Чудодей электричества (стр. 1 из 2)
Чудодей электричества
Ян Шнейберг
К 140-Летию со дня рождения Ч. П. Штейнмеца
Со смертью Штейнмеца мы потеряли выдающуюся фигуру в мире электричества. В нем гениально сочетались оригинальные идеи со способностью предвидеть их практические результаты.
Предложенные им математические методы в корне изменили направления развития многих отраслей электротехники... С его смертью образовалась пустота, которую нельзя заполнить.
Из некрологов о Штейнмеце в США
Математик, ученый-электротехник, инженер и изобретатель
Имя Чарльза Протеуса Штейнмеца (1865–1923) – выдающегося американского ученого-электротехника, известно всему миру. Он был шеф-электриком крупнейшего американского электротехнического концерна — фирмы «Дженерал Электрик Компани» (GEC), и его по праву называли «самым крупным оборудованием» фирмы.
Штейнмец прославился поистине пионерскими исследованиями и изобретениями в области электротехники и электропромышленности. В нем гармонично сочетались выдающиеся качества математика, ученого-электротехника, инженера и изобретателя. Он вошел в историю науки и техники как создатель «символического» метода расчета сложных цепей переменного тока, который и в наши дни широко используется учеными и инженерами, работающими в области электротехники и радиотехники.
В 1903 г. Штейнмец разработал оригинальный высокочастотный генератор с частотой 10 килогерц для новой в то время области – радиосвязи. Им было сконструировано несколько уникальных генераторов импульсов высокого напряжения (ГИН), первый из них (1921 г.) создавал напряжение до 120 киловольт при мощности около 1 млн лошадиных сил.
Многие годы Штейнмец был профессором Юнион-Колледжа, по его учебникам учились сотни видных американских инженеров-электриков. Он был первым всемирно известным зарубежным ученым-электротехником, с восторгом воспринявшим известие о разработанном в России плане ГОЭЛРО и предложившим свою помощь в его реализации. К сожалению, преждевременная смерть помешала ему осуществить задуманные мечты!
Немецкий инженер прославляет Америку
10 апреля 1865 г. в немецком городе Бреславле (ныне город Вроцлав – Польша) в бедной рабочей семье родился мальчик, которого назвали Карлом. Много позднее, после натурализации в Соединенных Штатах Америки, где Штейнмец прожил большую часть жизни, он стал называться Чарльзом. Что касается его второго имени – Протеус, то об этом несколько позднее.
В те годы город Бреславль еще принадлежал Германии. Предки Карла были рабочими и ремесленниками – об этом говорит и сама фамилия Steinmetz (в пер. с нем. – каменотес), некоторые из них были немцами, другие – поляками.
Бедность семьи сопровождалась тяжелым недугом: отец и дядя Карла болели туберкулезом, а мать умерла от холеры, когда малышу исполнился всего один год, и его воспитывала бабушка.
Карл родился хилым, больным ребенком, уже в детстве у него обнаружилась начальная стадия костного туберкулеза и большой горб. Глядя на него,льчик станет знаменитым ученым, прославившим династию Штейнмецов.
Состояние здоровья Карла не могло не отразиться на его образе жизни, и, будучи очень смышленым ребенком, он рано начал читать, старался приобрести знания, в то время когда его сверстники занимались детскими играми. Уже в классической Бреславльской гимназии проявились его незаурядные способности, он с увлечением занимался естественными науками, математикой и иностранными языками и вскоре хорошо овладел греческим и латинским. Не имея достаточных денежных средств, он еще гимназистом занимался репетиторством.
Этот горбун с непомерно большой головой пользовался уважением среди сокурсников как очень образованный, умный и добрый человек. Небезынтересно отметить, что на уроках математики и физики он часто выступал со своими вариантами решения задач, вызывая удивление и уважение учителей.
В 1882 г. Штейнмец с отличием окончил гимназию и без экзаменов был принят на философский факультет Бреславльского университета. Очень скоро необычайно способный студент, блестяще выступавший перед своими однокурсниками и профессорами, избирается членом Математического общества при университете. Одновременно он с успехом изучает богословские науки.
Как все студенты, Штейнмец был принят в «корпорацию земляков», но в отличие от многих, увлекавшихся спортом, кутежами и дуэлями, он неустанно овладевал знаниями. Корпоранты, по традиции дававшие прозвища своим членам, нарекли Штейнмеца «Протеем» – в честь изворотливого мифического существа, способного менять свой внешний вид. Штейнмец с успехом превращался из математика в богослова, из философа в экономиста, всегда был готов ответить на любые вопросы. Позднее, переехав в Америку, он принял корпоративное прозвище в качестве своего второго имени – Протеус.
