Вернер Сименс. Начало пути выдающегося изобретателя и промышленника
Давид Шарле, Хасапов Борис
Осенью 1927 г. аспирант Кильского университета (Германия) в силу некоторых обстоятельств вынужден был бросить учебу и приступить к работе на одном из электротехнических заводов Берлина. Уже собеседование при приеме удивило его. Проверялась не глубина его знаний. «Беседа с начала и до конца была только задуманным тестом на предмет выявления границ уверенности в своих силах и способности к самокритике», – вспоминал он. И это было не все.
«Рабочий климат и стиль работы были здесь совсем другими, чем в университете, и к этому надо было привыкнуть. Один пример. Мне захотелось сразу же провести некоторые опыты по газовым разрядам, чтобы познакомиться с ними поближе, а не только на основании прочитанного в книгах. Для этого понадобились два самых новейших вакуумных насоса. В Киле был только один такой экземпляр, который берегли как зеницу ока. Здесь же меня сразу огорошил ответ на запрос: закажите себе насосы для своих экспериментов, какие вам нужны, и не волнуйтесь, если они выйдут из строя. Дело, мол, в том, что если они испортятся в ходе опыта, то их спишут за счет эксперимента, в противном случае они будут оприходованы как инвентарь. Коммерческий отдел все время упрекает лабораторию, что у нее слишком много инвентаря, который мало используется, в то же время расходы на эксперименты весьма низки...» [1]. Что же это за предприятие, где коммерческий (!) отдел упрекает за малые расходы на какие-то опыты?
Такой коммерческий отдел был в концерне «Сименс», где пионерские разработки в области электротехники служили основой роста и процветания в течение полутора столетий. И таков был порядок, заложенный его основателем. Первые шаги
В долгой истории семейства Сименс в Германии можно встретить представителей разных профессий в самых разных областях, сферах производства и общественной жизни страны. Среди них и труженики сельского хозяйства, и военнослужащие, ремесленники и металлурги, горняки, медики, юристы и ученые. Здесь речь пойдет о Вернере Эрнесте фон Сименсе (13.12.1816 – 6.12.1892), наиболее ярком представителе этого семейства.
Родился он в небольшом городке Ленте близ Ганновера. Родители его занимались – по нынешней терминологии – фермерским хозяйством. Имели они десять детей, Вернер был первенцем. Подчеркнем это обстоятельство, потому что ранняя смерть одного за другим родителей, когда ему, самому старшему, не исполнилось и 25 лет, возложит на будущего изобретателя вполне определенные обязательства – поставить на ноги своих братьев и сестер.
Но это позднее, а пока в возрасте 17 лет – успешное окончание Любекской гимназии и попытка выбора профессии для дальнейшей карьеры. Возможности выбора широкими не назовешь. Германия еще не оправилась после многолетних войн и только-только начинала путь к нормальной жизни. Тысячи немцев традиционно продолжали выезжать на поиски счастья в Россию, Францию, Америку, не имея возможности найти себе применения на родине.
Юному выпускнику хочется в Пруссию и по возможности поступить в военную школу, готовящую офицеров для прусской армии. Со времен Фридриха Великого каждый, кто носил прусскую военную форму, имел наилучшие возможности для устройства своей жизни и выбора дальнейшей профессии [2]. На воинской службе
Первая попытка поступить в королевскую гвардейскую артиллерию была неудачной, но зато после труднейших экзаменов в Магдебурге Вернер был там же принят в артиллерийскую бригаду. Командование быстро заметило старательного и способного молодого артиллериста и командировало его в Берлин в Объединенную инженерно-артиллерийскую школу «для получения технического образования». Это была его судьба. Здесь в Берлине он встретится с молодыми и такими же талантливыми соотечественниками, которые вскоре повлияют не только на его дальнейшую жизнь, но и на историю самой Германии.
В 1838 г. артиллерийская школа окончена со знаками отличия, и Вернер, уже молодой лейтенант, может содержать на свое жалование пятнадцатилетнего брата Вильгельма. Он забирает его из родительского дома в Берлин, где имелись возможности получить прекрасное образование.
В отличие от коллег-офицеров Сименс ведет далеко не гусарский образ жизни, сопровождающийся попойками, картами, женщинами и дуэлями, хотя именно участие в одной из дуэлей в качестве секунданта, помимо крупных неприятностей, сослужит ему добрую службу.
