среда, 22 июня 2011 г.

Incandescent Lamp – история лампы накаливания (расширенная версия)

Дополнения и комментарии  к статье:
Кто же изобрел электрическую лампочку?
 Часть 2.

Электрическая лампа накаливания – кто был первым?
Кто первым начал проводить эксперименты, пропуская ток через различные материалы, сказать сейчас, по прошествии стольких лет, невозможно. Такой эксперимент является одним из самых простых, и он первым придет в голову любому исследователю, получившему в свои руки такой инструмент для исследований, как Вольтов столб - единственно возможный в то время  источник электрического тока. Поэтому, приводимая ниже цитата из моей статьи, является правдивым утверждением, но это лишь часть правды.
Первые опыты с накаливанием проводников электрическим током проводились еще в начале XIX века английским ученым Деви (Humphry Davy). Одни из первых попыток применить накаливание проводников током, именно с целью освещения, проводились в 1844 году инженером де-Молейном, который накаливал платиновую проволоку, помещенную внутрь стеклянного шара. Эти эксперименты не приносили желаемых результатов, т.к. платиновая проволока слишком быстро переплавлялась.
В 1845 году в Лондоне Кинг заменил платину палочками угля и получил патент "Применение накаленных металлических и угольных проводников для освещения".

А вот кого приводит в качестве первых исследователей и изобретателей ламп накаливания портал About.com: Need. Know. Accomplish. в статье The History of the Incandescent Lightbulb
  • 1820 - Warren De la Rue enclosed a platinum coil in an evacuated tube and passed an electric current through it. His lamp design was worked but the cost of the precious metal platinum made this an impossible invention for wide-spread use.
  • 1835 - James Bowman Lindsay demonstrated constant electric lighting system using a prototype lightbulb.
  • 1850 - Edward Shepard invented an electrical incandescent arc lamp using a charcoal filament. Joseph Wilson Swan started working with carbonized paper filaments the same year.
  • 1854 - Henricg Globel, a German watchmaker, invented the first true lightbulb. He used a carbonized bamboo filament placed inside a glass bulb.
Опять есть новые имена, ранее мною не упоминавшиеся: Warren De la Rue, James Bowman Lindsay, Edward Shepard. Однако, есть и старые знакомые: Генрих Гебель (Henricg Globel) и сер Джозеф Вильсон Сван (Sir Joseph Wilson Swan).
В 1954 году, за 25 лет до Эдисона германский часовщик Генрих Гебель представил в Нью-Йорке первые, подходящие для практического применения, лампы накаливания с угольными нитями со сроком горения около 200 часов. В качестве нити он применил обугленную бамбуковую нить толщиной 0,2 мм, помещенную в вакуум. Вместо колбы Гебель из соображений экономии использовал сначала флаконы от одеколона, а позднее - стеклянные трубки. Вакуум в стеклянной колбе он создавал путем заполнения и выливания ртути, то есть с помощью метода, применявшегося при изготовлении барометров.
По другую сторону Атлантического океана, в Англии, примерно в тоже время что Лодыгин и Эдисон, над электрической лампочкой работал сер Джозеф Вильсон Сван (Sir Joseph Wilson Swan). В качестве элемента накала он использовал обугленную хлопковую нить и также выкачивал из колбы воздух.
Думаю, что при большом желании, список первых исследователей в области электрического освещения посредством ламп накаливания, можно было продолжить, однако, я на этом остановлюсь. Приведу только небольшой фрагмент из фундаментального исследования американцев об Эдисоне - Menlo Park Reminiscences, Часть 1, в котором перечисляются его предшественники в области электрического освещения:
The annals of research show that among the men who strove without avail for this discovery were De la Rive in 1820, Grove and Jacobi in 1840, De Moleyns in 1841, Starr in 1845, Staite in 1848, Roberts in 1859, Adams in 1865, Lodyguine in 1872, Osborn and Kosloff in 1874, Khotinsky and Konn in 1875, and Bouliguine and Woodward in 1876. Draper, Fountain, Sawyer, Lane-Fox, Swan, Van Choate, Childern, Du Moncel, Ruhmkorff, Jablochkoff and Maxim complete the list up to 1879. All of these investigators toiled in the same field and tramped the same treadmill.

