагретая нить.
Установив впервые в истории железнодорожного транспорта на паровозе прожектор с такой дуговой лампой, Яблочков был разочарован хотя и эффектным освещением пути следования, но чрезвычайно неэффективным ручным регулированием и решил усовершенствовать лампу Фуко, имевшую горизонтальное расположение угольных электродов.
Как-то занимаясь опытами по электролизу растворов поваренной соли, Яблочков обратил внимание на вспышку между двумя случайно коснувшимися друг друга угольными пластинками-электродами, после чего остановился на варианте дуговой лампы без регулятора межэлектродного расстояния.
Поставив электроды вертикально, изобретатель разделил их слоем изолятора – фарфоровой вставкой, а зажигание производил сведением электродов до соприкосновения (с последующим разведением). Во время работы лампы электроды сгорали и испарялись, но нужное расстояние между ними поддерживалось автоматически.
Это простейшее (но и гениальное) устройство, в котором ученый добился главного – саморегулирования свечения, тут же получило название «свеча Яблочкова». Местом первой демонстрации нового источника света стал Лондон. В столицах Европы, Америки, Азии «русский свет» осветил универсальные магазины и театры, площади и улицы, а во дворцах персидского шаха и короля Камбоджи не могли нарадоваться яркости голубого и оранжевого (в зависимости от состава вещества в прокладке между углями) «северного света». В России впервые электрическое освещение по системе Яблочкова было проведено в 1878 г. в казармах Кронштадта и в Большом театре Петербурга.
Пресса изливала восторг и вещала о новой эре в развитии электротехники. Во Французской академии и в других крупнейших научных обществах Европы изобретению русского ученого был посвящен ряд докладов. На электротехнической выставке 1881 г. в Париже изобретения Яблочкова, признанные вне конкурса, получили высшую награду. Словом, мир получил свет, а Яблочков – мировое признание.
Надо отметить, что Яблочков не только изобрел свечу, но и обеспечил ей скорейшее внедрение. Оснастил осветительные установки генераторами переменного тока; рассчитал и предложил цепи из произвольного числа свечей; добился увеличения их долговечности (из-за быстрого сгорания электродов первых свеч хватало на 1,5 часа); разработал системы распределения тока при посредстве индукционных приборов – предшественников современных трансформаторов.
Товарищество «Яблочков-изобретатель и К°» какое-то время процветало, но поскольку Павлу Николаевичу за непрестанными расчетами и опытами некогда было самому заниматься делами фирмы, ими занимались проходимцы, которые оставили изобретателя ни с чем.
Через несколько лет яркие, но неэкономичные дуговые лампы заменились лампами накаливания, но не ушли, а заняли свою достойную нишу среди прочих источников света.
Позднее вольтову дугу стали заключать в лишенную кислорода атмосферу, чем повысили непрерывность горения до 200 часов. Сейчас вместо вакуума применяют инертные газы. Широкое применение нашли источники особо яркого (белого) света – ртутные и ксеноновые дуговые газоразрядные лампы. Для получения желтого и оранжевого цветов применяют натриевые лампы соответственно низкого и высокого давления, пользующиеся славой самых эффективных источников света.
Собственно же дуговая угольная лампа Яблочкова в ее первозданном виде получила широчайшее распространение в XX в. в прожекторостроении, кинопроекционной аппаратуре, в мощных облучательных установках, находящих большое применение. Так, например, в оптических печах исследуют физико-химические свойства материалов при высоких температурах, изучают влияние интенсивных лучистых потоков на материалы и организмы, осуществляют плавку в особо чистых условиях, сварку и пайку тугоплавких материалов, выращивают монокристаллы, занимаются рафинированием цветных металлов и т. д.
Свеча Яблочкова повлияла на многие работы в области электрического освещения, в частности инициировала возникновение научной фотометрии.
«Свеча Яблочкова дала электротехнике такой же сильный толчок на пути разнообразнейших практических применений электричества, какой паровая машина Уатта дала применениям пара в промышленности» (академик Н.П. Петров).
Помимо своего главного изобретения Павел Николаевич предложил еще электрическую лампочку другого типа – каолиновую, свечение которой происходило от огнеупорных тел, накаляемых электрическим током. Этот принцип спустя четверть века был использован в лампе Нернста.
Ученый создал еще несколько электрических машин и химических источников тока, принесших славу России в области электротехники; получил ряд патентов на магнитоэлектрическую машину переменного тока без вращательного движения; на магнитодинамоэлектрическую машину, на машину переменного тока с вращающимся индуктором, полюсы которого были расположены на винтовой линии; на электродвигатель-генератор, могущий работать на переменном и на постоянном токе, и т. д. В Санкт-Петербурге Яблочков основал электромеханический завод, учредил первый русский электротехнический журнал «Электричество» (1880).
