Описание опытов электрического освещения

Первый опыт по электрическому освещению производился для Невского проспекта с 19-ти до 22-х часов 8 декабря 1849 г. Цели и краткая программа работ были сформулированы самим химиком Аршро и приведены дословно в публикациях ряда газет и журналов [18–21].

“1. Направить электрический свет в виде пука параллельных лучей, в длину проспекта, на разной высоте (при этом считаем нелишним предостеречь, чтобы все те, кому случится идти или ехать, в означенное время, по пути от Невского монастыря к Адмиралтейству, старались избегнуть встречи с прямолинейным направлением электрических лучей, так как чрезмерно яркий блеск их может своим внезапным появлением слишком сильно потрясти зрительные органы и особенно перепугать лошадей. Поэтому желательно, чтобы по крайней мере, проезжающие держались более левой, то есть гостинодворской стороны проспекта, несколько уклоненной от фокуса освещения).

2. Расширить пук света так, чтобы расхождением лучей его произвести освещение в ширину проспекта к середине его длины.

3. Увеличить расхождение лучей так, чтобы проспект был освещен во всю его ширину от въезда с Адмиралтейской площади, и показать дальность этого света и другим.

4. В заключение вечера, направлять свет на разные предметы в различных расстояниях, для указания действия освещения.”

Очевидно, что Аршро хотел использовать свой опыт освещения, который получил во Франции при изготовлении прожекторов на основе своих ламп для морских маяков.

Сколь-нибудь подробное описание результатов опытов освещения улиц с Адмиралтейской башни в открытой печати того времени удалось найти только в статье, опубликованной в 1850 г. в Германии в Политехническом журнале Динглера [22].

В редакционной статье говорится о том, что опыты гальванического освещения улиц проводятся совместно профессором Якоби с изобретателем Аршро. Приведем в пересказе наиболее интересные моменты из описательной части статьи, написанной петербургским корреспондентом журнала (как сказано в статье, Санкт-Петербургским научным авторитетом).

Опыты проводились с 7 до 10 часов вечера при освещении 3-х магистральных улиц. Свет был очень ярким, глаза уставали смотреть на него через несколько секунд. Угловые дома на Невском проспекте были освещены так ярко, что можно было увидеть муху на стене, хотя расстояние до фонаря превышало 200 м. Свет газовых фонарей казался красным, их пламя коптящим, тогда как электрический свет был ослепительно белым. Светящийся луч имел ширину около шести дюймов (150 мм), если на него смотреть сбоку, и выглядел парящим шаром, вылетевшим из ствола пушки, если смотреть вдоль луча. Цвет луча часто изменялся и был попеременно красным, синим и желтым. Иногда он пропадал на несколько секунд, а затем снова появлялся. На расстоянии около 500 шагов, несмотря на газовые фонари, тень от электрического света была все еще видна, но дальше была видна тень только от газовых фонарей.

Через несколько дней после начала опытов автор статьи попросил профессора Якоби показать аппарат, на что тот любезно согласился. Поскольку Якоби мог проводить эксперименты только ночью, когда улицы пусты, автор пришел на башню в час ночи. Гальваническая батарея представляла собой углеродную батарею из 185 элементов, каждый из которых имел площадь не менее 1,5 квадратных футов (0,14 м²). Цинковый цилиндр имели высоту 15 дюймов (380 мм), диаметр 10 дюймов (254 мм) и толщину металла не менее 1/2 дюйма (12,7 мм). Он содержал белую глиняную ячейку соответствующего размера, изготовленную из тончайшего фарфора, в которой, в свою очередь, находился овальный углеродный стержень. Эти угольные электроды были выполнены из удивительно красивой плотной массы, полученной Аршро, глиняные ячейки также были привезены из Парижа. Поскольку в непосредственной близости от башни не было соответствующей комнаты для размещения этой большой батареи, ее расположили в двух просторных залах здания. Так как днем и ночью помещения отапливались, в них было очень жарко, в воздухе постоянно находились пары кислоты, сильно ухудшавшие самочувствие. Четверо солдат новобранцев, обслуживающих батарею, плевали кровью.

Аршро заверил корреспондента, что ток этой батареи оставался постоянным в течение 90 часов, а смесь кислот, которыми он его заполнял, является секретной. Во время визита корреспондента работали только 57 элементов, но ток был настолько сильным, что при пропускании его через английский напильник (металлический брусок шириной 1/2 дюйма (12,7 мм) и длиной 4 дюйма (102 мм)) последний разлетался фейерверком на шарики, похожие на крупную дробь.

