Михаил Шателен - Русские электротехники
Работая у Бреге, Яблочков не прекращал интересоваться электрическими лампами и продолжал свои опыты, начатые еще в Москве. Вероятно, Яблочков думал создать нечто подобное друмондову свету, применив в качестве источника тепла для накаливания светящегося тела вместо водородно-кислородного пламени вольтову дугу, так как он работал над нагревом разного сорта глин, извести и т. п. дугой. Впоследствии идея эта была осуществлена в лампе «Солнце».
«Делая опыты в России над глинами, известью и т. п., — говорил Яблочков в одном из своих выступлений, — я употреблял небольшое количество элементов (гальванических) и обширных наблюдений, поэтому, производить не мог. Работая же в Париже у Брегета, мне пришлось иметь дело с большими электрическими машинами; здесь-то я и исследовал свойства этих глин».
Далее Яблочков говорит: «Если помещать в вольтову дугу кусочки глины, извести и других земель, то они накаливаются. Затем часть их плавится. Эта расплавленная часть представляет возможность токам большого напряжения проходить по ней; тогда она раскаливается уже до ярко белого каления, издает свет и постепенно улетучивается. Если количество тока велико, сравнительно с его напряжением [14], то по этой раскаленной части проходит лишь ничтожное его количество, глина, главным образом, испаряется в жару вольтовой дуги и испаряющиеся частицы дают уже настоящее пламя, причем от различных сортов земель зависит и большая или меньшая окраска пламени в тот или другой цвет».
Сначала Яблочков думал помещать изучавшиеся им огнеупорные материалы в вольтову дугу и поддерживать при их помощи расстояние между угольными электродами дуги. «Но затем, — говорит он — я придумал приспособление, которое известно под именем моей свечи».
Существовавшие в его время типы дуговых электрических ламп — регуляторов были хорошо известны Яблочкову и, конечно, не удовлетворяли его.
«Систем регуляторов— пишет Яблочков, — чрезвычайно много, но все они могут быть подведены под два типа — регуляторы, действующие посредством груза и действующие посредством пружин. Лучшими представителями обоих типов следует признать действующий посредством груза регулятор Серрена и пружинный регулятор Фуко. Устройство этих регуляторов было описано много раз и поэтому останавливаться на нем я не буду, а сделаю лишь беглый обзор их сравнительных достоинств и недостатков. Регулятор Серрена дает свет более ровный, чем регулятор Фуко, если прибор находится в вертикальном и в совершенно свободном положении. При значительном наклонении он действовать совсем не может, а также не переносит и тряски.
Регулятор Фуко может действовать в наклонном положении, более способен переносить тряску, но его устройство очень сложно, регулировка производится помощью трех пружин и свет, даваемый им, довольно сильно мерцает.
Вообще в регуляторах при всяком изменении тока надо менять и самую регулировку, и можно сказать, что если нужно получить ровный свет, то механик не должен отлучаться от аппарата. Их механизм более или менее сложен и требует довольно частой чистки и ремонта. Указанные недостатки значительно затрудняют введение электрического освещения в практику».
Яблочков и поставил себе задачей придумать такую конструкцию дуговой электрической лампы, которая не страдала бы недостатками регуляторов.
Регулятор должен был выполнять следующие функции: 1) при зажигании лампы разводить угольные электроды на вполне определенное расстояние; 2) во время горения лампы поддерживать длину дуги постоянной, сближая угли по мере их сгорания, и 3) сводить угли до соприкосновения при прекращении тока через лампу для того, чтобы дуга могла образоваться при новом включении лампы. Сложность таких функций и требовала применения в регуляторах механических и электрических частей, например часовых механизмов, электромагнитов, механических сцеплений и т. п., обусловливавших и сложность их устройства и трудность их эксплоатации. Яблочков пытался поддерживать расстояние между вертикально расположенными углями, помещая между ними кусочки огнеупорных материалов, но из этого ничего не вышло.
«При расположении углей, как это практиковалось прежде, — пишет Яблочков, — один против другого, помещение кусочка глины, удерживающее между ними расстояние, было невозможно. Нужно было их поместить так, чтобы улетучивающееся землистое вещество уничтожалось по мере сгорания углей. Таким построением, очевидно, являлось бы помещение углей один около другого с землистым веществом между ними. Оно и дало горелку для электрического освещения, известную под именем свечи моей системы». Свеча Яблочкова, действительно, отличается исключительной простотой. В ней нет решительно никаких механизмов. Это просто два угольных стержня, разделенных прослойкой какого-нибудь огнеупорного изолирующего материала, например каолина, гипса и т. п., испаряющегося под действием вольтовой дуги (фиг. 3). Угли присоединяются к зажимам источника тока, и между ними образуется дуга.