Т.А. Эдисон прожил свою жизнь в богатстве, в свете славы и «ламп Эдисона», а П.Н. Яблочков умер в бедности, редко вспоминаемый кем, 31 марта 1894 г. в Саратове, улицы которого освещали тогда в лучшем случае газовыми английскими фонарями, хотя в концертном зале на Немецкой улице и в гостинице «Россия» уже горели электрические фонари по 550 свечей каждый.
Как освещались полтора века назад улицы наших городов? Хотя бы Москвы. О деревнях не будем. Накануне нашествия «двунадесяти языков» улицы Белокаменной с сентября по май освещали 7000 масляных фонарей на деревянных столбах. Фонари были в версте друг от друга, конопляное масло (а были времена, и спирт) воровали, так что слово «освещали» мало отражало суть этого физического явления.
В 1862 г. масло сменил керосин. Десятилинейные девятисвечевые керосиновые фонари освещали центр древней столицы, а пятилинейные – бросали жидкий свет на окраинах. Через 3 года появились 3000 газовых английских фонарей. Для «большой деревни» этого было явно недостаточно, поэтому вопрос об освещении улиц во второй половине XIX в. стоял довольно остро. Кстати, не только в Москве, но и во всем мире, прежде всего в европейских столицах, где фонарей было больше, но тех же – английских.
Ипподром в Париже, освещённый «свечами Яблочкова». Гравюра XIX в.
В 1872 г. русский электротехник А.Н. Лодыгин подал заявку на изобретение электрической лампы накаливания, в которой нитью накала служил угольный стержень, помещенный в вакуумированный сосуд, а в 1874 г. получил патент за номером 1619. Тогда же состоялись демонстрации по освещению улиц и помещений в ряде мест Петербурга. Вызвав общественный резонанс, лампы накаливания тем не менее не нашли спроса из-за несовершенства конструкции. Но они подготовили почву для изобретения П.Н. Яблочковым (в мастерских которого Лодыгин какое-то время работал) электрической свечи, а позднее и для работ американца Т.А. Эдисона (патент 1880 г.), с благодарностью позаимствовавшего принцип действия изобретения предшественника и добавившего к нему свою придумку – угольную нить из бамбука, существенно увеличившую срок службы лампы.
12 декабря 1876 г. впервые вспыхнул свет «свечи Яблочкова» (французский патент № 112024, 1876). К этому дню ученый шел несколько лет.
Будучи членом кружка электриков-изобретателей и любителей электротехники при Московском политехническом музее, Яблочков узнал об опытах Лодыгина по освещению улиц и помещений лампами накаливания и загорелся идеей найти дуговой лампе Фуко с ручным регулированием длины дуги новую область практического применения. Дуговые лампы от электрических отличаются тем, что в них под действием электрического разряда светится газ между электродами, а в лампах накаливания свет излучает нагретая нить.
Установив впервые в истории железнодорожного транспорта на паровозе прожектор с такой дуговой лампой, Яблочков был разочарован хотя и эффектным освещением пути следования, но чрезвычайно неэффективным ручным регулированием и решил усовершенствовать лампу Фуко, имевшую горизонтальное расположение угольных электродов.
Как-то занимаясь опытами по электролизу растворов поваренной соли, Яблочков обратил внимание на вспышку между двумя случайно коснувшимися друг друга угольными пластинками-электродами, после чего остановился на варианте дуговой лампы без регулятора межэлектродного расстояния.
Поставив электроды вертикально, изобретатель разделил их слоем изолятора – фарфоровой вставкой, а зажигание производил сведением электродов до соприкосновения (с последующим разведением). Во время работы лампы электроды сгорали и испарялись, но нужное расстояние между ними поддерживалось автоматически.
Это простейшее (но и гениальное) устройство, в котором ученый добился главного – саморегулирования свечения, тут же получило название «свеча Яблочкова». Местом первой демонстрации нового источника света стал Лондон. В столицах Европы, Америки, Азии «русский свет» осветил универсальные магазины и театры, площади и улицы, а во дворцах персидского шаха и короля Камбоджи не могли нарадоваться яркости голубого и оранжевого (в зависимости от состава вещества в прокладке между углями) «северного света». В России впервые электрическое освещение по системе Яблочкова было проведено в 1878 г. в казармах Кронштадта и в Большом театре Петербурга.
Пресса изливала восторг и вещала о новой эре в развитии электротехники. Во Французской академии и в других крупнейших научных обществах Европы изобретению русского ученого был посвящен ряд докладов. На электротехнической выставке 1881 г. в Париже изобретения Яблочкова, признанные вне конкурса, получили высшую награду. Словом, мир получил свет, а Яблочков – мировое признание.
Надо отметить, что Яблочков не только изобрел свечу, но и обеспечил ей скорейшее внедрение. Оснастил осветительные установки генераторами переменного тока; рассчитал и предложил цепи из произвольного числа свечей; добился увеличения их долговечности (из-за быстрого сгорания электродов первых свеч хватало на 1,5 часа); разработал системы распределения тока при посредстве индукционных приборов – предшественников современных трансформаторов.
