Создание первого электродвигателя

1. Введение.

XX век - этомир техники.Могучие машиныдобывают из недр землимиллионы тоннугля , руды , нефти.Мощные электростанциивырабатывают миллиардыкиловатт-часовэлектроэнергии.Тысячи фабрики заводовизготавливаютодежду , радиоприемники, телевизоры, велосипеды, автомобили, часы и другуюнеобходимуюпродукцию .Телеграф , телефони радио соединяетнас со всеммиром . Поезда, теплоходы ,самолеты сбольшой скоростьюпереносят насчерез материкии океаны .А высоконад нами , запределамиземной атмосферы, летают ракетыи искусственныеСпутники Земли.Все это действуетне без помощиэлектричества.

Человек началсвое развитиес присвоенияготовых продуктовприроды . Ужена первом этаперазвития онстал применятьискусственныеорудия труда.

С развитиемпроизводстваначинают складыватьсяусловия длявозникновенияи развитиямашин. Сначаламашины , как иорудия трудалишь помогаличеловеку в еготруде .Затемони стали постепеннозаменять его.

В феодальныйпериод историивпервые в качествеисточникаэнергии былаиспользованасила водяногопотока. Движениеводы вращаловодяное колесо, которое в своюочередь приводилов действиеразличныемеханизмы .Вэтот периодпоявилосьмножестворазнообразныхтехнологическихмашин. Однакоширокое распространениеэтих машинчасто тормозилосьиз-за отсутствиярядом водяногопотока .Нужнобыло искатьновые источникиэнергии , чтобыприводить вдействие машиныв любой точкеземной поверхности. Пробовалиэнергию ветра, но это оказалосьмалоэффективным.

Стали искатьдругой источникэнергии . Долготрудилисьизобретатели , много машиниспытали - ивот , наконец, новый двигательбыл построен. Это был паровойдвигатель. Онприводил вдвижениемногочисленныемашины и станкина фабрикахи заводах .Вначале XIX векабыли изобретеныпервые сухопутныепаровые транспортныесредства -паровозы.

Но паровыемашины былисложными ,громоздкимии дорогимиустановками. Бурно развивающемусямеханическомутранспортунужен был другойдвигатель -небольшой идешевый . В 1860 г. француз Ленуар, использовав конструктивныеэлементы паровоймашины , газовоетопливо иэлектрическуюискру для зажигания,сконструировалпервый нашедшийпрактическоеприменениедвигательвнутреннегосгорания .

Все этидвигателитребовалитоплива , и ученыев то же времяработали надизобретением двигателя ,работающегона электричестве- электродвигателя - бесшумногои небольшого. Первый электродвигательсконструировалрусский ученыйБ.С. Якоби.

В настоящеевремя жизньчеловечествабез электродвигателятрудно представляется. Он используется в поездах ,троллейбусах,трамваях .Назаводах и фабрикахстоят мощныеэлектрическиестанки .Электромясорубки, кухонные комбайны, кофемолки,пылесосы - всеэто используетсяв быту и оснащеноэлектродвигателями.

На мой взглядизобретениеэлектродвигателя- есть одно изважнейшихдостиженийестествознанияXIX столетия . Ктому же , этазаслуга принадлежитрусскому ученому.Важность этогооткрытия очевидна: электроэнергиястала в нашевремя доступнойи дешевой . Благодарясети электропроводов, ее можно подвестифактическив любую точкуземного шара.

Если в концепрошлого векасамая распространеннаясейчас электроэнергия-электрическая- играла ,в общем,вспомогательнуюи незначительнуюв мировом балансероль , то уже в1930 г. в мире былопроизведенооколо 300 млрд.киловатт-часовэлектроэнергии.Вполне реаленпрогноз , покоторому в 2000г. будет произведено30 тыс. млрд.киловатт-часов.

Процессуоткрытияэлектродвигателяя и посвящаюмою работу.

2. Предысторияэлектродвигателя.

Сложныйи трудный путьпрошла наукао гальваническомэлектричестве,прежде чем былсоздан первый практическипригодныйэлектродвигатель.В нем как в фокусезеркала сконцентрировалисьвсе важнейшиеоткрытия иизобретениямногих ученыхразных стран20-х и 30-х гг.XIX в. Всеначалось ссоздания первого источникапостоянногоэлектрическоготока -вольтова столба,с изученияхимических,тепловых имагнитныхдействий токаи с установлениязаконов электрическойцепи. Важноезначение длявсей электротехники,для предысторииэлектродвигателяимело изучениемагнитныхдействий тока.Впервые фактдействияэлектрическоготока на магнитнуюстрелку твердобыл установленГ. X.Эрстедом.

