В 1850 году профессор Пейдж из Смитсоновского института сконструировал мотор, который работал гениально, но все еще был открыт для возражения о стоимости поставки необходимого электрического тока для электромагнитов. Хотя появлялись различные изобретения, имевшие целью коммерчески успешный мотор, такая вещь была невозможна до тех пор, пока Грамм не произвел свою улучшенную и эффективную динамо-машину в 1871 году. Было обнаружено, что эта динамо-машина работает так же хорошо в качестве мотора, и поэтому электрикам стало необходимо значительно расширить свое понимание природы электромагнитной индукции. Они вскоре обнаружили много любопытных вещей относительно поведения индуцированных токов, в результате чего были сделаны быстрые и одновременные улучшения как в динамо-машинах, так и в моторах. Одним из самых любопытных из этих открытий было то, что мотор автоматически регулирует количество тока, который проходит через его цепь, пропорционально работе, которую он должен выполнять; то есть, если работа, которую должна выполнять машина, уменьшается, мотор достигает более высокой скорости, которая индуцирует противоэлектродвижущую силу, достаточную для того, чтобы сдержать количество тока, проходящего через мотор. Поэтому, когда от мотора требуется выполнение увеличенной работы, машина замедляется; но с этим замедлением противоэлектродвижущая сила уменьшается, и, следовательно, ток, проходящий через мотор, увеличивается.
Как и в случае с динамо-машиной, одним из чудес мотора является его эффективность. В совершенных машинах девяносто-девяносто пять процентов поставляемой электрической энергии могут быть преобразованы в механическую энергию. По этой причине он стал конкурентом, а то и преемником пара в бесчисленных случаях, и особенно там, где можно использовать энергию воды. Первичный двигатель в виде водяного колеса может быть использован для привода десятков вторичных моторов в местах, находящихся за сотни миль. Энергия, вырабатываемая водопадом в Лауфене, Германия, передается на сто миль во Франкфурт с потерей всего двадцати пяти процентов от первоначальной мощности в лошадиных силах.
THE GOLDEN CANDLESTICK.
В своей адаптации для практического использования мотор, как и динамо-машина, принимает все размеры и включает в себя множество гениальных устройств, однако его мощность и полезность всегда сосредоточены вокруг или содержатся в его двух эффективных частях: якорях и силовых полях. Мы видели, как в динамо-машине якоря становились источником индуцированных токов, будучи вынужденными пересекать силовые поля электромагнитов. Теперь динамо-машину можно заставить работать в обратном направлении; то есть, заставляя магнитные силовые поля вращаться перед катушками или якорями. В моторе силовое поле в основном устанавливается током непосредственно от динамо-машины. Этот ток проходит также через якорь, который начинает вращаться благодаря силе поля, действующей на него. Это вращение якоря через силовое поле создает в проводниках якоря электродвижущую силу, которая является мерой мощности мотора, будь она большой или малой.
VI. «И БЫЛ СВЕТ».
ANCIENT LAMP.
Упоминание «подсвечника из чистого золота» (Исх. xxv. 31) может привести к выводу, что примитивным искусственным светом был свет свечи. Но «подсвечник» в связи с освещением храма — это явно неправильное название. Лампа была первоначальным искусственным источником света, если не считать факел; и если она менее незаменима, чем в патриархальные времена, она все еще является любимым распространителем ночного уюта. До середины восемнадцатого века лампа практически не эволюционировала. В то время она была такой же по принципу, как и тогда, когда освещала пустынную скинию. Даже великолепные эмалированные стеклянные или украшенные персидские глиняные лампы Дамаска и Каира, и великолепные латунные или бронзовые лампы Греции, Рима и европейских соборов давали тусклое, неровное пламя и зловонный дым с помощью грубого фитиля, лежащего в блюдце или подобном сосуде с растопленным салом, жиром, маслом или какой-либо другой горючей жидкостью. Главное улучшение в ламповом освещении было сделано в 1783 году Леже из Парижа, который разработал плоскую металлическую горелку, через которую он пропустил аккуратно подготовленный фитиль. Дальнейшее улучшение было сделано в 1784 году Арганом из Парижа, который представил горелку, состоящую из двух круглых трубок, между которыми проходил круглый фитиль. Внутренняя трубка была перфорирована, чтобы обеспечить приток воздуха для питания пламени на внутренней стороне фитиля. Чтобы аналогичным образом питать пламя на внешней стороне фитиля, он изобрел ламповое стекло, которое поначалу было грубой металлической вещью. Однако оно вскоре уступило место стеклянному стеклу, которое до настоящего времени приняло много улучшенных форм, предназначенных для обеспечения более совершенного горения и более яркого, ровного свечения.