Товарищество «Яблочков-изобретатель и К°» какое-то время процветало, но поскольку Павлу Николаевичу за непрестанными расчетами и опытами некогда было самому заниматься делами фирмы, ими занимались проходимцы, которые оставили изобретателя ни с чем.
Через несколько лет яркие, но неэкономичные дуговые лампы заменились лампами накаливания, но не ушли, а заняли свою достойную нишу среди прочих источников света.
Позднее вольтову дугу стали заключать в лишенную кислорода атмосферу, чем повысили непрерывность горения до 200 часов. Сейчас вместо вакуума применяют инертные газы. Широкое применение нашли источники особо яркого (белого) света – ртутные и ксеноновые дуговые газоразрядные лампы. Для получения желтого и оранжевого цветов применяют натриевые лампы соответственно низкого и высокого давления, пользующиеся славой самых эффективных источников света.
Собственно же дуговая угольная лампа Яблочкова в ее первозданном виде получила широчайшее распространение в XX в. в прожекторостроении, кинопроекционной аппаратуре, в мощных облучательных установках, находящих большое применение. Так, например, в оптических печах исследуют физико-химические свойства материалов при высоких температурах, изучают влияние интенсивных лучистых потоков на материалы и организмы, осуществляют плавку в особо чистых условиях, сварку и пайку тугоплавких материалов, выращивают монокристаллы, занимаются рафинированием цветных металлов и т. д.
Свеча Яблочкова повлияла на многие работы в области электрического освещения, в частности инициировала возникновение научной фотометрии.
«Свеча Яблочкова дала электротехнике такой же сильный толчок на пути разнообразнейших практических применений электричества, какой паровая машина Уатта дала применениям пара в промышленности» (академик Н.П. Петров).
Помимо своего главного изобретения Павел Николаевич предложил еще электрическую лампочку другого типа – каолиновую, свечение которой происходило от огнеупорных тел, накаляемых электрическим током. Этот принцип спустя четверть века был использован в лампе Нернста.
Ученый создал еще несколько электрических машин и химических источников тока, принесших славу России в области электротехники; получил ряд патентов на магнитоэлектрическую машину переменного тока без вращательного движения; на магнитодинамоэлектрическую машину, на машину переменного тока с вращающимся индуктором, полюсы которого были расположены на винтовой линии; на электродвигатель-генератор, могущий работать на переменном и на постоянном токе, и т. д. В Санкт-Петербурге Яблочков основал электромеханический завод, учредил первый русский электротехнический журнал «Электричество» (1880).
Т.А. Эдисон прожил свою жизнь в богатстве, в свете славы и «ламп Эдисона», а П.Н. Яблочков умер в бедности, редко вспоминаемый кем, 31 марта 1894 г. в Саратове, улицы которого освещали тогда в лучшем случае газовыми английскими фонарями, хотя в концертном зале на Немецкой улице и в гостинице «Россия» уже горели электрические фонари по 550 свечей каждый.
ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ ЛОДЫГИНА
Физик, электротехник, инженер, конструктор, изобретатель; народник; заводской слесарь, молотобоец, сотрудник строительного управления Петербургской железной дороги, заведующий подстанциями городского трамвая в Петербурге, преподаватель Петербургского электротехнического института; основатель первых ламповых производств во Франции и заводов по электрохимическому получению вольфрама, хрома, титана в США; создатель компании «Русское товарищество электрического освещения Лодыгин и К°»; действительный член Русского технического общества; участник многих международных выставок; лауреат Ломоносовской премии Петербургской АН; кавалер ордена Станислава 3-й степени; почетный инженер-электрик Электротехнического института императора Александра III (ЭТИ), Александр Николаевич Лодыгин (1847–1923) изобрел лампу накаливания. Лодыгин известен также как основатель промышленной электротермии, разработчик электрических печей сопротивления и индукционных для плавки металлов, меленита, стекла, закалки и отжига стальных изделий, получения фосфора, кремния.
А.Н. Лодыгин для России – то же самое, что Т. Эдисон для Америки. Речь идет не о количестве патентов, а о значении инженерного и научного вклада в престиж страны.
Лампа накаливания Лодыгина – изобретение ранга теплового двигателя Ползунова или самолета Можайского, названия которых остались навеки связанными с именами создателей. Увы, всякое великое научно-техническое достижение – искус для других изобретателей. Эдисон, позаимствовавший принцип лампы накаливания у Лодыгина, даже предъявил иск автору этой идеи, но суд отклонил заявление американца, сославшись на первенство русского изобретателя. Приоритет изобретения лампы накаливания оспаривался многими лицами, но ни один «патентный процесс» ими выигран не был, так как главные составляющие лампы накаливания – стеклянная колба с откачанным воздухом и угольная, а позднее вольфрамовая нить, на поиск которой Александр Николаевич потратил 27 лет жизни, были запатентованными изобретениями Лодыгина.
