5.3. Электротехническая революция XIX в.

«Век пара» пришел к концу во второй половине XIX в., когда началось стремительное развитие электрической техники. Начало этому историческому процессу положили казавшиеся далекими от практики исследования природных явлений магнетизма и электричества. На самом деле они привели к созданию технических средств нового класса, к коренным изменениям многих традиционных промышленных технологий и появлению совершенно новых технологических процессов. Попытки понять природу электричества и глубже познать законы, на основе которых действовали новые электротехнические устройства, в свою очередь, подвели физику вплотную к великому перевороту в естествознании, произошедшему в конце XIX — начале XX вв. Таким образом, история возникновения и развития электротехники ярко демонстрирует взаимосвязь между физикой, познающей фундаментальные законы природы, техническими науками, исследующими теоретические основания техники, и самой техникой. Такого рода взаимодействие фундаментальных и прикладных исследований, теоретических и прикладных знаний характерно для всей науки после XIX в. Исторический период, когда на основе научных открытий в физике, сделанных ранее Гальвани, Вольта, Ампером, Омом, Фарадеем и другими, были изобретены первые технические устройства для промышленного получния , преобразования, транспортировки и практического применения электричества (вторая половина XIX в.), получил название электротехнической революции.

Одним из первых электротехников и создателей теоретической электротехники был основатель русской школы электротехники, архитектор, физик и исследователь электромагнетизма, академик Петербургской Академии наук (1839) немец Мориц Герман (Борис Семенович) Якоби (1801-1874). Его основная научная деятельность протекала в России. В 1834 г. он изобрел первый практически пригодный электродвигатель и в 1837-1840 гг. применил его для приведения в движение судна. В эти годы Якоби изобрел гальванопластику и разработал технологии ее применения в типографском и монетном деле. Он сделал также ряд выдающихся изобретений в области электрических машин, электрической телеграфии, кабельной электросвязи, военной (минной) электротехники, электрохимии, теории и технике электрических измерений. К середине третьей четверти XIX в. насчитывалось уже множество созданных разными изобретателями разновидностей конструкции электромагнитных и магнитоэлектрических машин с различными индивидуальными характеристиками.

Возникла задача установления обобщающих показателей электрических машин, выработки теоретических знаний, которые можно было бы положить в основу инженерных методов расчета новых конструкций. В совместной работе с другим создателем учения об электричестве и теоретических основах электротехники — русским физиком Э.Х. Ленцем (1804-1865) — Якоби впервые дал методы расчета электромагнитов в электрических машинах. Они имели большое практическое значение вплоть до 1880 г., когда были открыты законы магнитной цепи. Соратник Якоби Э.Х. Ленц установил правило, определяющее направление индуктированных токов (1833-1834). В 1842-1844 гг. он обосновал один из фундаментальных законов физики, открытый в 1840 г. английским физиком Джоулем (закон теплового действия тока Джоуля-Ленца). Эти две работы Ленца и были положены в основу распространения закона сохранения энергии на область явлений электромагнитной индукции (Г. Гельмголыд, 1847). Теоретическое обобщение экспериментальных материалов привело Ленца к открытию одного из основных законов электромеханики — принципа обратимости генераторного и двигательного режима электрических машин. В 1867 г. выдающийся немецкий изобретатель и предприниматель Э.В. Сименс (1816-1892) сделал одно из важнейших в истории электротехнической революции изобретений — разработал и применил первый электромашинный генератор с самовозбуждением электромагнитов. Он же изобрел машину для наложения гуттаперчевой изоляции на провода, цилиндрический якорь с Т-образным сечением для электрической машины (1859), создал первый эталон единицы электрического сопротивления (сименс), построил первый электрический городской трамвай (1879), сделал ряд других изобретений в области электротехники. Разбогатев на прокладке телеграфных линий в России и других странах, Сименс основал электротехнические концерны, положившие начало развитию крупной электротехнической промышленности в 70-е годы XIX в.