Германия постепенно входила в новые времена. Внедрение новой машинной индустрии в Европе преобразовывало жизнь миллионов людей. Росли города, развивались новые виды транспорта – железные дороги и паровой флот. Уничтожались старые феодальные общественные отношения. Основная масса населения превращалась в наемных рабочих. Повышалась производительность труда. Германия должна была либо ограничивать прирост населения, либо решать вопросы его занятости, создавая рабочие места в промышленности. Как образно выразился один из канцлеров того времени Каприви, «приходилось выбирать между вывозом товаров и вывозом людей» [3]. Германия сделала свой выбор.
Появляются многочисленные курсы, технические школы, общества, готовящие квалифицированных специалистов. Благо Германия еще со средневековья обладала большим количеством университетов и с преподавательскими кадрами проблем не было. В стране начинает издаваться бесчисленное множество книг, учебников, справочников и газет. Все это способствует развитию самообразования населения. Неплохо было бы в нынешней России учесть этот опыт Германии. Сейчас готовятся бесконечные количества руководителей-менеджеров, юристов и экономистов, а квалифицированного фрезеровщика и штукатура приходится искать в ближнем зарубежье. Да и где эти многочисленные справочники и учебники по математике, физике и химии? Первое изобретение
В свободное от службы время Вернер Сименс посещает лекции в Берлинском университете, где знакомится с новейшими достижениями в области электричества.
Возможности с помощью электричества «извлекать» из растворов солей металлы и осаждать их на одном из электродов наводит Сименса на мысль попробовать свои силы в экспериментах по осуществлению электролитического золочения неблагородных металлов.
Способ золочения железа и бронзы в истории человечества был известен уже тысячелетия. Но, несмотря на его простоту, применять его на практике отваживались немногие из-за его чрезвычайного вреда для здоровья человека. Метод заключался в том, что, растворяя золото в ртути, получали сплав – золотую амальгаму. Затем, покрыв ею очищенный металл, его нагревали, испаряя ртуть. Золото тонким слоем, так называемая позолота, оседало на металле. Но ядовитые пары ртути, даже при хорошей вентиляции, делали способ малопригодным.
В описываемое время в далеком Санкт-Петербурге уже третий десяток лет шло строительство одного из самых крупных культовых сооружений в мире – Исаакиевского православного собора. В строительстве принимали участие около 440 тыс. строителей. Для позолоты купола диаметром 26 м было выделено 100 кг золота. Золочение производили с применением ртути. Несмотря на все предосторожности при золочении, от отравления умерли мученической смертью несколько десятков позолотчиков. Эти факты благодаря публикациям в прессе стали широко известны. Возможно, они и послужили толчком, инициировав интерес Сименса к данной проблеме.
Итак, надо было разработать безвредный способ золочения, и путь к нему лежал через применение электролиза. Но, как заметил Эдисон, «нетрудно делать удивительные открытия, но трудно их совершенствовать настолько, чтобы они получили практическое значение». Уж он-то знал что говорил.
Не трудно получать металл из его солей электролитическим способом, но трудно покрыть им другой так, чтобы сцепление металлов было надежным, покрытие плотным и блестящим. В современных лабораториях исследовательских институтов занимаются теми же вопросами, улучшая и удешевляя гальванические покрытия, даже и не обязательно золотые.
Путь к решению проблемы лежал через поиски состава электролита и соблюдения определенных электрических режимов. Так и хочется написать – «величины тока на единицу площади изделия». Но тогда не было ни амперметров, ни реостатов, даже простых выключателей не существовало. Ток в цепи приходилось регулировать различным числом включенных в нее элементов.
Чтобы разработать технологию гальванического золочения, необходимо было время, а его-то как раз молодому офицеру не хватало. Однако досуг, правда вынужденный, неожиданно появился. За участие в дуэли в качестве секунданта Вернер был посажен в тюрьму. Проступок по тем временам пустяковый, но закон есть закон.
Режим в тюрьме для отбывающего наказание по такому поводу был не очень строгим, что позволило арестованному заняться экспериментами. К тому же для опытов требовалось не так много: десяток стеклянных стаканов, обрывки проводов да цинковые пластинки с медными монетами для гальванических э?
Их можно было получить, растворив золотое колечко, снятое с пальца, в растворе «царской» водки. Не исключено, что за ингредиентами для опытов в ближайшую аптеку бегали охранники заключенного [4].
