Томас Эдисон
По меткому определению Норберта Винера, Эдисон (1847—1931) был переходной фигурой от доморощенных изобретателей XIX века к квалифицированным специалистам нового времени, основывающим свои изобретения на тщательных и систематических экспериментах. В 1876 году Эдисон основал первую в мире промышленную исследовательскую лабораторию в Менло-Парке, штат Нью-Джерси (теперь эту лабораторию в нетронутом виде перенесли на специально отведенный участок вблизи Детройта; там можно даже увидеть большой буфет под лестницей, где изобретатель часами прятался от всех, когда ему нужно было спокойно подумать).
Любознательность Эдисона проявилась еще в детстве. В школе его относили к разряду тупиц; тогда мать забрала его из школы и приобщила к чтению. Он так и не научился грамотно писать, но в девять лет прочитал книгу по физике, которая целиком захватила его воображение. Он занялся самообразованием и проделал все химические опыты, описанные в книге. В десять лет Эдисон построил в подвале телеграфный аппарат, а через два года устроился разносчиком газет в поездах, выторговав для себя право продавать пассажирам всякую снедь. В 1861 году в багажном вагоне поезда он соорудил лабораторию, в которой мог заниматься химией и электротехникой.
В возрасте 15 лет Эдисон попытался читать «Математические начала натуральной философии» Ньютона, но не осилил их. Позднее он признавался, что «с тех пор потерял вкус к математике». Идеи другой книги — «Ремесла, мануфактуры и шахты» Ури — пришлись ему больше по сердцу: автор высмеивал ученых-пуристов, пренебрегавших паровым двигателем, и воздавал хвалу механикам и ремесленникам, превратившим паровую машину в автоматическое чудо техники. Эдисон из хлама смастерил приличный телеграфный аппарат и пошел работать помощником телеграфиста. За пять лет он стал опытным телеграфистом и изобрел репитеры, которые работали хорошо, но не были предусмотрены правилами. Он видел свои изобретения во сне, но они исчезали, как только он просыпался. Эдисон пытался изобрести дуплексный телеграф, который мог бы одновременно передавать два сообщения, но тут он потерял работу, и дуплексный телеграф придумал кто-то другой. Работая телеграфистом, будущий изобретатель уделял больше времени своим экспериментам (в основном по электротехнике) и чтению научной литературы, чем службе. Большое впечатление произвели на него «Экспериментальные исследования по электричеству» Фарадея: здесь приводились ясные описания без всякой математики.
В 1869 году, когда ему был 21 год, Эдисон оставил работу в телеграфной компании «Уэстерн юнион» в Бостоне и решил стать свободным изобретателем. Свой первый патент он получил в июне 1869 года — это была «электрическая машина для голосований», предназначенная для конгресса США; ему удалось собрать у бостонских промышленников несколько сотен долларов под свою будущую работу. Но машину отвергли как нежелательную с политической точки зрения, и Эдисон решил посвятить себя созданию только таких изобретений, которые могли бы принести коммерческий успех. Однако все его идеи потерпели фиаско, и он приехал в Нью-Йорк без гроша в кармане. Там ему здорово повезло: ему удалось установить причину поломки «золотого индикатора» — указателя курса золота на бирже; поломка имела катастрофические последствия. Он получил хорошую должность, а с ней возможность работать над своими проектами буквопечатающих телеграфных аппаратов. Затем Эдисон объединился с коллегой-изобретателем Поупом и заключил союз под вывеской «Электрические инженеры и конструкторы», но союз распался, когда он понял, что делает всю работу за треть доходов. Эдисон вновь поступил на работу в компанию «Уэстерн юнион», но уже на должность изобретателя. Здесь он заработал 40 000 долларов на устройстве, которое синхронизировало биржевые телеграфы с центральным аппаратом. Он основал небольшое предприятие со штатом в 50 человек и стал выпускать биржевые телеграфы, сам он был и изобретателем, и суровым мастером.
С 1871 по 1876 год Эдисон работал над телеграфом и указателями биржевых курсов; деньги на свои разработки он пытался заработать, продавая аппараты, бесперебойное действие которых ему приходилось обеспечивать. Финансовые схватки между жестоко конкурирующими телеграфными компаниями Джея Гулдса и «Уэстерн юнион» были для него источником постоянных неприятностей — он поносил «узколобых капиталистов», ставя им в противовес «легкомысленных изобретателей». Когда какой-нибудь прибор отказывался работать, Эдисон запирался со своими ближайшими помощниками в мастерской и просиживал там десятки часов, пока не удавалось найти и устранить неисправность. А случалось, он снимал всех своих «механиков» с работы над серийной продукцией, чтобы они помогли ему в разработке новой идеи. Хотя Эдисон живо интересовался теорией явлений, с которыми сталкивался, он всегда пользовался эмпирическими методами, пытаясь с их помощью найти ключ к решению задачи.