Интеpеcнa историяэтого открытия. Идею о cвязимежду электрическимии магнитнымиявлениямиЭpcтед высказалеще в первомдесятилетииX1X в. Oн полагал,что в явленияхприроды, несмотряна все их многообразие, имеются сходство,что все онисвязаны междусобой. Pyкoвoдcтвyяcьэтой идеей, онпоставил передсобой задачувыяснить наопыте, в чем эта связьпроявляется.

Эрстед открыл, что если надпроводником, направленнымвдоль земногомеридиана ,поместитьмагнитнуюстрелку , котораяпоказываетна север , и попроводникупропуститьэлектрическийток , то стрелкаотклоняетсяна некоторыйугол .

После того, как Эрстедопубликовалсвои открытия, многие физикизанялисьисследованиемэтого явления.Французскиеученые Био иСавар постаралисьустановитьзакон действиятока на магнитнуюстрелку , т.е.определить, как и от чегозависит сила, действующаяна магнитнуюстрелку , когдаона помещенаоколо электрическоготока .Они установили, что сила действующаяна магнитныйполюс ( на конецдлинного магнита)со стороныпрямолинейногопроводникас током направленаперпендикулярнок кратчайшемурасстояниюот полюса допроводника, и модуль ееобратно пропорционаленэтому расстоянию.

Познакомившисьс работой Биои Савара можнобыло заметить, что для расчета«магнитной»силы , т.е. , говорясовременнымязыком , напряженностимагнитногополя , полезнорассматриватьдействие оченьмалых отрезковс током на магнитныйполюс. Из измеренийБио и Савараследовало, чтоесли ввестипонятие элементапроводника Dl, то сила DF, действующаясо стороныэтого элементана полюс магнита, будет пропорциональнаDF~ (Dl/r²)*Sina,где Dl - элемент проводника, a- угол , образованнымэтим элементоми прямой , проведеннойиз элементаDlв точку , в которойопределяетсясила , а r - кратчайшеерасстояниеот магнитногополюса до линии , являющеесяпродолжениемэлемента проводника.

После того, как было введенопонятие силытока и напряженностимагнитногополя , этот законстали записыватьтак :

?H= k*(I ?l/r²)*sin,

где ?H- напряженностьмагнитногополя , I –сила тока , а k– коэффициент , зависящий отвыбора единиц, в которыхизмеряютсяэти величины.В международнойсистеме единицСИ этот коэффициентравен 1/4p.

Рис. А. OпытAмпepa по взаимодействиютоков,

Hoвый важнейшийшаг в исследованииэлектромагнетизмабыл сделанфранцузскимученым Ампером(1775— 1836) в 1820 г,

Paздyмывaянад открытиемЭpcтeдa, Aмпep пришелк coвepшенно новымидеям, Oн предположил,что магнитныеявления вызывaютcявзаимодействиемэлектрическихтоков. Kaждыймагнит представляетсобой системузамкнутыхэлектpичеcкиxтоков, плоскостикoтopыx перпендикулярныocи магнита,Bзaимoдeйcтвиeмагнитов ,ихпритяжениеи oттaлкивaниеобъясняютсяпpитяжeниeм иотталкиванием,cyщecтвyющими междутоками. Зeмнoймагнетизм такжеобусловленэлектрическимитоками, которыепротекаютв земном шape. Этaгепoтизa требовала,конечно, опытногопoдтвеpждeния.И Aмпep проделалцелyю cepию oпытoвдля ее oбocнoвaния.

Пepвыe oпытыAмпepa заключалисьв обнаружениисил, действующихмежду проводниками,по которымтечет электрическийток. Опыты показали,что два прямолинейныхпроводникас током, расположенныепараллельнодруг другу,притягиваются,если токи в нихимеют одинаковоенаправление,и отталкиваются,если направлениетоков противоположно(рис. А).

Ампepпoкaзaл тaкже,чтo витoк c тoкoми cпиpaлевидныйпpoвoдник c тoкoм(coленoид)ведyт ceбя кaкмaгниты. Двa тaкиxпрoвoдпикa пpитягивaютcяи oттaлкивaютcяпoдoбнo двyм мaгнитнымcтpелкaм (pиc.Б).

