Хронограф
18152229
29162330
310172431
4111825
5121926
6132027
7142128

<декабрь>

Путеводители

Электрические мальчики и венская пара

Великое открытие было сделано совершенно случайно, но путь к нему продолжался полтора века

  
Провода прочно вписались в земной пейзаж всего 170 лет назад. Фото (Creative Commons license): Aaron Gustafson

Люди придумали специальные машины для получения статического электричества и стали исследовать разряды на 50 лет раньше, чем им пришло в голову передать полученное электричество на расстояние.

Великое изобретение, без которого немыслима жизнь ни одного из нас, было сделано на досуге пенсионером, которого приютили в частной богадельне. Это случилось в 1729 году в лондонcком доме престарелых под названием Чартерхаус (его здание сохранилось, сейчас тут (Charterhouse Square) медицинский институт знаменитого госпиталя св. Варфоломея).

Провода тоже надо было изобрести, или Как отличился пенсионер

Заведение было создано по завещанию ростовщика Томаса Саттона «для людей, проживших всю жизнь в комфорте, но к старости попавших в трудные обстоятельства». По замыслу ростовщика, это были покалеченные офицеры, потерпевшие крушение капитаны, разорённые пожаром купцы. В Чартерхаусе у них снова были слуги, хороший стол, дорогие врачи. На заведение пошла большая часть состояния Саттона. Наследники пытались было оспорить завещание, но предусмотрительный Саттон назначил распорядителями средств приюта лорд-канцлера и архиепископа Кентерберийского. Эти важные персоны сумели защитить идею Саттона от искателей наследства и претворили её в жизнь.

Чартерхаус был рассчитан на 80 пенсионеров. Поместить кого-то сюда могли только очень влиятельные люди, обычно члены королевской семьи. В 1718 году принц Уэльский, будущий король Георг II (George II, 1683–1760), определил в Чартерхаус пожилого красильщика по имени Стивен Грей (Stephen Grey, 1666–1736).

Отец Грея, тоже производитель красок, преуспевал. Сын оказался в доме престарелых скорее всего потому, что растратил состояние на телескопы. Хотя Грей регулярно писал в научные журналы, большинство учёных не считали его за своего: «он же нигде не учился — так, увлечённый астрономией красильщик».

  
Опыт, поставленный Греем 8 апреля 1730 года над воспитанником пансиона Чартерхаус. Ноги подвешенного на шелковых шнурах мальчика заряжались статическим электричеством от натертой стеклянной трубки. При этом его руки притягивали бумажки и медные листочки. Так было впервые показано, что человеческое тело прекрасно проводит электричество
Грей был одержим идеей, что притяжение между Землёй и Солнцем на самом деле электрическое. Пытаясь это доказать, он вносил бурное оживление в жизнь своей богадельни. Один за другим ставились опыты, для которых заказывались разные приборы, и в том числе стеклянные трубки.

Для получения электричества эти стеклянные трубки натирали мехом или тряпкой, пока на них не скапливался ощутимый статический заряд. Для легкости и экономии стекла трубки делались полые. Чтобы внутрь не забивалась грязь, Грей затыкал их пробками. Однажды он забыл вынуть пробку, натёр трубку и увидел, что пёрышко притягивается к пробке даже сильнее, чем к трубке. Из этого ученый красильщик сделал вывод, что электричество перетекло в пробку.

А как далеко передаётся электричество? Грей просверлил пробку, вставил в неё палочку 15 сантиметров длиной и насадил на конец палочки бильярдный шар из слоновой кости. Оказалось, притягательная сила передалась по палочке, и шарик притягивает пёрышки даже сильнее, чем пробка.

Следующим материалом, связывающим шарик и трубку, была уже металлическая проволока. Это был первый настоящий провод. Правда, работать с проволокой было неудобно, при натирании она дрожала. Проволоку заменили на пеньковую бечёвку, так что вся конструкция напоминала короткую удочку. Наряду с шарами слоновой кости в ход пошли монеты, гири, кочерги, чайники с кипящей водой. Все эти предметы с одинаковой силой проводили электричество.