Лампочка Генриха Гебеля (Henry Goebel) – миф или реальность?
А все-таки, кто изготовил первую лампу накаливания? Можно было бы сказать, что это Генрих Гебель, но информации о нем и его лампе до последнего времени было мало, и часто она была противоречива, начиная даже с имени изобретателя. Тем не менее, многие именно его считают изобретателем лампы накаливания. Вот изображение немецкой марки (открытки), чей выпуск приурочен к 150-летию лампы накаливания, которую с точки зрения немцев изобрел Гебель. Кстати, чем не подтверждение моих слов о мифотворчестве и сотворении легенд в разных странах на основе, так сказать, «местечкового» патриотизма. И в результате у немцев свой изобретатель лампочки.
Открытка с маркой выпущенные в Германии к 150-летию лампы накаливания.
Но вот недавно, в Википедии появилась статья Heinrich Göbel, которая разрешила некоторые противоречия и ответила на многие непонятные вопросы. Вот эта цитата объясняет неразбериху с именем и местом проживания Генриха Гебеля.
Heinrich Göbel, later Henry Goebel (April 20, 1818 – December 4, 1893), born in Springe, Germany, was a precision mechanic. He emigrated in 1848 to New York City and lived there until his death. In 1865 he changed his nationality.
Heinrich Göbel (Генрих Гебель), позже Henry Goebel (20 апреля 1818 - 4 декабря, 1893), родился в Шпринге, Германия, занимался точной механикой. Он эмигрировал в 1848 году в Нью-Йорк и жил там до самой смерти. В 1865 году он изменил свое гражданство.
Сама статья достаточно информативна, поэтому рекомендую, кому интересно, самому прочитать её и составить свое собственное мнение об утверждении, что именно Гебель первым изготовил реально работающую электрическую лампочку накаливания. Я лишь кратко перескажу факты, изложенные там, касающиеся изобретения электрического освещения.
Поселившись в Нью-Йорке, Гебель открыл магазин на Monroe Street под названием Jewelry, Horology and Optician's Store. Чтобы заработать больше денег, Генрих Гебель построил телескоп, и в 1850-х - 1860-х годах в вечернее время передвигался с ним на лошадиной повозке по Юнион-сквер (Union Square), и за плату люди могли наблюдать за звездами.
1872 Гебель перенес свой магазин на Гранд-стрит.
В 1881 году Генрих Гебель работает своего рода консультантом по точной механике в компании American Electric Light Co, которая была организована великими изобретателями Elihu Thomson и Edwin Houston, и позднее переименованную в Thomson-Houston Electric Company. Кроме того, в своем магазине он производил углеродные нити для этой компании. По окончания контракта, уже имея достаточный опыт и обладая необходимыми технологиями, он вместе со своим другом John Kulenkamp попытался начать свой собственный бизнес в области ламп накаливания. В своем магазине компаньоны организовал выставку своей новой продукции, где в апреле 1882 года побывал корреспондент газеты The New York Times. И 30 апреля 1882 года в газете был опубликован репортаж об этой выставке ламп накаливания в магазине Гебеля, где также сообщалось следующее:
Mr. Goebel has been experimenting for the past 30 years in electricity. He states that he invented an electric light 29 years ago, which he exhibited on the roof of his house, № 271 1/2 Monroe-street, this City. On the first evening that he did so, he says, the fire alarm was sounded, and the engines came around to his house, and he was arrested and taken to the Police station on a charge of disorderly conduct. He was, however, discharged an hour later by Justice Wood, to whom he explained the origin of the light, and that he had merely exposed it for the purpose of experimenting with it in the open air. Since that time he has frequently become impoverished by his electrical experiments, and has more than once given up his attempts in this direction in despair. He says that the electric light is by no means as new an invention as it is popularly supposed to be, and that 44 years ago he knew of a Professor in Hanover, Germany, who invented a good electric light, but who died while striving to overcome the difficulty of producing it upon a commercial basis. Mr. Goebel has a number of patents covering all the points necessary to the production of his light.
Г-н Гебель экспериментирует с электричеством в течение последних 30 лет. Он утверждает, что изобрел электрический свет 29 лет назад, который он выставил на крыше своего дома № 271 1 / 2 на Монро-стрит. В первый же вечер, когда он сделал это, по его словам, сработала пожарная сигнализация, и пожарные машины собрались воеруг его дома, и он был арестован и доставлен в полицейский участок по обвинению в хулиганстве. Через час, однако, он был отпущен судьей Вудом, которому он объяснил происхождение света, и что он просто выставил его с целью экспериментировать с ним на свежем воздухе. С тех пор его электрические опыты не раз доводили его до обнищания, и не один раз он в отчаянии пытался отказаться от опытов в этом направлении. Он говорит, что электрический свет отнюдь не новое изобретение, как это обычно предполагается, и что 44 года назад он знал Профессора из Ганновера, Германия, который изобрел хороший электрический свет, но который умер, стремясь преодолеть трудности получения его на коммерческой основе. Г-н Гебель имеет ряд патентов, охватывающих все ключевые моменты, необходимые для производства его света.

