Бумм!
Над Невой поднялся фонтан воды. Брызги долетели до набережной. Несколько капель упало на группу генералов, окруживших невысокого человека, склонившегося над каким-то портативным аппаратом с четырьмя ручками. От аппарата тянулись спускавшиеся в реку провода с каучуковой изоляцией.
И снова взрыв — бумм!
Взрыв мины, сконструированной Шиллингом, на дне Невы был одним из первых крупных успехов электричества.
Чуть подальше поднялся новый столб воды. Испуганные голуби взлетели над крышей адмиралтейства. Путь к созданию электрического телеграфа был открыт.
Что же все-таки произошло в Петербурге в тот день? И что общего было между взрывами на Неве и телеграфом?
Ночью двадцать четвертого июня 1812 года Великая армия Наполеона перешла через Неман и вторглась в Россию. Сотни тысяч людей, коней и повозок были брошены завоевателем Европы Наполеоном Бонапартом против последней непокоренной страны на континенте — России. Под властью Наполеона в это время находились Испания, Франция, Италия, Бельгия, Голландия, Португалия, Германия, Польша, а до недавнего времени и Египет. Наполеоновские войска продвигались вглубь страны. Они заняли Вильно, Смоленск, Москву. Северное крыло французской армии насчитывало 60 000 человек. Им командовал маршал Макдональд, которому Наполеон, не скупившийся на награды, пожаловал титул герцога Торентского. Макдональд продвигался к Петербургу. Его армия была, правда, остановлена перед стенами хорошо укрепленной Риги, где французские части натолкнулись на упорное сопротивление регулярных частей русской армии, сменивших остатки рассеянных гарнизонов и ополченцев, принявших на себя тяжесть первого удара.
Но положение оставалось напряженным. Тем более, что Петербург не был защищен с моря. Высади Наполеон свои войска близ столицы империи — кто знает — может быть, события на театре военных действий развивались бы по-иному.
Ведь Москва уже была в руках «корсиканского завоевателя», как тогда называли Наполеона. У русских не было на Балтийском море флота, который мог бы оказать сопротивление кораблям и фрегатам, построенным Наполеоном на верфях завоеванных им государств Европы. Правда, Англия, находившаяся в состоянии войны с Наполеоном, выслала в воды Балтики эскадру военных кораблей, но в их задание входило скорее наблюдение, нежели активное участие в боевых операциях. Ведь французско-русская война в известном смысле соответствовала планам английской дипломатии. Английские политики радовались, наблюдая за борьбой двух истекающих кровью континентальных гигантов. Война, ослаблявшая обе воюющие стороны, укрепляла надежды Британии на господство не только над всеми морями, но и над всем миром. Все это хорошо понимали многие русские военачальники и дипломаты. Ведь недаром фельдмаршал Кутузов, победивший Наполеона, заявил в октябре 1812 года английскому комиссару: «Наследство Наполеона не попало бы в руки России. Оно не досталось бы ни одному из континентальных государств, а его получила бы страна, которая уже сейчас владеет морями и господство которой стало бы после этого еще более несносным.»
Открытие было сделано вовремя. После вторжения Наполеона над Россией нависла смертельная опасность.
Приходилось надеяться на силу собственного оружия, а не на помощь союзников. Павлу Львовичу Шиллингу, инженеру-электрику и конструктору, было поручено организовать оборону Петербурга с моря — особенно там, где он не был защищен огнем кронштадтских батарей. Шиллинг должен был создать мины, которые могли бы взорвать в нужный момент, на расстоянии, десантные суда противника.
