Владимир Кучин - Популярная история — от электричества до телевидения
До Николая Бенардоса в этом же 1881 году французский патент на способ электросварки оформил известный изобретатель и предприниматель барон Огюст де Меритен (см. 1878 год), установить приоритет в этом вопросе сложно — по патенту первым был Меритен, по практической реализации сварки — Бенардос.
1882 г. 1-й троллейбус братьев фон Сименс, 1-я электростанция Эдисона
В 1882 году, 29 апреля, в Галензе — предместье Берлина — начала действовать первая экспериментальная троллейбусная линия «Electromote» — её построил Вернер фон Сименс по идее младшего брата Вильгельма Сименса. Линия длиной чуть более 500 метров работала недолго — до середины июня. Новый вид транспорта — «Electromote» Сименса — образца 1882 года — мог перевезти 5–6 человек.
В сентябре 1882 года в Нью-Йорке была введена в эксплуатацию первая в мире городская центральная электрическая станция. Станция давала постоянный ток для городского освещения на основе 16-свечовых калильных ламп Эдисона (см. 1880 год). На станции Эдисона паровые машины, использующие уголь, приводили в действие 6 эдисоновских динамо-машин мощностью по 125 лошадиных сил. Для того времени это была очень большая мощность. В пересчете на ватты мощность первой городской электростанции составляла чуть более 500 кВт. Энергии станции хватало на освещение нескольких кварталов площадью 2.5 квадратных километра.
1883 г. «эффект Эдисона»
В 1883 году Эдисон заметил, что угольная нить калильной лампы покрывается в ходе работы черной окисью. Эдисон провел эксперименты и обнаружил, что если внутри колбы лампы подвесить металлическую пластину и нить лампы разогревать, то через гальванометр, подключенный вне колбы к пластине и к положительному концу нити лампы, протекает постоянный ток. Этот ток, вызывался потоком вылетающих из калильной нити (т. е. из катода) электронов, которые тогда были неизвестны. Эдисон назвал свое открытие «эффект Эдисона» и запатентовал схему эксперимента (US pat 307,031, 1884 год), в начале 20-го века этот эффект стал физической основой для создания электронных ламп.
1884 г. телевидение на диске Нипкова, скин-эффект Лэмба-Хевисайда, формула Пойнтинга, уравнения Максвелла (Герца), микротелефон Эриксона, трансформатор Голарда
В 1884 году, 6 января, студент из Берлина Пауль Нипков (1860–1940) получил германский патент № 30105 на телевизионную систему — первый патент на телевидение в истории. Принцип работы аппаратуры Нипкова (см. рис. 31) состоял в передаче и приеме сигнала с помощью синхронизированных дисков с 24 отверстиями, расположенными по спирали. Свет должен был проходить через отверстие в диске, конденсироваться линзой и восприниматься селеновым элементом, электрический сигнал от элемента по проводам подавался на приемный аппарат, где должна была быть произведена обратная развертка изображения. Пауль Нипков не предпринял попыток построить свою телевизионную систему, т. к. не имел устройств, которые могли бы модулировать свет силой 10 Вт и не смог обеспечить надежной синхронизации дисков [71]. Идеи Пауля Нипкова были реализованы через 40 лет, в частности это сделал инженер Баярд (см. 1925 год). [44].
Рис 31. Схема телевидения Пауля Нипкова согласно патента 1884 года, по [40]
В 1884 году английский математик Гораций Лэмб (1848–1934) и английский физик, математик и инженер-электрик Оливер Хевисайд (1850–1925) проанализировали взаимодействие переменного электромагнитного поля с проводниками и обнаружили эффект поверхностного распространения поля, т. н. «скин-эффект».
В 1884 году британский физик Джон Генри Пойнтинг (1852–1914) на основании уравнений Максвелла вывел свою «формулу Пойнтинга» для потока энергии, которая течет через пустое пространство.