Рис Б. Рамкас током (слева)и соленоид стоком (справа)

В опытахАмпера

Свои первыесообщения орезультатахопытов Амперсделал на заседанияхПapижcкoй академиинаук осенью1820 г. Пocлe этогоон занялсяразработкойтеории взaимoдейcтвияпроводников,по которымтечет электрическийток.

Ампер решилв основу теориивзаимодействиятоков положитьзакон взaимoдейcтвиямежду элементaмитоков. Нужноотметить, чтоАмпер говорилуже не простоо взаимодействииэлементовпроводников,как Био и Савар,а о взаимодействииэлементовтоков, так какк тому времениуже возниклопонятие силытока. И это понятиеввел сам Aмпep.

следуя взглядамтого временио подобии элементарныхсил силам тяготения,Ампер пpeдпoлoжил,что сила взаимодействиямежду элементамидвух токовбудет зависетьот расстояниямежду ними идолжна бытьнаправленапо прямой,соединяющейэти два элемента.

проведябольшое числоопытов по определениювзаимодействиятоков в проводникахразличной формыи пo-paзнoмy расположенныхдруг относительнодруга, Aмпep в концеконцов определилискомую силу.подобно силетяготения онаоказаласьобратно пропорциональнойквадрату расстояниямежду элeментaмиэлектрических токов. В отличиеот силы тяготенияее значениезависело ещеи от относительнойориентацииэлементовтоков.

формулу,которую получилАмпер, мы приводитьне будем. онаоказаласьневерной, потомучто он заранеепредположил,что сила взauмoдейcтвиямежду элементамитоков должнабыть направленапо прямой,соединяющейэти элементы.Ha самом же делеэта сила направленапод углом кэтой прямой.

однако вследствиетого что Aмпepпроводил опытыс замкнутымипостояннымитоками, он получалпри расчетахпо своей формулеправильныерезультаты.Оказывается,что для замкнутыхпроводниковформула Ампераприводит к темже результатам,что и исправленнаявпоследствииформула, выражающаясилу взаимодействиямежду элементамитоков, котораяпо-npежнeмy носитназвание законаАмпера.

Огромнуюроль в наукеоб электричествесыграл созданныйУ. Стердженомв 1825г. первый электромагнит.Его устройствобыло простым.Он представлялсобой стерженьиз мягкогожелеза, покрытогодля изоляциилаком, на которыйбыла намотанапроволока. Посравнению сраспространеннымитогда постояннымимагнитами этотэлектромагнитобладал значительнымипреимуществами,так как давалболее сильныйэффект.

Новый этапв развитииэлектротехникинеразрывнобыл связан сименем М. Фарадея.Электрическийток вызывалмагнитныедействия, ивполне естественнобыло предположить,что и магнитныеявления могутвызвать появлениеэлектрическоготока. В1831 г. в результатемноголетнихопытов М. Фарадеюудалось осуществить«превращениемагнетизмав электричество».Так было сделаноодно из великихоткрытийXIX в.открытиеэлектромагнитнойиндукции, оказавшееогромное воздействиена все последующееразвитиеэлектротехники.

ОпытамиФарадея былоустановлено,что электромагнитнаяиндукция возникаеткак в неподвижномпроводнике,находящемсяв изменяющемсямагнитном поле,так и в проводнике,который перемещаетсяв неизменноммагнитном поле.Введя понятиео магнитныхсиловых линиях,образующихмагнитное поле,ученый доказал,что наведениетока в проводникебудет происходитьтолько тогда,когда изменяетсямагнитный потокчерез контур.Открытиеэлектромагнитнойиндукции даловозможностьФарадею понятьи причину вращениямагнитнойстрелки привращении диска,т. е. причинуявления, открытогоАраго. Он объяснилэто взаимодействиемнаводимых вдиске токовс магнитнымполем. На основеизучения опытаАраго зародиласьидея созданиянового источникаэлектрическойэнергии, котораяпрактическибыла реализованатолько во 2-йполовинеXIX в.

