Анатолий Томилин - Мир электричества
Уильям Стёрджен (1783–1850)
После открытия Эрстеда опыты с электричеством и с магнитами вновь стали популярны среди образованной публики. Поэтому собравшиеся не без интереса следили за ловкими руками экспериментатора, демонстрировавшего по большей части знакомые всем и лишь слегка усовершенствованные приборы. Но вот Стёрджен сделал паузу и с некоторой торжественностью открыл большой футляр. Там лежал согнутый подковой черный лакированный стержень из мягкого железа, обмотанный блестящей медной проволокой.
Изобретатель положил прибор на весы. Английская система мер всегда отличалась замысловатостью, и я не стану приводить точный вес в английских единицах. Всего прибор потянул граммов на двести. Экспериментатор подвесил его на штатив и подключил к вольтовой батарее. Концы подковы, обретя магнитную силу, притянули к себе железную полосу. Стёрджен стал нагружать полосу гирями: одна, другая, третья… – полоса держалась. Пятая, десятая… Лишь когда вес притянутого железа в восемнадцать раз превзошел вес самого магнита, груз оторвался.
Электромагнит конструкции Стёрджена
Один из первых электромагнитов
Это было неслыханно! Как удалось Стёрджену настолько увеличить подъемную силу? Ведь ни один естественный магнит не в состоянии поднять и пятой доли такого груза… И вообще, кто такой этот джентльмен?
Прошло всего несколько дней, и Лондон узнал все подробности об изобретателе. Оказалось, что Уильям Стёрджен родился в семье сапожника. И хотя с детства тянулся к книгам, до девятнадцати лет был практически малограмотен, находясь в обучении у коллеги родителя по цеховой принадлежности. Предначертанная судьба, по-видимому, не устраивала подмастерье. И в один прекрасный день парень удрал от благодетеля в Вест-Морленд, где поступил в армию.
Рядовому Стёрджену определенно повезло. Сержант, у которого он оказался в подчинении, был начитанным и добрым человеком. Видя тягу молодого солдата к знаниям, он принялся снабжать Стёрджена популярными книжками, которые тот читал в свободное время. Последнего оказывалось достаточно, потому что Уильям скоро научился ставить несложные опыты по химии и физике. Благодаря им молодой человек понял, что знаний его слишком мало, чтобы разобраться даже в простых описаниях. И тогда с той же настойчивостью, с какой делал все, он стал учиться.
Через пятнадцать лет со дня побега из отчего дома Уильям Стёрджен стал отличным механиком, умелым экспериментатором и образованным человеком. Он был знаком с латынью и естествознанием, немного – с математикой и физикой. Выйдя в отставку, он купил токарный станок, инструменты и принялся за изготовление приборов для любителей научных развлечений. В этом деле он добился определенного успеха, а вместе с успехом – и заказов. Заказы вели к полезным знакомствам.
Благодаря поддержке одного из влиятельных лиц Стёрджен получил место лектора в Военной академии Ост-Индской компании.
И вот его первое публичное выступление в Лондоне с изобретенным электромагнитом. Солдат-ученый! Даже для невозмутимого английского общества это не могло остаться незамеченным.
Но что, собственно говоря, открыл Стёрджен, что изобрел? Однорядная катушка, которая проявляла магнитные свойства, стоило пропустить по ней электрический ток, являлась не чем иным, как «соленоидом Ампера». А усиление силы магнитов в присутствии мягкого железа тоже не являлось особой новостью. Получалось, что объединение одного известного с другим известным в целом заслуживает славы изобретения? Именно так! В объединении частей известного для получения нового качества лежит суть изобретательства. И Стёрджен – подлинный изобретатель электромагнита. Ему первому в голову пришла мысль согнуть железный прут подковой. Сколько с тех пор прошло времени, а подковообразные магниты мы знаем до сих пор.
Со временем его имя становилось все более и более известным. О нем говорили ученые. О его магните писали физики. В доме Стёрджена появились первые ученики. И среди них Джеймс Прескотт Джоуль, сын богатого манчестерского пивовара, в будущем – один из первооткрывателей закона сохранения энергии, не питавший склонности к профессии отца.
Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889)
Стёрджен написал несколько статей и был немало раздосадован, когда снобы из «Философикл трансэкшенс» отказались их опубликовать. Он заявил себя издателем нового научного журнала «Анналы электричества Стёрджена», где, к слову сказать, появились и первые статьи Джоуля. Джеймс Прескотт Джоуль был талантливым учеником, и его учитель был счастлив этим обстоятельством. Продолжая работы учителя, Джоуль, например, сконструировал многополюсное электромагнитное устройство массой 5,5 кг, которое удерживало более тонны груза. Это не могло не поражать окружающих.
Подъемный магнит для железа
В 1840 году, когда Стёрджену было уже под шестьдесят, манчестерцы предложили ему пост директора своего музея. Место почетное, но не прибыльное. А изобретатель по-прежнему тратил большую часть дохода на электрические и магнитные опыты. Десять лет спустя он умер, так и не дождавшись ни признания, ни почестей. Многим из англичан сегодня даже имя его не знакомо. И только старая надпись на могильной плите напоминает: «Здесь лежит изобретатель электромагнита».
Электромагниты захватили воображение людей и стали модой. Правил для расчетов и конструирования не существовало. Изобретатели стали опытным путем увеличивать их притягивающую силу. Врачи использовали электромагниты для лечения, шарлатаны – для предсказаний судьбы, фокусники и любители научных развлечений – для показа чудес.
Одно из первых применений мощных электромагнитов на практике началось с конструированием подъемных кранов на сталелитейных заводах. Это нововведение вызвало сначала целую бурю, поскольку предприниматели тут же уволили рабочих, занятых раньше переноской железа.
Правда, со временем кое-кого из уволенных удалось приспособить к делу. И тоже не без помощи электромагнита. В цехах и на проезжих дорогах появились люди с тяжелыми батареями за спиной и с электромагнитами в руках. «Магнитные Биллы», – называли их обыватели. В обязанность «магнитных Биллов» входила очистка улиц и помещений от железного мусора. Особенное значение это стало иметь, когда по дорогам, теряя болты и гайки, побежали первые автомобили.
Стали применять электромагниты и на мельницах для очистки зерна, на рудниках – для разделения полезной и пустой породы.
Подъемный кран XIX века с электромагнитным захватом
Во второй половине XIX века свойства электромагнита привлекли внимание военных. В Соединенных Штатах Америки в военном ведомстве проходили опробирование два электромагнитных проекта. Один из них заключался в создании сверхсильного магнита для защиты крепостных стен прибрежных фортов от артиллерийского обстрела. Сверхмощный магнит должен был притягивать к себе вражеские снаряды и отклонять траектории их полета. Сегодня такая идея кажется смешной. Но сто лет назад на одном из фортов ее пытались воплотить в жизнь. Под командой бравого офицера матросы соединили рельсами казенные части двух старых осадных орудий, получив внушительную раму в форме буквы «П». Стволы пушек имели не меньше полуметра в диаметре и около пяти метров в длину. На них намотали обмотки из многих миль торпедного кабеля и пропустили по кабелю ток…
Очевидцы рассказывали, что «уже за десять миль в открытом море стрелки корабельных компасов теряли уверенность». Однако для того, чтобы притягивать снаряды противника, сила гигантского электромагнита была все же недостаточной.
Второй проект касался создания магнитного корабля-ловушки. Для этой цели кабелем обмотали целый броненосец и пустили по кабелю ток. Получился плавающий электромагнит со стальным сердечником, который должен был «сбивать с толку» магнитные стрелки компасов на судах противника. Однако и эта затея потерпела фиаско. Магнитная защита компасов на кораблях легко компенсировала влияние корабля-ловушки.
Много было всевозможных попыток приспособить магнитные силы для службы человеку. И многое получилось. Оглянитесь вокруг, сколько электромагнитов работает в самых обычных домашних приборах. Тут и телефон, и магнитофон, даже простой дверной звонок… Нет, Уильям Стёрджен вполне достоин того, чтобы мы сохранили в своей памяти его славное имя.
От фантастики к реальности
Во второй половине XX века, в годы первых космических полетов, снова вспыхнул интерес к электромагнитным устройствам, предназначенным для ускорения макроскопических тел. Космическим ракетам при запуске приходится тащить с собой наверх огромную массу топлива. Полезный груз составлял всего несколько процентов от стартового веса. А нельзя ли придумать устройство, способное поднимать тот же груз в космос без «накладных расходов»?
