Вернер Сіменс. Початок шляху видатного винахідника і промисловця
Давид Шарле, Хасапов Борис
Восени 1927 р. аспірант Кільського університету (Німеччина) в силу деяких обставин змушений був покинути навчання і приступити до роботи на одному з електротехнічних заводів Берліна. Вже співбесіда при прийомі здивувало його. Перевірялася не глибина його знань. «Бесіда з початку і до кінця була тільки задуманим тестом на предмет виявлення меж впевненості у своїх силах та здатності до самокритики», - згадував він. І це було не все.
«Робочий клімат і стиль роботи були тут зовсім іншими, ніж в університеті, і до цього треба було звикнути. Один приклад. Мені захотілося відразу ж провести деякі досліди з газових розрядів, щоб познайомитися з ними ближче, а не тільки на підставі прочитаного в книгах. Для цього знадобилися два самих новітніх вакуумних насоса. У Кілі був тільки один такий екземпляр, який берегли як зіницю ока. Тут же мене відразу приголомшив відповідь на запит: замовте собі насоси для своїх експериментів, які вам потрібні, і не хвилюйтеся, якщо вони вийдуть з ладу. Справа, мовляв, в тому, що якщо вони зіпсуються під час досвіду, то їх спишуть за рахунок експерименту, в іншому випадку вони будуть оприбутковані як інвентар. Комерційний відділ весь час дорікає лабораторію, що у неї дуже багато інвентарю, який мало використовується, в той же час витрати на експерименти дуже низькі ... »[1]. Що ж це за підприємство, де комерційний (!) Відділ дорікає за малі витрати на якісь досліди?
Такий комерційний відділ був у концерні «Сіменс», де піонерські розробки в галузі електротехніки служили основою росту і процвітання протягом півтора століття. І такий був порядок, закладений його засновником.
Перші кроки
У довгій історії сімейства Сіменс в Німеччині можна зустріти представників різних професій у самих різних областях, сферах виробництва та суспільного життя країни. Серед них і трудівники сільського господарства, і військовослужбовці, ремісники і металурги, гірники, медики, юристи та науковці. Тут мова піде про Вернері Ернеста фон Сіменсі (13.12.1816 - 6.12.1892), найбільш яскравому представнику цього сімейства.
Народився він у невеликому містечку Стрічці поблизу Ганновера. Батьки його займалися - за нинішньою термінологією - фермерським господарством. Мали вони десять дітей, Вернер був первістком. Підкреслимо це обставина, тому що рання смерть одного за іншим батьків, коли йому, найстаршому, не виповнилося й 25 років, покладе на майбутнього винахідника цілком певні зобов'язання - поставити на ноги своїх братів і сестер.
Але це пізніше, а поки у віці 17 років - успішне закінчення Любекський гімназії та спроба вибору професії для подальшої кар'єри. Можливості вибору широкими не назвеш. Німеччина ще не оговталася після багаторічних війн і тільки-тільки починала шлях до нормального життя. Тисячі німців традиційно продовжували виїжджати на пошуки щастя в Росію, Францію, Америку, не маючи можливості знайти собі застосування на батьківщині.
Юному випускнику хочеться в Пруссію і по можливості вступити у військову школу, яка готує офіцерів для прусської армії. З часів Фрідріха Великого кожен, хто носив прусську військову форму, мав найкращі можливості для влаштування свого життя і вибору подальшої професії [2].
На військовій службі
Перша спроба поступити в королівську гвардійську артилерію була невдалою, але зате після найважчих іспитів у Магдебурзі Вернер був там же прийнятий у артилерійську бригаду. Командування швидко помітило старанного і здібного молодого артилериста і відрядило його до Берліна до Об'єднаної інженерно-артилерійську школу «для отримання технічної освіти». Це була його доля. Тут у Берліні він зустрінеться з молодими і такими ж талановитими співвітчизниками, які незабаром вплинуть не тільки на його подальше життя, але і на історію самої Німеччини.
У 1838 р. артилерійська школа закінчена із відзнаками, і Вернер, вже молодий лейтенант, може містити на свою платню п'ятнадцятирічного брата Вільгельма. Він забирає його з рідного дому в Берлін, де були можливості отримати прекрасну освіту.
На відміну від колег-офіцерів Сіменс веде далеко не гусарський спосіб життя, що супроводжується пиятиками, картами, жінками та дуелями, хоча саме участь в одній з дуелей як секундант, крім великих неприємностей, послужить йому добру службу.