В1834 г. электротехникаобогатиласьновым фундаментальнымзаконом, открытымЭ. X.Ленцем. Обобщаяопыты Фарадеяпо электромагнитнойиндукции, онв результатесвоих исследованийсформулировалзакон, дававшийвозможностьточно определитьнаправлениеиндуцированноготока. Так впервыев науке былсформулированфундаментальныйпринцип обратимости.Ленц не толькотеоретически,но и экспериментальнодоказал, что,если вращатькатушку междуполюсами магнита,она будетгенерироватьэлектрическийток, и наоборот,если в нее послатьток, она будетвращаться. Этообстоятельствозначительнопозднее сыгралорешающую рольв развитиивсего электромашиностроения.

В30-50-х гг.XIX в. одновременнос разработкойтеоретическихпредпосылок,необходимыхдля созданияпервых электродвигателейи первых генераторовэлектрическоготока, в рядестран ученыеи изобретателинастойчивопытались практическиреализоватьэти предпосылки.Началось ссоздания физическихприборов, спомощью которыхможно былотолько опытнымпутем демонстрироватьпреобразованиеэлектрическойэнергии вмеханическую.Первый такойприбор былпостроен Фарадеемв 1821г. С его помощьюученый установил,что электрическийток, проходящийпо проводнику,может заставитьэтот проводниксовершатьвращение вокругмагнита или,наоборот, вызыватьвращение магнитавокруг проводника.Важнейшеезначение этогоопыта заключалосьв том, что оннаглядно показалпринципиальнуювозможностьпостроенияэлектродвигателя.

В1824 г. П. Барлоутакже нагляднос помощью другогоприбора продемонстрировалвозможностьпревращенияэлектрическойэнергии вмеханическую.Он расположилгоризонтальнодва П-образныхпостоянныхмагнита и подними поместилдва медныхзубчатых колесика,сидящих наодной оси. Когдачерез колесикипропускалсяток, они начиналивращаться водном и том женаправлении.Ученый при этомзаметил, чтоперемена полярностиконтактов илиперемена полюсовмагнитов изменяланаправлениевращения колесиков.Этот приборвошел в наукупод названием«колеса Барлоу».В настоящеевремя он используетсятолько в качестведемонстрационногоприбора. Практическогозначения колесоБарлоу не имело.Однако в 20-х гг.XIXв. прибор сыгралсвою роль, направивпоиски экспериментаторовна созданиепрактическипригодногоэлектродвигателя.

Интереснаямодель электродвигателяв 1831г. была предложенаД. Генри в статье«О качательномдвижении,производимоммагнитнымпритяжениеми отталкиванием».Конструктивноформа, предложеннаяГенри, интереснатем, что в нейвпервые быласделана попыткаиспользоватьпритяжениеразноименныхи отталкиваниеодноименныхмагнитныхполюсов дляполучениякачательногодвижения. Вмодели, построеннойученым, электромагнитсовершал75 качанийв минуту, а мощностьдвигателя быларавна0,044 Вт. Поэтомуо его практическомприменениине могло бытьи речи.

В том же1831 г. электродвигательс качательнымдвижением якорямежду полюсамимагнита .былпредложен С.Даль-Негро.

В моделяхэлектродвигателейГенри и Даль-Негробыл использованпринципвозвратно-поступательногодвижения. Наэтом же принципеработал паровойдвигатель. Обисключительнойживучести этойидеи говоряти такие факты:первые изобретателипарохода предлагалииспользоватьпаровой двигательдля приведенияв движениевесел с тем,чтобы заменитьгребцов, а первыеизобретателипаровоза хотелисоздать передвигающийсямеханизм, подражающийдвижению ноглошади.

3. Созданиепервого электродвигателя

Идея Генрии Даль-Негровначале довлелаи над БорисомСеменовичемЯкоби(1801-1874) , петербургскимакадемиком. «В мае1834 г. пишетученый,-я построил свойпервый магнитныйаппарат, дающийпостоянноекруговое движение...Но я не мог сначалаотказатьсяот идеи получитьвозвратно-поступательноедвижение,производимоепоследовательнымпритягивающими отталкивающимдействиеммагнитныхстержней, азатем уже превратитьэто возвратно-поступательноедвижение впостоянноекруговое известнымв технике способом».

Но былобы невернымсчитать, чтоидея созданияэлектродвигателяс вращательнымдвижениемвпервые былавыдвинутаЯкоби. Ее высказалв 1833г. английскийученый В. Риччив своей статье«Опытные исследованияпо электромагнетизмуи магнитоэлектричеству».Для изученияи иллюстрациисвойств магнитаРиччи создалприбор, в которомему с помощьюмагнита удалосьполучить вращательноедвижение железнойполосы, обвитойпроволокой,по которойпротекал ток.«Самый поразительныйрезультат,-писал онкоторыймною был полученпри переменеполюсов электромагнита,заключаетсяв сообщениимагниту вращательногодвижения вокругего центра».

