Друг или враг?

Магнетизм и электричество как природные явления были известны человеку с древних времен. Первая научная теория магнетизма принадлежит Уильяму Гилберту. Около 1660 года Отто Герике построил машину для получения статического электричества, что дало возможность уже проводить эксперименты. В 1745 году Питер ван Мушенбрук изобрел лейденскую банку. Но начало широким экспериментам с постоянным электрическим током положило изобретение Алессандро Вольта, создавшего в 1800 году, по словам другого ученого той эпохи Доменика Араго, «самый замечательный прибор, когда-либо изобретенный людьми, не исключая телескопа и паровой машины». Речь идет о знаменитом вольтовом столбе, долгое время бывшем единственно пригодным для практического применения источником тока. Двадцать лет спустя Ганс Эрстед обнаруживает действие электрического тока на магнитную стрелку, а еще десятью годами позже Майкл Фарадей формулирует закон электромагнитной индукции. 1834 год вошел в историю как год создания первого пригодного для практики электрического двигателя, изобретенного Борисом Якоби. Его коллега по Петербургской академии наук Эмиль Ленц вывел один из фундаментальных законов электромеханики — принцип обратимости генераторного и двигательного режима электрических машин. Целая плеяда ученых и инженеров реализует этот закон в технических конструкциях. Развитие электротехники идет так быстро, что уже в 1867 году один из ее основоположников Вернер Сименс имел основания заявить: «Современной технике предоставляются теперь все возможности, чтобы доступными и дешевыми средствами выработать ток неограниченной силы и получать его всюду, где имеется в распоряжении механическая сила. Этот факт во многих областях будет иметь существенное значение».

Первый Международный электротехнический конгресс в Париже (1881 г.) уже продемонстрировал большое влияние новой отрасли науки и техники на промышленность. «…В действительности это колоссальная революция, — писал Ф. Энгельс Э. Бернштейну в 1883 году. — Паровая машина научила нас превращать тепло в механическое движение, но использование электричества откроет нам путь к тому, чтобы превращать все виды энергии — теплоту, механическое движение, электричество, магнетизм, свет — одну в другую и обратно и применять их в промышленности. Круг завершен».

Так началась электротехническая революция. Вряд ли имеет смысл подробно описывать ее дальнейшее развитие. Электричество стало буквально вездесущим. В быту, в промышленности, на транспорте, в системах обработки и передачи информации, в автоматике. Обратим особое внимание читателя только на одну из новейших областей науки и техники — электрофизико-химические методы обработки материалов. Здесь электричество не только выполняет ставшую для него традиционной роль энергоносителя, но и само непосредственно участвует в технологическом процессе формообразования деталей.

Неудивительно, что производство электроэнергии во всех промышленно развитых странах мира опережает по темпам и рост национального дохода, и общее энергопотребление. Например, в СССР потребление энергии возрастает примерно на 12 процентов в год, в Японии — на 15 процентов. При этом доля первичных энергоресурсов, используемых на выработку электричества, начиная с 1950 года увеличилась с 14 до 50 процентов.

Основной поставщик электроэнергии — мощные и сверхмощные генераторы, вращаемые паровыми и гидравлическими турбинами. Они вырабатывают самое дешевое электричество в огромных количествах. Крупнейший в мире двухполюсный турбогенератор имеет мощность 1200 мегаватт. Одна машина вырабатывает электричества столько же, сколько вырабатывали 2/3 всех электростанций, строительство которых предусматривалось Государственным планом электрификации России в течение пятнадцати лет. Эта рекордная машина, успешно работающая на Костромской ГРЭС, — шедевр сложнейшей работы ученых, конструкторов, производственников.

Но рост мощности генераторов тока влечет за собой увеличение выделения тепла, а это — потери энергии. Проблема охлаждения обмоток генераторов стала препятствием на пути увеличения их эффективности. И как всегда, когда оказываются бессильными опыт и здравый смысл, на помощь приходит научное знание. Необычный для электротехники результат дает применение эффекта сверхпроводимости, еще совсем недавно считавшегося весьма экзотическим явлением, не имеющим особого практического значения.

Применение сверхпроводящих обмоток в электрических машинах позволяет в 2–3 раза уменьшить массу агрегата при коэффициенте полезного действия до 95,5 процента. Первые в истории промышленные криогенные генераторы — машины Будущего — уже построены в Ленинграде.