Что это было? Простое хвастовство, хитрый рекламный ход, пример черного пиара или действительно, правда? Этого, вероятно, из-за давности лет, мы уже никогда не узнаем.
Генрих Гебель, первое опубликованное фото, январь 1893 г.
Goebel lamp No 05 из судебного процесса 1893 Boston
Что касается патентов, которые covering all the points necessary to the production of his light, то они действительно были. Гебелю удалось решить две важные на тот момент проблемы в технологии производства ламп накаливания: был создан вакуумный насос для откачивания воздуха из ламп и найден способ соединения углеродной нити с токоподводящими проводниками - достаточно сложной технологической задачи соединения несоединяемых материалов, таких как углерод и метал. Думаю, что при этом ему очень пригодился опыт точного механика (часовщика) и ювелира.
Патенты Генриха Гебеля:
US252658 – Vacuum pump (Вакуумный насос)
US266358 – Electric incandescent lamp
Судя по всему, большого коммерческого успеха в производстве ламп накаливания Гебелю и его компаньону добиться, не удалось. Неудача эта вполне объяснима, если учесть, сколько игроков в то время было на этом рынке. А также то, что к 1890 году произошла монополизация этого рынка с образованием т.н. большой тройки ("Big 3" - Edison, Thomson-Houston, and Westinghouse) американской осветительной индустрии. Шансов закрепиться в этом сегменте рынка, в таких условиях, у небольшой фирмы было мало.
Небольшая и заурядная, по сути, заметка в газете New York Times, неожиданно "выстрелила" в 1893 году во время судебных разбирательств по иску компании Эдисона против нескольких производителей электрических лампочек. Сам иск был подан за несколько лет до этого, и все обвинения в нарушении патентных прав ссылались на самый первый патент Эдисона по этой теме - No223898 – Electric Lamp. Последняя линия защиты обвиняемых (ответчиков), которую выстроили патентные поверенные Виттер и Кеньон (Patent attorneys Witter & Kenyon), как раз и была построена на статье в New York Times.
Линия защиты, при подобных исках, у ответчиков может быть разная. Можно, вдаваясь в технические тонкости, доказывать, что нарушений не было, можно ссылаться на свои патенты, а можно попытаться патент, вокруг которого и ведутся споры, объявить недействительным. Как известно, одним из критериев патентоспособности изобретения является новизна. Если доказать, что изобретение во время подачи заявки на получение патента было уже не новым, т.е. не отвечала критериям новизны, то это изобретение, может быть аннулировано с даты подачи заявки. Это и попытались сделать патентные поверенные Виттер и Кеньон, доказывая, что к моменту изобретения лампы накаливания Эдисоном в 1879 году, она уже не отвечала критерию новизны, ибо за 25 лет до этого подобную лампу изготовил Гебель. На этом предположении они и построили защиту, вошедшую в историю как Гебель-Защита (Goebel-Defense).
Убедительных доказательств этого утверждения, кроме статьи и слов самого Гебеля,  приведено не было, но время удалось потянуть. А дальше …, это разбирательство уже не имело смысла. Срок действия патента Эдисона заканчивался в 1894 году, а на смену углеродной нити уже шли совсем другие технологии. Поэтому, итоговое судебное заседание по этому вопросу даже не состоялось (или итоговое решение не было вынесено, что для Истории не так важно).
Из всего выше сказанного, можно сделать вывод, что лампочка накаливания Генриха Гебеля это тоже миф, который сотворили Гебель и представители одной из древнейших профессий – журналисты, сначала маленький в 1882 году, а затем сенсационно раздули его в 1893 году.

Итак, мы имеем, что в России считают изобретателем электрической лампочки Яблочкова или Лодыгина, в США – Эдисона, в Германии – Гебеля. Есть ли еще претенденты в других странах? Конечно, есть.

Сер Джозеф Вильсон Сван (Sir Joseph Wilson Swan) и его лампочка.
По другую сторону Атлантического океана, в Англии, примерно в тоже время что Лодыгин и Эдисон, над электрической лампочкой работал сер Джозеф Вильсон Сван (Sir Joseph Wilson Swan). В качестве элемента накала он использовал обугленную хлопковую нить и также выкачивал из колбы воздух. Сван получил Британский патент на свое устройство в 1878 году, примерно за год до Эдисона. Начиная с 1879 года, он начал устанавливать электрические лампы в английских домах. Организовав в 1881 году компанию "The Swan Electric Light Company" начал коммерческое производство ламп. Позднее Сван объединился с Эдисоном для коммерческой эксплуатации единой торговой марки "Edi-Swan".
Так может быть Сван изобрел лампу накаливания. Тот же портал About.com: Need. Know. Accomplish. продолжая список первых исследователей и изобретателей электрического освещения в статье The History of the Incandescent Lightbulb утверждает следующее:
1878 - Sir Joseph Wilson Swan (1828-1914), an English physicist, was the first person to invent a practical and longer-lasting electic lightbulb (13.5 hours). Swan used a carbon fiber filament derived from cotton.
Энциклопедия Британика в статье Sir Joseph Wilson Swan, рассказывает  о нем немного больше. Сван не только физик, который изобрел лампочку накаливания, но и химик, сыгравший заметную роль в развитии фотографии:
Sir Joseph Wilson Swan,  (born Oct. 31, 1828, Sunderland, Durham, Eng.—died May 27, 1914, Warlingham, Surrey), English physicist and chemist who produced an early electric light bulb and invented the dry photographic plate, an important improvement in photography and a step in the development of modern photographic film.
А дальше утверждается, что в 1860-х годах Сван разработал примитивный электрический свет (primitive electric light), используя при этом нить из обугленной бумаги в вакуумированной стеклянной колбе. Отсутствие хорошего вакуума и адекватного источника тока послужило причиной короткого срока службы лампы и неэффективного света. Дизайн его лампы в значительной степени был использован Томасом A. Эдисоном 20 лет спустя. В 1880 году, после усовершенствования вакуумной техники, оба, Эдисон и Сван изготовили настоящую электрическую лампочку. Или вот в оригинале: His design was substantially the one used by Thomas A. Edison nearly 20 years later. In 1880, after the improvement of vacuum techniques, both Swan and Edison produced a practical light bulb.
Кто бы сомневался, что Британика напишет именно так, поставив Сера Джозефа Свана впереди Эдисона. Других изобретателей лампы накаливания даже упоминать не стоит. Вот еще одна полуправда, еще один миф (легенда).
Вызывает большое сомнение информация об экспериментах из 1860-х годов. О том, что в 1870-х годах проводились опыты с электрическим освещением, в том числе и публичные, информации больше. Есть даже рисунок одной из первых лампочек Свана.

