Лодыгин Александр Николаевич - Физика в школе
Главное меню:
статьи
Александр Николаевич Лодыгин
Последняя треть XIX века ознаменовалась громадными успехами практической электротехники.В 1867 г. появилась динамо-машина - удобный генератор дешевой электроэнергии. Ее появление открывало широкие возможности применения электрической энергии для разных целей, в первую очередь для питания осветительных устройств, приведения в действие станков, для электротяги, а затем и для чисто технологических целей. Эта громадная по своему значению работа завершилась в конце прошлого века решением проблемы передачи электроэнергии на большие расстояния - тем самым открывались широчайшие перспективы для электрификации.
Совершенно исключительную роль в этом деле сыграли наши соотечественники, выдающиеся русские электротехники Лодыгин, Яблочков и Доливо-Добровольский, справедливо называемые пионерами электротехники. Их вклад в мировую технику и науку составляет предмет гордости русского народа. Нужно глубоко и возможно полнее изучить их богатое научно-техническое наследство, показать, какое значение имели их труды для роста и развития электротехники, какое влияние они оказали на современное им и на последующие поколения электротехников. К сожалению, влияние работ Лодыгина и Яблочкова в электротехнике других стран часто затушевывалось: за границей его старались скрыть или умалить, а оно бесспорно и в высшей степени значительно. Американский изобретатель и электро-промышленник Дж. Вестингауз еще при жизни Яблочкова публично признал, что «успехи электрического освещения Яблочкова в Париже в 1878 г. послужили исходной точкой для создания новой отрасли промышленности». В докладе Академии Наук, в связи с представлением Лодыгина к присуждению Ломоносовской премии в 1874 г., академик Вильд писал: «С тех пор (т. е. со времени изобретения динамомашины) получили особое значение старания придать электрическому свету большую ровность и достигнуть возможности разделять его по произволу на несколько менее ярких точек. В этом направлении сделано уже не мало попыток, но они были до сих пор безрезультатными: Лодыгину удалось разрешить обе задачи очень простым способом и через это открыть путь к такому общему применению электрического света, которое, по всей вероятности, приведет к совершенному перевороту в системе освещения».
В судьбе обоих знаменитых электротехников много общего. А.Н. Лодыгин и П.Н. Яблочков родились в 1847 г. Оба они происходили из обедневшего мелкопоместного дворянства. Оба получили военное образование, бывшее традиционным в их семьях. Лодыгин по окончании воронежского кадетского корпуса обучался в московском юнкерском училище. Яблочков, проучившись с 1858 по 1862 г. в саратовской мужской гимназии, вышел из 5-го класса и был по экзамену принят в Главнее инженерное училище. Оба они начали служебную деятельность в качестве подпоручиков, но, пробыв обязательный срок на военной службе, вышли в отставку, чтобы посвятить себя изучению электротехники и изобретательской деятельности. Оба они чувствовали громадное влечение к электротехнике, тогда еще совсем молодой, но многообещающей области, и оба не имели для этого достаточной специальной подготовки. Лодыгин пополнил пробелы в специальном образовании усердным посещением лекций по физике, механике и математике в петербургском университете, где эти лекции читались крупнейшими в то время учеными. Яблочков поступил на год в специальную электротехническую школу - Офицерские гальванические классы. В 60-х годах это было единственное учебное заведение в России, в котором учащиеся могли получить систематические знания по электричеству и магнетизму и по их техническим приложениям. Таким образом, оба изобретателя - и Лодыгин и Яблочков - не были самоучками, как это без основания утверждают некоторые их биографы, а вполне образованными инженерами, ясно понимавшими сущность тех явлений, с которыми они сталкивались при своей изобретательской деятельности, сознательно намечавшими себе пути и методы работы, критически воспринимавшими труды своих предшественников. Они были учеными - новаторами техники, открывавшими новые, оригинальные направления технической мысли.
