О Результатах, добытых английской парламентской комиссией по электрическому освещению.
(сообщение в императорском русском техническом обществе Г.Лачинова)
Ряд блистательных открытий сделанных в последнее время и выдвинувших на первый план вопрос об электрическом освещении,а также разнообразные и противоречивые толки в публике относительно его качества и стоимости побудили английский парламент, заняться исследованием этого вопроса.В марте прошедшего 1879 года было положено учредить особую комиссию , задачей которой должна была состоять во всестороннем изучении вопроса об электрическом освещении.В апреле месяце была сформирована комиссия, состоявшая из 15 человек, председателем которой был избран Ляйон Плейфер, бывший профессор химии, которые сразу встал на высоту своего положения и выказал себя не только серьезным ученым, но также искусным юристом сумевшим направлять прения таким образом, чтобы осветить все стороны разбираемого предмета.
Комиссия обладала значительными полномочиями, данными ей парламентом,так например она имела право вызывать, всех свидетелей, каких сочтет нужным выслушать и притом на тех же правах, на которых вызывает их суд..Комиссия.вполне воспользоваться.этими полномочиями и.кроме .лондонских профессоров..и фабрикантов.пригласила.некоторых свидетелей..из других городов.Например, Томсона .из Глазго.и Дикона Ливерпуля.
Заседания комиссии.продолжались в течении 2 месяцев.результаты трудов.составили довольно объемистый, том.помимо словесных запросов, комиссия обращалась ко всем свидетелям.с просьбой доставки и письменных сведений по разбираемому вопросу,в особенности таблиц и численных расчётов касательно стоимости электрического освещения,а также сведений по литературе этого предмета.
На основании.всех выслушанных показаний, комиссия пришла к определенному заключению относительно мер.которые следует принять в видах распространения электрического освещения и это заключение её было в особой записке,общего доступа,т.к. она уже была напечатана в некоторых русских газетах,но напомню только главнейшие заключения комиссии.
а)электрический свет признаётся вышедшим из стадии опытов и проб и вышедшим на чисто практический путь,на котором следует ему дать простор относительно конкуренции с газовым светом,а потому необходимо теперь же принять некоторые законодательные меры,которые ограждали бы права и преимущества этой области электротехники.
б) Комиссия полагает,что электрический ток даже при теперешних средствах может с выгодой служить для передачи движения на большие расстояния как это доказано некоторыми серьезными опытами, таких опытов пока немного,но следует способствовать развитию электродвижения, в особенности в виду будущей пользы, которую оно может принести государству.
в)Для того, чтобы оградить интересы электротехники.необходимо разрешить муниципалитетам и местным властям давать согласие на прорытие улиц для прокладки кабелей,.не обращаясь за этим в парламент, частные электрические компании должны непременно спрашивать подобные разрешения у муниципалитета или местных властей:напротив того.частные лица, как - то: владельцы заводов, фабрик.имеют право без всякого разрешения устраивать на собственные средства электрическое освещение,если для этого не потребуется рыть улицы.
г)Относительно ходатайства газовых компаний, передать в их руки дело электрического освещения, комиссия полагает необходимым отвечать отказом, потому что считают газовые компании некомпетентными в вопросах электротехники,и сверх того можно предвидеть, что интересы этих компаний будут часто, идти вразрез с успехами электрического освещения,а потому есть основания опасаться, что последнее останется на 2 плане и не получит надлежащего развития.
Теперь я позволю себе сказать.несколько слов.об обстановке при, которой происходили. заседания.
Комиссия образовала из себя род суда и производила дознание совершенно тем порядком,как производится судебное следствие.Подсудимым .являлось электричество.Свидетели,близко знакомые с свойствами этого агента, должны были давать показания относительно его свойств и действий.Стенографы записывали их показания.Члены комиссии занимали судейские места.Стол вещественных доказательств был покрыт различными электрическими аппаратами с которыми тут же проводились опыты;стены были увешаны чертежами и диаграммами,на которые ссылались вызванные свидетели.
Я придаю известное значение этой обстановке,так как она указывает с каким вниманием и какой серьёзностью, английское правительство отнеслось к вопросу чисто научному.
Прежде всех был спрошен знаменитый профессор Тиндаль.