Как бы то ни было, но в 1842 г. Вернер Сименс запатентовал способ золочения и выгодно продал патент в Англии, куда отправил для этой цели уже оперившегося брата Вильгельма. В дальнейшем за границей именно он будет проталкивать разработки старшего брата (позднее Вильгельм даже изменит свое имя на англосаксонское – Вильям).
По освобождении из тюрьмы лейтенант Сименс был переведен в г. Шпандау и зачислен в пиротехнический отряд, основным назначением которого была организация фейерверков. Именно здесь состоялось знаменательное для дальнейшей карьеры Сименса знакомство с прусским принцем Карлом. Берлинское физическое общество
В ноябре 1828 г. в Берлине произошло событие, которое, на первый взгляд, трудно назвать историческим. «Из дальних странствий возвратясь», великий немецкий естествоиспытатель и путешественник Александр Гумбольдт начал цикл лекций – сначала в университете, а затем в связи с тем, что слушатели не вмещались в его аудитории, в Певческой академии.
Эти лекции стали событием, причем событием неординарным. На них великий ученый рассказывал о состоянии всех наук и попытках человечества объяснить устройство мироздания, делился своими энциклопедическими знаниями. Лекции были бесплатными, поэтому их посещали не только студенты и профессура. Здесь бывали и учителя, и художники, и политики, даже офицеры, буржуа и родовитые аристократы [5].
Самым важным итогом этой кампании стало возникновение интереса в Германии к науке вообще. А традицию общественных чтений в Берлине продолжил физик Густав Магнус. В начале 40-х годов он создал собственную физическую лабораторию для желающих заняться научной работой или практикой. Среди вопросов, которые интересовали ученого, были проблемы электромагнетизма, электролиза и термоэлектричества.
У слушателей Магнуса существовала традиция регулярно собираться, чтобы подискутировать и обменяться мнениями. Идею одного из слушателей как-то официально оформить эти собрания поддержали многие участники, такие как Г. Гельмгольц, Р. Клаузиус, В. Сименс. Позже к ним присоединился Г. Кирхгоф. Так в 1845 г. в столице Германии появилось Берлинское физическое общество.
Среди его членов было много талантливых людей, и они широко известны. Но о роли одного из них в развитии науки об электричестве надо сказать особо. Речь идет о выпускнике местного университета, физике Эмиле Дюбуа-Реймоне (1818–1896). В биографических справочниках среди физиков-электриков искать эту фамилию бесполезно, так как тема исследований ученого была из области другой науки – физиологии. Основной труд, написанный им, – «Исследования по животному электричеству» вышел в свет в 1848 г. Таким образом, время его основных исследований совпало с периодом становления Физического обществ были хорошо известны его членам, среди которых был и В. Сименс. Эстафету передает… Гальвани
В известном споре Гальвани и Вольты в поисках источника электричества – контакт ли это двух металлов в опытах с лягушкой или источник тока находится в теле лягушки победителем вышел Вольта. Он неопровержимо доказал, что электрический ток возникает и при отсутствии живого организма. Ошеломляющие успехи его опытов, казалось бы, полностью разгромили сторонников взглядов Гальвани на эту проблему. Но так ли уж не прав был Гальвани? Ведь в электрических скатах не было никакого металла, однако электричество они вырабатывали. Дюбуа-Реймон решил разобраться в этом вопросе, тем более что к этому времени появился первый электрический универсальный прибор – гальванометр.
Проблема действительно была очень сложной. Уже был открыт закон Ома, однако у сторонников взглядов Вольты был лишний аргумент, потому что при проведении опытов вновь использовались жидкость мышцы лягушки и металл проводников гальванометра. Необходимы были какие-то буферные устройства, гарантирующие чистоту эксперимента.
Несмотря на все трудности, задача была решена, источники электричества были найдены в теле животных и даже человека. Наличие кардиографов и энцефалографов в наших поликлиниках – лишнее тому доказательство. Подчеркнем только, что при решении этого вопроса приходилось решать множество проблем и делать десятки и сотни приборов и электротехнических устройств, учитывая мизерность величин токов, возникающих в живом организме. Скрутки проводников в качестве контактов не годились, число витков в электромагните гальванометра доходило до 30 тысяч. Впервые измерения пришлось производить на переменном токе и т. д.
