История электротехники - Коллектив авторов

В 60–70-х годах XIX в. в связи с развитием телефонии создаются специальные автоматические устройства — искатели, коммутаторы и др. Ведется разработка электротермических, электрохимических, электромагнитных и электромашинных устройств.

В рассматриваемый период было положено начало и энергетическим применениям электричества, в частности начинает развиваться промышленная электрохимия. Развитие промышленной электрохимии в огромной мере обязано открытию Б.С. Якоби в 1838 г. явления гальванопластики, которая позволила с помощью электролиза получать точные копии с поверхности предметов и сразу же нашла практическое применение в полиграфии, медальерном деле и других отраслях промышленности. Она явилась истоком созданного Б.С. Якоби метода нанесения на поверхность предмета металлических покрытий — гальваностегии. В середине прошлого века в России и за границей возникли крупные гальванотехнические промышленные предприятия, на многих заводах были созданы гальванические мастерские.

Развитие промышленной электрохимии также сыграло важную роль в развитии электротехники, вызвав необходимость совершенствования источников постоянного тока (в частности, создания экономичного генератора) и углубления электрохимических исследований.

Развитие исследований в области электрических и магнитных явлений и расширение их практического применения вызвали необходимость разработки методов измерений основных электрических величин и создания электроизмерительных приборов. Принцип действия первых электроизмерительных приборов был основан на отклонении магнитной стрелки электрическим током; такие приборы являлись лишь индикаторами тока. Первым из них, как уже указывалось ранее, был мультипликатор И.Х. Швейггера.

В первых стрелочных приборах, служивших для измерения тока, синус или тангенс угла отклонения стрелки был пропорционален значению тока, поэтому такие приборы назывались соответственно синус-гальванометрами и тангенс-гальванометрами. Первая попытка отградуировать гальванометр была сделана в 1839 г. Б.С. Якоби.

Уже в первой половине XIX в. создаются более чувствительные и точные гальванометры, электрогальванометры, астатический гальванометр и т.п. Были разработаны баллистический (Э.Х. Ленц, 1832 г.) и компенсационный [немецкий физик Иоганн Христиан Поггендорф (1796–1877 гг.), 1841 г.] методы измерений, мостовая измерительная схема (Ч. Уитстон 1843 г.) и др.

В 40–60-х годах XIX в. разрабатываются первые конструкции реостатов (вольтагометр Якоби), реохордов (И.Х. Поггендорф), магазинов сопротивлений и других подобных устройств.

В рассматриваемый период стабилизируются наименования основных электрических величин, постепенно устанавливаются термины: электродвижущая сила (ЭДС), сила тока, электрическое сопротивление, количество электричества и др. Электрические единицы и эталоны были утверждены на Чикагском электротехническом конгрессе в 1893 г. [1.6].

2.12. ПЕРВЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ

В 40–70 гг. XIX в. стали создаваться первые источники электрического освещения. Освещение является естественной и постоянной потребностью человека. Самым долгим был путь от лучины к свече и затем к масляной лампе. В первой половине XIX в. господствующее положение занимало газовое освещение, имевшее существенные преимущества перед лампами с жидким горючим: централизация снабжения установок светильным газом, сравнительная дешевизна горючего, простота газовых горелок и простота обслуживания. Но по мере развития капиталистического производства, роста городов, строительства крупных производственных зданий, гостиниц, магазинов, зрелищных помещений оно все менее удовлетворяло требованиям практики, так как было опасно в пожарном отношении, вредно для здоровья, а сила света отдельной горелки была мала. Для текстильных и швейных фабрик, типографий, деревообделочных цехов, театров и т.д. газовое освещение создавало угрозу пожаров. Особенно недостатки газового освещения стали сказываться на крупных предприятиях с большим числом рабочих, занятых на производстве по 12–14 ч в сутки, вызывая резкое снижение производительности труда.

Поэтому вполне своевременными, отвечавшими социальному заказу общества были попытки создать электрические источники света, которые вытеснили бы все иные источники.