Лодыгин и Яблочков были талантливыми конструкторами и весьма смелыми экспериментаторами. Они не отличались ни расчетливостью, ни большой практичностью. Окруженные дельцами, которые всемерно старались нажиться на их изобретениях, Лодыгин и Яблочков упорно и непрерывно работали над усовершенствованием своих изобретений, не вникая в коммерческую сторону дела. Все личные средства они израсходовали на изобретательство, а последующие доходы затратили на усовершенствование своих первых конструкций и на создание новых машин, приборов и аппаратов. В конце своей жизни оба они оказались совсем без средств: бескорыстно отдавая все свои силы любимому делу, Лодыгин и Яблочков не сумели даже обеспечить себе возможности безбедного существования на склоне дней. Еще одно обстоятельство сближает Лодыгина и Яблочкова. 70-е и 80-е годы прошлого столетия были периодом усиленного развития капиталистических отношений в странах Западной Европы и США. В России развитие капитализма шло медленно. Вспомним слова В. И. Ленина об этом:«Что касается вопроса о медленности или быстроте развития капитализма в России, то все зависит от того, с чем сравнивать это развитие. Если сравнивать докапиталистическую эпоху в России с капиталистической, то развитие общественного хозяйства придется признать чрезвычайно быстрым. Если же сравнивать данную быстроту развития с той, которая была бы возможна при современном уровне техники и культуры вообще, то данное развитие капитализма в России действительно придется признать медленным. И оно не может не быть медленным, ибо ни в одной капиталистической стране не уцелели в таком изобилии учреждения старины, несовместимые с капитализмом, задерживающие его развитие, безмерно ухудшающие положение производителей».
Новые, в высшей степени прогрессивные технические идеи Лодыгина и Яблочкова не были нужны России 70-х годов. Для них не нашлось практического применения. И Лодыгин, и Яблочков были принуждены по многу лет работать за границей. Там им удалось продвинуть свои изобретения, найти возможности для их внедрения в практику и для дальнейшего усовершенствования на основе того, что было обнаружено практикой, Наиболее важные работы были задуманы этими изобретателями и получили свое первое оформление в России. Дальнейшее же развитие ряда их изобретений протекало за пределами родины. Работа за границей была тягостна обоим изобретателям. Лишь только появлялась у них надежда на то, что феодально-крепостнический режим в России слабеет, они возвращались на родину. Так, после революции 1905 г. возвратился в Петербург А.Н. Лодыгин. Он надеялся, что наступил, наконец момент, когда его технические идеи найдут на родине поддержку, когда там поймут важность электричества и его применений и откроется новое поле для его деятельности. Эти надежды быстро сменились горьким разочарованием. Лодыгин не нашел в России применения своим знаниям и был вынужден вновь уехать в США. Много раз приезжал на родину и П. Н. Яблочков, чтобы обосноваться здесь, положить начало русской электротехнической промышленности, использовать для нужд хозяйства родной страны все те преимущества, которыми обладает электрическая энергия. Один из его приездов совпал с временем окончания русско-турецкой войны (1878 г.). Яблочков приехал в Россию, выкупив за один миллион франков у французской компании по эксплуатации его изобретений право применять без ограничений свои патенты в своей родной стране. Право работать на родине Яблочков приобрел ценой своего разорения; уплаченный им миллион франков - было все его состояние. Яблочков поступил как верный сын своего народа и пламенный патриот, но жертва его не дала желанных результатов. Дела Яблочкова в России пошли плохо, ему пришлось вновь уехать за границу.
Первые работы А. Н. Лодыгина были связаны с авиацией. Ещё на военной службе офицером пехоты, Лодыгин заинтересовался проб темой летания на аппаратах тяжелее воздуха. В 1869 г. у него уже созрел план построения такого аппарата. До этого времени все техники, проявлявшие интерес к летному делу, работали исключительно над созданием аэростатов. Лодыгин пошел по другому, совершенно новому для того времени пути. Тем интереснее для нас его идеи.В чем сущность этих, в высшей степени передовых, идей Лодыгина? Не является ли Лодыгин пионером авиации, которая зарождалась в 60-х годах прошлого века? В 1869 г. Лодыгин обратился в главное инженерное управление военного министерства с проектом «электролета». Это был геликоптер оригинальной конструкции, первый русский геликоптер и вместе с тем первый в мире геликоптер с приведением винтов во вращение от электродвигателя.