Он обладал огромной интуицией и превосходно «чувствовал», где искать решение, какие эксперименты проводить; его энтузиазм и любознательность не имели границ. Он также твердо верил, что следует постоянно держать в уме не одну, а целый ряд проблем, ожидающих решения, и всегда был готов воспользоваться удачной идеей для решения если не одной, то другой задачи. Несмотря на это, он мог делать изобретение практически «по заказу», если оно требовалось в той области, с которой он был знаком или мог познакомиться, читая книги. Читал Эдисон очень быстро и все прочитанные сведения при необходимости мгновенно извлекал из памяти. Хотя он и не имел формального научного образования, он самостоятельно глубоко изучил электротехнику, механику и химию.
К 1874 году Эдисон закончил многолетнюю работу над созданием квадруплексного телеграфа, по которому можно было передавать два сообщения во встречных направлениях по одной паре проводов. Он не умел мыслить абстрактными образами, поэтому для того, чтобы наглядно представить себе сложный характер токов в проводах, построил гидравлическую модель токов — еще один пример того, что для рабо-» ты над изобретением нужно иметь ясное представление о физической сущности явлений. Математические уравнения, как бы точно они ни отражали физические процессы, бессильны дать толчок инженерной творческой мысли, ими можно воспользоваться позднее, для проверки. Квадруплексным телеграфом закончился первый этап успешной изобретательской деятельности Эдисона. В этот период он также построил дуговую лампу с питанием от батарей и проводил эксперименты по получению искр с помощью высокочастотных электромагнитных волн, которые он называл «поистине неведомой силой».
В 1876 году изобретатель построил собственную лабораторию в 40 км к юго-западу от Нью-Йорка и отказался ото всех промышленных начинаний, чтобы целиком посвятить себя «изобретательскому бизнесу». Вначале лаборатория в Менло-Парке насчитывала полтора десятка сотрудников, все они были механиками; позднее Эдисон нанял математика, стеклодува и ряд других специалистов. По всей видимости, это была первая промышленно-исследовательская лаборатория в мире. В ту пору многие «чистые» ученые, в том числе Клерк Максвелл, с пренебрежением относились к инженерам-практикам (такое отношение, впрочем, встречается и по сей день). Эдисон не скрывал своего стремления к коммерческому успеху, называл себя «промышленным ученым» и не менее пренебрежительно относился к физикам и математикам.
В 1875 году компания «Уэстерн юнион» обратилась к Эдисону с предложением заняться созданием телефона; компания не сторговалась с Беллом, который запросил за свои патенты 100 000 долларов. Заменять свои телеграфы более совершенными компания не хотела — как выразился Эндрю Карнеги» «первооткрыватели не получают прибылей». В 1912 году член Верховного суда США Д. Браидейс заметил: «Крупные организации не терпят прогресса. Они не принимают крупной игры. Возьмите газовые компании — они не желали иметь дела с электрическим освещением. Или телеграфные компании — «Уэстерн юнион», например,— они не хотели связываться с телефоном».
Вклад Эдисона в развитие телефона заключался в том, что он отделил микрофон от наушника, а к 1878 году разработал удачную конструкцию угольного микрофона, в котором звуковые колебания изменяли сопротивление. Компания «Уэстерн юнион» в 1879 году продала свои телефонные разработки компании «Белл».
Нередко, начиная работу в одном направлении, Эдисон сталкивался с явлением, которое подсказывало его изощренному уму решение совсем другой проблемы. Так, его работа над граммофоном началась после того, как он создал телеграфный репитер, делавший рельефные оттиски на бумажном диске. Ему также помогло наблюдение, что мембрана телефона колеблется со значительной амплитудой. В 1877 году Эдисон создал свой неуклюжий, но вполне работоспособный фонограф, в котором запись звука производилась на цилиндр из оловянной фольги. Цилиндр приводился в движение рукояткой, для большей равномерности вращения снабженной маховиком; время записи составляло всего минуту. Это изобретение принесло ему мировую известность. Эдисон предсказал своему детищу множество применений (сейчас для этих целей используются магнитофоны), а также придумал способ получения восковых копий с основной матрицы. Но в 1878 году он оставил работы над граммофоном на десять лет и занялся главным изобретением своей жизни.
