Яблочков — слава и гордость русской электротехники

Во время своих опытов с дроблением электрического света при помощи конденсаторов Яблочков задался вопросом о прохождении электрического тока через конденсатор. Ему удалось экспериментально показать, что на зарядку конденсатора требуется определённое время. Описание этих опытов и изложение теоретических соображений можно найти в упомянутом уже нами публичном докладе, прочитанном Яблочковым в Петербурге.

Всему этому вопросу, сущность которого Яблочков определял как переход динамического электричества в статическое электричество и обратно, он придавал большое проблемное значение.

Это вполне понятно, если вспомнить, что в 70-х годах прошлого века ещё не существовало современной теории переменных токов. Отсутствовали представления о запаздывании тока по сравнению с напряжением в цепи переменного тока, о возможности прохождения тока через ёмкость, об активной и реактивной слагаемой мощности переменного тока и т. д. — представления, являющиеся теперь азбукой для каждого электрика, начиная с инженера и кончая грамотным монтёром.

В наше время вопрос о статическом и динамическом электричестве не возникает, но во времена Яблочкова он ещё волновал умы учёных-новаторов, и отражение этого можно найти в работах даже такого крупного физика, как А. Г. Столетов.

П. Н. Яблочков был не только крупным просвещённым изобретателем, но и серьёзным, вдумчивым физиком-исследователем, глубоко анализировавшим все явления, с которыми ему приходилось иметь дело, и неизменно прибегавшим к тщательному эксперименту для разрешения возникающих у него сомнений.

Кроме своих основных работ, принесших ему мировую известность, Яблочков сделал немало изобретений. Его лампы накаливания с телом накала из каолина, о которых речь была выше, были практически осуществлены изобретателем и применены для освещения кают в трёх судах русского военного флота. Электрическими машинами Яблочков начал заниматься ещё в мастерской Бреге. В журнале «Электричество» за 1881 год можно найти описание весьма совершенных по тому времени динамомашин, построенных Яблочковым. Преимущества машин Яблочкова перед другими, распространёнными тогда динамомашинами Сименса и Грамма были весьма значительными. В машине Сименса переменный электрический ток получался во вращающемся якоре, это приводило к изнашиванию коллекторных щёток и искрообразованию из-за сравнительно высокого напряжения в цепи. В машине Грамма обмотки, в которых индуцировался ток, неподвижны, но они имели сложную кольцеобразную форму. Эта часть машины вносила значительные неудобства при изготовлении машины или исправлении каких-либо повреждений обмоток. В динамомашине Яблочкова обмотка, в которой индуцировались токи, также была неподвижна, но она была проста по своему устройству и состояла из отдельных катушек. Соединение этих катушек параллельно или последовательно можно было изменять любым образом и получать таким способом от одной и той же машины токи различного напряжения. Можно было также, не останавливая машину, выключить повреждённую катушку, вынуть её и заменить другой. Система динамомашин Яблочкова не представляла таких препятствий к увеличению размера и мощности, как система Грамма.

В 1882 году Яблочков подал патентную заявку на динамомашину, отличавшуюся тем, что у неё ось статора (неподвижной системы катушек) и ось ротора (системы подвижной обмотки) были наклонены к оси вращения, что должно было привести к увеличению электродвижущей силы машины при той же скорости вращения. Запатентованный в том же году электродвигатель Яблочкова был рассчитан на очень малое число оборотов. Необходимость в таком двигателе вызывалась тем, что употреблявшиеся в то время механизмы были приспособлены к тихоходным паровым машинам.

Рис. 16. Динамомашина переменного тока Яблочкова: а — вертикальный разрез; б — боковой вид; в — катушка якоря.

Динамомашины Яблочкова не получили широкого распространения. Это объясняется тем, что после создания совершенных конструкций в руках Яблочкова уже не было достаточных материальных средств для быстрого налаживания производства этих машин, а в то время очень быстро развивались теория и практика построения электрических машин. В области электрических машин переменного тока Яблочков выдвинул ряд новых блестящих идей.

В поисках дешёвого и надёжного источника электрического тока Яблочков не ограничивался изучением и усовершенствованием динамомашин. Его сильно интересовали также и гальванические элементы, бывшие когда-то единственным источником электрического тока.

В технике сильных токов гальванические элементы во времена Яблочкова не могли конкурировать с электрическими машинами. В настоящее время двадцатилетняя работа П. Н. Яблочкова над гальваническими элементами (с 1870 по 1890 год) становится особенно интересной в свете того значения, которое теперь гальванические элементы приобрели в радиотехнике и в других областях техники слабых токов.

Разработку новых типов гальванических элементов Яблочков вёл очень систематически, исходя каждый раз из определённой идеи. В первых типах своих элементов Яблочков стремился получить электрическую энергию путём непосредственного расходования угля в гальваническом элементе, минуя применение паровой машины. Это так называемые «элементы горения», основанные на наблюдениях одного учёного над возникновением электродвижущей силы при соприкосновении горящего угля с холодным металлом. Катодом в элементе Яблочкова служил уголь; электролитом служила расплавленная селитра, являвшаяся в то же время источником кислорода для горения угля и деполяризатором. Внесение в селитру солей некоторых металлов позволяло регулировать интенсивность всего процесса. В другом элементе Яблочкова источником кислорода служила вода.

Несколько позднее Яблочков перешёл к элементам, в которых вместо угля применялся натрий или другие щелочные металлы. Эти элементы не требовали присутствия жидкости и были названы Яблочковым «сухими элементами» в более точном значении этого слова, чем современные нам «сухие батарейки», знакомые каждому радисту, так как в последних имеются опилки, пропитанные электролитическим раствором.

Действие сухих элементов Яблочкова основано на окислении натрия при комнатной температуре. Натрий, служащий катодом, отделён от пористого угля или от какого-либо другого пористого проводника пластинкой пористого изолятора. Воздух, окисляющий натрий, проникает к последнему через пористый анод и пористый изолятор. Задняя поверхность натриевой пластинки покрыта слоем лака, препятствующим непосредственному окислению её воздухом. В руках Яблочкова элемент с натрием прошёл несколько различных модификаций.

Опыты с натриевыми элементами в Париже в 1884 году чуть ли не стоили Яблочкову жизни, так как во время этих опытов от воспламенения водорода произошёл пожар. Яблочков стал задыхаться и уже лежал без чувств, когда к нему пришли на помощь.

Вредным процессом в гальванических элементах является так называемая поляризация анода, представляющая собой накопление около анода водорода, мешающего прохождению тока. Яблочков воспользовался поляризацией анода для создания особого трехэлектродного элемента с электродами из натрия, цинка и угля. В центральной части этого цилиндрического элемента катодом служит сильно окисляющийся штабик из натрия, анодом — сравнительно слабо окисляющийся цинковый цилиндр. Во внешней части того же элемента анодом служит неокисляющийся уголь, катодом — цинк. Уголь постоянно поляризуется, но вместе с тем поглощает кислород из воздуха, что приводит к непрерывному уничтожению поляризации путем соединения кислорода с поляризующим уголь водородом. Этот тип гальванического элемента был назван Яблочковым «автоаккумулятором» и является прототипом предложенных намного позднее элементов с «воздушной деполяризацией».

Один из наиболее удачных типов автоаккумулятора Яблочков запатентовал в 1885 году и тогда же представил доклад о принципах действия автоаккумулятора в Парижскую Академию наук.