Участник:Sdobnikov/Стабы/Прочие изобретения П. Н. Яблочкова

Материал из Ртищевской краеведческой энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Как изобретатель П. Н. Яблочков работал в следующих областях электротехники: источники света, «дробление света», электрические машины и гальванические источники тока[1].

Ранние изобретения

13 (25) ноября 1874 года на 36-ом заседании Постоянной комиссии Отдела прикладной физики Московского политехнического музея П. Н. Яблочков представил прибор для сигнализации изменений температуры воздуха в вагоне пассажирского поезда. Принцип действия этого прибора следующий: два термометра помещаются в вагоне и соединяются проводниками с индуктивным прибором, находящимся в камере проводника, и с батареей. Повышение или понижение ртути в термометре замыкает ток в батарее, вследствие чего начинает действовать индуктивный ток катушек, дающий непрерывную струю света в одной из двух гейслеровых трубок, которые таким образом служат сигналом того, что в вагоне, где помещены термометры, произошло понижение или повышение температуры; при этом ток, проходящий по одной трубке, означает что температура повысилась, а по другой — что она понизилась[2]. Какие-либо литературные или документальные данные о судьбе этого изобретения отсутствуют; вероятнее всего, всё ограничилось опытной установкой[1].

Электромагнит был одной из второстепенных работ, которыми занимался П. Н. Яблочков в конце 1875 и в начале 1876 г. в Париже[1].

Первые изобретения П. Н. Яблочкова, на которые он получил за границей патенты, относились к конструкции электромагнитов. Французский патент № 110479 был ему выдан 27 ноября 1875 года на электромагнит системы Репмана. Это доказывает, что идея электромагнита принадлежала совместно А. Х. Репману и П. Н. Яблочкову. Этот электромагнит был построен и опробован Яблочковым в своей мастерской в Москве. Обмотка в электромагните состояла из металлической ленты — медной, свинцовой и пр.; плоскость её слоёв была перпендикулярна к ветвям сердечника из мягкого железа. Преимущества такого типа обмотки и целесообразность применения, например, свинцовой ленты очень сомнительны[1].

Через несколько месяцев П. Н. Яблочков получает второй французский патент на электромагнит (за № 11535 от 17 февраля 1876 года); в документе фигурирует только фамилия Яблочкова, как заявителя. Новым здесь является способ навивания проволоки или ленты на сердечник в виде диска[1].

В Англии 29 февраля 1876 года Яблочков сделал заявку на аналогичное изобретение (патент № 836 от 25 июля 1876 года). Особенностью обмотки здесь являлось то, что одна кромка ленты проходила в непосредственный контакт с металлом сердечника; лента навивается либо спиралеобразно, либо винтообразно. Лента для винтообразной намотки на сердечник должна изготавливаться гальваническим путём[1].

Прошло немногим более месяца со дня приезда П. Н. Яблочкова в Париж, когда он получил первый патент на электромагнит системы А. Х. Репмана (№ 110479 от 27 ноября 1875 года), а через 2 с половиной месяца он получил патент на видоизменённый электромагнит с обмоткой из медной ленты (вместо проволочной обмотки), что являлось его оригинальным изобретением (патент № 111535 от 17 февраля 1876 года). Эти электромагниты не получили распространения на практике. Это были первые шаги изобретателя в области электротехники[2]. Оба эти магнита демонстрировались фирмой Бреге[3] на выставке физических приборов, которая открылась 15 апреля 1876 года в Южном Кенсингстоне (Лондон).

Источники света

В 1876 г. П. Н. Яблочков получил следующие французские патенты: а) на электрическую свечу: основной за № 112024 от 23 (марта и затем четыре дополнения к нему; б) на применение индукционных катушек для осуществления дробления света за № 115793 от 30 ноября; в) на «электродвижущий элемент», основанный на реакции расплавленных нитратов и, в частности, на действии нитрата натрия на уголь (i3a № 115828 от 1 декабря); г) на магнитоэлектрическую машину переменного тока без вращающихся частей (sa № 115829 от 2 декабря)[1].

Изобретательская деятельность П. Н. Яблочкова в Париже в 1876—1878 годах[4].

Особое место в изобретениях, осуществлённых П. Н. Яблочковым, занимает вариант лампы накаливания[4].