Німеччина поступово входила в нові часи. Впровадження нової машинної індустрії в Європі перетворював життя мільйонів людей. Росли міста, розвивалися нові види транспорту - залізниці і паровий флот. Знищувалися старі феодальні суспільні відносини. Основна маса населення перетворюватися на найманих робітників. Підвищувалася продуктивність праці. Німеччина повинна була або обмежувати приріст населення, або вирішувати питання його зайнятості, створюючи робочі місця у промисловості. Як образно висловився один з канцлерів того часу Капріві, «доводилося вибирати між вивезенням товарів і вивозом людей» [3].
Німеччина зробила свій вибір.
З'являються численні курси, технічні школи, суспільства, що готують кваліфікованих спеціалістів. Благо Німеччина ще з середньовіччя мала великою кількістю університетів і з викладацькими кадрами проблем не було. У країні починає видаватися незліченна безліч книг, підручників, довідників і газет. Все це сприяє розвитку самоосвіти населення. Непогано було б у нинішній Росії врахувати цей досвід Німеччини. Зараз готуються нескінченні кількості керівників-менеджерів, юристів та економістів, а кваліфікованої фрезерувальника і штукатура доводиться шукати в ближньому зарубіжжі. Та й де ці численні довідники та підручники з математики, фізики та хімії?
Перший винахід
У вільний від служби час Вернер Сіменс відвідує лекції в Берлінському університеті, де знайомиться з новітніми досягненнями в області електрики.
Можливості за допомогою електрики «витягувати» з розчинів солей метали і осаджувати їх на одному з електродів наводить Сіменса на думку спробувати свої сили в експериментах по здійсненню електролітичного золочення неблагородних металів.
Спосіб золочення заліза і бронзи в історії людства був відомий вже тисячоліття. Але, незважаючи на його простоту, застосовувати його на практиці наважувалися небагато з-за його надзвичайного шкоди для здоров'я людини. Метод полягав у тому, що, розчиняючи золото в ртуті, отримували сплав - золоту амальгаму. Потім, покривши нею очищений метал, його нагрівали, випаровуючи ртуть. Золото тонким шаром, так звана позолота, осідало на металі. Але отруйні пари ртуті, навіть при гарній вентиляції, робили спосіб малопридатним.
В описуваний час в далекому Санкт-Петербурзі вже третій десяток років йшло будівництво одного з найбільших культових споруд у світі - Ісаакіївського православного собору. У будівництві брали участь близько 440 тис. будівельників. Для позолоти купола діаметром 26 м було виділено 100 кг золота. Золочення виробляли із застосуванням ртуті. Незважаючи на всі заходи при золоченні, від отруєння померли мученицькою смертю кілька десятків позолотники. Ці факти завдяки публікаціям у пресі стали широко відомі. Можливо, вони і послужили поштовхом, ініціювавши інтерес Сіменса до даної проблеми.
Отже, треба було розробити нешкідливий спосіб золочення, і шлях до нього пролягав через застосування електролізу. Але, як зауважив Едісон, "неважко робити дивовижні відкриття, але важко їх удосконалювати настільки, щоб вони отримали практичне значення». Він-то знав що говорив.
Не важко отримувати метал з його солей електролітичним способом, але важко покрити їм інший так, щоб зчеплення металів було надійним, покриття щільним і блискучим. У сучасних лабораторіях дослідних інститутів займаються тими ж питаннями, покращуючи і здешевлюючи гальванічні покриття, навіть і не обов'язково золоті.
Шлях до вирішення проблеми лежав через пошуки складу електроліту та дотримання певних електричних режимів. Так і хочеться написати - «величини струму на одиницю площі вироби». Але тоді не було ні амперметрів, ні реостатів, навіть простих вимикачів не існувало. Струм у ланцюзі доводилося регулювати різною кількістю включених до неї елементів.
Щоб розробити технологію гальванічного золочення, потрібен був час, а його-то якраз молодому офіцеру не вистачало. Однак дозвілля, правда вимушений, несподівано з'явився. За участь в дуелі як секундант Вернер був посаджений у в'язницю. Провина на ті часи дріб'язковий, але закон є закон.
Режим у в'язниці для відбуває покарання з такого приводу був не дуже суворим, що дозволило заарештованому зайнятися експериментами. До того ж для дослідів було потрібно не так багато: десяток склянок, обривки проводів та цинкові пластинки з мідними монетами для гальванічних ге?
Їх можна було отримати, розчинивши золоте кільце, зняте з пальця, в розчині «царської» горілки. Не виключено, що за інгредієнтами для дослідів в найближчу аптеку бігали охоронці укладеного [4].