Мины не были новинкой в военной технике. Однако, не думайте, что они поначалу походили на мины первой или второй мировой войны, которые автоматически приближались к металлическому корпусу судна и взрывались от легкого соприкосновения с ним. Нет! Сто пятьдесят лет тому назад мина была всего-навсего герметически закупоренным, хорошо просмоленным бочонком с порохом, из которого был выведен конец фитиля. Мину надо было подвести к кораблю. Иногда, особенно в туман или при невнимательности караула на корабле, это можно было сделать на маленькой шлюпке. Но чаще всего мину толкал перед собой пловец, который осторожно, без единого всплеска, приближался к вражескому судну. Он должен был прикрепить мину к корпусу корабля, вынуть из непромокаемого мешочка кремень и кресало, зажечь фитиль. После этого храбрец, решившийся на такое дело, как можно скорее отплывал подальше от судна. Работа по установке мин была сложной, опасной и мало эффективной. Все это хорошо сознавал Шиллинг. Поэтому он решил создать мину, которую можно было бы взорвать на расстоянии нажатием кнопки, включавшей ток в электрическую цепь. Как только ток попадал из гальванического элемента в цепь, в корпусе мины в разряднике проскакивала искра. Она приводила в действие капсюль-детонатор, происходил взрыв и корабль противника взлетал на воздух…
Петербург получил новое надежное средство защиты. Все были довольны. Может быть рассказанная история выглядит слишком обыденной. О каком чуде может идти речь? Ведь в наши дни таким способом производят взрывы в любой каменоломне! Однако в опытах Шиллинга была впервые практически использована передача электрического тока на расстояние! Опыты Шиллинга открыли путь для дальнейшего использования электрического тока.
В середине XVIII века были произведены первые опыты с использованием электричества, полученного простейшими способами. Источником электрического тока служили куски янтаря или стекла, которые терли мехом или шерстяной тканью. Еще древние финикийцы, первые купцы, торговавшие янтарем в бассейне Средиземного моря, знали об этом способе получения электричества. Но только лейпцигский физик Винклер открыл в 1753 году способ передачи электрического тока по проводам. Именно это открытие позволило швейцарцу из Женевы — Лесажу сконструировать телеграф, состоявший из двадцати четырех проводов, изолированных жидким стеклом или смолой. Провод, другой конец которого подключался к источнику электрического тока, притягивал маленький шарик бузины, обозначавший определенную букву. В качестве источника тока использовалось уже не стекло и не лисий хвост, а электрическая машина.
С детских лет я мечтал о собственной электрической машине, такой же, какая стояла в школьном кабинете физики. Ручку этой машины позволяли крутить только лучшим ученикам! Мне пришлось ждать тридцать лет. Я построил такую машину для того, чтобы рассказать вам, как это делается. Ведь электрическая машина сыграла большую роль не только в создании проволочного, но и беспроволочного телеграфа. И к тому же это интереснейшая игрушка для каждого мальчишки.
Сначала я хотел сконструировать машину такую же, какая была у нас в школе, со стеклянным кругом, на котором наклеены полоски станиоля. Я нашел множество разных инструкций. В них подробно рассказывалось о том, как собрать такую машину. Во всех этих инструкциях говорилось, что сделать отверстия в стеклянном круге не сложно. Но испортив восьмое стекло и второй напильник, я отказался от этой затеи. Я сделал все по-другому.
Несколько необычная, но весьма эффективная домашняя электрическая машина.
Главная часть построенной мною машины — обыкновенная бутылка L из-под уксуса или из-под вина с вогнутым дном. Бутылку надо укрепить между двумя деревянными стоечками K1 и K2 так, чтобы она свободно вращалась. Через пробку бутылки пропущена ручка для вращения D (из толстой проволоки). Ко дну бутылки прикреплена дощечка, которую можно приклеить замазкой, дощечка упирается в винт. Снизу к бутылке прижата подушечка для трения. Это слегка выдолбленная дощечка P, на которую наклеен мех. Подушечка укреплена на двух столбиках из пластмассы или стекла, вставленных в трубки из материала-непроводника. На расстоянии примерно 3 миллиметров от верхнего края вращающейся бутылки укреплена согнутая медная проволока O, изолированная от боковой стойки стеклянным или пластмассовым стержнем S. На этой проволоке, заканчивающейся свинцовым шариком, висит лейденская банка, собирающая электрический заряд (на внешнем и внутреннем слоях обклеивающего ее станиоля). Лейденскую банку (т. е. обычную бутыль, лучше с широким горлом) следует обмазать слоем жидкого крахмального или ацетонового клея, затем обернуть слоем станиоля сантиметра на три ниже верхнего края. Внешний слой станиоля надо соединить проводом с меховой подушечкой — первым полюсом машины. Если горло банки достаточно широко, то ее следует обклеить описанным выше способом и изнутри. Если горлышко узкое, то внутреннюю станиолевую обклейку можно заменить бронзовым порошком. Его насыпают до уровня внешнего слоя станиоля. В порошок погружен провод (он может быть прикреплен и к внутреннему слою станиоля).