Экспериментальная лампа Джозефа Свана.
Но это действительно экспериментальная, а я бы даже сказал, лабораторная лампа, которой очень далеко до промышленного образца. Однако к концу 1870-х годов, Сван усовершенствовал лампу настолько, что даже начал мелкосерийное производство и применил их для освещения своего дома в Гейтсхеде (Gateshead), Англия. Характерной особенностью лампочки Свана, впрочем, как и большинства других первых лампочек, было низкое сопротивление нити. В результате, использовать их можно было только сразу несколько в последовательном соединении. Узнав о появлении ламп Эдисона с высоким сопротивлением, Сван быстро модернизировал свои лампы под такое же напряжение, и организовал Swan Electric Light Company.
В 1878 году он получил свой первый патент Великобритании на электрическую лампу накаливания, а затем, в период до первого патента Эдисона, еще несколько. Благодаря этим патентам, позиция Свана на ранке Великобритании была очень сильна, и Эдисон не мог пробиться на этот рынок со своими лампочками. Чтобы решить эту проблему, была организована, путем слияния, новая компания, получившая название Edison & Swan United Company (Ediswan).

Итак, в России считают изобретателем электрической лампочки Яблочкова или Лодыгина, в США – Эдисона, в Германии – Гебеля, а в Великобритании - Свана. Думаете это все претенденты? До недавнего времени, я думал, что все. Так, нет же. Недавно нашел еще одного претендента, или если быть точнее - претендентов. Или, если хотите, вот еще одна легенда (миф) локального масштаба.

Генри Вудворд (Henry Woodward) и Мэттью Эванс (Matthew Evans) – изобретатели лампы накаливания из Канады.
А если серьезно, то это не миф - изобретатели и изобретение конечно были. Просто статья на сайте Mysteries of Canada имеет претенциозное название - The First Electric Light Bulb, и как нельзя лучше подходит к теме развенчания мифов, связанных с изобретением первой лампочки. И первые строки, как раз подходят для сотворения легенды.
Think back.  Who invented the light bulb?  Thomas Edison?  Right?
WRONG!
In 1875, Edison purchased half of a Toronto medical electrician's patent to further his own research.  That researcher was named James Woodward.
А вот и сама история.
В 1875 году Эдисон купил права на половину патента у Генри Вудворда, электрика из Торонто, с целью использовать его позже в своих исследований.
Вудворд и его коллега по имени Мэтью Эванс, описанный в патенте как "джентльмен", но на самом деле смотритель отеля, подали патент на свет Вудворда и Эванса (Woodward and Evan's Light) 24 июля 1874 года.
Работая в литейном цеху Morrison's Brass Foundry в Торонто, они построили первую лампу со стержнем из углерода, удерживаемый между электродами в стеклянной колбе, заполненной азотом.
Вудворд и Эванс считались чудаками и объектами общественных насмешек. "Кому нужен светящиеся кусок металла!" Они пытались, с очень небольшим успехом, сформировать компанию, чтобы собрать деньги для усовершенствования и продавать свои изобретения. (Где находится федеральное правительство, когда вы действительно в нем нуждаетесь?)
В 1876 году Вудворд получил американский патент на его электрическую лампочку, а в 1879 году Эдисон посчитал достаточно важными полностью выкупить патент от Вудворда, Эванса и их канадских партнеров. Оставшуюся часть своего канадского патента Вудворд продал Томасу Эдисону в 1885 году.
Таким образом, электрическая лампочка стала американской.
Вот такая печальная для Канады история. Не удивлюсь, если в каком-нибудь канадском школьном учебнике появится утверждение, что электрическую лампочку накаливания изобрели канадцы Вудворд и Эванс.
Американский патент Генриха Вудворда
Американский патент Генриха Вудворда

Если проанализировать этот патент, то даже по внешнему виду видно, что это не лампа (light bulb) в привычном понимании, а скорее прибор, созданный из лабораторного оборудования. Поэтому и называется патент не электрическая лампа, а электрический свет. Можно сказать, что это не устройство для освещения, а способ освещения. А факт покупки патента Эдисоном, вполне объясним. Вероятно, Эдисон видел перспективу электрического освещения, и потому, при первой возможности выкупил права на патент, чтобы устранить конкурента и избежать судебных разбирательств в будущем.

Продолжение следует.


четверг, 16 июня 2011 г.

Electric light bulb – история электрической лампочки (расширенная версия)

Дополнения и комментарии  к статье: 
Кто же изобрел электрическую лампочку?
Часть 1