Как известно, еще М. В. Ломоносов сконструировал на принципе геликоптера аппарат для исследования высоких слоев атмосферы. Общее устройство геликоптера Лодыгина было отлично от того, какое придавалось этим машинам его предшественниками. Это было продолговатое полое тело обтекаемой формы в виде цилиндра, переднему днищу которого была придана коническая форма, а заднему - полушаровая. Каркас аппарата состоял из продольных и поперечных стержней, соединенных между собою скобами, и был снаружи обтянут листовым железом. Внутри цилиндра помещался электродвигатель, приводившийся в действие от батареи гальванических элементов. Через заднее днище проходил горизонтальный вал, на который насаживался винт.
Вращением этого винта можно было сообщать аппарату перемещение в горизонтальной плоскости. Этот винт мог отклоняться вправо и влево, что обеспечивало лучшее управление аппаратом. Второй винт помещался вверху над цилиндром и укреплялся на вертикальном валу. При вращении этого винта аппарат мог получать вертикальное перемещение. Лопасти верхнего винта могли, по замыслу Лодыгина, менять под разными углами свое расположение, благодаря чему оказывалось возможным менять тягу при полете. При совместном действии обоих винтов можно было в широких пределах изменять направление движения аппарата. Как было уже указано, особенностью геликоптера Лодыгина было то, что для приведения в действие его винтов и вообще для обслуживания механизмов применялась электрическая энергия. Это было большим новшеством для своего времени и чрезвычайно смелым шагом: ведь только за 2-3 года до этого появилась динамо-машина, электродвигатели еще не имели применения (если не считать нескольких опытов использования их в весьма интересных установках, как «электрический бот» академика Б. С. Якоби).
Понимая важность применения такого «электролета» для военных целей, Лодыгин обратился в военное министерство. Он надеялся получить оттуда средства на постройку летательного аппарата. Средств ему не отпустили. В это время началась франко-прусская война, и Лодыгин обратился к французскому комитету национальной обороны с предложением построить такой аппарат. Его вызвали в Париж, отпустили средства на постройку аппарата на заводах Крезо. Но война закончилась ранее, чем было завершено построение аппарата, и работы приостановили. Позднее, через много лет, Лодыгин вновь возвратился к идее построения «электролетов». Он разработал другую конструкцию, действующую при помощи машущих крыльев, т. е. орнитоптер. И в этом аппарате все механизмы приводились в действие от электродвигателя. Проектом заинтересовалось главное военно-инженерное управление. Он был одобрен экспертом, проф. Н. Л. Кирпичевым, но не был осуществлен.
Для военных целей полеты летательного аппарата могли оказаться особенно эффективными в ночное время. Но здесь возникали проблемы освещения аппарата. Лодыгин с жаром принялся за разрешение этой проблемы. Для такого аппарата требовалось найти источники света малых мощностей, небольших габаритных размеров и веса, не требующие регулирования и специального обслуживания. При этом должна была быть обеспечена возможность включать произвольное число источников света в цепь одной динамо-машины. Эта последняя проблема называлась в то время «дроблением электрического света», и над ее решением работали многие электротехники. Однако удовлетворительного способа дробления света еще не было найдено: в цепь одного генератора электрического тока можно было включать только одну дуговую лампу. Других источников света, кроме дуговых ламп, тогда еще не было.
Лодыгин задумал применить для освещения своих летательных аппаратов лампы накаливания. Над лампами накаливания уже четверть века работали физики и техники в разных странах, но не было дано ни одной обнадеживающей конструкции, которую можно было бы признать первым приближением к решению практической задачи освещения. Лодыгина на смущали неудачи его предшественников. В лице В. Ф. Дидрихсона (1851 -1931) он нашел талантливого помощника и вместе с ним совершенствовал лампу в полом и отдельные ее элементы и детали. Лампа Лодыгина 1872 г. (одна из первых им построенных) состояла из стеклянного цилиндра, закрывавшегося с обоих концов металлическими крышками. Стекло вмазывалось в крышку и этим достигалась герметичность устройства. Через крышку внутрь цилиндра пропускался проводник, оканчивавшийся зажимом для стерженька из ретортного угля диаметром 1,5-1,75 мм. Стерженек имел посредине утонение - это и было наиболее яркое место раскаленного стерженька. Другой конец угольного стерженька вводился в концевой зажим второго электрода, проходившего через верхнюю крышку. Для временного выключения каждой такой лампы пользовались металлическим прутком сбоку лампы, который мог накоротко замкнуть цепь между обеими крышками и выключить питание угольного стерженька. В такой лампе мог быть либо один, либо два угольных стерженька. Один стерженек вследствие наличия кислорода внутри цилиндра действовал как накаленный током проводник лишь в течение получаса. Второй стерженек в том же цилиндре, накаленный проходящим током, действовал примерно в течение двух часов после перегорания первого стерженька: он действовал в атмосфере азота, оставшегося в цилиндре после выгорания кислорода за время действия первого стерженька. Эта лампа Лодыгиным называлась фонарем. Действительно, она более была похожа на то, что принято называть фонарем, чем на электрическую лампу.
