4.3 Физика
4.3.019 «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 окраины.
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. (http://otvet.mail.ru/)
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.
Тем не менее 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 новую эру 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 не экономичные 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 час. 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 цвета 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).
P.S. 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.