Создание лампы накаливание является, пожалуй, вторым по значимости событием после изобретения паровой машины, определившим лицо современной цивилизации. Кроме того, что люди впервые реально увидели применение электричества в повседневной жизни, именно благодаря внедрению электрического освещения, электротехника из области науки стала целой отраслью промышленности. Именно на электрической лампочке разрабатывались и оттачивались приемы высокотехнологичного массового производства. Немало поучительного из истории ее создания вынесли маркетинг, менеджмент, public relations, реклама и другие, в то время только зарождающиеся, инструменты современного бизнеса.
В научных экспериментах и исследованиях связанных с созданием электрической лампочки принимало много ученых и инженеров в разных странах мира. В этом нет ни чего удивительного, т.к. электротехника в то время была самая быстро развивающая наука, к тому же ищущая пути своего практического применения. Так как обмен научно-технической информацией в начале и середине 19-го века был не на самом высоком уровне, то впоследствии это породило споры и различные взгляды на приоритет тех или иных открытий и изобретений в этой области. Как следствие этого, появились различные версии истории и предистории создания электролампы. В дальнейшем это все усугубилось идеологическим (или, если хотите, патриотическим) мифотворчеством в разных странах, в результате чего все эти истории превратились в сильно отличающиеся друг от друга мифы. В результате, для одних изобретатель электрической лампочки – Эдисон, для других Яблочков или Лодыгин, для третьих … Нельзя сказать, что все эти истории неправда - в них не вся правда.
Советская версия истории электрической лампочки отражена вот в этих книгах:
  • Н.А.Капцов, Павел Николаевич Яблочков 1894-1944. ОГИЗ. Государственное издательство технико-теоретической литературы. Москва, Ленинград, 1944.
  • Н.А.Капцов, Яблочков – слава и гордость русской электротехники (1847-1894). Военное издательство Министерства Вооруженных Си  Союза ССР. Москва, 1948.
  • М.А.Сидоров, От лучины до электричества. Под редакцией проф. Н.А.Капцова. Государственное издательство технико-теоретической литературы. Москва, 1953.
  • М.Я.Лапиров-Скобло, Эдисон. Серия ЖЗЛ. Молодая гвардия. Москва, 1960
Electric Arc Light – начало.
А уже в 1801 году профессору Петербургской медико-хирургической академии Василию Петрову удалось уговорить начальство приобрести для своего физического кабинета мощнейшую по тем временам электрическую батарею, состоящую из 4200 пар гальванических элементов. Проводя опыты с этой батареей, Петров в 1802 году открыл электрическую дугу - яркий разряд, который возникает между сведенными на определенное расстояние угольными стержнями-электродами. Он же и предложил использовать дугу для освещения.
Авторы всех этих книг, начало работ по электрическому освещению связывают с именем профессора Петербургской медико-хирургической академии Василием Петровым. Все это правильно, вот только во всем мире первооткрывателем электрической дуги считают английского химика Хамфри Дэви (Humphry Davy), который, то ли в 1809, то ли в 1811 году connected two wires to a battery and attached a charcoal strip between the other ends of the wires. У нас же это противоречие объяснили так:
Открытие В.В.Петрова было очень скоро незаслуженно забыто. Этому в немалой степени способствовали ученые-иностранцы, занимавшие тогда все начальственные места в русской Академии Наук.
Когда через девять лет, в 1811 году, английский ученый Дэви снова получил в своей лаборатории ослепительное пламя электрической дуги, он был сразу же признан первооткрывателем этого явления.
М.А.Сидоров, От лучины до электричества. Москва, 1953.
Идеологически правильный выпад против царской Академии Наук понятен, но не объясняет причин, почему об открытии Петрова знали только в России. Ведь им была даже издана книга о результатах опытов, которая носила длинное, как было принято в то время, название: «Известие гальвани-вольтовских опытах, которые производил профессор физики Василий Петров, посредством огромной наипаче батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков и находившейся при Санкт-Петербургской Медико-хирургической Академии». За неимением достаточной информации не буду разбираться в этих причинах и я, однако если сказать по-простому – публиковать свои научные работы надо не только на русском языке.
Что касается практического применения электрической дуги для освещения, то все рассказанное об этом в предыдущей статье не подлежит сомнению:
Требовался механизм-регулятор для поддержания постоянного расстояния между электродами. Изобретатели предлагали разные решения. Но все они имели тот недостаток, что нельзя было включить несколько ламп в одну цепь. Приходилось использовать для каждого светильника свой источник питания. Эту проблему решил в 1856 году изобретатель А.И.Шпаковский, создав осветительную установку с одиннадцатью дуговыми лампами, снабженными оригинальными регуляторами. Эта установка освещала Красную площадь в Москве во время коронации Александра II. В 1869 году еще один русский изобретатель В.И.Чиколев применил к дуговой лампе дифференциальный регулятор и использовал его в мощных морских прожекторах.
Однако следует также упомянуть имя французского физика Жан Берна́р Лео́н Фуко́ (Jean Bernard Léon Foucault; 1819 – 1868), известного тем, что он: впервые измерил скорость света; продемонстрировал при помощи маятника (маятник Фуко) вращение Земли вокруг оси; обнаружил нагревание проводящего материала вихревыми индукционными токами (токи Фуко); изобрел гироскоп; и первым применил электрическую дугу для целей освещения, создав при этом практический регулятор электрического света.
Можно также вспомнить известного русского академика Б.С. Якоби, который в 1849 году установил первую дуговую лампу на башне Адмиралтейства в Петербурге. Лампа Якоби была названа «электрическим солнцем» - такой сильный свет она излучала.
Электрическая дуговая лампа Б.С.Якоби, установленная на Адмиралтействе в Петербурге в 19-м веке.
Было немало и других ученых и изобретателей, работавших в то время над дуговыми лампами и регуляторами для них. Вот, например, рисунок из книги Cyclopadic science simplified (автор - John Henry Pepper), изданной в 1869 году.
Mr. Browning's new and cheap Electric Lamp.
Serrin’s Automatic Regulator of the Electric Light.
Как можно заметить, Browning и Serrin - новые имена, ранее мною не упоминавшиеся. А вот и применение дуговой лампы для освещения торжественных событий, но это уже не Петербург или Москва, а Лондон.