В числе крупнейших достижений электротехнической революции — создание системы электрического освещения. В 1875 г. русский инженер и изобретатель в области электротехники П.Н. Яблочков (1847-1894) конструирует дуговую лампу без регулятора («свеча Яблочкова»). Она стала первым практически пригодным источником света и в 1876-1880 гг. совершила переворот в технике освещения. В 1879 г. Яблочков предложил идею централизованного производства электроэнергии и доставки ее по сетям к потребителям. Во второй половине 80-х годов электрические свечи Яблочкова были вытеснены лампами накаливания с винтовым патроном и цоколем, которые сконструировал (1879) и, что особенно важно, промышленное производство которых организовал (1881) выдающийся американский изобретатель и предприниматель Т.А. Эдисон (1847-1931). Имя Эдисона вписано в историю многих отраслей науки и техники. Он изобрел фонограф, усовершенствовал телефонный аппарат. В области электротехники он прославился также как изобретатель прибора для передачи по телеграфу биржевых курсов, предохранителя с плавкими вставками, электрического счетчика и ряда других приборов для эксплуатации системы электрического освещения. Он ввел в практику параллельное включение электроламп и конструировал самые мощные для своего времени генераторы электрического тока. В 1881 г. на первом международном электротехническом конгрессе в Париже уже были представлены обратимые электрические машины, электродвигатели для металлообрабатывающих станков, электротехнические средства пахоты, бурения скважин, штамповки металлических изделий, электрические подъемные краны, швейные машины. В 1882 г. Эдисон пустил в эксплуатацию первую в мире электростанцию общественного пользования в Нью-Йорке. С этого времени электрические машины на постоянном токе стали широко применяться и в горной промышленности. В том же году русский инженер Н.Н. Бернадос (1842-1905) разработал способ электросварки металлов с помощью угольных электродов. В 1888 г. Н.Г.Славянов (1854-1897) изобретает сварку металлическим электродом. Значительный вклад в развитие электротехники в конце XIX — первой половине XX вв. внесли экспериментальные и теоретические исследования работавшего в Австрии, Франции и США изобретателя серба Н. Тесла (1856-1943). Он внес ряд усовершенствований в телеграфную аппаратуру и электрические машины, открыл явление вращающегося магнитного поля, исследовал двухфазную систему тока. Но более всего известны его работы в области высокочастотной электротехники. В 1889-1890 гг. он изобрел высокочастотные генераторы и трансформатор, демонстрировал лампы и двигатели, работавшие на высокочастотных токах без проводов.

После создания электродвигателей, генераторов электрического тока и обратимых электрических машин, систем электросвязи и электрического освещения самой важной теоретической и технической проблемой электротехники 80-х годов XIX столетия была передача электроэнергии на большие расстояния без значительных потерь. В 1880Т\ русский физик и электротехник Д.А. Лачинов (1842-1902) математически доказал возможность передачи любых количеств электроэнергии -на значительные расстояния без больших потерь. Это имело решающее значение для всего последующего развития электротехники. В 1881-1882 гг. к такому же выводу пришел французский физик М. Депре, доказавший его правильность опытным путем. Но «пиком» электротехнической революции XIX в. стали труды М.О. Доливо-Добровольского (1862-1919), основная деятельность которого протекала в Германии и Швейцарии. Он выдвинул ряд новых идей в области электротехники и создал конструкции многих электроизмерительных приборов и электротехнических устройств. Но главным делом его жизни стало создание первой системы трехфазного электрического тока и основных электротехнических устройств для ее практической реализации. В 1888 г. Доливо-Добровольский построил первый трехфазный генератор переменного тока. К этому времени он создает и конструкцию асинхронного короткозамкнутого двигателя переменного тока — основного типа электродвигателей в современной электротехнике. В 1891 г. на Всемирной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне демонстрируется созданная Доливо-Добровольским первая трехфазная система передачи электроэнергии на расстояние около 170 км. В эти и после­дующие годы талантливейший электротехник разрабатывает технику трех­фазного тока во всех деталях. Изобретения и теоретические труды выдающегося русского электротехника стали своего рода завершением «первой волны» электротехнической революции.

Создание электротехнических средств — средств связи, машин, линий передачи электроэнергии — было реализацией в технических конструкциях экспериментально установленных зависимостей и теоретических законов, сформулированных исследователями электричества и магнетизма. Формирование электротехники как науки и как отрасли техники и промышленного производства происходило одновременно, в тесной взаимосвязи. Так было положено начало целенаправленной научно-технической деятельности — процессу электрификации, оказавшему в XX в. революционизирующее воздействие практически на все области мировой техники и экономики.