Этот провод соединен со вторым полюсом машины.
Итак, электрическая машина готова! Покрутим несколько раз ручкой и приблизим палец к свинцовому шарику или к проводу, спускающемуся в лейденскую банку. Ой! Щиплет так же, как электрическая машина в школе! А знаете ли вы, когда была написана инструкция, по которой мы сделали нашу машину? Более полувека тому назад…
Аппарат Лесажа, при помощи которого можно было передавать сигналы только на несколько метров, усовершенствовали Лемонд и Бекман. Их аппарат состоял из одного или двух проводов. Буквы обозначались различным количеством притяжений и отталкиваний шариков бузины или числом искр, перескакивавших между двумя полюсами лейденской банки.
Лемонд и Бекман создали весьма сложную телеграфную азбуку. Однако чем-то она уже напоминала азбуку Морзе, которая была изобретена несколькими десятилетиями позже.
Более широкие возможности открылись перед изобретателями телеграфа после создания гальванического элемента. Ученый, по имени которого был назван элемент — болонский профессор Луиджи Гальвани — сделал открытие нового источника электричества случайно. Говорят, что главная заслуга в этом принадлежит его гастрономическим прихотям.
Кроме макарон, поленты (кукурузной каши), сабайона (яичного пунша), горгонзолы (сыра) и других итальянских лакомств, Гальвани обожал любимое блюдо французских гурманов — лягушачьи лапки. Он так любил это блюдо, что всегда наблюдал за тем, как его готовит жена. В одну из таких минут он и обратил внимание на то, что от прикосновения ножа к обнаженному нерву мышцы лапки мертвой лягушки сокращаются. Гальвани вновь приблизил нож, и вновь лапка сократилась. Несколько легкомысленный и чрезвычайно самонадеянный профессор стал танцевать по кухне: «Жена! — сказал он, — Я сделал величайшее открытие всех времен! Я открыл источник жизни — животное электричество!»
Электрогальванические свойства были открыты профессором Гальвани, как выяснилось случайно.
Нам нет нужды писать о дальнейшей судьбе профессора. Все оставшиеся восемь лет жизни, вплоть до самой смерти в 1798 году, он пребывал в своем заблуждении и считал лягушачьи лапки лейденскими банками — источником электричества… Научное объяснение этому явлению дал профессор физики Павийского университета — Алессандро Вольта. В отличие от Гальвани он доверял не столько загадочным силам природы, сколько собственному уму и наблюдательности. Именно он обратил внимание на интересную деталь в опыте Гальвани. Лягушачьи лапки шевелились только тогда, когда они лежали на луженой тарелке а нерва касался стальной нож. Короче говоря, причиной возникновения электричества было соединение двух разных металлов через лапку лягушки, а не сама бедная лягушка. Созданный на основе этих наблюдений прибор, бывший в течение многих десятилетий единственным источником электрической энергии, Вольта назвал, довольно неожиданно, — гальванической батареей.
Гальваническая батарея открывала новые возможности перед наукой. Как ни странно, первым это поняло австрийское правительство, никогда не отличавшееся особой любовью к изобретателям и новым открытиям. Но это имело свои причины. В 1809 году Австрия готовилась к новой войне против Наполеона. За последние тринадцать лет она уже трижды терпела поражение от наполеоновских войск. Однако император Франц и эрцгерцог Карл, главнокомандующий австрийской армией, возлагали большие надежды на новую обстановку, сложившуюся в Европе. В разных странах разгоралось пламя борьбы против наполеоновского гнета. Испанский народ сражался с необыкновенным мужеством против захватчиков, отличавшихся редкой жестокостью по отношению к мирному населению, расстреливавших мужчин, женщин, разрушавших города и деревни. Крестьянин Андрей Гофер с небольшим отрядом партизан начал борьбу против наполеоновских солдат в Тироле. Гусарский полк майора Шилла разъезжал по дорогам Пруссии, нападая на французские разъезды и обозы. Не следует, однако, думать, что война, которую австрийское правительство готовило против Наполеона, преследовала национально-освободительные цели. Австрийское и венгерское дворянство считало Наполеона своим смертельным врагом, так как в странах, которые он завоевывал, была ликвидирована или ограничена абсолютная власть феодалов. Австрийский двор не мог забыть, что Наполеона породила французская революция и что многие французы в нем все еще видели носителя идей свободы, равенства и братства.