Дальнейшим видоизменением этой лампы была шарообразная лампа с одним угольным стерженьком. Эта лампа горела не более получаса. Затем Лодыгин построил лампы с лучшим уплотнением вводов через стекло, но конструкция такого рода оказалась слишком сложной. Для уплотнения ввода электродов в нижний стакан наливалось жидкое масло. Такими лампами Лодыгин оборудовал свою пробную установку наружного освещения на Одесской ул. в Петербурге осенью 1873 г. Так, впервые в мире были продемонстрированы реальные возможности, открываемые для практики лампами накаливания. Дальнейшим развитием лампы Лодыгина было создание лампы вакуумного типа, с несколькими угольными стерженьками: при перегорании одного стерженька автоматически включался следующий. Эта лампа могла гореть уже несколько десятков часов, после чего ее разбирали и снабжали новым комплектом стерженьков. Такая лампа была применена Лодыгиным для освещения магазина Флорана на Б. Морской ул. в Петербурге и для ведения подводных работ при ремонте кессонов через Неву.Таким образом, Лодыгину удалось значительно усовершенствовать свою лампу, но она еще имела много недостатков. Чтобы их устранить, нужна была работа целого коллектива, а Лодыгину приходилось рассчитывать только на свои собственные силы и на бескорыстную помощь ближайших товарищей. Компания, созданная для эксплуатации этого изобретения, повела дело неправильно, ее дела скоро пошатнулись и она прекратила свое существование. Известный электротехник, современник Лодыгина, В. Н. Чиколев пишет: «Изобретение Лодыгина вызвало большие надежды и восторги. В 1872 -1873 гг. компания, составившаяся для эксплуатации этого совершенно невыработанного неготового способа, вместо энергичных работ по его усовершенствованию, на что надеялся изобретатель, предпочла заняться спекуляцией и торговлей паями, в расчете на будущие громадные доходы предприятия. Понятно, что это был самый надежный способ погубить дело, способ, который не замедлил увенчаться полным успехом. В 1874 -1875 гг. об освещении Лодыгина не было более разговоров». Академия Наук обратила внимание на работы А. Н. Лодыгина. В 1874 г. он был удостоен Ломоносовской премии за успешное разрешение проблемы электрического освещения. Это было лучшим доказательством важности работ Лодыгина.
После 1884 г. Лодыгин работал за границей, преимущественно в Америке. Он получил там ряд патентов на электрические лампы накаливания с металлической нитью: сначала с платиновой, покрытой тонким слоем тугоплавких металлов: родия, иридия, вольфрама, а позже он указал на вольфрам как на один из более подходящих металлов для построения тела накалов в лампах. Как известно, все современные лампы накаливания имеют нить из вольфрама. В Америке и Франции Лодыгин строил ламповые заводы.
Последние два десятка лет Лодыгин занимался построением и применением электрических печей. Для своего времени это были новые работы, которые привели к созданию нескольких типов промышленных электропечей для термической обработки металлов, для плавки руд, мелинита и пр. Ряд интересных работ Лодыгина относится к электрической тяге: ими он занимался при сооружении метрополитена в Нью-Йорке.
В 1899 г. Петербургский электротехнический институт присвоил Лодыгину звание почетного инженера - электрика.
В 1923 г. Общество русских электротехников избрало Лодыгина в число своих почетных членов.
А. Н. Лодыгин умер 16 марта 1923 г. на 76-м году своей жизни.