Именно тогда появились электрические клеммы, выключатели, новые конструкции гальванометров и индукторов (рис. 2, 3). Для изготовления этих устройств нужен был особый специалист, разбирающийся не только в прочности и надежности материалов, но и в их электрических свойствах. И такой человек нашелся. Это был слесарь точной механики, который жил в одном доме с Сименсом и имел там же свою мастерскую с тремя рабочими.
Иоганн Георг Гальске (1814–1890), владелец мастерской, родился в Гамбурге, изучал в Берлине точную механику и считался толковым специалистом. Он-то и начал выполнять заказы Дюбуа-Реймона. Гальске был в курсе всех достижений в области электричества, так как нередко принимал участие в заседаниях Берлинского физического общества. Главное изобретение
На очередном заседании Общества в 1847 г. состоялось обсуждение результатов эксплуатации в Германии оптического телеграфа, который уже полвека эксплуатировался в Европе. Телеграф представлял собой специальные башни, на которых устанавливались семафоры, различные комбинации его элементов и линеек передавали определенный сигнал – букву или цифру. Все это, конечно, в пределах видимости. В середине XIX века такой телеграф становился анахроыт эксплуатации телеграфов с использованием электричества. В России это был телеграф Шиллинга, в США – Морзе, в Англии – Уитстона-Кука. Назвать работу этих телеграфов успешной было нельзя в основном потому, что сами электрические линии не выдерживали никакой критики. Изоляция подземных кабелей была некачественной и очень дорогой, воздушные линии связи – примитивными. Достаточно сказать, что токонесущие провода телеграфа Морзе подвешивались первоначально на горлышках пивных бутылок и на них не существовало никаких устройств для защиты от атмосферного электричества. Эксплуатировать их было просто опасно.
Вернер Сименс был сторонником электрического телеграфа и высказал идеи его внедрения в Германии. Возникающие при этом эксплуатационные трудности он предлагал решать в процессе работы. Своим энтузиазмом он заразил и И.Г. Гальске.
1 октября 1847 г. после долгих размышлений они основали «Организацию по строительству и развитию телеграфа Сименс и Гальске». Обратим внимание, что название никоим образом не претендует на авторство изобретения какого бы то ни было нового способа передачи сигнала – ведь идеи были разработаны другими учеными. Конструкция для синхронной работы передающего и приемного устройств, которую решил использовать Сименс, была разработана российским ученым Б.С. Якоби. С современной точки зрения она была неперспективной, правда нашла широкое применение в телефонировании.
Надо сказать, что знакомство Сименса с конструкцией Якоби произошло любопытным образом. Вот что написал по этому поводу русский ученый: «Я посетил моих давнишних друзей в Берлине. Одному из них показал эскиз моего нового аппарата, объяснил действие прибора и просил никому не рассказывать об этом до тех пор, пока сам издам его описание. В момент моего ухода вошел господин Сименс, который тогда носил еще форму прусского артиллерийского офицера и который, насколько мне известно, не занимался телеграфами… Мой рисунок оставался на столе. Я передаю лишь факт, не обвиняя никого в плагиате. Известно, что телеграф с синхронным движением составил славу и богатство г. Сименса».
Действительно, высказанная идея не готовое изобретение, решение вопроса об электрической передаче сигналов требовало практического воплощения многих идей. И горлышки пивных бутылок на ветвях деревьев превратятся в фарфоровые изоляторы со специальными юбочками. Медные проводники в резиновой изоляции, поедаемые под землей грызунами, оденутся в свинцовую оболочку. Брат Вильгельма поможет найти применение в качестве перспективной изоляции гуттаперчи, до этого использовавшейся в ручках молотков и топорищ.
Таким образом, по мере внедрения решались многие проблемы. Благо в одном доме жил такой же энтузиаст и специалист, да еще владеющий мастерской и опытными работниками.
Однако именно в России с ее громадными просторами найдет широкое применение талант Вернера Сименса и именно здесь будут внедрены его разработки и получен бесценный опыт. Сюда же приедет еще один брат Вернераи переведет в Петербурге филиал фирмы и в дальнейшем наладит сотрудничество с местной промышленностью. Будут построены завод по производству лампочек накаливания Эдисона, ряд электростанций. Даже в советское время возведение ДнепроГЭСА велось при активном участии фирмы «Сименс». Так начиналась глобализация электротехнической промышленности.