В чем же заключалось изобретение Александра Пафнутьевича, лаборанта Московского университета, умершего еще в конце прошлого века? О чем свидетельствовали пожелтевшие страницы плотной бумаги, исписанные размашистым почерком?
В начале прошлого века физики обнаружили очень интересное явление. Оказалось, что если скрутить две какие-нибудь проволоки, но обязательно из разных металлов — например, железной и медной, а затем нагревать в пламени горелки, то на свободных концах проволок появится электрическое напряжение.
Этот очень простой физический Опыт был встречен учеными всего мира с большой радостью. Его повторяли всюду и ему бесконечно удивлялись. Уж очень заманчивым казалось все это несложное устройство, названное термоэлементом, позволяющее получать электрическую энергию нагреванием проволок…
Ученые тщательно исследовали Это явление. Прежде всего было установлено, что различные сочетания металлов дают различные электрические напряжения. Например, при одинаковой температуре нагревания от термоэлемента из железной и медной проволоки получается одно напряжение, а от термоэлемента из железной и никелевой — другое, значительно большее.
В те дАлекие времена, когда учение об электричестве еще только формировалось как самостоятельный раздел физики, было установлено, что наилучшие результаты дает термоэлемент, сделанный Из таких довольно редких металлов, как висмут и сурьма. Попытки найти еще лучшее сочетание и таким образом построить более совершенный термоэлемент на протяжении многих лет ни к чему не приводили. А ученым и практикам зарождавшейся тогда электротехники этого очень хотелось.
Действительно, если бы удалось найти такое сочетание металлов или их сплавов, чтобы построенный из них термоэлемент давал достаточно высокое напряжение, то можно было бы очень просто получать большое количество электроэнергии, пригодное уже для практических целей.
Разве можно сравнивать термобатарею, например, с динамомашиной! Для того, чтобы динамомашина давала ток, обязательно требуется двигатель, вращающий ось динамо. Поневоле получается сложная и длинная цепь, по которой должна пройти свой путь тепловая энергия дров или угля, сжигаемых в топке паровой машины, прежде чем превратится наконец в электрическую энергию.
Только представьте себе, что это за цепь! Горящее топливо нагревает воду в паровом котле. Пар приводит в движение поршни и шатуны, вращающие, в свою очередь, маховые колеса. Дальше энергия передается по бесконечному ремню от маховика паровой машины к шкиву динамомашины. Сколько различных преобразований и сколько, следовательно, потерь по пути! Казалось бы, проще нагревать в топке кончики проволок и получать от них электрический ток. В этом случае не нужны были бы ни паровые, ни иные двигатели, устройства сложные, с двигающимися и вращающимися частями, которые требуют за собой большого ухода, смазки, ремонта. С помощью термоэлементов можно было бы получать электроэнергию непосредственно от тепла сгораемого топлива, без всяких промежуточных машин, надежно и совершенно бесшумно.
Так казалось многим ученым. Но… все упиралось, как выражаются инженеры, в «коэффициент полезного действия» — способность того или иного энергетического устройства с большими или меньшими потерями преобразовывать один видэнергии в другой.
Ученые измерили и подсчитали, что самые экономные из всех термоэлементов, сделанные из металлов висмута и сурьмы, могут превратить в электричество только одну или две десятых процента энергии топлива, идущего на их нагревание! К сожалению, все другие испробованные сочетания металлов, все построенные из них термоэлементы вырабатывали совершенно ничтожное количество электрической энергии по сравнению с количеством топлива, затрачиваемого на их нагревание. Даже самые старинные паровые машины на электростанциях, пожирающие уйму угля, дров и торфа, казались совершенством по сравнению с самыми лучшими термоэлектрическими батареями.
Паровые машины, установленные на электростанциях, тоже не отличаются экономичностью: всего только пять или восемь, а редко десять — двенадцать процентов энергии сжигаемого топлива они превращают в электричество. Но ведь и пять процентов — это в пятьдесят раз больше, чем одна десятая процента! Следовательно, термоэлектрический способ получения электричества, как-бы он ни был прост, в пятьдесят раз менее выгодный. Многие годы ученые и изобретатели всего мира тщетно пытались создать такой термоэлемент, который хоть как-нибудь мог конкурировать с паровой машиной и другими двигателями, применяемыми на электростанциях. Но все было напрасно. Осуществление заманчивой идеи встречало на своем пути непреодолимые препятствия: металлов и сплавов существует в природе много, все они были перепробованы в самых различных сочетаниях, и оказалось, что лучшие результаты по-прежнему дает уже давно известный термоэлемент из висмута и сурьмы. Также давно было известно, что от этого «лучшего» термоэлемента можно получить лишь ничтожное количество электрической энергии.
Вскоре некоторые изобретатели новых термоэлементов смирились с досадной мыслью о невозможности применить термоэлектричество для практической цели.