Максимальная длина, на которую можно было передавать электричество в комнате Грея, — 6 метров. Она была исчерпана, когда Грей насадил на трубку настоящее удилище. Шарик на том конце удилища исправно притягивал бумажки, перья и новый индикатор — тонкий медный листик, который взлетал к шарику с дощечки. Грей понял, что это не предел.

В одно раннее майское утро 1729 года старик отправил во двор пансиона своего ассистента с медным листком. Сам же вышел на балкон с трубкой и удилищем, с которого свисал шарик на восьмиметровой бечёвке. Полный успех! Из окна был виден купол собора святого Павла. «Кажется, — сказал Грей, — можно передать электричество с этого купола вниз».

Но по горизонтали можно передавать его ещё дальше. Грей вбил в потолочные балки гвозди, повесил на них бечёвку и пытался передать электричество по ней. Ничего не добившись, старик высказал правильную мысль, что электричество по гвоздям ушло в балку. Но как с этим бороться, непонятно.

  
В этой конструкции 1729 года есть все элементы современной линии электропередачи. Опоры, изоляторы, на которых висит провод, и даже натягивающий груз — шарик из слоновой кости
Через месяц начались летние каникулы, и пенсионеры разъехались к родственникам и друзьям. Грея пригласил к себе хозяин усадьбы Оттерден в графстве Кент, молодой священник Томас Уилер, заинтересовавшийся опытами с электричеством. Услышав про замысел опыта с собором святого Павла, Уилер предложил проделать это с местной колокольней — и все прекрасно получилось. Но и такая дистанция, судя по всему, для электричества не предел, а выше колокольни в Оттердене ничего нет.

Тогда Уилер предложил передать электричество по горизонтали. Грей возразил, что из этого ничего не вышло. Но кроме того, он вспомнил, как однажды вместо льняной бечёвки взял шёлковую, и по ней электричество почему-то передавалось плохо.

Тогда священник сделал предложение, которое изменило мир. Он придумал подвесить бечёвку на шёлковых шнурах, а конец бечёвки закрепить на стеклянной палочке. «Не уходит же электричество по стеклу в нашу руку».
 
В этой конструкции 1729 года есть все элементы современной линии электропередачи. Опоры, изоляторы, на которых висит провод, и даже натягивающий груз — шарик из слоновой кости.

За лето Уилер и Грей успели построили и испытать линию передачи, пересекавшую целое поле. Она почему-то имела длину ровно 666 футов (в метрах не такое страшное число — 202). Не хватало в этой линии только одного — источника тока. Но Грей не думал ни о каких практических применениях электричества. Он и без того был счастлив.

  
Через 56 лет после неудачного опыта Ампера была введена единица измерения силы тока, носящая его имя.. Фото  (Creative Commons license): James Cridland

Невезучий Ампер, или Как отличился сержант

Генератор электрического тока должен был изобрести в 1825 году Андре Мари Ампер (Andre Marie Ampere, 1775–1836). Недаром мы измеряем силу тока в единицах его имени. Он первым из людей понял, что магнитное поле должно порождать в проводниках электрический ток.

Чтобы это показать, Ампер сделал электромагнит — подключил к батарее большую катушку. Внутрь этого магнита он поставил катушку поменьше, к которой был подключен гальванометр. Если бы по малой катушке потек ток, гальванометр сразу бы это показал. Так оно и было — и Ампер это открыл, но не увидел своего открытия. Он перестраховался. Опасаясь, что ток от батареи подействует на прибор, великий ученый на всякий случай разместил гальванометр в соседней комнате. Включив ток, Ампер бежал смотреть на стрелку прибора.