(Джон Тиндалл (JohnTindallFRS; 2 августа 1820 – 4 декабря 1893) - выдающийся ирландский физик XIX века. Его первоначальная научная известность возникла в 1850-х годах благодаря изучению диамагнетизма. Позже, в 1859 году, он сделал открытия в области инфракрасного излучения и физических свойств воздуха, доказав связь между атмосферным CO2 и тем, что сейчас известно как парниковый эффект).
Я позволю себе,привести вкратце его показание.
После обычных вопросов об имени и звании,председатель Ляйон Плейфер обратился к Тиндалю с покорнейшей просьбой,от лица всей комиссии,изложить историю развития электрического света и объяснить те научные принципы,на которых оно основано.В ответ на это Тиндаль,со свойственном ему талантом,прочёл небольшую публичную лекцию,которая по временам была прерываема членами комиссии,требующими объяснения того или другого пункта.
Тиндаль начал с открытия Вольтова столба (повторение опыта 18 века),причём указал,что теория этого прибора,данная самим изобретателем(теория прикосновения)давно опровергнута,и что в настоящее время,истинным источником электричества (или вообще энергии),в вольтовом столбе признаётся медленное горение,или точнее говоря,окисление цинка.Т.к. все нынешние батареи с жидкостями,суть только видоизменения вольтова столба,то и в них источник электричества тот же самый.Поэтому в виду удобства,можно производить опыты не с вольтовым столбом,а с электрической батареей Грове или Бунзена.Затем Тиндаль накалил гальваническим током платиновую проволоку и обратил внимание комиссии на то обстоятельство,что она даёт одновременно свет и теплоту.Далее свидетель перешёл к возможности получать электричество другим путём,а именно посредством механической работы.Как простейший пример такого получения,он привёл аппарат Вольта “электрофор”(демонстрация электрофора),действие которого объяснил следующим образом:если электрофор не заряжен,то для однятия его крышки надо употребить усилие равное или чуть более её веса,если же он заряжен,то требуется гораздо большее усилие.Этот избыток механической работы при поднятии,превращается в электричество,которое может дать довольно сильную искру,сопровождаемую,как известно,светом,звуком и теплотой.Обратив внимание на это обстоятельство,Тиндаль перешёл к дальнейшему ходу развития электрического света.Он упомянул об открытиях Ампера (действия токов на токи) и Фарадея (наведённые токи).Важнейший факт,открытый этим последним,заключается в том,что от приближения к магниту какого нибудь замкнутого проводника,в этом последнем появляется(наводится) гальванический ток.На этом принципе основаны все динамоэлектрические и магнитоэлектрические машины,используемые в данное время.Хотя честь изобретения первой магнитоэлектрической машины,способной давать электрический свет,принадлежит Мальдерену,но Тиндаль не упомянул об этом учёном,а указал на английскую машину Гольмса,которая и в настоящее время употребляется для электрического освещения некоторых маяков.