Однако уже после того, как были бесплодно испробованы все существующие в природе металлы, сплавы и все оказалось тщетным, еще оставалось много изобретателей, не желающих бесславно покидать поле сражения с природой.
Одним из таких и был, очевидно, Александр Пафнутьевич Синявин.
А как было бы хорошо, если бы эту замечательную, простую идею можно было бы осуществить! Попробуем представить себе, о чем мечтали изобретатели во времена Александра Пафнутьевича, когда электротехника только зарождалась, а электрическое освещение было недоступной роскошью.
…Длинный зимний вечер. Топится печь, и слышно, как весело потрескивают горящие дрова. Что это за свет озаряет уютную комнату? Почему такой яркий, немигающий? Особая, усовершенствованная керосиновая лампа? Хозяин с гордостью поясняет, что свет электрический.
— Откуда? Каким образом? Неужели у вас в подвале стоит гальваническая батарея? Вы рискнули пойти на такие расходы?! — поражаются гости.
Тут надо пояснить, что во времена Александра Пафнутьевича многие изобретатели пытались разрешить проблему электрического освещения также с помощью гальванических батарей, тех самых, что теперь применяются только карманных электрических фонариках, батарейных радиоприемниках и в устаревших телефонных аппаратах. Гальванические батареи — очень дорогой источник электроэнергии. Электричество в них получается за счет расходования такого ценного металла, как цинк, а срок жизни работающей батареи ограничен небольшим количеством часов.
— Никакой гальванической батареи у меня нет! И паровой электростанции также! — с гордостью объясняет хозяин квартиры. — Извольте убедиться… Вот к этой печке, которая, как вы видите, сейчас топится, приспособлено очень простое устройство… Прошу полюбоваться! Называется — термобатарея. Тут электричество получается за счет тепла. Никаких расходов на освещение! Ведь печь, согласитесь сами, все равно надо топить!
Мечты электротехников нашего времени выглядят несколько иначе.
…Вот мощная термоэлектрическая электростанция, дающая электроэнергию промышленным предприятиям, городам, колхозам. В ее светлых и просторных залах уже не видно огромных паровых котлов, сложных и дорогостоящих машин. Каменный уголь, торф и дрова загружаются тут в маленькие топки специальных термобатарей, простых, занимающих мало места и несложных даже на вид.
Тишина царит в залах термоэлектрической станции. Тут нет быстро мелькающих шатунов паровых машин, нет колес, своими массивными спицами рассекаюших воздух, не хлопают приводные ремни, не слышно грозного гудения паровой турбины, колесо которой вращается с такой скоростью, что если бы оно каким-то образом вырвалось из турбины и покатилось по земле, не снижая скорости, то донеслось бы из Москвы в Ленинград за какие-нибудь три-четыре часа…
Только глухое гудение могучего пламени, бушующего в топках, приглушенное толстыми стенами термобатарей, чуть слышится в залах этой замечательной фабрики электроэнергии.
Выйдем с вами во двор и осмотрим подсобные помещения, полагающиеся каждой электростанции. Почему мы не видим больших бункеров, куда засыпается топливо? Почему нет широких навесов и вместительных складов, где обычно хранятся запасы угля, дров или торфа? Ведь электростанция, которую мы сейчас осматриваем, вырабатывает огромное количество электроэнергии.
Ответ на этот вопрос очень простой: тут термоэлектрическая станция. Она расходует топливо экономно, почти в пять-шесть раз меньше, чем обычная, при той же выработке электроэнергии. Здесь установлены такие термоэлементы, которые большую часть тепловой энерии, заключенной в топливе, превращают в электричество.
Покинув термоэлектростанцию, мы садимся с вами в красивую, обтекаемой формы автомашину. Почему не слышно, как шофер заводит мотор, нажимая на педаль стартера? Оказывается, что в этой машине нет бензинового мотора. Это термоавтомобиль. В топке небольшой термобатареи, скрытой под капотом машины, горит нефть, распыляемая форсункой. Электричество, вырабатываемое термобатареей, приводит в движение небольшие электромоторы, соединенные с колесами.
Шоссе, по которому почти бесшумно катит наш термоавтомобиль, пересекает железная дорога. Мимо нас мчится термоэлектрический паровоз. Над нашими головами проносится термоэлектрический самолет.
Да, многие машины и устройства совершенно преобразились бы, если бы удалось решить проблему прямого и экономного преобразования тепловой энергии в электрическую…
Что это виднеется справа от дороги? Для чего на ровной площадке установлены огромные зеркала?
Какие великаны должны в них смотреться? Нет, эти зеркала не для великанов. В них отражается солнечный свет сотни «зайчиков» от этих зеркал ложатся на специальное термоэлектрическое устройство и нагревают его. Это — солнечная электростанция. Тут световая и тепловая энергия солнца при помощи термоэлементов непосредственно и просто превращается в самую удобную для людей энергию — в электричество.