У австрийской армии было немного шансов выиграть войну с Наполеоном. На границах Австрии стояло 300 000 наполеоновских солдат, которыми командовали такие опытные маршалы как Даву, Массена, Ланн. Французские полки были хорошо обучены, командовавшие ими офицеры были опытными командирами. Старая гвардия, закаленная во многих сражениях, была дисциплинированной и непоколебимой силой. Врагу трудно было расстроить ее ряды. Старые бойцы своим героизмом вдохновляли молодых новобранцев, которые пополнили ряды Великой Армии. У Наполеона было и еще одно важное преимущество — блестяще работающий телеграф Шаппа. Именно он позволял быстро передавать приказы и сообщения, вызывать подкрепления, вводить в действие резервы, управлять государством независимо от местонахождения императора. Австрийский император и его генералы в треуголках хорошо сознавали значение телеграфа Шаппа. Поэтому они и решили создать нечто подобное или даже более совершенное в своей стране. Строительство линий оптического телеграфа требовало много времени. А война стучалась в двери. Строить станции, обучать их персонал, было некогда. Тогда-то члену Мюнхенской академии наук — Томасу Зоммерингу поручили немедленно создать телеграф, который мог бы служить в мирное время, но прежде всего в годы войны.
Зоммеринг отказался от идеи оптического, звукового и флажкового телеграфа. В союзники себе он решил взять электричество. Будучи хорошо знаком с опытами своих предшественников, он понимал, что с помощью шариков бузины телеграфа не построить. А что, если использовать новое открытие — разложение воды электрическим током на водород и кислород? Зоммеринг закрылся в своем кабинете. Вокруг лежали мотки проволоки, стеклянные трубки, звонки — добрая половина инвентаря химической и физической лабораторий. Несколько дней из-за дверей кабинета доносились звуки пилы, молотка и ругательства. Потом из дверей выбежал заросший и растрепанный Зоммеринг.
— Мне нужно пятнадцать серебряных талеров, но только сейчас же, — обратился он к кассиру Академии.
— Простите, господин профессор, но ваша зарплата уже …
— Не беспокойтесь о моей зарплате! Мне нужно пятнадцать талеров для моего аппарата. И не канительтесь, а то вам придется объясняться с генералами!
Кассир в волнении отсчитал деньги. Его не переставало беспокоить, кто же все-таки оплатит эти непредвиденные расходы.
Зоммеринг подбросил монеты. — Прекрасно! Брабантские талеры доброй чеканки! Почти чистое серебро. А теперь еще один золотой дукат!
Прибор Земмеринга был сложнее. Для его конструирования были необходимы серебряные талеры и даже золотой дукат.
Бедняга кассир умоляюще протянул руки: — Господин профессор, бога ради, не губите меня!
— Не волнуйтесь. Я расплачусь с вами до последней копейки.
Захватив талеры и дукат, профессор исчез. На следующий день телеграф был готов. Он передавал сообщения на расстояние до 250 метров, а через несколько дней почти до 700 метров. Зоммеринг соединил передатчик с приемником двадцатью семью проводами: двадцать пять для передачи букв, двадцать шестой для точки, двадцать седьмой длязнака повторения. Провода подключались к усовершенствованному гальваническому элементу, известному под названием «столб Вольта». Этот элемент состоял из пятнадцати брабантских талеров (кассир пришел в ужас, когда увидел, что в каждом из них просверлена дыра) и цинковых пластинок. Серебряные монеты и цинковые пластинки были отделены друг от друга войлоком, намоченным в соляной кислоте. Приемник представлял собой стеклянную ванночку, в которую были выведены все двадцать семь проводов. Их концы для лучшей сохранности были покрыты золотом. Как видите, пригодился и золотой дукат. Каждой букве соответствовал определенный провод, ванночка была наполнена водой. Когда «телеграфист» хотел передать сообщение, он подключал один провод к положительному, а другой к отрицательному полюсу Вольтова столба. На другом конце от позолоченных кончиков проводов, обозначавших буквы, начинали отделяться пузырьки кислорода и водорода. Вначале записывалось буквенное обозначение провода, от которого отделялось больше газа — водорода, затем второго провода, от которого отделялось вдвое меньше пузырьков — кислорода. Впоследствии Зоммеринг усовершенствовал свой телеграф. Выделение кислорода происходило у одного из краев ванны и соответствующие буквы обозначались только пузырьками водорода.