TALLOW DIP.
MODERN LAMP.
Улучшение в ламповом освещении в течение девятнадцатого века состояло из неопределенного количества изобретений, все из которых были направлены на экономию, яркость, устойчивость, удобство, красоту и так далее. Но ни в каком отношении это улучшение не было более быстрым и радикальным, чем в адаптации ламп к различным горючим жидкостям, которые претендовали на признание. В то время как различные масла, животные и растительные, были почти единственными в моде в качестве осветительных средств в начале века, они были в значительной степени вытеснены в более поздний период горючей жидкостью, известной как камфен. Это было очищенное скипидарное масло, которое пользовалось большой популярностью из-за своей экономичности, удобства, чистоты и яркости света. Но оно было очень летучим, и его пары образовывали с воздухом опасно взрывоопасную смесь. Тем не менее, при всем этом оно могло бы удерживать свои позиции в течение долгого времени, если бы Геснер в 1846 году не обнаружил, что превосходное минеральное масло, которое он назвал «керосином», можно легко и выгодно дистиллировать из угля, найденного на острове Принца Эдуарда. Этот керосин или углеводородное масло быстро вытеснило камфен в качестве осветительного средства. Его производство быстро развилось в важную индустрию в Соединенных Штатах, и возникли крупные дистилляционные предприятия, как на Атлантическом побережье, где использовался иностранный уголь, так и по всей стране, везде, где находили каннель или другой пригодный для переработки уголь. С открытием нефти в оплачиваемых количествах на Ойл-Крик, штат Пенсильвания, в 1859 году, произошло большое изменение в керосиновом ламповом освещении. При анализе было обнаружено, что сырая нефть содержит около пятидесяти пяти процентов керосина, который составлял ее самый важный продукт. Поэтому фабрики по производству керосина из каннеля или другого угля прекратили свое существование, а новые, большие по размеру и большие по количеству, возникли для производства керосина или, говоря популярно, угольного масла из нефти. Этот осветитель стал почти универсально популярным для использования в лампах благодаря своей дешевизне и яркости. Он не свободен от опасности при неправильной дистилляции, но под действием строгих законов, регулирующих его подготовку и тестирование, опасность от его использования была сведена к минимуму. В сельских районах, в небольших городах и деревнях, везде, где экономия и удобство являются существенными, и когда желательна красота в эффектах ламп, керосиновый осветитель стал незаменимым.
Открытие нефти помогло еще больше осветить мир и отличить век. Оно дало нам бензин, нафту, газовое масло, астральное масло и очень эффективный «минеральный спермацет», который почти повсеместно используется в маяках и в качестве фар для локомотивов. С добавлением керосина любимый свет начала века — сальная свеча наших бабушек — начал выходить из употребления. Домашние картины хозяек при их ежегодном изготовлении свечей или при манипуляциях с их формами стали почтенными антиквариатами. Свет свечи побледнел в присутствии более высоких осветителей. Хотя это все еще удобный свет при определенных обстоятельствах, он играет постепенно уменьшающуюся роль среди своих превосходящих собратьев.
Одним из знаковых триумфов века стало внедрение газового освещения. Хотя осветительный газ, производимый из угля, был известен еще в 1691 году, он не вошел в употребление, за исключением экспериментов или очень специального способа, до начала девятнадцатого века. В 1809 году несколько уличных фонарей были зажжены газом в Лондоне. Неудачная попытка внедрить газ в Балтиморе была предпринята в 1821 году. Между 1822 и 1827 годами газовый свет начал иметь слабое распространение в Бостоне и Нью-Йорке. Другие города начали внедрять его в качестве осветителя на улицах и, в конечном итоге, в домах. Но процесс был очень медленным из-за сильного противодействия со стороны как ученых, так и простых людей, которые видели в нем верное средство разрушения от яда, взрыва или пожара. Прошло немало времени до середины века, прежде чем предрассудки против осветительного газа были достаточно устранены, чтобы допустить его общее использование. Но тем временем проводилось много ценных экспериментов по его производству и адаптации. Самым продуктивным источником осветительного газа оказался битуминозный уголь. Хотя газ можно было производить путем дистилляции из других веществ, таких как сланец, лигнит, нефть, вода, торф, смолы, масла и жиры, ни одно из них не могло конкурировать по качеству, количеству и экономичности с тем, что известно как обычный угольный газ, по крайней мере, не до тех пор, пока не пришло время, довольно поздно в веке, когда было обнаружено, что нелюминесцентные газы, такие как водяной газ, могут быть сделаны светящимися путем пропитки их углеводородным паром. Это стало известно коммерчески как водяной газ, и он сейчас широко используется вместо угольного газа, потому что он дешевле и, по большей части, одинаково эффективен в качестве осветителя.