Illumination of the Ball and Cross and Dome of St.Paul’s by the Electric Light.
With a number of Serrin’s lamps, Captain Bolron and the writer illuminated Trafalgar Square and St.Paul’s Cathedral, on the occasion of the festivities connected with the nuptials of H.R.H the Prince of Wales.
Яблочков и его электрические свечи.
Решающую роль в переходе от опытов по электричеству к массовому электрическому освещению сыграл русский электротехник Павел Николаевич Яблочков.
Лампы Яблочкова появились в самых посещаемых местах Парижа, на улице - Авеню де ль'Опера и на площади Оперы, а также в магазине "Лувр" тусклое газовое и жидкостное освещение заменили матовые шары, которые светились белым, мягким светом. Началось триумфальное шествие "La lumiere russe" (Русского света) по миру.
Все правильно. Успех действительно был огромный. Ко времени появления свечей Яблочкова, кроме дуговых фонарей, существовали и лампы накаливания Лодыгина, которые, однако, были достаточно сложны в производстве и в конструктивном плане. Здесь же в конструкции свечи не было никаких движущихся частей, и её производство было достаточно простое, без вакуумных насосов и сложной технологии изготовления углеродных нитей. Все это позволило организовать действительно массовое производство свечей и оборудования для их подключения.
Портрет Павла Николаевича Яблочкова в парижский период его жизни.
Свеча и светильник Яблочкова.
Рисунки из книги Les merveilles de la science, ou Description populaire des inventions modernes.
Вот еще цитата, показывающая действительно триумфальное шествие «русского света».
В феврале 1877 года электрическим светом были освещены фешенебельные магазины Лувра. Затем свечи Яблочкова вспыхнули и на площади перед зданием оперного театра. Наконец, в мае 1877 года они впервые осветили одну из красивейших магистралей столицы — Avenue de l’Opera. Жители французской столицы, привыкшие к тусклому газовому освещению улиц и площадей, в начале сумерек толпами стекались полюбоваться гирляндами белых матовых шаров, установленных на высоких металлических столбах. И когда все фонари разом вспыхивали ярким и приятным светом, публика приходила в восторг. Не меньшее восхищение вызывало освещение огромного парижского крытого ипподрома. Его беговая дорожка освещалась 20 дуговыми лампами с отражателями, а места для зрителей — 120 электрическими свечами Яблочкова, расположенными в два ряда.
Примеру Парижа последовал Лондон. 17 июня 1877 года свечи Яблочкова осветили Вест-Индские доки в Лондоне, несколько позже — часть набережной Темзы, мост Ватерлоо, отель «Метрополь», Гатфильдский замок, Вестгейтские морские пляжи. Успех освещения по системе Яблочкова вызвал среди акционеров могущественных английских газовых компаний панику. Они пустили в ход все средства, вплоть до явных обманов, клеветы и подкупов, чтобы дискредитировать новый способ освещения. По их настоянию английский парламент учредил в 1879 году даже специальную комиссию с целью рассмотрения вопроса о допустимости широкого использования электрического освещения в Британской империи. После длительных дебатов и выслушивания свидетельских показаний мнения членов комиссии разделились. Были среди них и сторонники электрического освещения, нашлось и немало ярых противников его.
Почти одновременно с Англией свечи Яблочкова вспыхнули в помещении торговой конторы Юлия Михаэлиса в Берлине. Новое электрическое освещение с исключительной быстротой завоёвывает Бельгию и Испанию, Португалию и Швецию. В Италии им осветили развалины Колизея, Национальную улицу и площадь Колона в Риме, в Вене — Фольскгартен, в Греции — Фалернскую бухту, а также площади и улицы, морские порты и магазины, театры и дворцы в других странах.
А вот и рисунки (гравюры) тех времен с примерами использования свечей Яблочкова для освещения различных общественных мест.
Ипподром, освещённый свечами Яблочкова.
The Paris Hippodrome was lit with with 128 Yablochkov candles, with approximately one Gramme generator required per 20 lights.
Проспект Оперы в Париже, освещённый фонарями Яблочкова.
Магазин, освещенный фонарями Яблочкова.
Eclairage electrique de la net des Grands Magasins du Printemps, a Paris.
Добрался «русский свет» и до Америки. Были в США у Яблочкова и патенты, и фирма, созданная для продвижения продукта на местный рынок – The Jablochkoff Electric Lighting Company.
Патент США №190864. Improvement in carbons for electric lights.
Патент США №257776 - Electric Candle, посвященный проблеме неравномерного сгорания электродов, связанной с полярностью тока.
К сожалению для Яблочкова, этот грандиозный успех продлился не долго. У всякого нового товара, пусть даже созданного на основе самого передового изобретения и научных достижений, имеется жизненный цикл, который заканчивается прекращением его производства. У свечи Яблочкова этот цикл оказался очень короткий, что было вызвано появлением нового, гораздо лучшего товара – лампы накаливания. Вот как заканчивался этот жизненный цикл «русского света»:
В 1879 году лампы накаливания достигли стадии, на которой стало возможно их массовое производство. Качественные показатели лампы с угольными волосками – цветность и экономичность – были хуже, чем у свечи Яблочкова, но в пользу лампы накаливания говороли простота её использования и долговечность при сравнительно невысокой стоимости, а также чрезвычайно простое и широкое решение вопроса о разделении света.
Переход к более мощным лампам накаливания все более суживал область применения дуговых фонарей и горелок. Уже в 1880 году появление лампы накаливания, сопровождаемое громкой рекламой, начало неблагоприятно сказываться на дальнейших успехах электрической дуги.
На электротехнической выставке 1881 года в Париже свечи Яблочкова имели громадный успех. Яблочков все еще был победителем: его свечи и способ электрического освещения были признаны «вне конкурса», т.е. получили высшую оценку международного жюри. Но на этой же выставке была полностью показана практическая применимость ламп накаливания и показаны преимущества, которыми они обладали в отношении простоты обращения, схемы включения, срока службы и более мелкого дробления света.
Н.А.Капцов, Яблочков – слава и гордость русской электротехники (1847-1894). Военное издательство Министерства Вооруженных Си  Союза ССР. Москва, 1948.
Однако, дуговые лампы не сразу сдали свои позиции. Они продолжали существовать и развиваться параллельно с развитием ламп накаливания, находя другие рыночные ниши. В качестве доказательства этого утверждения, вот еще несколько примеров дуговых ламп и систем регулирования дуги конца 19-го века.
Дуговые лампы и регуляторы дуги систем Gramme, Siemens и Cance.
Продолжение следует!