В телеграфе Зоммеринга было два интересных новшества, использованных в будущих конструкциях: шелковая изоляционная обмотка проводов и сигнальное устройство (звонок), оповещавшее о начале передачи.
Именно это сигнальное устройство заслуживает внимания. По сложности своей конструкции оно характерно для времени, когда из-за несовершенства техники для переноса силы использовались самые неожиданные приспособления: клапаны парового котла открывались и закрывались мальчиком, дергавшим за веревочку, а чертежи величайших открытий нередко напоминали фантастические рисунки. Перед началом передачи продолжительное время телеграфировались буквы B и C. Над тем местом, куда были выведены концы соответствующих проводов, находилось нечто вроде ложечки. После того, как под ложечкой набиралось достаточное количество газа, она приподнималась. Рычаг «ложечки» наклонял палочку, на которую был надет стальной шарик. Шарик соскальзывал в воронку, а из нее падал на рычаг заведенного «будильника». Тот начинал звонить. Дремавший телеграфист просыпался и обращал свой взор к пузырькам поднимающегося газа…
Телеграф Земмеринга. Точная схема с изображением любопытного сигнального механизма.
С самого начала телеграф Зоммеринга был только интересной технической игрушкой, мало пригодной для практического использования. Пузырьки образовывались неравномерно. Из-за этого часто возникала путаница. Передачи продолжались очень долго. Аппарат часто портился, не говоря уже о том, что пучок из двадцати семи проводов стоил дорого и его укладка была нелегким делом. Неудача постигла и Швейгера, который предлагал пользоваться двумя проводами и условной азбукой.
Зоммеринг не смог оказать Австрии существенной помощи. Армия императора Франца, начавшая четырнадцатого апреля 1809 года войну против Наполеона, после нескольких сражений была шестого июля разбита наголову под Варгамом. Австрия проиграла свою четвертую войну с Наполеоном. После поражения вспоминать о былой вражде с «Его милостивейшим Величеством» императором Наполеоном Бонапартом было не принято. Обиженный полнейшим отсутствием интереса к своему изобретению, Зоммеринг предложил его… французской академии. Как и следовало ожидать, в ответ на это предложение пришел отказ. Кто станет портить себе зрение, разглядывая какие-то маленькие пузырьки? Телеграф Шаппа действовал надежно и быстро. Его никогда не удастся превзойти! И уж во всяком случае его не заменит это, ну как его называют — «электричество».
Пророки и на этот раз ошиблись.
После того, как мы построили электрическую машину, сделать гальванический элемент, простейший источник электрического тока, не составит большого труда.
Свернем цинковую пластинку в трубочку так, чтобы она легко входила в банку из-под горчицы или в стакан. К одному из концов цилиндрика прикрепим круглую пластинку из пластмассы. В центре пластмассовой пластинки сделаем отверстие, в которое вставим уголек толщиной примерно в 10 миллиметров (его можно купить в магазине электротехнических товаров — это «уголек» для электрической дуги). Все сооружение погрузим в стакан, наполненный на три четверти насыщенным раствором нашатыря (хлорида аммония) в дистиллированной воде. Нашатырь растворим в воде, помешивая ложечкой до тех пор пока… он продолжает растворяться, т. е. до полного насыщения раствора. Элемент готов. Через провод, прикрепленный к обоим электродам — цинковому (отрицательному) и угольному (положительному) — проходит ток напряжением приблизительно в полтора вольта! Если вы хотите получить большее напряжение, то вам нужно соединить несколько элементов последовательно один за другим.
