Добавить в корзинуПозвонить
Найти в Дзене
Discovery Club
465 подписчиков

Как электричество научилось строить форму: история гальванопластики Бориса Якоби

11
5 мин
В конце 1830-х годов электричество воспринималось как забавная лабораторная диковина - искры, батареи, опыты с лягушками. Борис Якоби, профессор Дерптского университета, случайно обнаружил на медном цилиндре лишний слой металла, в точности повторявший мельчайшие царапины поверхности. Он понял, что электрический ток может не просто светить или искрить - он может строить форму, атом за атомом. В
Оглавление

В конце 1830-х годов электричество воспринималось как забавная лабораторная диковина - искры, батареи, опыты с лягушками. Борис Якоби, профессор Дерптского университета, случайно обнаружил на медном цилиндре лишний слой металла, в точности повторявший мельчайшие царапины поверхности. Он понял, что электрический ток может не просто светить или искрить - он может строить форму, атом за атомом. В 1838 году он сообщил об открытии в Петербургскую академию наук.

Так родилась гальванопластика - технология, которая позволила выращивать точные металлические копии предметов в электрической ванне. По свидетельствам современников, одним из первых изделий стала монета, которую Якоби уничтожил, осознав опасность фальшивомонетничества. А уже через несколько лет гальванопластика украшала Исаакиевский собор, печатала государственные деньги и создавала скульптуры для Эрмитажа.

Якоби не просто открыл новый способ обработки металлов - он первым показал, что электричество может быть не только источником энергии, но и инструментом созидания, технологию, которую иногда рассматривают как одну из исторических предшественниц современных аддитивных методов производства.

В ходе опытов с электрической батареей на медном цилиндре неожиданно образовался плотный слой металла, в точности повторивший мельчайшие дефекты поверхности, и учёный сразу оценил, какой точный инструмент оказался у него в руках.
В ходе опытов с электрической батареей на медном цилиндре неожиданно образовался плотный слой металла, в точности повторивший мельчайшие дефекты поверхности, и учёный сразу оценил, какой точный инструмент оказался у него в руках.
В ходе опытов с электрической батареей на медном цилиндре неожиданно образовался плотный слой металла, в точности повторивший мельчайшие дефекты поверхности, и учёный сразу оценил, какой точный инструмент оказался у него в руках.
В ходе опытов с электрической батареей на медном цилиндре неожиданно образовался плотный слой металла, в точности повторивший мельчайшие дефекты поверхности, и учёный сразу оценил, какой точный инструмент оказался у него в руках.
В ходе опытов с электрической батареей на медном цилиндре неожиданно образовался плотный слой металла, в точности повторивший мельчайшие дефекты поверхности, и учёный сразу оценил, какой точный инструмент оказался у него в руках.
В ходе опытов с электрической батареей на медном цилиндре неожиданно образовался плотный слой металла, в точности повторивший мельчайшие дефекты поверхности, и учёный сразу оценил, какой точный инструмент оказался у него в руках.

Случайность, которая изменила индустрию

В конце 1830-х годов Борис Семёнович Якоби, профессор Дерптского университета, работал над созданием электрической батареи для своего изобретения - одного из ранних практически реализованных электродвигателей. В ходе экспериментов он заметил нечто необычное: на медном цилиндре появился "лишний" слой меди, в точности повторявший все неровности детали. При длительных опытах налёт становился настолько плотным, что уже не отделялся от основы.

Якоби описывал это наблюдение так: он заметил значительное количество медных зёрен, а под ними более плотный слой, на котором отпечатались мельчайшие шероховатости и царапины. Исследователь понял, что это не ошибка, а удобный способ делать точные металлические копии предметов.

В 1838 году Якоби сообщил об открытии в Петербургскую академию наук. Сам учёный впоследствии называл это "следствием счастливого случая", однако быстро превратил случайность в контролируемый технологический процесс.

В ходе опытов с электрической батареей на медном цилиндре неожиданно образовался плотный слой металла, в точности повторивший мельчайшие дефекты поверхности, и учёный сразу оценил, какой точный инструмент оказался у него в руках.
В ходе опытов с электрической батареей на медном цилиндре неожиданно образовался плотный слой металла, в точности повторивший мельчайшие дефекты поверхности, и учёный сразу оценил, какой точный инструмент оказался у него в руках.
В ходе опытов с электрической батареей на медном цилиндре неожиданно образовался плотный слой металла, в точности повторивший мельчайшие дефекты поверхности, и учёный сразу оценил, какой точный инструмент оказался у него в руках.
В ходе опытов с электрической батареей на медном цилиндре неожиданно образовался плотный слой металла, в точности повторивший мельчайшие дефекты поверхности, и учёный сразу оценил, какой точный инструмент оказался у него в руках.