В 80-е годы в Германии заметное влияние среди молодежи приобретают социал-демократические идеи, и Штейнмец становится активным членом нелегального кружка социалистов и редактором социал-демократической газеты. Ему угрожал арест, и он был вынужден покинуть Германию, несмотря на то что начал подготовку к защите докторской диссертации. Переехав в Швейцарию, он поступает в знаменитый Цюрихский политехникум для завершения высшего образования, при этом ему пришлось преодолеть немало трудностей, в том числе и материальных.
В 1889 г. Штейнмец блестяще заканчивает Политехникум и по совету одного из друзей-американцев решается уехать в США, где нетрудно было найти работу, а полиция не преследовала социалистов.
В те годы, как писал один из биографов, США, благодаря выдающимся изобретениям Эдисона, Белла и других, стали своеобразной Меккой электротехники. Штейнмец хорошо знал историю открытий в этой новой прогрессивной области науки и техники.
Но неказистый вид Штейнмеца, незнание им английского языка и отсутствие инженерного опыта никак не способствовали устройству на работу. Ему помог знакомый по Германии – эмигрант, владевший небольшим электротехническим заводом близ Нью-Йорка.ой путь в должности чертежника с очень небольшим окладом. В то время основной областью применения электричества было освещение. Производство электрических машин и аппаратов постоянного тока осуществлялось на основе примитивной эмпирики, научных методов расчета еще не существовало. Вскоре на заводе стали изготавливать тяговые электродвигатели, и необычайно образованный чертежник не замедлил высказать предложения об улучшении конструкции этих машин. Его назначают руководителем конструкторского отдела.
Штейнмец уже свободно владел английским языком, начал производить задуманные им расчеты при проектировании машин и аппаратов и очень быстро сумел доказать целесообразность и эффективность своих методов. Он начинает посещать заседания известного Американского института инженеров-электриков, вскоре становится членом этого института, нередко выступая с содержательными сообщениями.
Однажды он публично опроверг выводы одного из видных инженеров о «реакции якоря» в машинах переменного тока. Докладчик не согласился с замечаниями и заявил: «Пусть критик покажет, как это сделать!» Штейнмец принял вызов и, произведя весьма сложные расчеты, в той же аудитории доказал свою правоту под общее одобрение слушателей, в том числе и докладчика. Этот случай невероятно быстро укрепил авторитет Штейнмеца среди специалистов.
Первым важным открытием Штейнмеца, принесшим ему мировую известность, был вывод формулы для определения потерь на перемагничивание в стальных магнитопроводах машин переменного тока (потерь «на гистерезис»). Показатель, введенный Штейнмецем, получил название «коэффициент Штейнмеца».
Как это часто бывает, вначале его выводы были восприняты скептически, но после доклада в 1892 г. в Институте инженеров-электриков были одобрены и вскоре вошли в учебники. Методы определения потерь при расчете конструкций электрических машин и аппаратов сыграли огромную роль в прогрессе электромашиностроения. Молодому ученому и инженеру-конструктору в то время исполнилось лишь 27 лет!
80–90-е годы XIX века в истории электротехники стали переломными. К этому времени были разработаны и получили разнообразное применение электрические машины и аппараты, создана первая практически пригодная лампа накаливания, построены простые и надежные трехфазные двигатели, осуществлена уникальная линия электропередач переменного тока Лауфен–Франкфурт (Германия) на огромное расстояние – 170 км при напряжении 15 кВ. Было положено начало электрификации: электрическая энергия внедрялась в промышленность, транспорт, быт и связь.
Для создания новых машин и аппаратов организуются крупнейшие электротехнические компании, заметное место среди них занимала американская фирма General Electric Company (GEC).
В 1893 г. GEC решила приобрести предприятия сравнительно небольшой фирмы, на которой работал Штейнмец. Договориться с главой фирмы было нетрудно, но как быть со Штейнмецем? «Нельзя же было, – как писал один из руководителей GEC, – внести его в инвентарный список как ценно было заинтересовать известного уже специалиста и привлечь его к работе.
Что касается Штейнмеца, то его прежде всего интересовала возможность реализовать свои новаторские идеи по проектированию машин и аппаратов переменного тока. В 1893 г. он становится ведущим специалистом фирмы GEC и переезжает в город Линн, где находился головной завод компании. Позднее центр был переведен в ставший широко известным город Скинектеди (штат Нью-Йорк).
В отличие от многих своих современников, среди которых были и известные специалисты, Штейнмец глубоко верил в будущее переменных токов и утверждал, что век постоянного тока подходит к концу.
Но сложные процессы, происходящие в цепях переменного тока, в частности, мгновенные и действующие значения, фазовые сдвиги, реактивности и т. д., казались многим ученым и инженерам не поддающимися точным расчетам. Штейнмец стремился дать инженеру «надежное орудие» – необходимые знания и умение применять их на практике.