. . . . . . . . . .
Если разобраться в записях Александра Пафнутьевича, тех, что недавно попали в руки его правнука, студента энергопромышленного института Сергея Синявина, то даже, несмотря на недостающие страницы, нам станет ясно, что покойный очень много работал именно над проблемой термоэлектричества.
Александр Пафнутьевич жил и работал в то время, когда совсем недавно зародившаяся электротехника, как говорится, еще становилась на ноги. Электрическое освещение казалось многим сказочным чудом, а обыкновенный выключатель, позболяющий зажигать и гасить сразу несколько лампочек, — поразительным, почти фантастическим приспособлением. Что же касается теоретических знаний об электричестве, то в те времена еще только формировались подлинно научные взгляды, объясняющие это замечательное явление природы.
В стенах Московского университета, на глазах Александра Пафнутьевича, работал тогда знаменитый русский физик Александр Григорьевич Столетов. Быть может, скромному лаборанту приходилось принимать участие в замечательных опытах Столетова, при помощи которых ученый удивил весь мир, перекинув прочный мост между такими явлениями, как свет и электричество. Вероятно, Александр Пафнутьевич не раз присутствовал в маленькой, хорошо затемненной комнате и с волнением следил за стрелкой электроизмерительного прибора, присоединенного к несложной лабораторной установке Столетова.
Многим казалось тогда удивительным, что электрический ток может проходить прямо по воздуху, между металлической пластинкой и решеткой, как только на них упадет мощный луч света. Но стрелка электроизмерительного прибора безотказно и тотчас же сигнализировала о появлении тока, лишь только вспыхивал свет. Это устройство было первым в мире фотоэлементом «электрическим глазом», благодаря которому стало возможным впоследствии изобретение звукового кино, телевидения, сложных самоуправляемых электрических автоматов, счетчиков и браковщиков готовых изделий, передвигающихся по ленте конвейера, надежных аппаратов для измерения силы света и многих других замечательных устройств.
Вместе со Столетовым в университете работал Иван Филиппович Усагин, изобретатель первого в мире трансформатора, позволяющего преобразовывать напряжение электрического тока. Очень возможно, что Александру Пафнутьевичу приходилось даже помогать Ивану Филипповичу и они вдвоем наматывали толстую изолированную проволоку на покрытую ржавчиной пачку железных пластин.
Все это могло быть, конечно. Но нам совершенно достоверно известно лишь следующее:
Имея перед глазами такие замечательные примеры, как работы Столетова и Усагина, Александр Пафнутьевич, будучи безусловно человеком одаренным, решил и сам испробовать свои силы.
В обнаруженных записях, над которыми Александр Пафнутьевич работал, по-видимому, дома, сразу после выхода из больницы и незадолго до своей кончины, рассказывалось о многочисленных опытах, проделанных покойным лаборантом ради изобретения совершенно нового типа термоэлемента.
Отличительной чертой его смелых исследований было то, что он оставил в покое уже основательно изученные сочетания разных металлов, над чем так долго и тщетно бились многие изобретатели термоэлементов, и принялся испытывать различные окиси металлов и соли. Все эти вещества, как известно, плохо проводят электричество, значительно хуже, чем металлы, почему и, названы были издавна полупроводниками. Казалось бы, какой смысл делать термобатарею из материала, плохо проводящего электричество? Как будет протекать ток через такую батарею? Какое сопротивление встретит ток на своем пути?
Но Александр Пафнутьевич упорно шел своим путем. В числе объектов его исследований были, например, перекись марганца, окислы магния, сернокислые соединения свинца, окись меди и многие другие химические соединения. Из перечисленных материалов он прессовал длинные столбики или вырезал их из природных кристаллов, а затем собирал свои термобатареи, пользуясь для соединения столбиков проволокой из различных металлов. В записях говорится, что Александру Пафнутьевичу удалось получить более высокие электрические напряжения, чем давали самые лучшие, уже известные термоэлементы только из металлических проволок. Однако и эти электрические напряжения были явно недостаточными, чтобы воспользоваться новыми термоэлементами для практических целей.
Но вот — если верить записям — случилось чудо… Наступил момент, когда опытная термобатарея из сернистого свинца и железной проволоки вдруг заработала не так, как обычно, а во много раз лучше. Если только безоговорочно и полностью верить записям Александра Пафнутьевича, то приводимый им факт говорил ясно о том, что проблема прямого и экономного преобразования тепловой энергии в электрическую была решена Александром Пафнутьевичем полностью.
Вот почему крайне обидно, что какой-то странный шум, донесшийся из соседнего помещения, заставил Александра Пафнутьевича прервать свои замечательные опыты. И очень жаль, что не хватает следующих страниц, в которых, быть может, говорится о том, что произошло с изобретателем в соседней комнате.