Все было сделано правильно. Ток в малой катушке действительно появлялся, и стрелка двигалась. Но пока Ампер добегал до нее, она успевала замереть на нуле. Еще никто не знал, что ток получается только в переменном магнитном поле. Значит, засечь его можно было в момент включения или выключения батареи. Если бы в соседней комнате был помощник, который бы смотрел на гальванометр!

Но этого помощника было негде взять. Когда-то Ампер совсем не нуждался — он ходил в любимцах Наполеона. По забывчивости даже мог опоздать к императору на обед, и ему за это ничего не было. Но Бонапарта давно свергли, и Ампер влачил жалкое существование. Ему пришлось поступить инспектором в департамент образования, ходить по школам, проверять наличие мела у классных досок и тщательность проверки латинских переводов. Жалования хватало только на еду и одежду. И потому Ампер работал в своей квартире на улице Фоссе-де-сен-Виктор один.

Когда шестью годами позже такой же опыт ставил в лаборатории Лондонского Института Королевского общества Майкл Фарадей (Michael Faraday, 1791–1867), ему по штату полагался ассистент — отставной сержант Андерсен. Сержант и заметил, что стрелка гальванометра двигается. 17 сентября 1831 года Фарадей пошел еще дальше. Он получил электрический ток с помощью магнита и катушки. Магнит просто вдвигается в катушку и выдвигается из неё, и при этом по катушке течет ток то в одну сторону, то в другую. Это уже ручной генератор тока.

Фарадей доложил в Королевском обществе о том, как магнитное поле порождает электричество. Это явление он назвал электромагнитной индукцией. После лекции к Фарадею подошел богатый коммерсант, спонсор экспериментов, и сказал: «Все, что вы нам здесь показали, действительно красиво. Но теперь скажите мне, для чего годится эта ваша магнитная индукция?» «А для чего годится только что родившийся ребенок? — отвечал ему Фарадей.

  
Открытка с изображением австрийского императора Франца-Иосифа I в память о Всемирной выставке 1873 года. Иллюстрация: из архива Библиотеки Конгресса США 

Венская пара, или Как отличились рабочие

И 40 лет спустя еще было неочевидно, какое электричество лучше и дешевле — от батареек или от генераторов. К началу Всемирной выставки 1873 года в Вене электроэнергии находили крайне мало применений: телеграф, где было вполне достаточно батарей, гальванопластика и разложение воды на кислород и водород.

На выставке динамо-машины — первые генераторы — соревновались с большими аккумуляторными батареями. Французская компания, которая показывала на выставке динамо-машины конструкции бельгийца Зеноба Грамма (Zenobe-Theophile Gramme, 1826–1901), привезла в Вену два экземпляра. Им была уготована скромная участь — тихо вырабатывать ток для гальванопластики, будучи подсоединенными к валу, который крутила паровая машина. Но безалаберные рабочие, готовившие павильон, совершили чудо, навсегда вписавшее динамо в анналы истории.

Между прочим, несчастья преследовали выставку с самого начала. Открытие было намечено на 1 мая, но Дунай разлился, и павильоны стояли в лужах, как венецианские дома. Из-за потопа началась эпидемия холеры. Рабочие выставки старались туда не заявляться, а кто приходил на работу, трудился спустя рукава. Комиссар русского павильона, художник Алексей Петрович Боголюбов, жаловался, что при развешивании картин наших художников рабочие роняли полотна со стен. А это было главное украшение экспозиции: «Бурлаки на Волге» Репина, «Охотники на привале» Перова, «Петр и царевич Алексей» Ге и «Грачи прилетели» Саврасова!

В зале показа машин рабочие тоже вели себя неважно. В случае с динамо-машинами они перепутали провода. Большая машина была присоединена к валу и давала ток, а малую машину присоединить забыли. Зато к ней присоединили провода от большой машины. К удивлению всех присутствующих, вал маленькой машины стал вертеться. Удивились и представители фирмы-производителя. Они не знали, что динамо-машина может быть электромотором. Решили продемонстрировать это свойство публике. Первым посетителем должен был стать император Франц-Иосиф (Franz Joseph I).

