Гальванопластика, освещение и электротермия

Гальванопластика. Одним из первых практических применений электричества была металлизация – осаждение тонкого слоя металла на поверхность изделия с помощью электрического тока.

Эту идею высказал в середине XVIII века М.В. Ломоносов, а применил практически через 100 лет, в 1847 г., Б.С. Якоби (1801-1874). С тех пор гальванопластика стала широко внедряться в промышленность. Б.С. Якоби, талантливый инженер и ученый, физик, электротехник, изобрел и создал электрический двигатель с вращательным движением, создал гальванотехнику, несколько типов электромагнитных телеграфов, применил электричество в минном деле и др.

Электрическое освещение – первое массовое энергетическое применение электрической энергии – сыграло исключительно важную роль в становлении электроэнергетики и превращении электротехники в самостоятельную отрасль техники. Электрическое освещение явилось одной из первых областей применения электричества после гальванопластики.

У истоков освещения с помощью электричества стоял Василий Владимирович Петров (1761-1834), профессор медицинско-хирургической Академии в Петербурге. Он был преемником и продолжателем трудов М.В. Ломоносова.

Исследуя световые явления, вызываемые электрическим током, В.В. Петров сделал свое знаменитое открытие – электрическую дугу, сопровождающуюся появлением яркого свечения и высокой температуры. Это произошло в 1802 г. и имело огромное историческое значение. Наблюдения и анализ Петровым свойств электрической дуги легли в основу создания электродуговых ламп, ламп накаливания, электросварки металлов и многого другого.

В 1803 г. В.В. Петров первым в мире показал возможность применения электротока (электродуги) в металлургии. Петров исследовал электропроводимость различных жидких и твердых тел, высказал мысль о возможности разложения воды электрическим током, открыл реакцию окисления и восстановления металлов, открыл принцип аккумулирования электричества.

В 1875 г. Павел Николаевич Яблочков (1847-1894) (рис. 31), создает электрическую свечу, состоящую из двух угольных стержней, расположенных вертикально и параллельно друг другу, между которыми проложена изоляция из каолина (глины). Чтобы горение (свечение) было более продолжительным, на одном подсвечнике помещалось четыре свечи, которые горели последовательно (во времени).

В 1876 г. свеча П.Н. Яблочкова получила признание за границей; он становится миллионером. Улицы Парижа, театры Лондона стали освещаться «русским светом». Только после этого свечи Яблочкова стали внедряться в России.

Александр Николаевич Лодыгин (1847-1923) (рис. 32), в 1872 г. предложил вместо угольных электродов в свече Яблочкова использовать нить накаливания (сначала угольную, а затем из тугоплавкого металла), которая при протекании электрического тока ярко светилась. Это было безопасное для людей, яркое и дешевое освещение посредством электричества.

А.Н. Лодыгин писал, что электрический свет должен быть единственным искусственным светом как по своей силе и ровности, так и по безопасности и дешевизне.

Список изобретений А.Н. Лодыгина очень велик. В него входят электрические индукционные печи и печи сопротивления, сварочные аппараты, аккумуляторы, электрические приборы, извлечение из руд алюминия и других металлов, электровертолет, скафандр и многое, многое другое.

Дмитрий Александрович Лачинов (1842-1902) изобрел много различных приборов: регулятор напряжения, оптический динамометр, способ центробежной отливки рефлекторов. В 1880 г. Д.А. Лачинов написал книгу “Электромеханическая работа”, которая содержала исследование работы электрических машин; в ней было приведено математическое доказательство, что на большие расстояния может передаваться любое количество электроэнергии путем увеличения электрического напряжения.

Вопрос передачи электрической энергии по проводам на большие расстояния поставил впервые в 1760 году М.В. Ломоносов; Д.А. Лачинов и М. Депре провели теоретические разработки электропередачи; Ф.А. Пироцкий и Фонтен впервые осуществили передачу с помощью изолированных проводов и используя обычные рельсовые пути.

Томас Эдисон (1847-1931) (рис. 33), талантливый американский инженер-электротехник, изобретатель, который свои идеи и идеи других быстро претворял в жизнь. Им была усовершенствована лампа накаливания Лодыгина (откачал из баллона лампочки воздух, придумал цоколь с винтовой нарезкой и т. п.); заводы Эдисона стали выпускать лампы накаливания миллионами штук во всем мире.