И все же Эдисону надо отдать должное – благодаря вложенной им в модернизацию лампы огромной сумме денег, многочисленным экспериментам, нескольким новшествам, налаживанию по всему миру ее промышленного производства, рекламной кампании лампу Лодыгина стали называть лампочкой Эдисона. Это, правда, не изменило сути дела. Ведь ее в свое время называли «лампой Козлова», «лампой Конна» (владельцы акций «Товарищества электрического освещения А.Н. Лодыгин и К°») – именами дельцов, но отнюдь не изобретателей, а в советское и вовсе «лампочкой Ильича».
Будем считать все это научно-техническим казусом, тем более что все-таки Лодыгин первым изобрел лампу накаливания, первым запатентовал ее в России и за рубежом и первым осветил учреждения и городские улицы – за 6 лет до аналогичных работ Эдисона.
Кстати, историки науки обратили внимание на тот факт, что природа будто нарочно произвела на свет трех человек в один год: в 1847-м – Яблочкова, Лодыгина и Эдисона – с тем, чтобы они могли на равных посоревноваться друг с другом.
А.Н. Лодыгин
В молодости Лодыгина бросало в разные, причем самые новые, мало изученные области техники. В конце 1860-х гг. Александр одновременно занялся созданием летательного аппарата вертикального взлета – электролета (геликоптера, вертолета) и водолазного аппарата. Летательный аппарат, отвергнутый российским военным министерством, настолько заинтересовал французов, воевавших тогда с Пруссией, что они вызвали Лодыгина к себе. Увы, пруссаки победили, а мир, быть может, лишился великого изобретения. 40 лет спустя инженер вернулся к идее электролета, но и тогда она оказалась преждевременной и была использована много позднее. Проект автономного водолазного скафандра с применением газовой смеси, состоящей из водорода и кислорода, вырабатываемого из воды путем электролиза, предложенный изобретателем в 1871 г., фактически явился прообразом акваланга.
Но именно работы по электрооборудованию электролета для ночного освещения привели Лодыгина к созданию его главного детища. Начав свои опыты с исследования электрической дуги, инженер обратил внимание на то, что раскаленные концы угольных стержней светят ярче дуги, и тут же стал подыскивать материалы, которые при пропускании тока светились бы не только ярко, но и как можно дольше не перегорали. Остановился изобретатель на двух тонких стержнях из ретортного угля, помещаемых в стеклянный баллон, из которого насосом был откачан воздух. Первые лампочки светились желтоватым светом полчаса, новые модификации – один час, полтора, потом все дольше и дольше…
Впервые лампочку накаливания Лодыгин продемонстрировал для военных на полигоне Волково Поле в Петербурге в 1870 г.
В 1871–1872 гг. изобретатель провел несколько публичных показов электрического освещения лампами накаливания, запитанными от батарей либо от магнитоэлектрических машин переменного тока – в Технологическом институте и Адмиралтействе, в Галерной гавани и на Одесской улице Северной столицы. Этими акциями инженер показал не только самые широкие возможности использования нового освещения, но и возможность «дробить свет», то есть включать большое число источников света в цепь одного генератора электрического тока – эта задача считалась едва ли не самой трудновыполнимой в то время.
Еще два лодыгинских изобретения остались в лампе накаливания – это закрученная в форме спирали нить накаливания и наполнение лампочек инертным газом.
Тогда же Лодыгин подал заявку в Департамент торговли и мануфактур на «Способ и аппараты дешевого электрического освещения», которая болталась по канцеляриям министерства больше двух лет.
В 1874 г. Александр Николаевич получил патент на свою лампу (привилегия № 1619 от 11 июля 1874 г.), после чего запатентовал изобретение в Австро-Венгрии, Испании, Португалии, Италии, Бельгии, Франции, Великобритании, Швеции, Саксонии, Индии и Австралии. В том же году Петербургская АН присвоила Лодыгину ежегодную Ломоносовскую премию.
До ума изобретатель довел свою лампочку после того, как перепробовал в качестве угольных стержней множество материалов. В 1893–1894 гг. Лодыгин получил американские патенты на лампы накаливания с нитью из вольфрама, молибдена и тантала и продемонстрировал новые источники света на Парижской выставке.
Относительная дешевизна ламп, простота их включения, компактность, отсутствие инерционности, малая зависимость параметров от температуры окружающей среды, достаточно высокая надежность и устойчивость к внешним механическим воздействиям и пр. обеспечили им зеленую улицу. И хотя сегодня изобретены другие, более совершенные и долговечные излучатели, лампы накаливания по-прежнему производят в громадных количествах, и они остаются одними из основных источников света.