Зал показа машин открылся только 3 июня, через месяц после открытия выставки. И то не все было готово, просто император Франц-Иосиф желал посмотреть, в конце концов, машины.

Большую динамо-машину Грамма подключили к валу, и она исправно давала ток. Маленькая динамо-машина должна была демонстрировать обратимость электрических машин, то есть её собрались превратить в мотор. Планировалось, что она будет работать от аккумуляторов и приводить в движение насос фонтана. Но к вечеру 2 июня, когда вдруг выяснилось, что завтра будет император, беспечные венцы ещё не поставили аккумуляторы. Французы бросились по магазинам сами — слишком поздно. Маленькую динамо-машину было не к чему запитать.

Тогда представитель фирмы решил подключить её к большой машине. Взяли провода, замкнули цепь — и малый мотор заработал так интенсивно, что выбросил из фонтана всю воду. Тогда решили взять провод подлиннее, чтобы сопротивление съёло большую часть электроэнергии. Понадобилось 2 километра проводов, устлавших весь павильон. Но зато теперь насос работал тише.

Государю императору Францу-Иосифу преподнесли это все как большое достижение: вот, генератор может быть и мотором, а электричество мы научились подавать за два километра.

Специалисты оценили эти результаты иначе. Они поняли: это свобода. Теперь энергию можно получать в одном месте, а потреблять в другом, и довольно далеко. Так родилась идея электростанции как завода, делающего только энергию.

  
Эдисон около своего первого генератора типа «Джамбо». Фото: H.C. White Co. из архива Библиотеки Конгресса США

Взбесившийся генератор, или Конец романтического времени

История с бешеными генераторами повторилась в несколько большем масштабе 4 сентября 1882 года, когда Эдисон (Thomas Alva Edison, 1847–1931) открывал в Нью-Йорке первую настоящую электростанцию. На церемонию включения рубильника явились губернатор штата, мэр города и прочие важные лица. Электричество производили два генератора-динамо собственной конструкции Эдисона. Сначала запустили один генератор. Все было в порядке, хотя изобретатель ужасно боялся, что в присутствии VIP что-то не сработает. Успокоившись, он велел включить второй генератор. От сознания исторического момента электрики так разволновались, что подключили второе динамо параллельно к первому. И тут, по выражению Эдисона, начался такой цирк, какого не было со времен рождения Адама. Генераторы запрыгали с жутким воем и свистом. Помещение заполнили разноцветные искры. Губернатор и мэр со своими чиновниками выскочили из здания и отбежали на два квартала.

Подключенные параллельно генераторы оказались венской парой — один из них заработал как мотор от тока другого. Но Эдисон только посмеялся: явление было хорошо известно, и проблему решили быстро.

Поначалу электричество поставлялось потребителям бесплатно — главный инвестор проекта Джон Пирпонт Морган (John Pierpont Morgan, 1837–1913) считал электрификацию красивым научным экспериментом. Да и как выходить на рынок с товаром, который нельзя взвесить? Это же прямая дорога в суд.

За три месяца лаборатория Эдисона разработала первый счетчик. Он выглядел забавно: две цинковые пластины, опущенные в раствор сульфата цинка. Счетчик подключали к сети потребителя. Количество цинка, которое перешло с одной пластинки на другую за месяц, пропорционально количеству израсходованного за месяц электричества. Когда пора было платить за свет, потребитель относил пластинки в лабораторию, где «электричество» взвешивали и выставляли за него счет.

Впервые это историческое событие произошло 18 января 1883 года, когда одна компания, торгующая медью, заплатила за горение 15 лампочек в течение месяца 50 долларов 40 центов. По покупательной способности эта сумма равна 1050 нынешних долларов. Если вы порой сомневаетесь в общем прогрессе нашей цивилизации, сравните эту цифру со своим последним счетом за электроэнергию.

Читайте также в журнале «Вокруг Света»:

Михаил Шифрин, 04.06.2007

 

Новости партнёров