Восстановить творческую историю того или другого открытия или изобретения всегда очень трудно, а часто и просто невозможно, потому что многие ученые, исследователи и изобретатели не обладали добродушием Бориса Семеновича Якоби и не любили вводить других в свою творческую лабораторию.
Предоставив практическим людям извлекать доходы из своего случайного открытия, Якоби всецело занялся изготовлением электродвигателя для электромагнитного бота. Этот знаменитый бот был спущен на Неву в 1839 году. На дне шлюпки помещалось триста двадцать медноцинковых элементов. Током их питался электродвигатель системы Якоби. Электродвигатель непосредственно соединялся с двумя гребными колесами. Мощность электродвигателя равнялась примерно одной лошадиной силе.
Первые опытные плавания сулили успех. И вот, посадив в свой электромагнитный бот двенадцать пассажиров, главным образом членов комиссии, изобретатель предпринял довольно большое путешествие по Неве против течения. Сначала все шло отлично, но огромного количества элементов, загружавших лодку, все-таки не хватило на слишком долгий путь. Бот прошел около сорока километров, когда элементы начали иссякать, и Якоби повернул обратно.
Члены комиссии в своем отзыве по поводу электромагнитного бота справедливо заключили, что опыты Якоби более содействуют познанию загадочных явлений электромагнетизма, нежели решают вопрос об извлечении из них практической пользы.
Действительно, при всех достоинствах электродвигателя практическое применение его наталкивалось на непригодность для производственных целей существующих источников тока: гальванические элементы действовали недолго. Впоследствии Якоби испробовал элементы Грове, заменив в них свинец цинком, но это не помогло делу, и в конце концов электромагнитный бот пришлось оставить.
Электромагнитный бот Якоби на Неве.
Мечта о покрытой электромагнитными ботами Неве оказалась пока неосуществимой, но опыты с электродвигателем Якоби обогатили науку об электричестве целым рядом новых законов.
В дальнейшей истории электродвигателя исключительное значение имело впервые установленное в Петербурге академиком Э. X. Ленцем тождество между электродвигателем и генератором электрического тока. Двигатель Якоби, приводимый в движение электрическим током, оказывается, превращался в генератор, в источник электрического тока, если его приводили в движение механической силой.
Так же как обратимость тепловых процессов повела мысль конструкторов далее, к созданию новых тепловых машин, так и обратимостью электромагнитных процессов изобретатели воспользовались для создания динамо-машин и электродвигателей современного типа.
Опыты Якоби и научно-теоретические исследования в области электричества имели существенное значение в истории русской и мировой электротехники.
Некоторое время Борис Семенович — уже действительный член Академии наук — занимался постройкой подземного телеграфа между Петербургом и Царским Селом, а затем, в 1849 году, пытался впервые в России устроить электрическое освещение на улицах Петербурга. Попытка не привела к успеху не столько из-за несовершенства первых лампочек, сколько опять-таки из-за отсутствия надежного источника электрической энергии, так как и для освещения в те времена пользовались гальваническими батареями.
Опыт показывал, что дальнейшее развитие электротехники тормозится отсутствием машинного генератора электрического тока. Естественно, что, не добившись толку от гальванических батарей, конструкторы продолжали работать над усовершенствованием магнитоэлектрически к машин. Не вдруг и не легко, но в конце концов все же удалось обширной кооперации современников превратить эти машины в нужный промышленности электрогенератор и в удобный для нее электродвигатель.
4. Вторичный двигатель
Кооперация современников
Мощность магнитоэлектрических машин зависела главным образом от силы магнита, возбуждающего в катушках электрические токи. К усилению этих магнитов и стремились конструкторы. Однако многого они в этом направлении не добились.
Некоторый успех имел немецкий механик Эмиль Штерер. Он построил магнитоэлектрическую машину, конструктивно похожую на двигатель Якоби. Штерер установил по кругу три сложных стальных магнита, а против них расположил столько же электромагнитов, вращающихся на общей оси. Машина Штерера считалась наиболее сильной, и в 1844 году она употреблялась, между прочим, в германских театрах в качестве источника энергии для восходящего солнца в опере «Пророк».