Затем он перешёл к так называемому динамоэлектрическому принципу,открытому одновременно Сименсом и Уинстоном в 1867 г. В динамоэлектрических машинах вовсе нет магнитов,а только подковообразные куски железа,обмотанные проволокой и способные быстро превращаться в электромашины.Между их полюсами вращается железная катушка,также обмотанная проволокой.Если допустим,что подковообразное железо хотя бы чуть чуть намагничено,(что всегда имеет место от действия земного магнитизма) то в катушке будет наводится очень слабый ток;но этот ток пропускается,прежде всего,через обмотку неподвижных железных кусков и усиливает их магнетизм;более сильные магниты усиливают ток в катушке;затем сами,от его действия,ещё усиливаются и т.д.,пока наконец не получит предельной степени электромагнетизма,определяемой размерами кусков;в тоже время гальванический ток достигнет громадной силы и может быть употреблён для освещения,или для других целей.Впрочем вначале динамоэлектрические машины были не практичны.Грамм был первый,устранивший почти все их недостатки и устроивший действительно превосходную машину этого рода.Через несколько лет Сименс устроил ещё более совершенную динамоэлектрическую машину.Вращая,машину Сименса рукою,Тиндаль раскалил платиновую проволоку и объяснил,что источник силы,в этом случае,есть механическая работа,но прибавил,что если бы мы пожелали идти дальше и спросить:какой источник работы?то следовало бы ответить,что эта последняя получается за счёт окисления мускулов и жира.Когда же динамоэлектрическая машина приводится в движение посредством пара,или газа,то источником света нужно считать теплоту сгорания угля или светильного газа.Замечательно,что когда полюсы машины разобщены(и следовательно тока нет), то достаточно ничтожножного усилия,чтобы заставить катушку быстренько вертеться.Но как только гальваническая цепь замкнута,катушка мгновенно останавливается, и,чтобы вновь сообщить ей большую скорость,приходится употреблять очень значительное усилие на победу какого то невидимого сопротивления.В этом случае работа превращается в электричество и теплоту.Нужно.заметить.что при движении всякой металлической массы между .полюсами магнита,движение её сильно замедляется.но зато в ней появляются токи и развивается теплота.Как поразительный пример такого замедления Тиндаль приводит опыт с огромным электромагнитом,принадлежащим одному из членов комиссии лорду Линдсэю.Когда, магнит не возбужден.то монета брошенная между его полюсами.падает обыкновенным образом,но если пропустить через него гальванический ток , то та же монета не падает,а медленно опускается вниз.целых 20 секунд на прохождение между полюсного пространства в 4 дюйма и только освободившись от влияния магнита вновь ускоряет свое движение.Затем Тиндаль перешёл к объяснению громадной разницы,существующей между двумя главными способами получения электрического тока:механическим и химическим(посредством обыкновенных батарей Бунзена,Грове и т.п.).В первом случае мы получаем электрический ток,сжигая уголь в очаге машины,во-втором - растворяя(т.е. в сущности медленно сжигая) цинк в кислоте.Как фунт цинка,так и фунт угля дают приэтом определённое количество теплоты,которое мы можем сосредоточить на концах углей,для получения электрического света или воспользоваться им для других целей.Но расходы при этих 2-х способах далеко не одинаковы: фунт угля стоит в 20 с лишним раз дешевле и производит в 7 раз больше теплоты,чем фунт цинка.Правда,что теплота цинка прямо даёт электрический ток. Тогда как теплота угля сначала превращается в работу двигателя и потм уже эта работа переходит в электричество,посредством динамоэлектрической машины.Если даже мы допустим,что только 1/10 доля теплоты угля утилизируется(т.е. превращается в электричество) то всё таки гальванический ток,полученный сжиганием угля,обойдётся в 15 раз дешевле,чем посредством цинка,считая даже,что в последнем случае,вся теплота утилизируется. Вот вследствии каких причин электрический свет получил такое обширное применение после изобретения машин Грамма и Сименса.
Когда обратились к Тиндалю с вопросом,каким образом паровая машина,служащая источником электричества,может накалить платину до температуры плавления,тогда как температура в её топке несравненно ниже?Он отвечал,что вся суть в концентрации или сосредоточении теплоты.Для пояснения представим себе,что мы вздумали бы осветить какую - нибудь местность посредством кучи зажжённого угля,понятно,что такое освещение было бы ничтожно в сравнении с электрическим,полученным при сжигании того же угля в топке паровой машины,т.к. в первом случае теплота распределена по огромной поверхности,между тем как в последнем случае,она концентрирована на концах углей.
Точно таким же образом объясняется почему газ,будучи сожжён в обыкновенных горелках,даёт меньше света,чем если он будет сожжён в цилиндре газового двигателя,который вращает динамоэлектрическую машину,служащую для освещения.Полученный таким образом электрический свет будет раз в 12 сильнее непосредственного газового света.
Затем Тиндаль объяснил принцип обыкновенных регуляторов,при чём дал весьма хороший отзыв об электрической лампе нашего соотечественника г.Репьева.
С гигиенической точки зрения электрический свет весьма хорош,т.к. он не уничтожает кислорода и не производит (почти) углекислоты,однако следует заметить,что в присутствии вольтовой дуги из составных частей воздуха образуется небольшое кол-во окислов азота,так что если поставим над регулятором длинную трубку и подержим некоторое время,то смотря сквозь неё (вдоль оси), можно заметить бурое окрашивание.Однако до сих пор не было замечено никакого вредного влияния электрического света на здоровье.