Для зажигания дуги Яблочков сначала предлагал употреблять «угольную палочку, которую держат в руке помощью изолирующей рукоятки и прикладывают к обеим оконечностям угольков в то время, когда начинается пропускание электрического тока. Таким образом, цепь замыкается, происходит раскаливание углей и затем угольная палочка отнимается» (Русская привилегия, № 5 от 6 апреля 1878 г.). Затем для этой же цели на конце «свечи» между углями Яблочков помещал тонкий угольный мостик-зажигатель, который при проходе тока сгорает и вызывает образование между угольными электродами вольтовой дуги. «В этой свече, — пишет Яблочков, — при сгорании углей вольтова дуга накаливает и испаряет изолировку; накаленные земли представляют некоторую проводимость для токов и потому вольтова дуга не перемещается так сильно на оконечности углей, как это бывает при регуляторах, а держится на тех точках, около которых находится накаленная часть изолировки, вследствие чего свет становится несравненно ровнее; от свойств тела, употребляемого для изолировки, зависит некоторая окраска пламени, что может быть утилизировано сообразно назначению освещения. Итак, узкая полоска землистого вещества выполняет задачу держания углей на неизменном расстоянии гораздо лучше, чем сложный прибор, регулятор, достигающий этого лишь приблизительно. Полоска держит их абсолютно, кроме того, она придает известные качества свету, которые не мыслимы при регуляторе. Горелка такого устройства сделалась совершенно доступной для употребления; она не боится ни передвижения, ни тряски, не требует за собой никакого ухода и представляет возможность вводить электрическое освещение там, где со сколько-нибудь сложным аппаратом оно было бы немыслимо».
Таким образом, Яблочковым была решена задача, над которой много лет трудился целый ряд изобретателей: задача сооружения практически удобной дуговой электрической лампы.
Сохранилось много преданий об обстоятельствах изобретения этой лампы. Так, сверстник Яблочкова Перский в своих воспоминаниях, доложенных на Первом всероссийском электротехническом съезде, говорит: «В январе или феврале 1876 г., сидя за столом одного из Парижских кафе, Яблочков положил на стол два карандаша параллельно друг другу и у него вдруг блеснула мысль, если заменить эти карандаши углями и произвести между ними вольтову дугу, то длина ее останется постоянною без посредства какого бы то ни было механизма».
Жена Павла Николаевича, М. Н. Яблочкова, пишет: «Павел Николаевич заболел лихорадкою. Но несмотря на болезнь, он продолжал работать в своей комнате над своей свечей, еще находившейся в зачаточном состоянии, и вот, как он рассказывает, выйдя погулять, на углу Бульвара Сен-Мишель и улицы Соммерар, где он жил, он остановился и даже крикнул: «нашел»! Это была окончательная идея свечи. На другой же день он взял привилегию и пошел сообщить об этом Ниоде и Бреге».
Несомненно, такие эпизоды могли иметь место, но все имеющиеся сведения позволяют утверждать, что свеча не выскочила внезапно готовой из головы Яблочкова, как мифологическая Афина-Паллада из головы Зевса, но явилась плодом длительных трудов и долгих исканий. Не сразу свеча получила и ту форму, в которой она, можно сказать, завоевала мир. В своей первой привилегии (французской от 23 марта 1876 г.) Яблочков описывает свое изобретение так:
«Это изобретение состоит в полном уничтожении всякого механизма, обычно применяемого в существующих электрических лампах. Вместо того, чтобы осуществлять механически автоматическое сближение проводящих углей по мере их сгорания, я просто укрепляю эти угли один рядом с другим, как это показано на фигуре, разделяя их изолирующим веществом, способным сгорать одновременно с углями, например, каолином. Приготовленная таким образом пара углей может быть помещена в нечто вроде специального подсвечника (фиг. 3), и затем достаточно пропустить через них ток от батареи или какого-нибудь другого источника для того, чтобы образовалась между концами углей вольтова дуга. В случае тока одного направления, вследствие того, что один из углей расходуется быстрее, чем другой, следует применять угли разного сечения, дабы поддержать постоянным равенство их длин. Вместо этих двух угольных палочек, укрепленных на двух сторонах каолиновой прослойки, я могу применять каолиновую трубочку, внутри которой помещен угольный цилиндр, окруженный угольной трубкой.