Наука - Битва электрических королей

Телефон и фонограф, системы радиолокации и кинокамера, диктофон и электрогенераторы, телеуправляемые механизмы, высокочастотная техника, паровые турбины и магнитный способ сепарации железной руды – буквально ко всему два этих великих изобретателя – Томас Эдисон и Никола Тесла – приложили свои руки и головы. Но, пожалуй, главная их заслуга – свет на улицах и в домах. Они заложили основы всей системы электрификации, от электростанций и до ламп накаливания, от генераторов и до небольших остроумных деталей – цоколей, патронов, предохранителей и счетчиков. Именно электрические устройства стали полем битвы двух гениев.

Родившийся в Хорватии Никола Тесла довольно рано проявил признаки своего научного гения: уже в детстве его переполняли самые фантастические грезы. Он читал запоем, и герои книг будили в нем желание стать сверхчеловеком: в распорядке дня на сон отводилось не более четырех часов, Тесла изнурял себя учебой, уделяя внимание не только техническим наукам, но и профессионально разбирался в музыке, лингвистике, философии, свободно общался на нескольких языках. Со стороны он, впоследствии названный Резерфордом «пророком электричества», походил на одержимого: таким и счел его профессор Пражского университета Пешль, которому 24-летний студент изложил свою идею генератора переменного тока. Пешль пренебрежительно пожал плечами, но авторитеты для молодого изобретателя перестали существовать. Распродав все свое имущество, он отправился в Америку, к легендарному «королю изобретателей» Томасу Эдисону.

Будучи старше Теслы на девять лет, Эдисон уже гремел по всему миру. Он был самоучкой: после того, как однажды учитель назвал Томаса «полным тупицей», возмущенная мать забрала его из школы, и тот продолжил образование самостоятельно. Томас много читал и, не имея достаточно средств на восхитительные игрушки, которыми обладали сверстники, конструировал их сам, попутно дорабатывая и совершенствуя механизмы. На всю жизнь он сохранит такой подход к работе: беря за основу уже существующие принципы и изобретения, улучшать их, доводя до ума.

Гульельмо Маркони признан новатором в радио, Александр Белл сконструировал первый телефон, Луи Жан и Огюст Люмьеры – киноаппарат, но коммерческую выгоду от этих изобретений сумел получить только Томас Альва Эдисон, усовершенствовав их, сделав удобными, популярными и продаваемыми.

Эдисон усовершенствовал телеграфный аппарат и «мимеограф», самопишущее электронное перо: специальная игла наносила на лист бумаги едва заметные отверстия, а типографский валик оттискивал по этому трафарету необходимое число копий. В наши дни этот механизм используется в машинках для татуировок, а во времена Эдисона мимеограф, «дедушка ксерокса», был чрезвычайно популярен среди бизнесменов. Это позволило молодому инженеру не только встать на ноги, но и организовать собственную лабораторию в Менло-Парке, в короткий срок превратив ее в настоящую «фабрику изобретений», на которой трудились десятки ученых и техников. Патенты на микрофон, динамо-машину и другие изобретения сыпались, как из рога изобилия.

Сюда и направился Никола буквально прямиком с борта трансатлантического лайнера. В те годы Эдисон, уже запатентовавший лампу накаливания и генератор постоянного тока, совершенствовал свою систему электрификации города, опытная модель которой успешно действовала в деловой части Манхэттена. Изучив проект Теслы, Эдисон решил отложить его «под сукно», тем временем предложив молодому сербу поработать над его системой на основе постоянного тока. Тот согласился, однако в тайне продолжил работу над совершенствованием собственного генератора переменного тока и уже через год получил на него патент. Но ревнивый начальник развернул против проекта Теслы настоящую войну, и Тесле пришлось покинуть Менло-Парк.

К счастью, известный промышленник и изобретатель Джордж Вестингауз оказался более сметливым человеком. Присутствуя на одном из докладов Теслы, он сразу оценил его идеи и, потратив миллион долларов, выкупил у него патенты на генераторы, электродвигатели, трансформаторы и другие механизмы. Вскоре принадлежавшая фирме Вестингауза Ниагарская ГЭС начала генерировать переменный ток. Казалось бы, успех полный, однако Эдисон не оставил попыток одолеть строптивого «ученика».

Потерпев фиаско в доказательстве экономической нецелесообразности использования переменного тока, он обратился к другим аргументам – создавал образ смертельной опасности, которой подвергает себя всякий, кто рискнет воспользоваться приборами и механизмами, питающимися переменным электричеством. Действительно, вопрос стоял нешуточный – прежде всего, с финансовой стороны.

Как раз в те годы парламентом штата Нью-Йорк была создана специальная комиссия для выбора «наиболее гуманного способа приведения в исполнение смертных приговоров». Воспользовавшись моментом, Эдисон устроил показательную демонстрацию: нескольких кошек и собак при большом стечении народа заманили на металлическую пластину, находящуюся под напряжением в 1000 вольт (разумеется, переменным). Пресса подробно живописала смерть несчастных животных.