Относительно электрической лампы Эдисона Тиндаль полагает,что принцип накаливания вообще невыгоден в сравнении с вольтовой дугой,при которой теплота концентрируется на меньшем пространстве.На вопрос не грозит ли электрическое освещение банкротством газовым компаниям,Тиндаль отозвался,что не предвидит ничего подобного.По его мнению,газ никогда не может быть абсолютно вытеснен электричеством; он всегда найдёт себе обширное применение: для освещения небольших помещений,для отопления,для лабораторных работ,в газовых двигателях и во многих других случаях.
Этим я заканчиваю собственно показания Тиндаля и обращаюсь к другим вопросам,затронутых комиссией.Я буду излагать их по статьям,соединяя вместе показания нескольких свидетелей,относящихся к одному предмету.
Первым вопросом является следующий: как мерить силу электрического света?
Измерения подобного рода представляют большие трудности по причине необыкновенной интенсивности электрического света и его непостоянства.Сравнивать его прямо с так называемой спермацетовой свечой почти невозможно.сравнивать с карельской лампой (карельская лампа равна 9.5 нормальных свечей) - очень трудно,не только вследствии его большой силы,но также и вследствии другого оттенка цвета; известно,что это последнее обстоятельство чрезвычайно затрудняет всякие фотометрические исследования. Всего лучше, повидимому, употреблять некоторый промежуточный или посредствующий источник света, .весьма значительной яркости.Заведующий английскими маяками Майкл Дуглас.применяет для этой цели маячную (масляную .или керосиновую) лампу.до 600 свечей.Этот источник хорош тем, что по силе подходит к электрическому свету, а по цвету - к карсельскому; он значительно облегчает измерения, однако нужно заметить, что такой прибор,как маячная лампа, далеко не находится в руках каждого.
Следует обратить внимание на то, что электрический источник дает не по всем направлениям одинаковое одинаковое освещение - и что разница бывает, особенно, значительна, когда: угли поставлены не совсем друг против друга.Этот факт был замечен и исследован гг.Чиколевым, Булыгиным и мною и описан в моей статье “о некоторых свойствах вольтовой дуги” находящейся в библиотеке русского технического общества. Если,например,отрицательный уголь отклонён вперёд,то на конце положительного образуется выемка,направленная в ту же сторону и посылающая весьма много света,в таком случае свет,направленный вперёд,будет приблизительно в 7 раз сильнее,чем направленный назад и в 2 с лишним раза сильнее света, идущего по сторонам. Такие значительные различия замечаются только при употреблении постоянных токов,при альтернативных же токах выемки не образуется,напротив,оба угля заостряются и свет получается почти ровный по всем направлениям.
На вопрос не оказывает ли такой сильный свет вредного влияния на зрение? большинство свидетелей отвечала,что боль в глазах чувствуется, потому что публика еще не привыкла к электрическому свету и смотрит больше на фонари,чем на освещенные предметы; смотреть прямо на солнце ещё больнее,но никто конечно не поставит это в вину солнечному свету. Умерять силу света посредством молочных шаров (как у Яблочкова) было признано нерациональным,т.к. при этом пропадает половина света.Гораздо лучше располагать источник на значительной высоте.
Что касается оттенка электрического света, то английские леди весьма им недовольны,они находят,что он придает какую то мертвенность физиономии и кроме того затрудняет выбор одежды, так как освещенные электрическим светом костюмы, кажутся иными, чем при вечернем освещении. На это свидетели возразили что мертвенность лица замечается только при смешении газового света с электрическим, когда одна сторона лица освещена одним, а другая другим родом света. Нечто подобное замечается когда газовый свет смешивается с лунным.
Если, по мнению художников, электрический свет холоден и представляет мало экспрессии, то ничто не мешает подкрасить его в более теплый оттенок.Для этой цели можно употреблять или вызолоченные рефлекторы, или плоские сосуды с окрашенной водой, поставленные под источником света и служащие то же время приемниками для искр и обломков падающих изредка с концов раскалённых углей.