Монета, которую не стали использовать

Одним из первых изделий, полученных методом гальванопластики, стала двухкопеечная монета. Якоби изготовил точную металлическую копию находившейся в обороте монеты. По свидетельствам современников, учёный, осознав опасность фальшивомонетничества, уничтожил полученную копию. Это редкий случай в истории техники, когда изобретатель практически в день открытия увидел не только возможности технологии, но и её потенциальную опасность.

Сам метод был представлен на заседании Академии наук - к письму секретарю Академии от 4 октября 1838 года была приложена копия гравировальной доски с изображением двуглавого орла.

Первый же успешный оттиск оказался настолько точным, что мог бы сойти за подлинную монету, и создатель предпочёл уничтожить образец, показав пример ответственного отношения к собственному открытию.
Первый же успешный оттиск оказался настолько точным, что мог бы сойти за подлинную монету, и создатель предпочёл уничтожить образец, показав пример ответственного отношения к собственному открытию.
Первый же успешный оттиск оказался настолько точным, что мог бы сойти за подлинную монету, и создатель предпочёл уничтожить образец, показав пример ответственного отношения к собственному открытию.
Первый же успешный оттиск оказался настолько точным, что мог бы сойти за подлинную монету, и создатель предпочёл уничтожить образец, показав пример ответственного отношения к собственному открытию.

Точность до микрона: как это работает

Гальванопластика - это процесс осаждения металла из раствора на форму при пропускании электрического тока. Толщина металлических осадков, как правило, варьируется от 0,25 до 2 мм.

Принцип напоминает работу батареи "в обратную сторону". В ванне с раствором медного купороса помещают форму (катод) и медный анод. При пропускании тока ионы меди восстанавливаются на форме, создавая точную копию её поверхности. Для непроводящих материалов - гипса, дерева, фарфора - поверхность предварительно натирали графитом, чтобы сделать её электропроводной.

Медь выбирали не случайно: она даёт ровный, плотный мелкозернистый осадок, сохраняющий самые тонкие отпечатки формы. Технология позволяла создавать не просто тонкие плёнки, а прочные самонесущие металлические оболочки.

Форму и анод помещают в раствор, пропускают ток, и ионы меди восстанавливаются на поверхности, создавая прочную оболочку толщиной от долей миллиметра, которая после отделения становится самостоятельным изделием.
Форму и анод помещают в раствор, пропускают ток, и ионы меди восстанавливаются на поверхности, создавая прочную оболочку толщиной от долей миллиметра, которая после отделения становится самостоятельным изделием.
Форму и анод помещают в раствор, пропускают ток, и ионы меди восстанавливаются на поверхности, создавая прочную оболочку толщиной от долей миллиметра, которая после отделения становится самостоятельным изделием.
Форму и анод помещают в раствор, пропускают ток, и ионы меди восстанавливаются на поверхности, создавая прочную оболочку толщиной от долей миллиметра, которая после отделения становится самостоятельным изделием.
Форму и анод помещают в раствор, пропускают ток, и ионы меди восстанавливаются на поверхности, создавая прочную оболочку толщиной от долей миллиметра, которая после отделения становится самостоятельным изделием.
Форму и анод помещают в раствор, пропускают ток, и ионы меди восстанавливаются на поверхности, создавая прочную оболочку толщиной от долей миллиметра, которая после отделения становится самостоятельным изделием.

Исаакиевский собор как технологический полигон

Метод гальванопластики быстро нашёл практическое применение. Уже в 1839 году при активном участии Якоби в Петербурге было открыто Гальванопластическое отделение Экспедиции заготовления государственных бумаг - первое в мире предприятие, освоившее эту технологию в полупроизводственных условиях.

Самым масштабным заказом стало оформление Исаакиевского собора. Методом гальванопластики, впервые использованном в таком масштабе, были изготовлены многие скульптуры и декоративные элементы интерьера - на сводах, в барабане купола и иконостасах.

Масштабы впечатляют: только для статуй и барельефов Исаакиевского собора мастерская осадила гальваническим путём 6749 пудов меди - это более 110 тонн. Позднее этот же метод применялся для украшения Эрмитажа, Большого театра в Москве, Зимнего дворца и Петропавловского собора.