четверг, 2 июня 2011 г.

PWC Green Samba

Гидроцикл, версия 3 - Революция ?

Новости, приходившие из разных источников в течение 2010 года, позволяют говорить, что в мире гидроциклов назревает революция. Даже если это не революции, то уж точно следует ожидать появление нового (третьего) типа гидроцикла. Речь идет о новом водном транспортном средстве Green Samba от компании Silveira Group из штата Огайо (США).
Необходимо дать небольшое пояснение о существующих на сегодня типах гидроциклов, или, как они называются по-английски - personal watercraft (PWC). Гидроциклы подразделяются на “сидячие” (sit-down) и “стоячие” (stand-up). Изобретателем обоих этих типов является Клэйтон Джейкобсон II (Clayton Jacobson II), чьи первые модели появились на водных просторах в 60-х годах 20-го века. Подробнее историю изобретения PWC можно прочесть в статье Рersonal watercraft или Кто изобрел Водный Мотоцикл?
К сожалению, информация об этом новом типе водного мотоцикла противоречива, иногда даже очень. Например, тип и мощность двигателя: иногда говорят, что это бензиновый мощностью 260 л.с., иногда - четырехтактный двигатель с турбонаддувом мощностью 110л.с. (four stroke 110hp turbo engine) ,а иногда – электрический мощностью всего 65 л.с. Есть и другие данные об этом PWC, которые противоречат друг другу. Даже названия аппарата и фирмы отличаются в разных источниках. Эту противоречивость можно объяснить несколькими факторами. Прежде всего, это то, что в настоящее время проект находиться в развитии, и поэтому в нем часто изменяются то корпус, то двигатель, то движитель и т.д. и т.п. Кроме того, новости которые кочуют с одного сайта на другой, часто перепечатываются и переводятся с ошибками, возникает эффект испорченного телефона, конечная информация уже ни на что не похожа, и как говорится, концов не найти.
Чтобы избежать подобных проблем, проигнорирую практически все источники информации (особенно русскоязычные), а в поисках правды обращусь к первоисточнику – порталу gizmag.com,  который посвятил этой теме две подробные статьи: The Green Samba – the first viable electric Personal Water Craft и The Samba defines a new class of 65 mph 200 pound PWC.
Основанная Родриго (Rodrigo) и Кристеном Силвейра (Kristen Silveira), компания Silveira Group (штат Огайо, США) специализируется на конструировании и производстве изделий из композиционных материалов на основе углеродного волокна, которые обычно используются в аэрокосмической индустрии, гоночных автомобилях и других приложениях, где требуется высокая прочность деталей при низком весе. Кроме того, вот уже больше пяти лет компания разрабатывает концепцию крошечного экономичного гидроцикла Samba, имеющего скатообразную форму корпуса и подобно гоночному мотоциклу согнутое положение ездока. Этот концепт сразу проектировался и создавался с претензией на роль нового типа гидроцикла (PWC V 3,0).

Испытания одного из ранних прототипов PWC Green Samba
Предпосылкой для создания нового экономичного типа гидроцикла явилось то, что существующие типы создавались и развивались в эпоху неограниченных, как тогда казалось, природных ресурсов. Когда практически не задумывались об экономии топлива, и как следствие этого, просто до неприличия выросли мощности силовых установок. Не задумывались и о других экологических проблемах исходящих от мощных гидроциклов: шум, выхлопные газы и т.д. Времена изменились. Бензин стал дороже. Общественное мнение стало очень щепетильно относиться к экологическим проблемам. На этом фоне появилась потребность и родилась идея небольшого и легкого гидроцикла, способного, благодаря своей небольшой массе, легко изменять направление и ускоряться при скромной мощности двигателя.
Радикально уменьшить массу корпуса можно путем применения композиционных материалов на основе углеродного волокна, в чем Silveira Group как раз и специализировалась. Уменьшение веса потребовало радикального изменения всей формы корпуса, в частности, для сохранения устойчивости (или остойчивости, как говорят в кораблестроении) пришлось понизить центр тяжести всей конструкции, в результате чего аппарат и приобрел такую скатоподобную форму. Уменьшение формы и размеров сказалось на управляемости. Теперь одним из основных элементов управления стало тело человека управляющего гидроциклом. Это было и раньше, особенно на стоячих спортивных машинах, но манипулировать с помощью собственного тела аппаратом весом в 90 кг. легче, чем, например, аппаратом в 250 кг.
Испытания таких первых гидроциклов, целью которых было отыскание оптимальной формы корпуса, проводились с различными двигателями внутреннего сгорания и традиционными для PWC водометными движителями. Было испытано несколько прототипов, и задача была решена - последняя модель имела форму и конструкцию, усовершенствованную до такой степени, что всего 65 л.с. теперь требовалось, чтобы соответствовать производительности 240-260 л.с. Sea-Doo, Kawasaki и Yamaha.
Но основной целью всего этого проекта было создать “зеленый” гидроцикл, для чего со временем предполагалось заменить 800см3 двухцилиндровый двигателей внутреннего сгорания, который использовался в процессе разработки, электродвигателем. Но на этом пути компания столкнулась с большими трудностями. Оказалось, что создать полностью “зеленое” судно очень непросто. Количество электрической энергии, необходимой даже для такого усовершенствованного аппарата, с мощностью в четыре раза меньшей, чем у обычных гидроциклов, было так много, что её использование потребовало слишком большой емкости батареи. Все дело в том, что современные технологии хранения электроэнергии (аккумуляторы и суперконденсаторы) или ее производства (топливные элементы) не могут конкурировать с ДВС по соотношению мощность/масса. Дополнительные 150 фунтов веса батарей свели бы на нет все преимущество в маневренности, которое было достигнуто в процессе исследований и экспериментов. Это был тупик, который едва не привел к отказу от электрического привода.
Трудно сказать, как пришли к решению этой проблемы, но она была решена не путем совершенствования двигательной установки, а путем замены движителя. Как утверждают разработчики, они нашли новый движитель (водомет) никогда не применявшийся на судах, ранее разработанный для военных приложений, и приобрели эксклюзивную лицензию на использование этой технологии. У кого была куплена эта лицензия мне неизвестно, т.к. об этом нигде не сообщается.
Новый движитель представляет собой подвесную мотогондолу, в которой в одном корпусе собраны электродвигатель и винт (пропеллер). Подобные устройства сейчас широко применяются на больших судах, однако отличительной особенностью данной конструкции является то, что это водомет, который представляет собой трубу, на внутренней стороне которой расположены обмотки статора электродвигателя. Ротор же выполнен полым, с расположенными в этой полости крыльчатками пропеллера. Фактически двигатель и движитель представляют собой единое целое.