В поисках тела, изолирующего один угольный стерженёк свечи от другого, Яблочков исследовал ряд тугоплавких веществ. При этом он убедился, что вопреки распространённому тогда мнению, сопротивление некоторых веществ электрическому току не увеличивается при нагревании как у металлов, а, наоборот, уменьшается. Например, стерженьки из каолина после предварительного подогрева пропускают электрический ток. Этот ток нагревает их ещё больше, и они испускают яркий свет с приятным для глаз оттенков[4].

В то же время эти тела не окислялись и не разлагались при прокалке на воздухе. Поэтому они не нуждались в стеклянной оболочке и откачке воздуха. Воспользовавшись этим, П. Н. Яблочков построил особые лампы накаливания, показанные им на Парижской выставке 1878 года. Он придавал волоскам этих ламп форму различных фигур и букв. В более поздние годы Яблочков испытал свои каолиновые лампы, осветив ими каюты на нескольких судах русского военного флота[4].

Яблочков не предвидел возможности широкого распространения ламп накаливания и не верил в целесообразность их применения. Между тем 20 лет спустя лампы, основанные на том же явлении, были предложены немецким физиком Нернстом[4].

«Дробление электрического света»

Основная проблема, от которой зависело практическое внедрение электрического освещения, проблема — как её тогда называли — «дробления электрического света», требовала своего разрешения. Она действительно была одной из самых существенных для практики. Без нахождения методов дробления электрического света, то есть включения произвольного числа источников света в цепь, питаемую от одного генератора электрического тока, нельзя было ни в какой мере рассчитывать на массовое применение электрического освещения. Принцип работы всех дуговых ламп не допускал дробления света, то есть нельзя было включать ни параллельно, ни последовательно даже двух ламп в одну цепь[1].

Решение проблемы дробления электрического света П. Н. Яблочков начал с того, что стремился получить от самого генератора тока — динамо-машины Грамма — несколько отдельных цепей, разделяя обмотку статора машины соответствующим образом. В каждую из полученных цепей он включал последовательно то или иное число свечей. Применение этого метода требовало некоторого числа пар проводов от генератора; в каждую цепь он мог включать 2—3 электрических свечи. Но работа цепи была ненадёжной: погасание одной из последовательно включённых свечей выводило из строя всю цепь. Поэтому П. Н. Яблочков принялся за изыскание других методов дробления электрического света. 30 ноября 1876 г. он получил французский патент (№ 115793) на способ дробления света посредством индукционных катушек[1].

По методу, закрепленному в этом патенте за П. Н. Яблочковым, одновременное включение любого числа электрических свечей в линию, питаемую одним генератором, осуществлялось при посредстве индукционных катушек. Эти катушки состояли из стержневого стального сердечника, на котором располагались две независимые одна от другой обмотки — первичная и вторичная. Первичные обмотки включались последовательно в линию, которая питалась переменным или постоянным ритмически прерывавшимся током посредством особого прерывателя. Во вторичной обмотке появлялся при этом индуктированный ток; в цепь вторичной обмотки включались последовательно 1, 2 или 3 электрических свечи (катушки были нескольких калибров). На чертеже (стр. 134) изображена схема включения электрических свечей с помощью индукционных катушек. Как видно из чертежа, во вторичные цепи могли включаться свечи одинаковой мощности, а в разные вторичные цепи — электрические свечи разных мощностей. П. Н. Яблочков предусматривал особый вариант такой схемы при питании всей системы постоянным током, для чего в питающую линию включался автоматический прерыватель. Это был один из приёмов «дробления электрического света» и притом первый по времени. Как широко применялись индукционные катушки в осветительных установках со свечами Яблочкова, не удалось установить, так как детальных описаний электрических схем этих установок пока не найдено[1].

Теперь рассмотрим, какое место занимает предложенное П. Н. Яблочковым применение индукционных катушек в истории электротехники. Индукционные катушки представляют собой прибор, состоящий из сердечника и двух независимых друг от друга обмоток, из которых одна питается током от источника, а во вторичной наводится электродвижущая сила посредством индукции. Устройство такого рода получило название трансформатора и является одним из самых важных аппаратов, применяемых в современной энергетической технике[1].