Другое практическое применение нашла машина Нолле, установленная в 1849 году для освещения маяка.
Это была очень громоздкая машина. Приводил ее в действие паровой двигатель.
В магнитоэлектрические машины некоторое улучшение внес Вернер Сименс. Он предложил новую конструкцию вращающейся части, называемой якорем. Это название распространилось на катушки с их железным сердечником потому, что сердечники их имели вид якоря. Якорь Сименса состоял из железного цилиндра с двумя продольными желобами, в которых и помещалась проволока, намотанная по направлению оси цилиндра. Такой цилиндр лучше вращался, ближе подходил к магнитам, полнее ими окружался и давал более равномерный ток.
Все это было очень хорошо, но магнитоэлектрические машины нуждались не в отдельных улучшениях, а в решительной перестройке.
Основной порок этих машин заключался в следующем.
Во всех магнитоэлектрических машинах для усиления мощности тока приходилось брать большое количество массивных магнитов.
Увеличивая набор магнитов, конструкторы выигрывали немного. Машина резко увеличивалась в размерах, в весе, в стоимости, а сила магнитов повышалась в очень слабой степени. И, хотя всем было известно, что электромагниты обладают значительно большей силой, чем стальные магниты, никому не приходила в голову простая мысль — вместо слабосильной магнитной части машины поставить электромагнит. Конечно, для электромагнита нужен ток, но тут можно было пользоваться и гальванической батареей. Можно было бы получать его и от маленькой дополнительной магнитоэлектрической машины, приводимой в действие от того же двигателя. Технических трудностей тут не встречалось. Мысль о замене постоянных стальных магнитов электромагнитами, очевидно, так долго не появлялась лишь благодаря косности привычного мышления, благодаря предвзятости его.
Преодолел этот привычный взгляд на магнитоэлектрическую машину раньше всех английский инженер Уайльд из Манчестера. В 1866 году, весной, он построил обычную магнитоэлектрическую машину с якорем Сименса, но только неподвижные стальные магниты он заменил электромагнитом, получавшим ток от маленькой магнитоэлектрической машины старого типа.
Эта — теперь уже электромагнитная, а не магнитоэлектрическая — машина Уайльда оказалась несравненно более мощной, чем старые машины. Видевшим ее оставалось только удивляться, как это они сами не додумались до такой простой, удобной и выгодной конструкции. Машина Уайльда получила широкую известность среди электротехников.
Стоило Вернеру Сименсу взглянуть на новую конструкцию, как у него, естественно, возникла мысль о том, чтобы, воспользовавшись для возбуждения электромагнита током самой же машины, достигнуть того же эффекта еще проще. Не прибегая к теоретическому обсуждению вопроса, Сименс удалил меньшую магнитоэлектрическую машину, а провода якоря соединил с проводами электромагнита и таким образом ток, который мог возникнуть в якоре, направил в обмотку электромагнита.
Казалось необходимым перед пуском машины пропустить в якорь откуда-нибудь ток, но Сименс, конечно, знал, что в этом нет никакой надобности, так как в железном теле якоря всегда есть так называемый «остаточный магнетизм». Этого остаточного магнетизма оказалось достаточно для того, чтобы при вращении якоря в его проводах возникал электрический ток, хотя и очень слабый.
Отведя этот ток в обмотку электромагнита, Сименс усиливал его магнитность, хотя и в самой малой степени, уже при первых оборотах якоря. Но увеличение мощности электромагнита усиливает индукционные токи в якоре, идущие обратно в обмотку электромагнита, благодаря чему еще больше усиливается электромагнит и происходит теоретически неограниченное взаимное усиление электромагнита и индукционных токов. Сила тока возрастала тут от простого повышения скорости вращения якоря.
Опыты со своей динамо-электрической машиной без постоянных стальных магнитов Сименс закончил в декабре 1866 года. Он торопился заявить свои права на новую конструкцию.
Идею самовозбуждающегося электромагнитного генератора все предшествующее развитие электротехники подготовило настолько, а кооперация современников, работавших над той же задачей, была так обширна, что каждый день можно было ожидать появления точно таких же динамо-электрических машин.