В сентябре 1878 года Эдисон убедился, что электрическую дугу, питаемую от одного источника, нельзя распределять по искровым промежуткам и использовать для освещения домов наподобие газовых рожков. Одному из репортеров он заявил, что предвидит создание центральной электростанции, которая способна осветить весь Нью-Йорк, и сказал, что решит эту задачу в шестинедельный срок.
Он понял, что ему нужно создать разветвленную схему освещения с большим количеством лампочек примерно по 8 свечей, соединенных параллельно и снабженных отдельными выключателями; сопротивление каждой лампочки должно было составлять 100—200 Ом. Целью изобретателя, как он сказал репортерам, была не материальная выгода, а «первенство в решении проблемы».
Вначале Эдисону удалось заставить светиться нить накаливания из обугленной бумаги в вакууме в продолжение 8 мин. Затем он применил платиновые нити, соединенные с автоматическим регулятором, замыкавшим нить накаливания накоротко, едва она перегревалась. Эти нити светились уже 10 мин, и по словам изобретателя, успех его был обеспечен. После этого Сильванус П. Томпсон опубликовал статью, в которой утверждал, будто все попытки создать лампы накаливания обречены на неудачу и разговоры Эдисона о разветвлении токов свидетельствуют о его полном невежестве в области электротехники и электродинамики. «Своими заявлениями Эдисон нарочно поставил себя в затруднительное положение, чтобы иметь стимул разрешить эти затруднения». Эти слова принадлежат Ф. Р. Эптону, математику, который работал с Эдисоном. Когда Элтон впервые появился в Менло-Парке, Эдисон попросил его вычислить объем колбы электрической лампочки. После того как Эптон больше часа провозился с вычислениями, Эдисон сделал это за несколько секунд с помощью мензурки с водой.
Эдисон основал собственную компанию под вывеской «Электрик лайт компани» и собрал на свои изыскания 50 000 долларов. Это насторожило газовые компании, занимающиеся освещением. Парламентская комиссия в Великобритании, которую консультировали лорд Кельвин и Джон Тиндаль, пришла к выводу, что проекты Эдисона «не заслуживают внимания инженеров и ученых», а сэр Уильям Прис в своей лекции в Королевской академии утверждал, что «если э. д. с. в цепи постоянна, то при включении в цепь дополнительных лампочек последовательно сила их свечения уменьшается обратно пропорционально квадрату числа лампочек, а при параллельном соединении — обратно пропорционально кубу их числа. Следовательно, создание разветвленной электрической сети есть не что иное, как ignis fatuus, и обречено на провал».
Эдисон интуитивно понимал закон Ома лучше любого профессора и сознавал, что лишь создание лампы с внутренним сопротивлением 100—200 Ом и разработка электрогенератора со стабильным напряжением на выходе позволят осуществить централизованное электроснабжение без слишком большого количества проводов. В январе 1879 года он сделал первую лампу с платиновой нитью, имеющую высокое внутреннее сопротивление, а затем испытывал нити из сплава платины с иридием, а также из бора, хрома, молибдена, осмия и никеля — .с вольфрамом работать еще не умели, поэтому он не пытался сделать нить из этого металла. Эдисон прилагал значительные усилия, чтобы получить высокий вакуум, и обнаружил, что, откачивая лампу при подогретой нити, можно несколько повысить температуру плавления нити и удалить газы, сорбированные нитью. Однако финансисты выразили сомнение в успехе его замысла, когда он обратился к ним за дальнейшей помощью; это воздвигло перед ним препятствие в виде «каменной стены в сто футов вышиной». Эдисон отказался от платины и совместно с сотрудниками испытал 1600 образцов различных материалов.
К середине 1879 года ему удалось сконструировать динамо-машину с непосредственным приводом на 350 об/мин, практически постоянным выходным напряжением и более высоким к. п. д. (90%), чем у прежних. Этого он добился за счет использования наборных магнитопроводов из листового железа и толстых медных проводов в обмотках. Он также научился запаивать колбы при давлении 10~5 атм.
Затем Эдисон вернулся к опытам с угольной нитью, используя новую методику дегазации. Ему удалось создать нить сопротивлением 200 Ом (длиной 150 мм и диаметром 0,4 мм) из отожженной каменноугольной смолы. 21 октября 1879 года время свечения обугленной хлопчатобумажной нити достигло 13,5 ч; за этим последовали новые опыты с различными обугленными материалами растительного происхождения, и в декабре, после четырнадцати месяцев экспериментов, срок службы нити накаливания из обугленного картона составлял уже 170 ч. Об этом успехе написали газеты, и Эдисон снова получил финансовую поддержку. Наконец были найдены нити из обугленного бамбука, которые служили до 1200 ч.