Свеча Яблочкова требовала относительно низкого напряжения и поэтому вполне естественным является применённое им последовательное включение. Однако при этом погасание одной из свечей приводило к отключению и всех остальных. Кроме того количество свечей, включаемых в одну линию, было невелико. Это заставило Яблочкова искать новые пути и привело его к необходимости косвенного распределения энергии при помощи двухобмоточных индукционных катушек (то есть фактически трансформаторов) и путём разделительных ёмкостей (конденсаторов)[5].

Трансформатор с замкнутым магнитным сердечником тогда ещё изобретён не был, и Яблочкову пришлось воспользоваться идеей, положенной в основу устройства катушки Румкорфа. На железном сердечнике Яблочков располагал две обмотки: первичную, включаемую в линию, и вторичную, присоединяемую к свече или группе свечей. Патент на применение катушек для «дробления света» был заявлен в 1876 году и в описании к нему содержаться вполне определённые мысли, позволяющие считать Яблочкова одним из изобретателей трансформатора[5].

Предложенный Яблочковым способ «дробления света» кардинально решил обе поставленные выше проблемы: выбор надлежащего напряжения и независимость свечей друг от друга, так как даже при погасании свечи основная цепь тока не прерывалась[5].

В 1877 году Яблочков берёт патент на изобретённый им другой метод питания свечей под названием: «Система распределения и усиления атмосферным электричеством токов, получаемых от одного источника тока, с целью одновременного питания нескольких источников света». Здесь дело идёт о питании свечей через ёмкость[5].

Рассматриваемая система распределения энергии применяет параллельное соединение приёмников. По своему устройству конденсаторы Яблочкова ничем не отличаются от современных (1944 год). Кроме того Яблочков предложил ещё водяной конденсатор с регулируемой ёмкостью, состоящий из нескольких стеклянных банок, погружаемых в общий бак с водой[5].

Вторая задача, стоявшая перед Яблочковым, состояла в «дроблении электрического света», то есть в создании такого устройства, при котором одна динамо-машина могла бы питать несколько свечей. П. Н. Яблочков решал эту задачу несколькими способами, но наиболее простым оказался следующий. В цепь машины включались одна за другой (то есть последовательно) так называемые катушки, или, как выражался Яблочков, бобины, Румкорфа[4].

Катушка Румкорфа представляет собой прибор, состоящий из двух проволочных обмоток, навитых на сердечник — пучок железных стерженьков[4].

Через первичную обмотку бобины пропускается ток. При изменении силы этого тока изменяется и сила магнитного поля, созданного током. Следовательно, изменяется и магнитный поток, пронизывающий витки вторичной обмотки[4].

На концах каждого витка вторичной обмотки возникает разность потенциалов (электрическое напряжение) — электродвижущая сила[4].

Яблочков использовал бобины для «дробления электрического света». От вторичной обмотки каждой бобины, включённой в первичную сеть, он питал одну или несколько последовательно включенных свечей[4].

Таким образом, от одной машины можно было питать такое число электрических горелок, какое допускалось мощностью машины[4].

Яблочковым был предложен ещё один метод для «дробления электрического света». Он заключался в применении так называемых конденсаторов, которые присоединялись одним концом к источнику переменного тока, а другим — к земле или общему обратному проводу. В цепь каждого конденсатора включались одна или несколько свечей Яблочкова[4].

Предложенный П. Н. Яблочковым способ разветвления переменного электрического тока при помощи конденсаторов не нашёл применения в электрическом освещении главным образом из-за громоздкости этого метода, так как воздушные конденсаторы Яблочкова были огромных размеров[4].

П. Н. Яблочков предложил три способа деления электрического тока, нашедших практическое применение:

  1. секционирование обмотки якоря для получения нескольких независимых цепей для включения в каждую из них электрических свечей. Эту идею использовал Грамм, завод которого начал выпускать такого рода генераторы для свечей Яблочкова;
  2. включение электрических свечей в цепь при помощи индукционных катушек (русская привилегия от 6 (18) апреля 1878, французский патент от 30 ноября 1876 № 115793, английский патент от 6 февраля 1877 № 494);
  3. включение электрических свечей в цепь посредством конденсаторов или лейденских банок (русская привилегия от 2 (14) июня 1880, французский патент от 11 октября 1877 № 120684, английский патент от 17 октября 1877 № 3839 и пр.)[2].