В борьбу включились и «птенцы гнезда Эдисононова», бывшие и нынешние работники Менло-Парка: инженеры Браун и Питерсон пропустили через собаку постоянный ток напряжением до 1000 вольт – собака мучилась, но не умирала, но переменный ток даже 330 вольт убивал ее мгновенно. Вестингауз использовал все свое влияние, пытаясь опротестовать такие «показательные выступления». В New York Times он опубликовал открытое письмо, в котором обвинил Брауна в том, что тот действует «в интересах и на средства» принадлежащей Эдисону компании – но было уже поздно. Джозеф Шапл стал первым в истории преступником, приговоренным к смертной казни на электрическом стуле, а Эдисон, по слухам, лично сконструировал первый такой аппарат, работавший от генераторов «убийственного» переменного тока компании Westinghouse. Приговор был приведен в исполнение в августе 1890 года. «Топором бы у них получилось лучше», – резюмировал Вестингауз.

Но неутомимый Никола Тесла придумал эффектный ответный ход. Через несколько лет его представление, состоявшееся на Всемирной выставке в Чикаго, потрясло весь мир. С совершенно спокойным видом он пропускал через себя переменный ток напряжением в миллионы вольт – молнии плясали на поверхности его кожи, но сам он оставался невредимым. А когда объятый электрическими разрядами «сумасшедший» брал в руки не подключенные ни к каким проводам лампы накаливания, они послушно загорались в его руках. Это казалось настоящим волшебством. И вскоре Эдисону пришлось пойти на перемирие: эдисоновская компания General Electric вынуждена была приобрести лицензии на электрическое оборудование у компании Westinghouse.

Если за Эдисоном с годами все больше закреплялась репутация «изобретателя-предпринимателя», то Никола Тесла приобретал славу сумасшедшего гения. Он мог часами в одиночестве прохаживаться по парку, декламируя наизусть «Фауста», в гостиничную комнату соглашался вселиться лишь в том случае, если ее номер был кратен трем, а микробов боялся панически. Большинство своих изобретений он совершал в голове, так говоря об этом: «Когда появляется идея, я начинаю дорабатывать ее в своем воображении: меняю конструкцию, усовершенствую и «включаю» прибор, чтобы он зажил у меня в голове. Мне совершенно все равно, подвергаю ли я тестированию свое изобретение в лаборатории или в уме». Но на практике не все проходило гладко. Однажды в ходе одного из экспериментов Теслы на расстоянии нескольких километров от его лаборатории в Нью-Йорке стены окружающих домов принялись вибрировать – и только вмешательство полиции спасло их от обрушения. «Я мог бы обрушить Бруклинский мост за час», – признавался позже изобретатель. Но современники с готовностью прощали ему и не такие «шалости». Ведь то, что он делал, действительно далеко опережало все, что умела тогда наука.

В 1915 году New York Times сообщила, что Николе Тесле и Томасу Эдисону присуждена Нобелевская премия в области физики. Но ни один из них так и не стал нобелевским лауреатом. Оба великих изобретателя отказались получать эту престижную премию: они не смогли простить друг другу прошлых обид.

Почему переменный ток в итоге выиграл «битву»? Все дело – в централизованном электроснабжении. Передавать электричество по проводам выгодно только при очень высоких напряжениях. Помните закон Ома? Согласно ему мощность электрических тепловых потерь «по пути» к потребителю энергии обратно пропорциональна квадрату напряжения. Поэтому, увеличив напряжение в 10 раз, мы добьемся снижения потерь в линии электропередач в 100 раз (типичное напряжение в современных ЛЭП составляет 110–750 кВ). Повысить напряжение переменного тока легко с помощью простого устройства – трансформатора. А для передачи постоянного тока придется ввести еще множество дополнительных звеньев. После повышения переменного напряжения на электростанции его нужно будет пропустить через выпрямитель, а на другом конце линии превратить постоянный ток в переменный с помощью инвертора, и, пропустив через трансформатор, понизить напряжение до бытового уровня (впрочем, несмотря на сложность и высокую стоимость, такая схема иногда применяется). А вот «на местах» постоянный ток берет реванш – в случае невысоких напряжений его проще запасать (в аккумуляторах) или применять «не отходя от кассы» (например, в автомобилях).
Какой ток опаснее?

Обычно электрики, отвечая на вопрос: «Почему переменный ток опаснее постоянного?» – шутят: «Потому что постоянный бьет только один раз, а переменный 50 раз в секунду». На самом деле ответ не столь однозначен, хотя определенная доля истины в этой шутке есть. Для человека опасен как постоянный, так и переменный ток, но последний считается в 3–5 раз более опасным: пороговое безопасное значение силы постоянного тока – 50 мА, а переменного – всего 10 мА. При этом опасность переменного и постоянного тока зависит от напряжения: считается, что при напряжении до 400 В опаснее переменный ток (частотой 50 Гц), около 500 В оба вида представляют одинаковую опасность, а при напряжении выше 500 В постоянный ток становится более опасным.

На самом деле воздействие тока на человеческий организм включает очень много факторов, как внутренних (сопротивление человеческого тела меняется даже от настроения!), так и внешних (важно не только напряжение, но и внутреннее сопротивление генератора, определяющее итоговую силу тока). Кроме того, сопротивление тела зависит и от частоты: ток промышленной частоты (50 Гц) наиболее опасен, так как способен вызывать нарушение сердцебиения. Однако при повышении частоты (от 1000 Гц) опасность снижается, а при частотах более 70 кГц ток считается безопасным из-за так называемого «скин-эффекта» (ток протекает только по поверхности человеческого тела). Именно поэтому Тесла, демонстрируя молнии, вылетающие из рук, был в полной безопасности: он использовал высоковольтный, но высокочастотный генератор собственной конструкции.