Электрическое освещение развивалось по двум направлениям: дуговые лампы и лампы накаливания [1.6].

Вполне естественно начать историю электрического освещения с упоминания об опытах В.В. Петрова в 1802 г., которым было установлено, что при помощи электрической дуги «темный покой довольно ясно освещен быть может». Тогда же, в 1802 г., X. Дэви в Англии демонстрировал накал проводника током.

Электрическая, или «вольтова», дуга представляла собой в буквальном смысле яркое проявление электрического освещения. Принципиальными недостатками дугового источника являются, во-первых, открытое пламя (и отсюда пожарная опасность), огромная сила света и необходимость регулирования дугового промежутка по мере сгорания углей.

В 1844 г. французский физик Жан Бернар Фуко (1819–1868 гг.), именем которого названы исследованные им вихревые токи (напомним, что открыты они были Д.Ф. Араго), заменил электроды из древесного угля электродами из ретортного угля, что способствовало увеличению продолжительности горения лампы. Регулирование оставалось еще ручным. Такие лампы могли получить применение лишь в тех случаях, когда требовалось непродолжительное по времени, но интенсивное освещение, например при подсветке предметного стекла микроскопа, сигнализации в маяках или для театральных эффектов. Легко себе представить восторг (а может быть, и испуг) зрительного зала, когда в Парижском оперном театре в 1847 г. по ходу спектакля (давали оперу Мейербера «Пророк») восход солнца имитировался с помощью дуговой лампы!

Дальнейшая история дугового электрического освещения связана с изобретением различных механических и электромагнитных регуляторов, так как по мере сгорания электродов расстояние между ними возрастало и электрическая дуга гасла. Регулятор был самой сложной и дорогостоящей частью дуговой лампы.

Одной из первых по времени (1848 г.) конструкций дуговой лампы с электромагнитным регулятором была лампа французского механика Аршро (рис. 2.25). Эта лампа, в частности, применялась для освещения площади перед зданием Адмиралтейства в Петербурге. Большую известность получило применение десяти дуговых ламп с регуляторами талантливого русского изобретателя Александра Ильича Шпаковского (1823–1881 гг.) в 1856 г. при иллюминации на Лефортовском плацу в Москве во время торжеств по случаю коронации Александра II. Их по праву называли «электрическими солнцами Шпаковского». В них применялось комбинированное (электрическое и механическое) регулирование. Эти лампы были наиболее современными, в том числе и по сравнению с зарубежными.

По характеру электрической схемы питания регуляторы разделяли на три группы: с последовательным и параллельным питанием, дифференциальные (рис. 2.26). В регуляторах с последовательным питанием обмотка электромагнита включалась последовательно с дугой, а с параллельным — параллельно. В дифференциальном регуляторе горение дуги регулировалось как последовательной, так и параллельной обмотками. После включения лампы регулятор работал при любом положении углей. Электромагнитные регуляторы в дуговых электрических лампах, обеспечивающие автоматическое регулирование расстояния между электродами дуги, были самыми распространенными электрическими устройствами в 50–70-х годах XIX в. До появления свечи Яблочкова в 1876 г. электромагнитный регулятор являлся наиболее важным конструктивным узлом дуговых ламп, без которого последние не могли работать. Большинство дуговых ламп различалось только устройством регулятора.

Наиболее совершенные дифференциальные регуляторы были разработаны в 1869–1870 гг. известным русским электротехником, одним из основателей журнала «Электричество» Владимиром Николаевичем Чиколевым (1845–1898 гг.). Им впервые в мировой электротехнической практике был применен метод электромашинного регулирования. На рис. 2.27 показана дуговая лампас электромашинным регулятором. Последовательная и параллельная обмотки регулятора служили обмотками возбуждения двигателя 3, 4. Действие электромагнитов было встречным: при сгорании углей 1 усиливалось действие параллельной обмотки, якорь 5 вращал