Из помещения гальванической батареи провода поднимались вверх, как и телеграфные провода при креплении с помощью изоляционных элементов вначале внутри помещения, затем по наружной стене на башню, где они соединялись с угольными электродами лампы. Эти последние представляли собой стержни квадратного сечения размером 1/4 дюйма (6,4 мм) и длиной 5 дюймов (127 мм), выполненные из той же мелкозернистой плотной массы, что и углеродные стержни ячеек. Они устанавливались в латунные втулки и зажимались с помощью винтов. Электрическая дуга имела длину около 1/2 дюйма (12,7 мм). Перед этой светящейся точкой находилась большая стеклянная линза, фокусирующая свет от дуги. Изменение цвета электрической дуги происходило в связи с выгоранием электродов. При большем или меньшем расстоянии между угольными электродами свет становился синим, желтым или красным. Уголь на отрицательном полюсе прогорал довольно быстро, и почти каждые полчаса его нужно было заменять, что заставляло прерывать освещение.

Такой же гальванический светильник на основе дуговой лампы в это же время использовался в Дрездене в опере “Пророк” Мейербера на сцене для имитации восхода солнца. Солнечный диск формировался параболическим вогнутым зеркалом диаметром около 1 фута (0,305 м), рис. 4, в фокусе которого светилась электрическая дуга лампы. В Санкт-Петербурге в регуляторе Аршро угольные стержни, по-видимому, были того же качества. Однако в Дрездене прерывистость светового эффекта предотвращалась с помощью весьма изобретательного механизма. Как только угольные электроды расходились на большое расстояние, ток прерывался. Поэтому они были соединены с зубчатой передачей, благодаря которой постоянно приводились в движение друг относительно друга, а сама передача регулировалась действием электромагнита, включенного в цепь гальванического тока. Однако свет на сцене был настолько ослепителен и, следовательно, вреден для глаз, что, помимо других недостатков, он вряд ли мог бы быть использован для уличного освещения, но, безусловно, совершенно справедливо был предложен для применения на маяках.

Очевидно, речь в тексте статьи шла о лампе-регуляторе конструкции Фуко-Дюбоска, рис. 12.

Корреспондент сообщил, что профессор Якоби строит совершенный осветительный прибор, в котором угли светятся в безвоздушном пространстве, и расстояние между ними регулируется часовым механизмом.

Общий отчет Комиссии об опытах электрического освещения

Ниже приводятся комментарии к информации, составляющей содержание “Общего отчета об опытах электрического освещения, произведенных в Санкт-Петербурге под наблюдением Высочайше учрежденной для сего Комиссии”, см. Приложение 2 и [24]. Среди подписавших отчет впервые в документах появляется имя статского советника князя Грузинского. Вероятно, это был представитель Императорского двора в Высочайше учрежденной Комиссии, статский советник князь Грузинский Сергей Яковлевич, носивший в это время звание камергера Императорского двора.

Имеется значительное количество отличий в данных, приведенных в отчете, от информации из других источников. Так как отчет подписан всеми членами этой Комиссии, то очевидно, что это официальный документ, наиболее правдиво описывающий детали всех стадий этого события.

Аршро прибыл в Кронштадт 30 сентября 1849 г. по вызову российского правительства. Он привез с собой большой груз, в котором находились цинковые доски, скважистые (пористые) сосуды, пневматический аппарат (вероятно, водяной поршневой насос), стеклянные составные части и арматура для большой линзы Френеля, дуговая лампа с регулятором, множество угольных электродов.

По прибытии в Санкт-Петербург государь предложил Аршро для демонстрации освещения на выбор два места – Александровскую колонну и главный въезд в Адмиралтейство. После осмотра каждого из них Аршро объявил, что место у Александровской колонны неудобно, для расположения источника света больше подходит галерея Адмиралтейского шпица. Для гальванической батареи еще в письме из Парижа им называлась площадь 80 м². На первом этаже флигеля Адмиралтейского двора были выделены помещения общей площадью 120,5 м², чего впоследствии оказалось недостаточно.

Для охраны оборудования Комиссии был выделен подпоручик Гренадерского саперного батальона Сергеев, позже замененный подпоручиком Конно-пионерского дивизиона Паттоном. В команду этих офицеров входили 1 унтер-офицер и 5 рядовых, которые вели круглосуточную службу у лампы и батареи. От Морского ведомства были выделены мастера и материалы, необходимые для подготовки опытов.

Практически сразу Комиссия решила максимально быстро и полно удовлетворять все требования Аршро, чтобы у него не было повода искать внешние причины в случае неудачи.