После этого Эдисон занялся разработкой сети центрального электроснабжения. Он сконструировал динамо-машину с регулятором напряжения, предохранители, выключатели, электропатроны с винтовым цоколем, подземные кабели с изоляцией из смолы, трехпроводную распределительную сеть для уменьшения расхода медных проводов на данное количество лампочек. В 1880 году он установил электрическое освещение на корабле «Колумбия», в том же году построил действующую модель электрической железной дороги, но столкнулся с проблемой патентных приоритетов и отказался от проекта. К рождеству 1880 года лаборатория в Менло-Парке была освещена электричеством — здесь было установлено 425 лампочек по 16 свечей; ток для них давал генератор мощностью 120 л. с. На устройство электрической сети ушло свыше 12 км медного провода.
Эта демонстрация имела успех, и, несмотря на противодействие газовых компаний, Эдисон получил концессию на освещение Нью-Йорка электричеством. Он тщательно исследовал экономическую сторону проекта и выяснил, что на питание лампочки в 16 свечей будет затрачиваться ~0,18 кг угля в час, что примерно соответствовало затратам угля на газовый рожок такой же яркости. Тогда Эдисон снова занялся производственной деятельностью и основал компании по производству компонентов системы электрического освещения и строительству системы в целом.
Строительство системы освещения Пёрл-стрит в Нью-Йорке было начато в сентябре 1882 года, но сразу же столкнулось с целым рядом трудностей. Это в первую очередь касалось организации фабрик по изготовлению компонентов системы и пуска системы в действие. Разрешением возникших проблем Эдисон был всецело занят много лет. В этот период были заложены основы всей электротехнической промышленности. По словам Эдисона, в те годы он был не изобретателем, а администратором; ему пришлось столкнуться с множеством судебных исков, так как его конкуренты то и дело выискивали кого-нибудь, кто выдвигал аналогичные идеи до Эдисона. Однако Эдисон и его сотрудники выиграли окончательный процесс, поскольку Эдисон первым осознал необходимость создания ламп с высоким внутренним сопротивлением и первым создал работоспособную систему. На суде в 1880 году он заметил; «За последние десять лет у меня перебывало множество математиков; и все они оказались никчемными специалистами... Математика всегда шла следом за экспериментами, а не перед ними.... Я нанимаю математиков, а не они меня».
К этому же периоду относится открытие «эффекта Эдисона» — движения электрических зарядов в откачанной колбе от отрицательно заряженной нагретой нити к впаянной в колбу металлической пластине. Изобретатель пытался использовать этот эффект для контроля температуры нагретой нити; впоследствии это привело к открытию электрона, созданию вакуумной электронной лампы и электроники в целом (имей Эдисон достаточное научное образование, он, вероятно, сам занялся бы работами в этой области). В 1889—1904 годах он сконструировал практическую модель 35-миллиметровой киносъемочной камеры.
В 1889 году Эдисон стал яростным противником энергосистемы переменного тока, разработанной конкурирующей компанией «Вестингауз» и позволявшей передавать ток на значительное расстояние.
В 1887—1888 годах он вернулся к фонографу и придумал для него пружинный привод с регулятором оборотов, доведя свое изобретение до промышленного образца. В 1892 году Эдисон продал свою долю в компании «Дженерал электрик» и несколько лет работал над проблемой обогащения железных руд. Однако, когда было открыто месторождение богатых железных руд в Месаби, он прекратил изыскания, в которые вложил два миллиона долларов собственных денег.
Последней значительной работой Эдисона было создание железоникелевого аккумулятора.
|
|
Читайте в рубрике «Американские изобретатели»: |
Военная техника | Телекоммуникации | Электроника | Энергетика | Физика | Химия | Биология | Математика | Психология | Физиология | Экономика | Металлургия | Строительство | Сельское хозяйство | Медицина | Культура и искусство | Виды двигателей | Машины и механизмы | Воздушный транспорт | Водный транспорт | Автотранспорт | Ж/д транспорт | Физики | Химики | Математики | Биологи | Европейские изобретатели | Американские изобретатели | Российские изобретатели | Советские изобретатели | Методология науки | Развитие креативности | Как стать изобретателем | Изобретения будущего