Изобретения П. Н. Яблочкова в первый период его работы за рубежом заключали в себе важные для электротехники решения. Во-первых, изобретение аппарата, который получил затем название трансформатора. Таким аппаратом по своему устройству и по принципу действия были индукционные катушки, служившие П. Н. Яблочкову для разделения электрического тока. В условиях питания цепи переменным током индукционные катушки выполняли функции трансформатора с разомкнутой магнитной цепью. Во-вторых, разработав способ разделения электрического тока посредством конденсаторов (или лейденских банок), П. Н. Яблочков внёс в электротехнику два новшества: 1) это был один из первых практических способов использования конденсаторов в цепях переменного тока и 2) впервые в электротехнике Яблочков показал возможность параллельного включения источников электрического света в цепь. В-третьих, П. Н. Яблочков установил, что стерженьки и пластины из каолина или смеси каолина с магнезией и другими веществами становятся при высокой температуре проводящими ток и могут в таком состоянии накаливаться электрическим током до свечения. На основе этого П. Н. Яблочков в 1877 году изобрёл каолиновую лампу[2].

Электрические машины

К этому же времени (1876-78) относятся первые работы П. Н. Яблочкова по конструированию машин переменного тока[5].

В 1877 году Яблочков берёт французский патент на изобретённую им магнитодинамоэлектрическую машину. Идея её устройства заключалась в использовании принципа униполярной индукции. Судя по патентному описанию, машина была сконструирована следующим образом: на прямоугольной раме размещены две обмотки в виде спиральных катушек, соединённых параллельно; внутри рамы расположен индуктор, приводимый во вращение двигателем. Индуктор состоит из двух фигурных дисков, закреплённых на валу и взаимно сдвинутых так, что против выступов одного находятся выемки другого. Между дисками расположена катушка, которая при вращении индуктора остаётся неподвижной. Если питать катушку постоянным током, то на каждом из дисков образуются полюсы одной и той же полярности, а по окружности всего индуктора в целом полярности будут чередоваться. При вращении индуктора в катушках неподвижной рамы будет индуктироваться переменная электродвижущая сила, дающая возможность получить переменный ток для питания свечей. Однако большой вес этой машины заставил вскоре изобретателя отказаться от её практического использования[5].

В 1879 году Яблочков берёт патент на электростатическую машину переменного тока. Один элемент такой машины состоял из четырёх неподвижных секторов, соединённых в пары и четырёх вращающихся секторов, также соединённых попарно. Все пары изолированы друг от друга и от корпуса машины. Если неподвижным секторам сообщать непрерывно заряды от постороннего источника энергии, разноимённые для каждой пары, то вследствие электростатической индукции вращающиеся секторы будут непрерывно отводить электрические заряды через скользящие контакты и зажимы в сеть, питающую приёмники, то есть в этой сети возникнет непрерывный переменный ток. Машина Яблочкова представляет собой сочетание большого числа таких элементов, собранных наподобие конденсатора переменной ёмкости. автором машины предусмотрено также регулирование (с помощью особого винта) расстояния между неподвижными и вращающимися секторами для «установления выгодного действия машины»[5].

Ещё в 1876 году он заявил патент на магнитоэлектрическую машину с возвратно-поступательным движением, приводимую в движение непосредственно от поршня парового цилиндра без всякого кривошипного механизма. Идея машины заключалась в том, что между двумя плоскими (дисковыми) электромагнитами, возбуждаемыми постоянным током, движется ещё один плоский электромагнит, связанный с штоком поршня парового цилиндра. По другую сторону цилиндра расположено такое же устройство из двух неподвижных и одного движущегося плоских электромагнитов. При перемещении подвижных электромагнитов в их обмотках индуктируется переменная ЭДС. При конструирование электромагнитов Яблочковым был использован полученный им в 1875 году патент, заключающий в себе предложение изготовлять обмотку из гнутой на ребро медной ленты[5].

В 1882 году Яблочков делает патентную заявку ещё на две машины: клиптическую динамо-машину и тихоходный двигатель. Клиптическая («наклонённая») машина отличалась тем, что у неё ось статора и ось ротора наклонены к оси вращения, вследствие чего при вращении ротора он совершает не только вращательное, но и качательное движение, что должно увеличивать индуктируемую ЭДС. Статор и ротор этой машины представляли собой катушки (электромагниты), одна из которых питалась постоянным током. Конструктивно катушки были выполнены по принципу патента 1875 года, то есть изготовлялись из медной ленты, гнутой на ребро[5].