Гальванопластика оказалась не только точной, но и инженерно выгодной: медные оболочки были гораздо легче литых бронзовых аналогов. Для огромного собора это имело критическое значение - уменьшался вес конструкций, снижалась нагрузка на перекрытия и купол.

Более ста тонн меди осело на формах, чтобы украсить своды и иконостасы собора, причём гальванопластические детали оказались значительно легче литых бронзовых, что существенно облегчило конструкцию.
Более ста тонн меди осело на формах, чтобы украсить своды и иконостасы собора, причём гальванопластические детали оказались значительно легче литых бронзовых, что существенно облегчило конструкцию.
Более ста тонн меди осело на формах, чтобы украсить своды и иконостасы собора, причём гальванопластические детали оказались значительно легче литых бронзовых, что существенно облегчило конструкцию.
Более ста тонн меди осело на формах, чтобы украсить своды и иконостасы собора, причём гальванопластические детали оказались значительно легче литых бронзовых, что существенно облегчило конструкцию.

От искусства до промышленности

Гальванопластика быстро вышла за рамки художественного применения. В 1840 году Экспедиция заготовления государственных бумаг (ныне Гознак) выпустила первые депозитные билеты, напечатанные с помощью гальванопластических медных стереотипов. С 1843 года по той же технологии стали печатать и кредитные билеты.

Метод стали использовать для производства печатных форм, штампов и матриц. Технология, изобретённая Якоби в России, была немедленно принята на вооружение в полиграфии, монетном деле и производстве медалей.

Важно отметить: открытие гальванопластики в 1838 году произошло в Петербурге, о чём было напечатано в № 95 "Bulletin Scientifique". В Англии открытие приписывают Спенсеру из Ливерпуля, однако его работы были опубликованы лишь в 1839 году. Сегодня большинство источников признают приоритет Якоби - он первым опубликовал результаты, хотя независимые работы велись также в Англии и США.

Технология быстро перешла из мастерских в типографию, и уже в 1843 году гальванопластические стереотипы печатали кредитные билеты, положив начало долгой традиции защищённой полиграфии.
Технология быстро перешла из мастерских в типографию, и уже в 1843 году гальванопластические стереотипы печатали кредитные билеты, положив начало долгой традиции защищённой полиграфии.
Технология быстро перешла из мастерских в типографию, и уже в 1843 году гальванопластические стереотипы печатали кредитные билеты, положив начало долгой традиции защищённой полиграфии.
Технология быстро перешла из мастерских в типографию, и уже в 1843 году гальванопластические стереотипы печатали кредитные билеты, положив начало долгой традиции защищённой полиграфии.

Признание и наследие

За изобретение гальванопластики в 1840 году Якоби получил Демидовскую премию. В том же году император Николай I предписал приобрести изобретение у учёного за 25 тысяч рублей серебром "для всеобщего обнародования на пользу всей империи". В 1867 году Якоби был удостоен Большой золотой медали на Всемирной выставке в Париже.

Но главное наследие Якоби - не награды. Он первым показал, что электричество может быть не только источником энергии, но и инструментом созидания. Гальванопластику иногда рассматривают как одну из исторических предшественниц современных аддитивных технологий: вместо того чтобы вырезать форму из куска материала, Якоби предложил собирать её слой за слоем, под действием электрического поля.

Идея послойного выращивания металла под действием тока, впервые опубликованная в 1838 году, сегодня живёт в микроэлектронике и аддитивных технологиях, подтверждая, что иной путь к точной форме был найден ещё два века назад.
Идея послойного выращивания металла под действием тока, впервые опубликованная в 1838 году, сегодня живёт в микроэлектронике и аддитивных технологиях, подтверждая, что иной путь к точной форме был найден ещё два века назад.
Идея послойного выращивания металла под действием тока, впервые опубликованная в 1838 году, сегодня живёт в микроэлектронике и аддитивных технологиях, подтверждая, что иной путь к точной форме был найден ещё два века назад.
Идея послойного выращивания металла под действием тока, впервые опубликованная в 1838 году, сегодня живёт в микроэлектронике и аддитивных технологиях, подтверждая, что иной путь к точной форме был найден ещё два века назад.

Сегодня гальванопластику применяют там, где деталь слишком сложна для литья или механической обработки - при создании точных копий произведений искусства, ювелирных изделий, печатных валов и даже элементов микроэлектроники. Форма, ванна, ток - и металл сам занимает нужные места. В этом и заключается суть открытия Якоби: он научил электричество не просто светить и двигать, но и создавать материальные объекты с точностью, недоступной ручному труду.

Гальванопластика
1946 интересуются