А.Н. Лодыгина называли «русским Прометеем», «отцом электротермии», «кающимся дворянином». «Последнее определение говорит о глубокой внутренней порядочности и совестливости… Это же подтверждает и участие Лодыгина в народническом движении. Принято считать, что одним из двигателей его научных изысканий было стремление заменить лучины и керосиновые светильники на электрическое освещение в каждом русском доме и избе».
А.Н. Лодыгин для России – то же самое, что Т. Эдисон для Америки. Речь идет не о количестве патентов, а о значении инженерного и научного вклада в престиж страны.
Лампа накаливания Лодыгина – изобретение ранга теплового двигателя Ползунова или самолета Можайского, названия которых остались навеки связанными с именами создателей. Увы, всякое великое научно-техническое достижение – искус для других изобретателей. Эдисон, позаимствовавший принцип лампы накаливания у Лодыгина, даже предъявил иск автору этой идеи, но суд отклонил заявление американца, сославшись на первенство русского изобретателя. Приоритет изобретения лампы накаливания оспаривался многими лицами, но ни один «патентный процесс» ими выигран не был, так как главные составляющие лампы накаливания – стеклянная колба с откачанным воздухом и угольная, а позднее вольфрамовая нить, на поиск которой Александр Николаевич потратил 27 лет жизни, были запатентованными изобретениями Лодыгина.
И все же Эдисону надо отдать должное – благодаря вложенной им в модернизацию лампы огромной сумме денег, многочисленным экспериментам, нескольким новшествам, налаживанию по всему миру ее промышленного производства, рекламной кампании лампу Лодыгина стали называть лампочкой Эдисона. Это, правда, не изменило сути дела. Ведь ее в свое время называли «лампой Козлова», «лампой Конна» (владельцы акций «Товарищества электрического освещения А.Н. Лодыгин и К°») – именами дельцов, но отнюдь не изобретателей, а в советское и вовсе «лампочкой Ильича».
Будем считать все это научно-техническим казусом, тем более что все-таки Лодыгин первым изобрел лампу накаливания, первым запатентовал ее в России и за рубежом и первым осветил учреждения и городские улицы – за 6 лет до аналогичных работ Эдисона.
Кстати, историки науки обратили внимание на тот факт, что природа будто нарочно произвела на свет трех человек в один год: в 1847-м – Яблочкова, Лодыгина и Эдисона – с тем, чтобы они могли на равных посоревноваться друг с другом.
А.Н. Лодыгин
В молодости Лодыгина бросало в разные, причем самые новые, мало изученные области техники. В конце 1860-х гг. Александр одновременно занялся созданием летательного аппарата вертикального взлета – электролета (геликоптера, вертолета) и водолазного аппарата. Летательный аппарат, отвергнутый российским военным министерством, настолько заинтересовал французов, воевавших тогда с Пруссией, что они вызвали Лодыгина к себе. Увы, пруссаки победили, а мир, быть может, лишился великого изобретения. 40 лет спустя инженер вернулся к идее электролета, но и тогда она оказалась преждевременной и была использована много позднее. Проект автономного водолазного скафандра с применением газовой смеси, состоящей из водорода и кислорода, вырабатываемого из воды путем электролиза, предложенный изобретателем в 1871 г., фактически явился прообразом акваланга.
Но именно работы по электрооборудованию электролета для ночного освещения привели Лодыгина к созданию его главного детища. Начав свои опыты с исследования электрической дуги, инженер обратил внимание на то, что раскаленные концы угольных стержней светят ярче дуги, и тут же стал подыскивать материалы, которые при пропускании тока светились бы не только ярко, но и как можно дольше не перегорали. Остановился изобретатель на двух тонких стержнях из ретортного угля, помещаемых в стеклянный баллон, из которого насосом был откачан воздух. Первые лампочки светились желтоватым светом полчаса, новые модификации – один час, полтора, потом все дольше и дольше…
Впервые лампочку накаливания Лодыгин продемонстрировал для военных на полигоне Волково Поле в Петербурге в 1870 г.
В 1871–1872 гг. изобретатель провел несколько публичных показов электрического освещения лампами накаливания, запитанными от батарей либо от магнитоэлектрических машин переменного тока – в Технологическом институте и Адмиралтействе, в Галерной гавани и на Одесской улице Северной столицы. Этими акциями инженер показал не только самые широкие возможности использования нового освещения, но и возможность «дробить свет», то есть включать большое число источников света в цепь одного генератора электрического тока – эта задача считалась едва ли не самой трудновыполнимой в то время.
Еще два лодыгинских изобретения остались в лампе накаливания – это закрученная в форме спирали нить накаливания и наполнение лампочек инертным газом.
Тогда же Лодыгин подал заявку в Департамент торговли и мануфактур на «Способ и аппараты дешевого электрического освещения», которая болталась по канцеляриям министерства больше двух лет.