Так как из Парижа были привезены лишь основные детали гальванической батареи и лампы-регулятора, то необходимо было их доукомплектовать и собрать на месте, а также приготовить расходные материалы в виде кислот, металлических проводников, ртути и прочего.

Описание гальванической батареи и лампы-регулятора Приведем краткое описание состава и конструкции гальванических элементов и лампы-регулятора.

Батарея включала 169 элементов, расположенных в 11 рядов, рис. 13.

На рис. 14 показан состав каждого элемента, стеклянные газоотводящие трубки с деревянным коллектором, стеклянные трубки сифонов для заливания азотной кислоты. Не показаны свинцовые трубки диаметром 25 мм для заливания серной кислоты и диаметром 12,7 мм для отвода газов из стеклянного стакана.

Каждый элемент состоял из внешнего корпуса, цилиндрического отрицательного амальгамированного ртутью цинкового электрода, пористого цилиндра и центрального положительного угольного электрода. В пористом цилиндре находилась азотная кислота, снаружи и внутри цинкового цилиндра – серная кислота.

При взаимодействии азотной кислоты с углеродом происходила химическая реакция, сопровождающаяся появлением заряда на электроде и выделением паров азотной кислоты, которые нужно было отводить в атмосферу с помощью стеклянных трубок и деревянных коробов, размещенных на стойках вдоль рядов элементов и выполняющих роль сборного коллектора. Вторая стеклянная трубка использовалась для заливания азотной кислоты в пористый цилиндр. Амальгамирование цинковых цилиндров способствовало тому, что образующийся при растворении цинка серной кислотой водород находился преимущественно в виде ионов, а не в газообразном состоянии.

Дуговая лампа-регулятор (рис. 15) собиралась на раме и имела следующий состав: два вертикальных угольных электрода, устанавливаемых в цилиндрические держатели с креплением с помощью винтов, два аналогичных горизонтальных угольных электрода. Последние использовались как при проведении первых опытов, так и для того, чтобы без потухания лампы произвести замену сгоревших вертикальных электродов. В нижней части устройства находился собственно механизм регулятора, обеспечивающий при сгорании вертикальных электродов неизменное расстояние между ними с некоторой точностью. Нижний вертикальный проводник из мягкого железа с держателем нижнего угольного электрода находился внутри цилиндрической катушки-электромагнита и подвергался действию трех сил: собственного веса (направление вниз), веса груза, передаваемого через трос блока (направление вверх), и силы электромагнитного взаимодействия нижнего проводника лампы и катушки электромагнита (направление вниз).

Схема собиралась таким образом, что один и тот же ток проходил через дугу лампы и катушку электромагнита. При увеличении расстояния между вертикальными электродами из-за их выгорания ток в цепи уменьшался, электромагнитная сила также уменьшалась, возникала результирующая сила, направленная вверх. Она приводила к перемещению нижнего электрода вверх, зазор между электродами уменьшался. При уменьшении расстояния между угольными электродами происходил обратный процесс с возникновением результирующей силы, разводящей электроды друг от друга.

Дополнительные работы

Для устройства гальванической батареи и установки источника света понадобились следующие дополнительные работы, изделия и материалы, см. рис. 13–15.

1. 250 керамических горшков цилиндрической формы высотой 400 мм, диаметром 350 мм, являющихся внешним корпусом гальванического элемента. Таких сосудов не было в Санкт-Петербурге. Кроме того, аналогичные изделия из керамики не могли противостоять действию кислот. Поэтому их заменили на сосуды из стекла тех же размеров, изготовленные Императорским стекольным заводом.

2. Два медных проводника, соединяющие гальваническую батарею и дуговую лампу-регулятор. Длина первого из них 68 м, второго – 102 м, диаметр 7,62 мм. Работа выполнена под наблюдением академика Якоби.

3. Проводник для катушки электромагнита длиной 38,3 м, диаметром 6,1 мм также выполнен под наблюдением академика Якоби.

4. 200 стеклянных сосудов для размещения в них пористых горшков во время бездействия батареи. Вероятно, речь идет о процедурах взвешивания разных компонентов гальванических элементов, требующих разборки элементов на части. Сосуды были заказаны по чертежу Аршро на Стеклянном заводе Фрея, но не были вовремя изготовлены. После их доставки оказалось, что они неудобны и были заменены на аналогичные сосуды из свинца, выполненные под наблюдением академика Фрицше.

5. Газоотводные трубы общей длиной 160 м по чертежу Аршро, выполненные из дерева, и вывешенные на стойках. Из чертежей на рис. 14 и 15 видно, что они соединены со стеклянными трубками, отводящими газы и пары из пористых сосудов с азотной кислотой. Диаметр труб 200 мм, вертикальная отметка низа труб 0,800 м. Вероятно, их монтировали только на время опытов, так как они мешали бы различным процедурам, например, взвешиванию цинковых цилиндров. Выполнены работниками Морского ведомства.

