История выдающихся открытий и изобретений

Рис. 5.3. Схема «электромагнитных вращений» (по рисунку Фарадея):

7, 2 – чаши с ртутью; 3 – подвижный магнит; 4 – неподвижный магнит; 5 – неподвижный проводник; 6 – подвижный проводник

Создание прообразов электродвигателя

Первым, кто, проявив незаурядные способности экспериментатора, претворил в жизнь идеи Ампера, был великий английский физик Майкл Фарадей (1791-1867), тогда еще никому неизвестный своими исследованиями. В 1821 г. Фарадей создает оригинальный прибор, демонстрирующий вращение проводника вокруг магнита и магнита вокруг проводника (рис. 5.3). При подключении к источнику тока в левом сосуде со ртутью подвижный магнит 3 вращается вокруг неподвижного провода 5, а в правом – подвижный проводник 6 вращается вокруг неподвижного магнита 4. По признанию Фарадея, думая о своем приборе, «он долго ломал себе голову… даже ночами просыпался и думал». Прибор Фарадея наглядно иллюстрировал возможность создания электродвигателя. По утверждению одного из ученых «…одно лишь открытие Фарадеем «электрического вращения» оставило бы ему мировую известность».

Анализ истории развития электрических машин показывает, что первым практическим устройством был электродвигатель. Это объясняется тем, что в связи с развитием промышленности все более возрастала потребность в компактном и экономичном электродвигателе, вместо широко распространенной паровой машины. Что же касается электрогенератора, то в течение первой трети XIX в было создано много разновидностей электрохимических батарей, которые получили широчайшее практическое применение.

Первый практически пригодный электродвигатель был создан петербургским профессором Борисом Семеновичем Якоби (1801-1874) в 1834 г. Б.С. Якоби принадлежал к числу тех иностранных ученых, которые по приглашению приехали в Россию и связали с ней свою творческую жизнь. Мориц Герман Якоби принял русское имя и прожил в России 39 лет до конца своих дней. Сначала он работал в Дерпте (ныне Тарту), а потом в Петербурге, с 1839 г. «состоял в Петербургской академии наук», а с 1865 г. был избран академиком по физике.

Еще накануне приезда в Россию Якоби в 1834 г. послал в Парижскую академию наук сообщение об изобретенной им «магнитной машине». Первый электродвигатель Якоби работал по принципу притяжения и отталкивания двух комплектов электромагнитов, один из них располагался на неподвижной деревянной раме, другой – на подвижной (рис. 5.4). Источником питания служила батарея гальванических элементов.

Направление тока, а следовательно, полярность неподвижных электромагнитов не изменялась, а для изменения полярности подвижных электромагнитов Якоби создал оригинальный коммутатор.

С помощью коммутатора полярность подвижных электромагнитов изменялась 8 раз за один оборот вала, и они поочередно притягивались и отталкивались неподвижными электромагнитами. Мощность электродвигателя составляла примерно 15 Вт, и Якоби, конечно, понимал, что нужно найти пути для увеличения мощности, чтобы – как он писал в записке президенту Академии наук и министру просвещения – «…Нева раньше Темзы или Тибра покрылась судами с магнитными двигателями».

Рис. 5.4. Внешний вид двигателя Якоби

Сначала он пошел по пути увеличения числа электромагнитов, но это только делало машину более громоздкой. Непрерывно работая над совершенствованием двигателя, Якоби узнал, что в 1837 г. американский техник Т. Девенпорт также построил электродвигатель, в котором взаимодействовали подвижные электромагниты с неподвижными постоянными магнитами. Двигатель Девенпорта был более компактным благодаря расположению подвижных и неподвижных частей в одной горизонтальной плоскости.

Талант инженера и ученого помог Якоби найти наиболее рациональную конструкцию двигателя, чтобы при увеличении его мощности размеры машины возрастали в вертикальном направлении. Якоби отказался от неподвижных постоянных магнитов – громоздких и ненадежных.

Модель нового элементарного электродвигателя (рис. 5.5, а) представляла собой два неподвижных электромагнита, расположенных на деревянном кольце, и четырех крестообразных электромагнитов (роторов), которые могли вращаться внутри неподвижных полукруглых электромагнитов (статоров).

В 1838 г. на Ижорском заводе был изготовлен новый электродвигатель совершенно оригинальной конструкции: на двух вертикальных осях укреплялись 40 (по 20 на каждой из них) крестообразных подвижных электромагнитов, а неподвижные полукруглые укреплялись на деревянной станине с помощью скоб из немагнитного материала. Общая высота двигателя составляла 1,2 м, а основание 0,7x0,77 м, т.е. двигатель занимал на судне – восьмивесельном катере – сравнительно небольшую площадь (рис. 5.5, б). Электрический ток для двигателя обеспечивали 320 (!) гальванических батарей. Мощность электродвигателя составляла около 1/4 лошадиной силы.

а)

б)