В 1874 г. Александр Николаевич получил патент на свою лампу (привилегия № 1619 от 11 июля 1874 г.), после чего запатентовал изобретение в Австро-Венгрии, Испании, Португалии, Италии, Бельгии, Франции, Великобритании, Швеции, Саксонии, Индии и Австралии. В том же году Петербургская АН присвоила Лодыгину ежегодную Ломоносовскую премию.
До ума изобретатель довел свою лампочку после того, как перепробовал в качестве угольных стержней множество материалов. В 1893–1894 гг. Лодыгин получил американские патенты на лампы накаливания с нитью из вольфрама, молибдена и тантала и продемонстрировал новые источники света на Парижской выставке.
Относительная дешевизна ламп, простота их включения, компактность, отсутствие инерционности, малая зависимость параметров от температуры окружающей среды, достаточно высокая надежность и устойчивость к внешним механическим воздействиям и пр. обеспечили им зеленую улицу. И хотя сегодня изобретены другие, более совершенные и долговечные излучатели, лампы накаливания по-прежнему производят в громадных количествах, и они остаются одними из основных источников света.
А.Н. Лодыгина называли «русским Прометеем», «отцом электротермии», «кающимся дворянином». «Последнее определение говорит о глубокой внутренней порядочности и совестливости… Это же подтверждает и участие Лодыгина в народническом движении. Принято считать, что одним из двигателей его научных изысканий было стремление заменить лучины и керосиновые светильники на электрическое освещение в каждом русском доме и избе».
ФОТОЭФФЕКТ СТОЛЕТОВА
Физик, историк и популяризатор науки, философ, лектор, общественный деятель; профессор Московского университета; участник международных научных конгрессов; организатор первой в России учебно-исследовательской физической лаборатории при Московском университете; основатель и глава первой научной школы физиков; председатель физического отделения Общества любителей естествознания, кавалер золотой медали общества; директор физического отдела при Политехническом музее; член 8 русских и иностранных ученых обществ, почетный член Императорского университета Святого Владимира, Александр Григорьевич Столетов (1839–1896) является одним из основоположников русской физики. Наиболее важные работы были выполнены Столетовым в области фотоэффекта.
А.Г. Столетов заложил основы русской физики своими трудами и научной школой, воспитавшей десятки выдающихся ученых: П.Н. Лебедева, Н.Е. Жуковского, С.А. Чаплыгина, А.П. Соколова, Б.В. Станкевича. Н.Н. Шиллера, В.С. Щегляева, П.A. Зилова и др.
Из фундаментальных исследований Столетова в области оптики, электромагнетизма и молекулярной физики выделим фотоэффект, работами по которому ученый вписал славную страницу в развитие отечественной физики. Изучению этого явления Столетов посвятил два года жизни (1888–1890). Эти исследования называли тогда актино-электрическими.
К этому времени русский физик был известен своими экспериментальными работами по электростатике и электромагнетизму. Изучая магнитные свойства железа, Столетов нашел зависимость магнитной восприимчивости железа от величины намагничивающего поля (докторская диссертация «Исследования функции намагничивания мягкого железа»). Определяя свойства ферромагнетиков, ученый получил кривую магнитной проницаемости, названную его именем. Исследователь предложил два классических метода магнитных измерений веществ – метод тороида с замкнутой магнитной цепью и баллистическое измерение намагниченности. О своих исследованиях по определению коэффициентов пропорциональности между электростатическими и электромагнитными единицами Столетов доложил на I Всемирном конгрессе электриков в Париже (1881), чем способствовал утверждению электромагнитной теории света. На этом конгрессе по предложению русского ученого была утверждена единица электрического сопротивления – Ом, а также эталон сопротивления, то есть был сделан первый шаг к созданию системы единиц электрических измерений. Предложенные Столетовым теория намагничивания и методы испытаний магнитных свойств железа стали импульсом для развития электротехники в мире.
Памятник А.Г. Столетову у физфака МГУ. Скульптор С.И. Селиханов
Внешний фотоэффект – явление испускания электронов веществом под действием света открыл немецкий физик Г. Герц в 1887 г. Облучая один из двух металлических шаров разрядника для излучения электромагнитных волн ультрафиолетовыми лучами, Герц зафиксировал усиление электрического разряда между шарами.
В это же самое время изучением данного явления занимались независимо друг от друга сразу несколько ученых. Немецкий физик В. Гальвакс наблюдал, как заряжается положительно облученная ультрафиолетовым светом металлическая пластинка, итальянский исследователь А. Риги установил возможность фотоэффекта в металлах и в диэлектриках. Русский ученый А.Г. Столетов впервые провел всесторонние экспериментальные исследования и определил природу и основные закономерности этого явления, предложил количественные методы исследования фотоэффекта и фотоэлектрического контроля интенсивности света.
