Чтение онлайн

а)

б)

Рис. 5.5. Модель одного элемента двигателя Якоби (а), чертеж электрического двигателя Якоби (1838 г.) (б):

1, 2 – зажимы обмоток двух неподвижных электромагнитов; 3 – зажим коммутирующего устройства; 4 – вращающаяся часть двигателя

Во время первых испытаний катер двигался по Неве со скоростью 2 км/ч на расстояние 7 км по течению и против течения. Это был первый в мире опыт практического применения электродвигателя для движения судна. Комиссия, учрежденная для испытания «электрического бота» Якоби, признала успех сенсационным и рекомендовала «увеличить мощность» гальванических батарей.

Публичные испытания «электрического бота» состоялись в августе 1839 г. и вызвали восторженные отклики зрителей и статьи в двух номерах петербургской газеты «Северная пчела» (сентябрь 1839 г.). В статье с весьма оптимистическим заголовком «Новые успехи на поприще электромагнетических опытов и радостные надежды в будущем» газета писала: «Человек до. шестидесяти ученых, литераторов и любителей наук (в том числе несколько высших сановников) собрались на Петровском Острове, чтобы быть свидетелями новых опытов над применением электромагнетической силы к судоходству. Катер с 12 человеками, движимый электромагнетической силой (в 3/4 силы лошади), ходил несколько часов против течения при сильном противном ветре. Этот опыт в области науки то же, что открытие письмен. Нет еще эпопеи, но мысль уже выражена. Что бы ни было впоследствии, но важный шаг уже сделан, и России принадлежит слава применения теории к практике». Новый более мощный двигатель быстрее вращал гребные колеса, и скорость движения катера увеличилась до 4 км/ч.

Испытания двигателя показали, что он превосходит все другие зарубежные двигатели. Результаты испытаний давали надежду на реальную возможность использования двигателя в судоходстве. Особые надежды возлагали представители Военно-морского ведомства, видевшие его неоспоримые преимущества перед паровым двигателем, особенно на военных кораблях – ведь достаточно было одного вражеского ядра, чтобы парализовать движение корабля. Вместо огромного груза угля и паровой установки можно было увеличить число артиллерийских орудий, а штат команды сократить. А электрический ток от батарей можно использовать для освещения.

Успехи испытаний широко освещались в мировой печати. Великий Фарадей прислал Якоби восторженное письмо, надеясь на использование электродвигателя на крупных морских кораблях: «Какое это было бы славное дело», – воскликнул ученый.

Рис. 5.6. Электродвигатель Пачинотти

Британская ассоциация содействию науки, где в 1840 г. выступал с докладом Якоби, избрала его своим почетным членом.

Но попытки Якоби увеличить мощность электродвигателя и последующие испытания показали, что экономическая эффективность нового электродвигателя была явно недостаточна: одна лошадиная сила обходилась в 12 раз дороже, чем в случае применения паровой машины. И в 1842 г. Якоби в докладе Академии наук, подведя итоги четырехлетней работы над «попыткой применения электромагнетизма в качестве движущей силы признал питание электродвигателя от гальванических батарей нерентабельным».

Необходимо было создать легкий экономичный генератор электрической энергии нового типа для практического использования электродвигателя на корабле. Как удивился бы Якоби, если бы узнал, что более чем 160 лет после его экспериментов, несмотря на фантастические успехи электромеханики, океанские просторы будут бороздить не корабли-электроходы, а турбоэлектроходы, дизельэлектроходы, атомоходы. И можно только надеяться, что в будущем будут реализованы мечты нашего выдающегося ученого.

Но работы Якоби над созданием электродвигателя сыграли огромную прогрессивную роль в развитии электротехники и стимулировали изобретение электромашинных генераторов электрической энергии, получивших широчайшее практическое применение.

В течение трех десятилетий до изобретения самовозбужда- ющегося промышленного генератора постоянного тока Грамма, а также и электродвигателей (на основе принципа обратимости электрических машин) в разных странах были созданы несколько типов двигателей постоянного тока, не получивших широкого практического применения.