Солнечный и электрический свет, не совсем одинаковы. Солнечный свет был бы очень близок к. электрическому,если бы не проходил через атмосферу. Эта последняя, отражает голубые, синие и фиолетовые лучи, а пропускает преимущественно красные, оранжевые и желтые.Поэтому для подкраски электрического света под солнечный, придется взять смесь кармина с никриновой кислотой, или другую оранжевую краску. Наконец, не составит большого затруднения приготовить.стекло надлежащего.оттенка.
Из газет известно,что при освещении Биллингсгэтского рынка,торговцы жаловались,что электрический свет придаёт дурной вид рыбе и просили снять,устроенное у них освещение.Спрошенные, по этому вопросу свидетели полагали, что в данном случае неуспех электрического освещения следует приписать, главным образом, недостаточности света и отчасти дурном расположении фонарей.хотя не отрицают возможности того, что электрический свет по своему оттенку.мог придавать некрасивый вид рыбе.
Колебания и мигание электрического света объясняются неровностью строения угля.Искусственные угли производят гораздо менее мельканий, чем выпиленные из газовых реторт,слой гальванопластической меди, .которым покрывают теперь угли способствует также ровности горения.
Я должен сказать, что употребление меди очень выгодно еще в отношении электропроводности угля.Покрытие медью было введено в 1 раз в России нашим почтенным сочленом лейтенантом Булыгиным. Англичане приписывают эту честь Сименсу, однако не трудно доказать, что он стал употреблять меднение гораздо позже.
Здесь необходимо упомянуть о новых углях.сименса, которые только недавно изобретены и не были известны парламентской комиссии.Эти угли отличаются тем, что снабжены цилиндрическим тонким каналом, наполненным некоторым тугоплавким веществом составляющим секрет изобретателя.Пары этого вещества, при накаливании угля попадают в дугу,вследствии чего эта последняя остается спокойной и дает свет ровней,чем при обыкновенных углях.
Относительно расположения электрических источников господа Томпсон, Прис и Сименс высказались,что следует их ставить по возможности выше.Томсон считает наивыгоднейшею высоту около 60 футов, предполагая вешать фонари на цепях или веревках между домами.Впрочем такая значительная высота полезна только для сильных источников. Освещение, по способу господина Яблочкова позволяет дробить свет на несколько слабых источников, высота которых должна превышать всего в 2 раза высоту обыкновенных газовых фонарей.В гигиеническом отношении электрическое освещение несравненно здоровее газового, потому что при нем почти не происходит поглощение кислорода и выделения углекислоты. Вследствии сгорания угольных электродов конечно образуется весьма небольшое количество углекислоты, но это явление побочное не стоящее в связи силой света, как это имеет место при газовом освещениии. По показанию Кука и Томсона, вольтова дуга светит в пустоте также ярко, как в воздухе.
Газ в хорошо освещенном помещении портит воздух вчетверо или впятеро больше, чем люди, следовательно, при газовом освещении необходима хорошая вентиляция, которую очень трудно устроить (как будет объяснено ниже), но очень легко, при электрическом свете. Считая этот вопрос весьма важным, мы позволим себе привести здесь мнение одного из знаменитых английских ученых Томпсона.
Томпсон полагает, что главный недостаток обыкновенной вентиляции состоит в том что горячий испорченный воздух мы выпускаем через потолок, а наружный впускаем снизу, что позволяет ему покрывать весь пол толстым холодным слоем. Несравненно выгоднее поступать наоборот, то есть удалять испорченный воздух через пол,а свежий впускать через потолок или через отверстие в верхней части стены, потому что только в этом случае можно избегнуть так называемого холодного пола и связанных с ним болезней: простуды и ревматизма.
При газовом освещении образуются, естественным образом, восходящие потоки воздуха, которыми поневоле приходится пользоваться для вентиляции.Напротив того, электрический свет почти не дает таких потоков, и потому не мешает устройству рациональной нисходящей вентиляции. При этом Томпсон описал расположение своего собственного дома в Глазго, где применена подобная вентиляция.