Як би там не було, але в 1842 р. Вернер Сіменс запатентував спосіб золочення і вигідно продав патент в Англії, куди відправив для цієї мети вже оперилися брата Вільгельма. Надалі за кордоном саме він буде проштовхувати розробки старшого брата (пізніше Вільгельм навіть змінить своє ім'я на англосаксонське - Вільям).
По звільненні з в'язниці лейтенант Сіменс був переведений у м. Шпандау і зарахований у піротехнічний загін, основним призначенням якого була організація феєрверків. Саме тут відбулася знаменна для подальшої кар'єри Сіменса знайомство з прусським принцом Карлом.
Берлінське фізичне товариство
У листопаді 1828 р. в Берліні відбулася подія, яка, на перший погляд, важко назвати історичним. «З далеких мандрівок», великий німецький натураліст і мандрівник Олександр Гумбольдт почав цикл лекцій - спочатку в університеті, а потім у зв'язку з тим, що слухачі не вміщалися в його аудиторії, в Співецькій академії.
Ці лекції стали подією, причому подією неординарною. На них великий учений розповідав про стан всіх наук і спробах людства пояснити пристрій світобудови, ділився своїми енциклопедичними знаннями. Лекції були безкоштовними, тому їх відвідували не тільки студенти і професура. Тут бували і вчителі, і художники, і політики, навіть офіцери, буржуа і родовиті аристократи [5].
Найважливішим підсумком цієї кампанії стало виникнення інтересу в Німеччині до науки взагалі. А традицію громадських читань у Берліні продовжив фізик Густав Магнус. На початку 40-х років він створив власну фізичну лабораторію для бажаючих зайнятися науковою роботою або практикою. Серед питань, які цікавили вченого, були проблеми електромагнетизму, електролізу та термоелектрики.
У слухачів Магнуса існувала традиція регулярно збиратися, щоб подискутувати і обмінятися думками. Ідею одного з слухачів як-то офіційно оформити ці зборів підтримали багато учасників, такі як Г. Гельмгольц, Р. Клаузіус, В. Сіменс. Пізніше до них приєднався Г. Кірхгоф. Так у 1845 р. в столиці Німеччини з'явилося Берлінське фізичне товариство.
Серед його членів було багато талановитих людей, і вони широко відомі. Але про роль одного з них у розвитку науки про електрику треба сказати особливо. Мова йде про випускника місцевого університету, фізики Емілі Дюбуа-Реймон (1818-1896). У біографічних довідниках серед фізиків-електриків шукати це прізвище марно, тому що тема досліджень вченого була з галузі іншої науки - фізіології. Основна праця, написаний ним, - «Дослідження по тварині електрики» вийшов у світ в 1848 р. Таким чином, час його основних досліджень співпало з періодом становлення Фізичного товариств були добре відомі його членам, серед яких був і В. Сіменс.
Естафету передає ... Гальвані
У відомому суперечці Гальвані і Вольти в пошуках джерела електрики - контакт чи це двох металів у дослідах з жабою або джерело струму знаходиться в тілі жаби переможцем вийшов Вольта. Він незаперечно довів, що електричний струм виникає і при відсутності живого організму. Приголомшливі успіхи його дослідів, здавалося б, повністю розгромили прихильників поглядів Гальвані на цю проблему. Але чи так уже не мав рації Гальвані? Адже в електричних скатах не було ніякого металу, однак електрику вони виробляли. Дюбуа-Реймон вирішив розібратися в цьому питанні, тим більше що до цього часу з'явився перший електричний універсальний прилад - гальванометр.
Проблема дійсно була дуже складною. Вже був відкритий закон Ома, однак у прихильників поглядів Вольти був зайвий аргумент, тому що при проведенні дослідів знову використовувалися рідина м'язи жаби і метал провідників гальванометра. Необхідні були якісь буферні пристрої, що гарантують чистоту експерименту.
Незважаючи на всі труднощі, завдання було вирішено, джерела електрики були знайдені в тілі тварин і навіть людини. Наявність кардіографів і енцефалограф в наших поліклініках - зайвий тому доказ. Наголосимо лише, що при вирішенні цього питання доводилося вирішувати безліч проблем і робити десятки і сотні приладів і електротехнічних пристроїв, з огляду на мізерні величин струмів, що виникають у живому організмі. Скрутки провідників в якості контактів не годилися, число витків в електромагніті гальванометра доходило до 30 тисяч. Вперше вимірювання довелося проводити на змінному струмі і т. д.