6. 200 деревянных поддонов для пористых горшков. Судя по рис. 14, они были нужны в связи с выпуклым дном внешнего стеклянного сосуда элемента. Выполнены работниками Адмиралтейства.

7. 400 стеклянных трубок и 200 стеклянных сифонов сделаны под наблюдением академика Фрицше. Впоследствии Аршро решил не использовать сифоны, отрезал у них одно колено и применял их как обычную стеклянную трубку. Возможно, предполагалось использовать сифоны при операциях с кислотами или отработанными растворами гальванических элементов.

8. Обвить 70 угольных электродов проволокой, чего Аршро не успел сделать в Париже. Было сделано нижними чинами Морского ведомства.

9. Соединить железными проводниками электроды работающих элементов батареи. Работа выполнена слесарями Морского ведомства.

10. Цинковым доскам придать цилиндрическую форму. С этой целью в комнате 48 (рис. 7) был устроен очаг для их нагрева. Работа выполнена нижними чинами, состоящими в распоряжении Комиссии.

11. Замазать газопроводные трубы в стыках с крышкой пористого сосуда, деревянного коллектора, а также стыки сифонов для заполнения пористых сосудов азотной кислотой. Замазка была сделана из компонентов по рецепту Аршро под наблюдением академика Фрицше, процедура замазывания стыков выполнена нижними чинами, результаты проконтролированы Аршро.

12. Для подготовки батареи к работе необходима вода. В помещении батареи был установлен небольшой насос, всасывающий трубопровод проведен под фундаментом здания в обводной канал Адмиралтейства. Вероятно, чаны заполнялись водой с помощью насоса перед вливанием в них соответствующих концентрированных кислот.

13. Свинцовые трубы для отвода газов и для вливания серной кислоты в стеклянный сосуд с цинковым цилиндрическим электродом. Трубы диаметром 25,4 и 12,7 мм длиной 34 м каждая были заказаны академиком Фрицше по указанию Аршро.

14. Чаны для разбавления кислот и различные мелкие снаряды и инструменты. Исполнено академиком Фрицше.

15. Заготовить необходимое количество серной и азотной кислоты. Исполнил академик Фрицше, проводивший также их испытания и получивший одобрение результатов от Аршро.

16. Приобрести необходимое количество ртути для амальгамирования цинковых досок. Равномерная во времени доставка ртути произведена по заказу академика Фрицще, амальгамирование выполнено нижними чинами. Аршро проконтролировал результат.

17. Для доукомплектации регулятора Аршро подключил к работе французского механика Фурнье. Однако позже тот отказался от исполнения недостающих узлов, поэтому их изготовил механик Морского ведомства Экман.

18. Для установки регулятора сделать деревянную подставку, для ориентации линзы Френеля в нужном направлении исполнить деревянный прибор со слесарной работой. Выполнено вольным мастером и работниками Морского ведомства.

19. На галерее Адмиралтейского шпица сделан застекленный тамбур, описанный выше, рис. 9 и 10.

20. Заказать две платиновых пластины для работы регулятора. Исполнено Департаментом Горных и Соляных дел.

21. Сделать 12 деревянных ограждений без дна для рядов гальванических элементов, чтобы оградить их от повреждений.

Первый опыт 8 декабря

После окончания перечисленных работ Аршро объявил о готовности к испытаниям вечером 8 декабря. Военный министр дал свое согласие на начало испытаний.

Зарядка гальванической батареи началась утром в понедельник 5 декабря в 10:30 в присутствии Якоби, Фрицше, Константинова и закончилась утром в четверг 8 декабря.

4 работника приступили к разведению серной кислоты в чанах, предварительно наполненных водой, до 12° по ареометру Боме (плотность раствора 1,090 г/см³). В 13 часов того же дня серную кислоту начали разливать из чанов в стеклянные сосуды гальванических элементов. К 15:45 было заполнено только 50 сосудов из 169, но уровень жидкости в них еще не был установлен. При такой динамике 169 сосудов заполнились бы за 9,5 часов.

Аршро начал заполнять пористые сосуды азотной кислотой 6 декабря в 20:30. До 8:00 7 декабря он успел зарядить только 63 горшка при работе с 2-мя помощниками. Остальные 106 горшков были заряжены в присутствии подпоручика Паттона 15-ю работниками в течение 5 часов 7 декабря и с 3:00 до 5:00 в ночь на 8 декабря.