В таком же смысле дал свои показания Прис, заведующий телеграфным ведомством в Англии.На главной Лондонской станции занято ежедневно до 1000 телеграфистов,для сохранения хороших гигиенических условий в таком помещении, необходимо менять около 1000000 куб.футов воздуха в час. Но ночью, когда работа бывает наибольшая, при газовом освещении для поддержания чистоты воздуха необходимо было бы значительно усилить вентиляцию,и сменять до 5000000 кубических футов воздуха в час, что довольно затруднительно,понятно,что .замена газа электричеством была быть здесь весьма желательна.По этой причине Прис обратился к изучению различных систем электрического освещения и пришёл к заключению,что в данном случае необходимо установить шесть электрических источников по 1000 свечей каждый, устроенных так, чтобы они могли светить безостановочно в течении 18 часов, для длинных ночей, и давать ровный свет. Таких регуляторов пока ещё не существует.
Относительно неприятного шума, производимого регуляторами и свечами, свидетели объяснили, что он происходит от 2 причин,
а) от неравномерного состава угля и в особенности от значительной примеси кремниевых солей.
б)от употребления альтернативных (переменных) токов,
По нашему мнению первого шума можно избежать, употребив искусственные угли Сименса ( с внутренними стержнями), но второй шум или точнее мигание, может быть устранен только заменой альтернативных токов постоянным, однако такая замена при употреблении свечей яблочкова невозможна.
Электрическое освещение следует призвать полезным для концертных залов, потому что при нём не образуется,как при газовом - горячих воздушных течений, нарушающих однородность атмосферы и мешающих распространению звука. К достоинству электрического света следует отнести также его богатство химическими лучами, благодаря которому можно фотографировать во всякую погоду, что особенно важно для такого туманного города, как Лондон.
Теперь я должен затронуть два щекотливых вопроса, а именно: дробление электрического света и его стоимость. Теоретически доказано,что дробление света не выгодно.Об этом обязательстве, мы уже говорили выше,приводя показания Тиндаля. Объяснение его состоит в следующем, чем на меньшем пространстве сосредоточим теплоту, тем сильнее получим свет. Но закон зависимости между количеством теплоты на данной площади и силой света неизвестен, то есть мы не знаем в точности, во сколько раз больше света получится, например, от двойного количества теплоты,сосредоточенного на той же поверхности.Однако же известно, что его получится больше чем двойное количество. Вследствии этого, все заключения, относительно дробления электрического света, имеют неопределенный характер и мнения, высказанные перед лицом комиссии различными свидетелями, не вполне согласны между собой. Так например Тиндаль и Томпсон, в виду неизвестности упомянутого закона, отказались отвечать определенно, в какой степени невыгодно дробление света.Они только утверждали, что оно вообще убыточно. Прис же нашел возможным дать на это совершенно категорический ответ.
Он считает, что сила света прямо пропорциональна квадрату теплоты, сосредоточенной на единице поверхности, так что двойное количество теплоты дает четверной свет,тройное - девятерной и так далее. В таком случае необходимо признать и обратное, т.е. что при дроблении света в каждом из раздробленных источников, сила света обратно пропорциональна квадрату числа источников. Значит, сумма или количество света, испускаемого всеми источниками вместе, будет обратно пропорционально числу этих источников.
Прис развивает эту теорию довольно подробно и дает формулы, которые подкрепляются примерами, заимствованными из практики,но за недостатком времени, я не решаюсь приводить здесь дальнейших подробностей.
Кук не вполне согласен с другими учеными по рассматриваемому вопросу, он полагает что небольшое дробление на примерно 4 источника, может быть произведено без потери, но такое разногласие, по моему мнению, есть следствие недоразумения. Представим себе что мы имеем динамо - электрическую машину для 4 свечей яблочкова,если мы вместо них поставим 1 регулятор и заставим на него действовать эту самую машину, то я не сомневаюсь регулятор даст меньше света, чем 4 свечи вместе взятые, но это вовсе не будет доказывать что дробление света выгодно.Для регулятора должна быть взята динамо - электрическая машина, специально по нем рассчитанная, то есть представляющая гораздо меньше сопротивления и тогда мы несомненно получим, при той же паровой силе, гораздо больше света, чем от свечей. Словом для сравнения необходимо, по моему мнению, брать результаты, полученные при наивыгоднейших условиях, как для дробленого, так и для сосредоточенного света.