В 1884 году немецкий физик Генрих Рудольф Герц (1857–1894) переписал 20 уравнений Максвелла в скалярной форме в 12 уравнений в скалярной форме. Герц исключил из уравнений концепцию эфира, введенную Максвеллом, как ошибочную
В 1884 году предприниматель и изобретатель из Швеции Ларс Магнус Эриксон (1846–1926) первым в мире в телефоне Белла (его фирма с 1878 года занималась ремонтом телефонов Белла, ввозимых в Швецию из США) объединил микрофон своей конструкции и источник звука в микротелефоне — телефонной трубке. Вскоре он сделал такую элегантную конструкцию товарным знаком компании Эриксон на много лет вперед. В 2015 году исполняется 131 год идее Эриксона — трубка Эриксона продолжает свою жизнь.
Рис. 32. Вид микротелефона Эриксона, его схема в разрезе, абонент с микротелефоном Эриксона, по [65]
Первым трансформаторную систему, которая понижала напряжение генератора для подачи тока на низковольтную нагрузку, предложил в 1884 году инженер Голард. Для осуществления своего изобретения он вошел в компанию с банкиром Гиббсом и эта система называется системой Голарда и Гиббса. На Туринской выставке 1884 года система Голарда впервые была продемонстрирована, при этом длина проводника от машины переменного тока составляла 80 км, толщина проводника 4 мм, к вторичным катушкам системы подключались осветительные лампы, освещавшие часть выставки. Особенность т. н. «вторичного генератора Голарда» состояла в вертикальных катушках (4-х или 8-ми) в которые с помощью специального механизма опускались железные сердечники — вторичный ток можно было настроить под требуемое значение. [46]. Конструкция системы Голарда представлена на рис. 33.
1885 г. транформатор фирмы Ганца, антенна Эдисона
В 1885 году идеи Голарда по созданию понижающего трансформатора (см. 1884 год) развили инженеры фирмы Ганца и Ко из Будапешта. Основные исследования по трансформаторам вели — австрийский инженер Кароли Циперновский (1835–1942), венгерские инженеры Микс Дери (1854–1938) и Титуц Блати (1860–1939). В трансформаторе, запатентованном фирмой Ганца, применен железный сердечник в форме кольца, на котором размещены обмотки, параметры которых подобраны так, что отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформатора остается неизменным независимо от силы тока во вторичной цепи. Вид трансформатора Ганца приведен на рис. 33. [46].
Рис. 33 Трансформаторы Голарда (слева) и фирмы Ганц, по [46] /
В 1885 году Эдисон запатентовал систему беспроводной связи с помощью электростатической индукции. Он расположил две высоких мачты на расстоянии друг от друга и укрепил металлические пластины на верхней части мачт. К металлической пластине на одной (передающей) мачте было подведено высокое напряжение, создающее электрическое поле, которое могло быть обнаружено на пластине второй (приемной) мачты. Две пластины на высоких мачтах были первыми электрическими антеннами. В 1903 году этот патент был вынужден купить итальянской инженер-электрик Гульельмо Маркони с целью ликвидации в Америке судебных исков к своей радиосистеме со стороны фирм Эдисона.
Рис. 34. Чертеж из патента Эдисона 1885 года.
6-й комментарий — трансформаторы и борьба патентов
Судьба изобретений Голарда и фирмы Ганц оказалась различной. В Америке привилегию на изобретение Голарда приобрело общество Вестингауза, которое активно взялось за дело, т. к. занималось переменным электроснабжением. Инженер этой фирмы Стенли построил трансформатор из двух плоских катушек, в которые вставлялись пластины трансформаторного железа, имеющие форму буквы «Е» — так появился трансформатор на «Ш-образном железе», который применяется до сих пор во всем мире, в том числе в России. Будем помнить, что это трансформатор фирмы Вестингауз.
Патент общества Ганц и Ко приобрела Эдисоновская компания, но не для того чтобы внедрять, а чтобы устранить опасного технического конкурента, т. к. Эдисон занимался электроснабжением на постоянном токе. Только при образовании «General Electric Company» патент Ганца был использован и инженеры Эдисона с запозданием стали вести работы в области переменного тока. Эдисон, безусловно, был гениален, но часто применял методы, не имевшие к собственно науке отношения — он был типичным американцем.