Газовое освещение, конечно, имеет свои ограничения. Оно не приспособлено для использования за пределами городов или поселков, население которых достаточно велико, чтобы оправдать большие расходы, необходимые для газовых заводов. Это скорее специальный, чем общий свет. Тем не менее, в своей ограниченной области использования он доказал свою удивительную полезность — источник радости для миллионов, чистый, безопасный и экономичный свет, удобство, далеко превосходящее свечу, лампу или любое предыдущее осветительное устройство. На улице это источник безопасности от воров и грабителей. В трущобах это и полицейский, и миссионер, сбивающий с толку правонарушителей, разоблачающий секретность, которая способствует преступности, обнажающий рассадники позора. Он является источником тепла, а также света, и, следовательно, преобразуется в энергию для легких механических целей. На кухне он все больше становится благом для хозяйки, которая с помощью газовой плиты избегает при готовке много пыли, дыма, беспокойства и даже расходов на угольную кухонную плиту и печь. В гостиной, библиотеке или больничной палате это веселая и эффективная замена угольному камину, и его можно заставить принять уютные качества и фантастические формы старомодного дровяного огня. Одновременно с открытием нефти, ее неразлучный спутник, природный газ, стал заметным в качестве источника как света, так и тепла, или это стало правдой, по крайней мере, после того, как было установлено, что существуют регионы природного газа, которые могут быть вскрыты скважинами и заставлены отдавать свой газообразный продукт независимо от нефти, которая могла когда-то существовать рядом или в связи с ним. Этот природный источник света и тепла стал таким же интересным для геолога, исследователя и капиталиста, как и источник самой нефти, и вскоре каждый вероятный участок был разведан с надеждой найти и вскрыть те таинственные пещеры земли, в которых сдерживаемый осветитель изобиловал в оплачиваемых количествах. Было обнаружено, что пригодные для разработки регионы природного газа многочисленны в Соединенных Штатах, особенно в непосредственной близости от нефтяных или битуминозных угольных месторождений, и мало времени было потеряно на их развитие. Как по волшебству, возникла новая и прибыльная индустрия. Скважина природного газа стала почти такой же обычной, как нефтяная скважина, и временами гораздо более внушающей трепет, когда она выбрасывала в пространство свои вулканические взрывы, которые, при воспламенении по неосторожности, как иногда случалось, несли в окрестности все опасности и ужасы Везувия или Стромболи. Мощной, как была сила, с которой природный газ искал свою свободу, удивительным, как был феномен его выхода из подземного перегонного куба, в котором он дистиллировался, человеческий гений быстро обуздал его с помощью устройств для сохранения и перевозки в места, где он мог быть использован. Иногда крупные индустрии возникали рядом со скважинами; в других случаях он переносился по трубам в города за много миль, где он становился светом для улицы, дома и магазина, и колоссальной энергией на фабрике, печи, кузнице и прокатном стане. Фактически, ни одно чудо века не было одновременно таким странным и непостижимым по своему происхождению, как природный газ, или более потенциальным в качестве агентства в пределах областей, к которым ограничено его использование. Вопрос всегда стоит на первом месте в связи с природным газом: будет ли он длиться? Газовые источники Кавказских гор горят веками. Но это там, где внутренние силы природы имеют свои корреляции и компенсации. Там, где все совсем иначе, то есть где выходы резервуаров природного газа аномально многочисленны, или где эти резервуары истощаются до предела в коммерческих целях, не говоря уже о чистой расточительности, геолог готов предположить, что запас природного газа не может быть вечным.
Но один из самых великолепных триумфов века в вопросе света произошел благодаря агентству электричества. Мы уже видели зачатки электрического освещения в открытии сэра Гемфри Дэви в 1809 году, что когда концы двух проводящих проводов, снабженных угольными кусками, сближались, яркий свет в форме дуги или кривой перепрыгивал от одного куска угля к другому. Угольные куски или угли Дэви потреблялись яростным жаром, который выделялся; но был установлен принцип, что электрический ток, так прерванный, является ярким производителем света и может быть сделан постоянно таковым, если вещество, способное сопротивляться жару, может быть заменено его угольными наконечниками, а генератор электричества достаточной мощности и экономичности в использовании может быть заменен его вольтовыми батареями или элементами.