Саме тоді з'явилися електричні клеми, вимикачі, нові конструкції гальванометрів та індукторів (рис. 2, 3). Для виготовлення цих пристроїв потрібен був особливий фахівець, що розбирається не тільки в міцності і надійності матеріалів, але і в їх електричних властивостях. І така людина знайшлася. Це був слюсар точної механіки, який жив в одному будинку з Сіменсом і мав там же свою майстерню з трьома робітниками.
Йоганн Георг Гальске (1814-1890), власник майстерні, народився в Гамбурзі, вивчав у Берліні точну механіку і вважався розумним фахівцем. Він-то і почав виконувати замовлення Дюбуа-Реймона. Гальске був у курсі всіх досягнень в області електрики, тому що нерідко брав участь у засіданнях Берлінського фізичного товариства.
Головне винахід
На черговому засіданні Товариства в 1847 р. відбулося обговорення результатів експлуатації в Німеччині оптичного телеграфу, який вже півстоліття експлуатувався в Європі. Телеграф представляв собою спеціальні вежі, на яких встановлювалися семафори, різні комбінації його елементів і лінійок передавали певний сигнал - букву або цифру. Все це, звичайно, в межах видимості. У середині XIX століття такий телеграф ставав анахроит експлуатації телеграфів з використанням електрики. У Росії це був телеграф Шіллінга, в США - Морзе, в Англії - Уітстона-Кука. Назвати роботу цих телеграфів успішної було не можна в основному тому, що самі електричні лінії не витримували ніякої критики. Ізоляція підземних кабелів була неякісною і дуже дорогий, повітряні лінії зв'язку - примітивними. Досить сказати, що струмонесучі дроти телеграфу Морзе підвішувалися спочатку на шийку пивних пляшок і на них не існувало жодних пристроїв для захисту від атмосферної електрики. Експлуатувати їх було просто небезпечно.
Вернер Сіменс був прихильником електричного телеграфу і висловив ідеї його впровадження в Німеччині. Виникаючі при цьому експлуатаційні труднощі він пропонував вирішувати в процесі роботи. Своїм ентузіазмом він заразив і І.Г. Гальске.
1 жовтня 1847 після довгих роздумів вони заснували «Організацію з будівництва та розвитку телеграфу Сіменс і Гальске». Звернемо увагу, що назва жодним чином не претендує на авторство винаходу якого б то не було нового способу передачі сигналу - адже ідеї були розроблені іншими вченими. Конструкція для синхронної роботи передавального і приймального пристроїв, яку вирішив використовувати Сіменс, була розроблена російським ученим Б.С. Якобі. З сучасної точки зору вона була безперспективною, правда знайшла широке застосування в телефонування.
Треба сказати, що знайомство Сіменса з конструкцією Якобі сталося цікавим чином. Ось що написав з цього приводу російський вчений: «Я відвідав моїх давніх друзів в Берліні. Одному з них показав ескіз мого нового апарату, пояснив дію приладу і просив нікому не розповідати про це до тих пір, поки сам видам його опис. У момент мого відходу увійшов пан Сіменс, який тоді носив ще форму прусського артилерійського офіцера і який, наскільки мені відомо, не займався телеграф ... Мій малюнок залишався на столі. Я передаю лише факт, не звинувачуючи нікого в плагіаті. Відомо, що телеграф з синхронним рухом склав славу і багатство р. Сіменса ».
Дійсно, висловлена ідея не готове винахід, вирішення питання про електричну передачу сигналів вимагало практичного втілення багатьох ідей. І шийки пивних пляшок на гілках дерев перетворяться на порцелянові ізолятори зі спеціальними спідничками. Мідні провідники у гумовій ізоляції, поїдається під землею гризунами, одягнуться у свинцеву оболонку. Брат Вільгельма допоможе знайти застосування в якості перспективної ізоляції гутаперчі, до цього використовувалася в ручках молотків і топорищ.
Таким чином, в міру впровадження вирішувалися багато проблем. Благо в одному будинку жив такий же ентузіаст і фахівець, та ще володіє майстерні і досвідченими працівниками.
Однак саме в Росії з її величезними просторами знайде широке застосування талант Вернера Сіменса і саме тут будуть впроваджені його розробки та отримано безцінний досвід. Сюди ж приїде ще один брат Вернераі переведе в Петербурзі філія фірми і надалі налагодить співпрацю з місцевою промисловістю. Будуть побудовані завод з виробництва лампочок розжарювання Едісона, ряд електростанцій. Навіть за радянських часів зведення ДніпроГЕС велося за активної участі фірми «Сіменс». Так починалася глобалізація електротехнічної промисловості.