В своих опытах Столетов хотел выяснить, какое количество фотоэлектронов (он называл их зарядами) вырывается с поверхности вещества, от чего зависит их число и чему равна их кинетическая энергия. Ученый помещал в вакуумированный стеклянный баллон сетчатый конденсатор (металлическую сетку – анод и плоский цинковый диск – катод). Катод, подсоединенный к отрицательному полюсу батареи, облучался ультрафиолетовым излучением от вольтовой дуги через специальное кварцевое окошко. На электроды подавалось напряжение, изменяемое потенциометром.
Под действием света катод испускал отрицательно заряженные частицы (ими оказались электроны), вследствие чего в электрической цепи возникал электрический ток, измеряемый гальванометром. В результате тщательных экспериментов Столетов установил, что при малых напряжениях до анода долетает лишь часть вырванных светом отрицательных частиц, а при увеличении напряжения (и при неизменной интенсивности излучения) сила тока растет. Физик определил также, что при определенной разности потенциалов фототок достигает своего максимума и дальше не растет – выходит на насыщение. Затем ученый установил фактическую безынерционность фотоэффекта, то есть одновременность освещения металла и выхода из него электронов с незначительным запаздыванием фототока в 10–9 с. Изготовив первый фотоэлемент, Столетов обнаружил понижение его чувствительности со временем – т. н. фотоэлектрическое утомление; установил, что фототок возрастал при зачистке поверхности катода и повышении его температуры.
После серии тщательных экспериментов Столетов вывел первый закон фотоэффекта, заключающийся в пропорциональности силы фототока (в том числе фототока насыщения) из металла от интенсивности освещения. Физиком были сформулированы еще два закона фотоэффекта: об уменьшении максимальной скорости электронов с ростом длины волны света и о «красной границе фотоэффекта» – критической длине волны, индивидуальной для каждого металла, с превышением которой фотоэффект прекращается.
Полученные Столетовым зависимости нельзя было объяснить с классических позиций. Позднее английским физиком Дж. Томпсоном и немецким Ф. Ленардом было доказано, что при фотоэффекте свет выбивает из вещества электроны (1899), а двумя другими немецкими физиками была объяснена квантовая (фотонная) природа света (М. Планк, 1900) и создана теория фотоэффекта (А. Эйнштейн, 1905).
Закономерности, открытые Столетовым, легли в основу современной теории электрического разряда в газах, разработанную Дж. Таунсендом. Английский физик ввел в мировую научную литературу термин «эффект Столетова».
Фотоэффект нашел широчайшее применение в технике. Вакуумная установка русского ученого стала прототипом электронной лампы. На явлении фотоэффекта основано действие фотоэлементов, используемых для механизации и автоматизации технологических и контрольных процессов; для освещения улиц; в робототехнике; в рентгеновских аппаратах; в фотометрии для измерения силы света, яркости и освещенности; в кино и телевидении для воспроизведения звука (фонограмм); в фототелеграфах и фототелефонах. Фотоэлементы применяют в турникетах метро, в источниках тока в часах и микрокалькуляторах, в солнечных батареях на искусственных спутниках Земли, межпланетных и орбитальных автоматических станциях, в динамомашинах, в ЭВМ.
«В своих публичных выступлениях Столетов непременно рассказывал о достижениях науки, об использовании ее в практических целях. “Было время, когда физика только что складывалась… С тех пор наука росла быстро и стала творить чудеса: не ограничиваясь расширением умственного горизонта, она подарила человеку на первых же порах и паровоз, и телеграф, и гальванопластику, и фотографию». Добавим к этому: фотоэффект и фотоэлементы.
А.Г. Столетов заложил основы русской физики своими трудами и научной школой, воспитавшей десятки выдающихся ученых: П.Н. Лебедева, Н.Е. Жуковского, С.А. Чаплыгина, А.П. Соколова, Б.В. Станкевича. Н.Н. Шиллера, В.С. Щегляева, П.A. Зилова и др.
Из фундаментальных исследований Столетова в области оптики, электромагнетизма и молекулярной физики выделим фотоэффект, работами по которому ученый вписал славную страницу в развитие отечественной физики. Изучению этого явления Столетов посвятил два года жизни (1888–1890). Эти исследования называли тогда актино-электрическими.
К этому времени русский физик был известен своими экспериментальными работами по электростатике и электромагнетизму. Изучая магнитные свойства железа, Столетов нашел зависимость магнитной восприимчивости железа от величины намагничивающего поля (докторская диссертация «Исследования функции намагничивания мягкого железа»). Определяя свойства ферромагнетиков, ученый получил кривую магнитной проницаемости, названную его именем. Исследователь предложил два классических метода магнитных измерений веществ – метод тороида с замкнутой магнитной цепью и баллистическое измерение намагниченности. О своих исследованиях по определению коэффициентов пропорциональности между электростатическими и электромагнитными единицами Столетов доложил на I Всемирном конгрессе электриков в Париже (1881), чем способствовал утверждению электромагнитной теории света. На этом конгрессе по предложению русского ученого была утверждена единица электрического сопротивления – Ом, а также эталон сопротивления, то есть был сделан первый шаг к созданию системы единиц электрических измерений. Предложенные Столетовым теория намагничивания и методы испытаний магнитных свойств железа стали импульсом для развития электротехники в мире.