Александр Ильич Шпаковский (1823-1881) создает в 70-х годах XIX в. дуговую лампу с электромагнитным и механическим регулированием, а в 1864 году создает первый автоматический регулятор давления пара прямого действия.

Владимир Николаевич Чиколев (1845-1898) (рис. 34), создает регулятор для стабилизации горения электрической дуги. Он же применил систему дробления света дуги, раздробив свет дуговой лампы в 3000 свечей на 60 источников света с помощью системы линз, зеркал и трубок с отражающими внутренними стенками – световодами. С помощью такого устройства был освещен Охтинский пороховой завод. В.Н. Чиколев усовершенствовал прожекторы, применив кольцеобразные стекла и зеркала. Он является основоположником отечественной светотехники, применения фотографии для определения скорости полета снарядов и многого другого. Принимал активное участие в создании первых электростанций.

Николай Николаевич Бенардос (1842-1905) применил электрическую дугу для сварки металлических листов, резки металлов, отверстий. Разработал технологии сварки в среде защитных газов и точечной сварки.

Николай Гаврилович Славянов (1854-1897) (рис. 35), создал конструкции электрических машин и аппаратов, динамомашин и регуляторов электрической дуги. Использовал электрод и как средство для создания электрической дуги, и как носитель металла для создания шва при сваривании листов или деталей. Он же применил электроподогрев металлических отливок для равномерного остывания по всему объему.

Н.Н. Бенардос и Н.Г. Славянов использовали открытие В.В. Петрова по плавлению и свариванию металлов в электрической дуге. Один из первых русских профессоров электротехники Михаил Андреевич Шателен писал: «Первая половина XIX в. была особенно богата результатами изучения электрического тока: была открыта электрическая дуга (В.В. Петров), были открыты термоэлектрические явления (Т. Зеебек, Ж. Пельтье); найден закон тепловых действий тока (закон Джоуля-Ленца), были определены законы химического действия тока (законы М. Фарадея), были установлены законы Г. Ома и Г. Кирхгофа, внесшие большую ясность в понимание явлений тока; были обнаружены свойства тока намагничивать железо и действовать на магниты; были найдены законы взаимодействия токов между собой и тока с магнитами; были открыты законы электромагнитной индукции.

С открытием вольтова столба ток стали применять для различных практических целей: для освещения, для нагрева, для разложения сложных химических веществ, для металлических покрытий и получения металлических оттисков (гальванопластика академика Б.С. Якоби), для целей связи (П.Л. Шиллинг, Б.С. Якоби), для двигателей (Э.Х. Ленц, Б.С. Якоби) и др.

Со временем вольтов появились другие источники электричества: гальванические, термоэлементы, динамо-машины, электрогенераторы.

Кроме постоянного тока появился однофазный переменный ток, получавшийся от электромагнитных генераторов, а позже – и трехфазный ток (М.О. Доливо-Добровольский).

По мере развития электроэнергетики, внедрения ее в промышленность, транспорт, быт возникла потребность накопления электроэнергии. В.В. Петров в начале XIX в. создает предпосылки для создания аккумуляторов, проводит эксперименты.

Г. Планте создает свинцовый аккумулятор в 1859 г. К. Фор конструирует свинцово-кислотный аккумулятор в 1880 г. А.Н. Лодыгин разрабатывает теорию аккумулирования электричества для проектируемого электровертолета.

В 1886 г. М. Депре создает буферную аккумуляторную батарею.

В 1984 г. были созданы серно-натриевые аккумуляторы, намного превышающие по технико-экономическим показателям свинцовокислотные.

Приведем некоторые числовые данные для материалов, способных аккумулировать электрическую энергию, из расчета на 1 кг веса:

Pb 16 Вт·ч на 1 кг веса

Воздушно – Zn160 Вт·ч –––– «––––

Li – Ni 200 Вт·ч –––– «––––

S – Na300 Вт·ч –––– «––––

Li – Cl 500 Вт·ч –––– «––––

Бензиновый

двигатель 2400 Вт·ч –––– «––––.

Аккумулирование электрической энергии необходимо для работы автономного транспорта – электромобилей, электровертолетов, подводных лодок; для накопления энергии в периоды её низкого потребления и выдачи её во время пиковых нагрузок и в других случаях.

Чтобы научить силу электрического тока стать творить чудеса, нужны были генераторы и электродвигатели. Над этим думали многие изобретатели, в том числе и русские.