Среди них следует отметить оригинальный электродвигатель 19-летнего итальянского студента (впоследствии профессора) Пизанского университета Антонио Пачинотти (1860). Этот электродвигатель (рис. 5.6) состоял из якоря кольцеобразной формы, вращающегося в магнитном поле электромагнитов. В нижней части вала укреплялся коллектор, к пластинам которого подводились концы обмотки якоря. Пачинотти был сделан важнейший шаг на пути создания современной машины постоянного тока: неявнополюсный якорь, удобная схема возбуждения и коллектор, приближавшийся к современному.

Как уже отмечалось, практическое применение электродвигателей оказалось невозможным из-за неэкономичности источников электрического тока – гальванических батарей. Поэтому во многих развитых странах начинаются интенсивные исследования с целью решения этой актуальной проблемы.

Первый электромашинный генератор, знаменитый «диск Фарадея», был создан в 1831 г. выдающимся ученым Майклом Фарадеем – сыном бедного лондонского кузнеца, не имевшим возможности даже окончить начальную школу. Но благодаря природному таланту, огромной тяге к знаниям и гигантской работоспособности он стал всемирно известным ученым, членом 68 академий и научных обществ, в том числе и почетным членом Петербургской академии наук. Нелегкий жизненный путь Фарадея, много лет работавшего в качестве лаборанта и лакея известного ученого X. Дэви, достойный пример для подражания миллионам молодых людей, стремящихся к овладению знаниям.

После создания им уже описанного ранее прибора «электромагнитного вращения» Фарадей (1821), убежденный во взаимосвязи и взаимопревращениях различных «сил природы», записал в своем дневнике: «Превратить магнетизм в электричество!» Потребовалось десять (!) лет упорнейшего труда, чтобы практически решить поставленную задачу. В течение этого времени Фарадей продолжал работать над своим самообразованием, изучая труды знаменитых физиков и химиков, стремясь познать секреты электромагнитных явлений.

В 1827 г. Фарадей был уже профессором и читал лекции в Королевском институте, которые вызывали всеобщий интерес. Но чем бы он ни занимался, все его мысли были о «превращении магнетизма в электричество». Современники вспоминают, что будто бы он носил в кармане небольшую спираль из медной проволоки и тонкий постоянный магнит и нередко устанавливал их в разные положения. Многие друзья и коллеги считали его чудаком.

В течение 10 лет день за днем Фарадей ставил опыт за опытом, тщательно записывая результаты в журнал. Опытов были тысячи, но «возбуждения электричества посредством магнетизма» достичь не удавалось.

Первый удачный опыт произошел 29 августа 1831 г.; он по праву вошел в историю науки. На деревянный или картонный цилиндр (рис. 5.7, а) наматывалась медная проволока 1, а между ее витками была намотана вторая проволока, изолированная хлопчатобумажной нитью 2. Первая спираль соединялась с сильной батареей из 100 пар пластин, вторая – с гальванометром. При замыкании и размыкании первичной цепи стрелка гальванометра отклонялась, т.е. во вторичной цепи возникал ток. Но если ток непрерывно протекал по первичной спирали – гальванометр оставался неподвижным. Почему? Такого явления ранее никто из физиков не наблюдал. Великий экспериментатор долго оставался наедине со своими сомнениями. Когда внутрь спирали, включенной во вторичную цепь, Фарадей поместил стальную иглу (рис. 5.7, б), она при возникновении индуктированного тока так же намагничивалась, как и от тока гальванической батареи. Следовательно, индуктированный ток не отличается от обычного тока.

Рис. 5.7. Схемы опытов Фарадея (по рисункам Фарадея)

Было очевидно, что действие первой спирали на вторую осуществлялось через окружающую среду. А каково ее влияние? Заменив картонный цилиндр железным кольцом (рис. 5.7, в), Фарадей отметил, что стрелка гальванометра откланялась на больший угол. Значит, среда, окружающая проводник с током, играет активную роль и усиливает явление индукции. Кстати, отметим, что в опыте с железным кольцом можно увидеть прообраз простейшей конструкции трансформатора.