Памятник А.Г. Столетову у физфака МГУ. Скульптор С.И. Селиханов
Внешний фотоэффект – явление испускания электронов веществом под действием света открыл немецкий физик Г. Герц в 1887 г. Облучая один из двух металлических шаров разрядника для излучения электромагнитных волн ультрафиолетовыми лучами, Герц зафиксировал усиление электрического разряда между шарами.
В это же самое время изучением данного явления занимались независимо друг от друга сразу несколько ученых. Немецкий физик В. Гальвакс наблюдал, как заряжается положительно облученная ультрафиолетовым светом металлическая пластинка, итальянский исследователь А. Риги установил возможность фотоэффекта в металлах и в диэлектриках. Русский ученый А.Г. Столетов впервые провел всесторонние экспериментальные исследования и определил природу и основные закономерности этого явления, предложил количественные методы исследования фотоэффекта и фотоэлектрического контроля интенсивности света.
В своих опытах Столетов хотел выяснить, какое количество фотоэлектронов (он называл их зарядами) вырывается с поверхности вещества, от чего зависит их число и чему равна их кинетическая энергия. Ученый помещал в вакуумированный стеклянный баллон сетчатый конденсатор (металлическую сетку – анод и плоский цинковый диск – катод). Катод, подсоединенный к отрицательному полюсу батареи, облучался ультрафиолетовым излучением от вольтовой дуги через специальное кварцевое окошко. На электроды подавалось напряжение, изменяемое потенциометром.
Под действием света катод испускал отрицательно заряженные частицы (ими оказались электроны), вследствие чего в электрической цепи возникал электрический ток, измеряемый гальванометром. В результате тщательных экспериментов Столетов установил, что при малых напряжениях до анода долетает лишь часть вырванных светом отрицательных частиц, а при увеличении напряжения (и при неизменной интенсивности излучения) сила тока растет. Физик определил также, что при определенной разности потенциалов фототок достигает своего максимума и дальше не растет – выходит на насыщение. Затем ученый установил фактическую безынерционность фотоэффекта, то есть одновременность освещения металла и выхода из него электронов с незначительным запаздыванием фототока в 10–9 с. Изготовив первый фотоэлемент, Столетов обнаружил понижение его чувствительности со временем – т. н. фотоэлектрическое утомление; установил, что фототок возрастал при зачистке поверхности катода и повышении его температуры.
После серии тщательных экспериментов Столетов вывел первый закон фотоэффекта, заключающийся в пропорциональности силы фототока (в том числе фототока насыщения) из металла от интенсивности освещения. Физиком были сформулированы еще два закона фотоэффекта: об уменьшении максимальной скорости электронов с ростом длины волны света и о «красной границе фотоэффекта» – критической длине волны, индивидуальной для каждого металла, с превышением которой фотоэффект прекращается.
Полученные Столетовым зависимости нельзя было объяснить с классических позиций. Позднее английским физиком Дж. Томпсоном и немецким Ф. Ленардом было доказано, что при фотоэффекте свет выбивает из вещества электроны (1899), а двумя другими немецкими физиками была объяснена квантовая (фотонная) природа света (М. Планк, 1900) и создана теория фотоэффекта (А. Эйнштейн, 1905).
Закономерности, открытые Столетовым, легли в основу современной теории электрического разряда в газах, разработанную Дж. Таунсендом. Английский физик ввел в мировую научную литературу термин «эффект Столетова».
Фотоэффект нашел широчайшее применение в технике. Вакуумная установка русского ученого стала прототипом электронной лампы. На явлении фотоэффекта основано действие фотоэлементов, используемых для механизации и автоматизации технологических и контрольных процессов; для освещения улиц; в робототехнике; в рентгеновских аппаратах; в фотометрии для измерения силы света, яркости и освещенности; в кино и телевидении для воспроизведения звука (фонограмм); в фототелеграфах и фототелефонах. Фотоэлементы применяют в турникетах метро, в источниках тока в часах и микрокалькуляторах, в солнечных батареях на искусственных спутниках Земли, межпланетных и орбитальных автоматических станциях, в динамомашинах, в ЭВМ.
«В своих публичных выступлениях Столетов непременно рассказывал о достижениях науки, об использовании ее в практических целях. “Было время, когда физика только что складывалась… С тех пор наука росла быстро и стала творить чудеса: не ограничиваясь расширением умственного горизонта, она подарила человеку на первых же порах и паровоз, и телеграф, и гальванопластику, и фотографию». Добавим к этому: фотоэффект и фотоэлементы.