На этих двух основах висело будущее электрического света. Первая основа, а именно вещество на концах проводов или посреди электрической цепи, которое сопротивлялось бы жару, была вскоре встречена использованием специально подготовленных и твердых графитовых угольных наконечников в форме свечей. Но вторая основа, генератор электричества, более дешевый и мощный, чем вольтов столб, не была встречена до тех пор, пока динамо-машина не достигла продвинутой стадии совершенства; то есть около 1867 года.
ELECTRIC ARC LIGHT.
Две великие основы теперь были в распоряжении, изобретение приборов электрического света шло быстро по двум линиям, завершаясь двумя системами, которые стали известны как дуговое освещение и освещение лампами накаливания. К 1879–1880 годам дуговой свет был достаточно продвинут, чтобы встретить признание в качестве осветителя для улиц, железнодорожных станций, рынков и любых больших пространств, в которых местах он стал заменой газа и других огней. Основными особенностями дугового света являются: (1.) Динамо-машина, расположенная в каком-то центральном месте для генерации электричества. (2.) Проводящие провода для переноса электричества по областям или к местам, которые должны быть освещены. (3.) Дуговая лампа, которая может быть подвешена на столбах на улицах или на проводах в магазинах и других крытых местах. Ее механизм состоит из двух карандашей или свечей из графитового угля, очень твердых и негорючих, отрегулированных выше и ниже друг друга так, что их наконечники или концы находятся очень близко друг к другу, но не в контакте. С помощью часового механизма или простого гравитационного устройства эти угольные наконечники приводятся в контакт в момент включения электрического тока, а затем слегка разделяются, как только ток нагрел их. Воздух между нагретыми наконечниками, также достигнув высокой температуры, становится проводником, и электричество перепрыгивает в форме дуги или кривой через него, делая его ярко раскаленным. Если ток будет уменьшен в силе по какой-либо причине, вышеупомянутый часовой механизм или гравитационное устройство сближает угли немного ближе; и если ток будет увеличен, угли разделяются немного шире; таким образом, устойчивость света регулируется. Существуют также различные автоматические устройства для такой регулировки близости углей и поддержания равномерности свечения. Мощность дугового света измеряется свечами. Обычный дуговой свет при двух амперах тока дает свет, равный двадцати пяти свечам, в то время как при пятидесяти амперах тока он дает свет, равный двадцати тысячам свечей. В прожекторах на борту судов, и там, где должны быть освещены очень большие площади, используются как более тяжелые токи, так и большие угли, чем в дуговых лампах для обычных уличных целей. Никакой свет не превосходит дуговой свет по яркости, за исключением магниевого света. Мало городов в этой стране и Европе, которые не используют дуговую лампу в качестве средства уличного, станционного и освещения больших площадей, благодаря ее превосходству в качестве осветителя и удивительному полицейскому эффекту, который она оказывает на районы трущоб.
Лампа накаливания, или электрическое освещение накаливанием, претерпела несколько более долгую эволюцию в руках изобретателей, чем дуговая лампа, из-за трудности нахождения вещества, подходящего для производства необходимого свечения. Открытие такого вещества может быть приписано Эдисону более полно, чем кому-либо другому. Лампа накаливания или лампа свечения — это стеклянная колба, из которой откачан воздух. В колбу проходит нить из углерода, которая после витка или двух внутри колбы выходит на конце, через который она вошла. Когда ток от вольтовой батареи посылается через эту углеродную нить, он доводит ее, в отсутствие кислорода внутри колбы, до высокого белого каления без горения. Часть этого высокого белого каления, которая излучается, является светоизлучающей энергией лампы накаливания. Металлические нити сначала пробовались в колбе, но они быстро перегорали. Углеродные нити в конце концов оказались единственными, способными сопротивляться жару. Они, кроме того, имели преимущество дешевизны и большей излучающей энергии, чем металлы. Многие вещества, такие как шелк, хлопок, волос и т. д., использовались при подготовке углеродных нитей, но было обнаружено, что полоски, вырезанные из внутренней коры бамбука, дают, когда доводятся до белого каления электрическим током и затем должным образом обработаны, самую цепкую и лучшую проводящую углеродную нить.