Электродвигатель системы Яблочкова должен был по заявлению изобретателя давать весьма умеренную скорость. Это стремление снизить скорость вращения было вызвано тем обстоятельством, что существовавшие в то время механизмы были приспособлены к тихоходным паровым машинам и скорость 600—700 об/мин уже считалась недопустимо высокой. дальнейшая судьба двигателя Яблочкова не известна, но, по-видимому, он построен не был[5].

Все предложенные П. Н. Яблочковым машины не нашли широкого распространения[5].

В 1876—1878 годах П. Н. Яблочков получил два патента на электрические машины: на магнито-динамоэлектрическую машину переменного тока без вращающихся частей (от 2 декабря 1876 № 115829); на магнито-динамоэлектрическую машину, действовавшую по принципу униполярной индукции (от 21 июля 1877 № 119702). В 1878 году перед отъездом в Россию, П. Н. Яблочков закончил разработку машины для получения постоянного и переменного токов, на которую он получил патент 7 февраля 1879 года № 129031[2].

В период 1879—1880 годов, когда П. Н. Яблочков был в России, он построил электрическую машину с вращающимся индуктором, полюсы которого были расположены по винтовой линии. Эта машина была новинкой среди экспонатов П. Н. Яблочкова и демонстрировалась на выставке (1881 года) в действии[2].

На своём заводе (петербургский период) Яблочков разрабатывал конструкцию своей машины «динамо», которая была окончена, что больше всего его интересовало. Вернулся он в Париж имея новое изобретение — его машину «динамо», которую он продал своему же обществу (французскому)[6].

Гальванические элементы

В начале 1880-х годов П. Н. Яблочков почти целиком оставляет работу над вопросами освещения, генерирования и распределения энергии и отдаёт все свои силы проблемам, связанным с гальваническими элементами и электролизом[5].

В период 1876—1878 годов П. Н. Яблочков начал свои работы и по другим направлениям, в которых сосредотачивались его технические интересы. Он получает первый патент на топливный элемент (1 декабря 1876 года № 115828). Этот патент свидетельствует, что П. Н. Яблочков имеет приоритет в деле систематической разработки гальванических элементов этого рода[2].

Некоторые патенты Яблочкова

Источники

  1. 1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 Белькинд Л. Д. Павел Николаевич Яблочков 1847—1894. — М.: Изд-во Академии наук СССР, 1962. — С. 9—229
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 Белькинд Л. Д. Павел Николаевич Яблочков (Биографический очерк) // Павел Николаевич Яблочков. Труды. Документы. Материалы / отв. ред. чл.-корр. АН СССР М. А. Шателен, сост. проф. Л. Д. Белькинд. — М.: Изд-во Академии наук СССР, 1954. — С. 341—392
  3. Catalogue of the special loan collection of scientific apparatus at the South Kensington Museum. MDCCCLXXVI. — London: Printed by G.E. Eyre and W. Spottiswoode, for H.M. Stationery Off, 1877. — P. 281
  4. 4,00 4,01 4,02 4,03 4,04 4,05 4,06 4,07 4,08 4,09 4,10 4,11 4,12 Капцов Н. А. Павел Николаевич Яблочков, 1847—1894: Его жизнь и деятельность. — М.: Гостехиздат, 1957. — 96 с. — (Люди русской науки)
  5. 5,00 5,01 5,02 5,03 5,04 5,05 5,06 5,07 5,08 5,09 5,10 5,11 5,12 Чечет Ю. С. Электрические машины Яблочкова // П. Н. Яблочков. К 50-летию со дня смерти (1894—1944) / Под ред. проф. Л. Д. Белькинда. — М., Л.: Государственное энергетическое изд-во, 1944. — С. 46—54
  6. Яблочкова М. Н. Некоторые воспоминания о жизни покойного Павла Николаевича Яблочкова // Павел Николаевич Яблочков. Труды. Документы. Материалы. Раздел V / отв. ред. чл.-корр. АН СССР М. А. Шателен, сост. проф. Л. Д. Белькинд. — М.: Изд-во Академии наук СССР, 1954. — С. 328—334