Новый подвесной электрический водометный двигатель, созданный для Green Samba
Нельзя сказать, что данный тип подвесного водометного двигателя (движителя) является уникальным явлением, и что подобные технологии ни когда не применялись на судах. Вот, в качестве примеров, рисунки с описания патентов США с такими движителями.

Подвесные электрические водометные движители.
Патент США №4831297. Submersible electric propulsion motor with propeller integrated concentrically with motor rotor. Date of Patent: May 16, 1989
Патент США №5408155. Bearing assembly for an integral motor/propeller unit. Date of Patent: Apr 18, 1995
Патент США №6837757. Rim-driven propulsion pod arrangement. . Date of Patent: Jan 4, 2005
Вероятно, в Green Samba применяется еще более продвинутая технология. Какая и откуда она взята? Об этом можно только предполагать. Если бы они открыли эти свои секреты, то думаю, мы бы услышали слова подобного типа: сверхзвуковые течения, кавитация, пограничный слой, … и т.д. и т.п.
Получив в свое распоряжение новый движитель, разработчики сразу поставили его на место старого, традиционного водомета, о чем свидетельствует вот эта фотография.

Сразу почувствовался эффект. Однако, очень скоро пришли к выводу, что необходимо вносить существенные изменения в конструкцию корпуса. Кроме того, т.к. мощности одного водомета было мало, поставили две гондолы по обе стороны от центральной линии, получив при этом еще и удивительные способности к маневренности. Опять начались поиски и испытания - одним словом НИОКР. И в результате, вот эта последняя модель Green Samba, которую увидел мир.

Последняя модель гидроцикла Green Samba
Если кратко подвести итог, то вырисовывается такой путь развития этой инновации:
На первом этапе, путем перехода к использованию новых сверхпрочных материалов (углеродные композиты), было достигнуто существенное снижение веса и размера корпуса гидроцикла. Вместе с оптимизацией формы корпуса это позволило снизить мощность двигателя с 260 до 65 л.с.
На втором этапе, путем замены традиционного для гидроциклов водомета с приводом от ДВС на два движителя прямого действия (подвесные электрические мотогондолы мощностью по 12 л.с.), была еще существенно снижена мощность силовой установки, которая, тем не менее, обеспечивала практически те же функциональные возможности, что у традиционных гидроциклов. Это позволило применить приемлемые по массе аккумуляторы, емкости полного заряда которых хватает на три часа развлечений, что недостижимо для бензиновых PWC.

Хотелось бы отметить некоторые особенности инновационного пути, который выбрали руководители компании Silveira Group. Аппарат у них получился революционный, но полученных, с целью защиты его конструктивных особенностей, патентов нет. Странный подход? Возможно. А может нет ни чего странного? Ребята хорошо владеют технологией изготовления деталей из композиционных материалов. Замечательно! Вероятно, специалистов по гидродинамике и судам на фирме нет. Ни чего страшного! Находим и покупаем необходимые технологии, а все остальное доводим до необходимого уровня экспериментально. Как видим, и такой путь инновационного развития компании имеет место.

Итак, прорыв в развитии гидроциклов очевиден. Зеленые лодки выходят на широкую дорогу, вернее, выплывают на просторы морей и океанов. Осталось только дождаться поступления серийных образцов в продажу.
А вот тут возникли проблемы. Уже скоро год, как новости об этом аппарате перестали поступать. Не работает и их официальный сайт www.silveiragroup.com. В чем тут причина, мне неизвестно, а гадать не хочу. Но думаю, что сама идея не умрет - уж больно хороша!

Вывод
Революция в мире гидроциклов еще не произошла, но революционная ситуация очевидна.