Неизвестно,знал Якоби омодели электродвигателейРиччи или нет,но вполне вероятно,что он независимопришел к выводуо необходимостисоздания двигателяс вращательнымдвижением. Онправильнооценил всепреимуществатакого двигателя.В отличие отсвоих предшественниковЯкоби сразуже решил создатьне очереднуюфизическуюигрушку, а такойдвигатель,который былбы пригодендля практики,«для нуждпромышленностии жизни». «Яуже не говорюо крайней простотемагнитнойМашины писалученыйс круговымбеспрерывнымдвижением, оконструктивныхее преимуществахи легкостипревращениякруговогодвижения вовсякое другое,какого требуетданная рабочаямашина. Я с самогоначала былпроникнут этимимыслями, ещекогда я непредставлялсебе, какимобразом мнеудастся осуществитьсвою машину;я тогда имелв виду практическоеее применение,и задача представляласьмне настольковажной, что яне хотел тратитьсилы на выдумываниеигрушек свозвратно-поступательнымдвижением,которые удостоилисьбы чести бытьпоставленнымив один ряд сэлектрическимзвонком в отношенииих эффекта».

Историческаязаслуга Якобизаключаетсяв том, что онруководствовалсяне отвлеченныминаучнымирассуждениями,а как инженерисходил изпрактическихзапросовпроизводства,которые и побудилиего серьезнои вдумчивозаняться созданиемнеобходимогодля промышленностии транспортадвигателя. Освоем изобретенииЯкоби впервыесообщил в конце1834 г. в «Заметкео магнитноймашине, в котороймагнетизмиспользуетсякак двигательнаясила». Она быланапечатанав трудах ПарижскойАкадемии наук.

Подробноеописание своегоэлектромагнитногодвигателя Якобидает в двухчастях. Первуюиз них он печатаетв 1835г. в Потсдаме- городе,где родился,под названием«Мемуары опримененииэлектромагнитнойсилы к движениюмашин», а вторую- в качествепродолженияпервой под темже названиемв 1837г. втрудах ПетербургскойАкадемии наук.Интерес к изобретениюЯкоби был всеобщим.У него сразуже нашлись иподражатели.В Петербургео его двигателестало известноуже в1834 г. из статьи,напечатаннойв №10 «Журналамануфактури торговли»и в газете,издаваемойв столице нанемецком языке«St-Petersburg Zeitung».

Что жепредставлялсобой первыйобразец электродвигателяЯкоби? Ученыйкратко описалего так: «Аппаратсостоит из двухгрупп по8 стержнеймягкого железа,длиной по7 дюймов(177,8 мм.)и толщиной1 дюйм(25,4 мм..).Обе группыстержнейрасполагаютсяна двух дискахпод прямымуглом и симметричноодна по отношениюк другой такимобразом, чтобыполюсы приходилисьодин противдругого. Одиниз дисков неподвижен,а другой вращаетсявокруг некоторойоси, благодарячему группаподвижныхстержней проходитмимо неподвижныхна возможноболее близкомрасстоянииот них. Все16 стержнейобмотаны320 футами(96 м..)медной проволокитолщиной в однус четвертьюлинии(3,17 мм.);концы обмотоксоединяютсяс полюсамигальваническойбатареи... Успешнаяработа этоймашины обусловленаудачной конструкцией...коммутатора,осуществляющегоперемену полюсоввосемь раз заодин оборот».Двигатель могподнимать грузмассой примерно4- б кг навысоту около30 см в секунду,что составляломощность около15 Вт. Он давал80-120 оборотовв минуту. Окружнаяскорость подвижногодиска быларавна1,8 м/с. Величиназазора междуполюсами магнитаравнялась12,7 мм. Подвижнойдиск с электромагнитамиимел массу20 кг. В качествеизоляции сердечникаэлектромагнитовиспользоваласьшелковая материя.Для питанияэлектромагнитовприменяласьгальваническаябатарея (рис.1)

рис. 1.

Такимибыли главныеконструктивныеэлементы ипараметрыэлектродвигателяЯкоби, построенногоим в 1834г. Но не онихарактеризовалипринципиальноновые физическиепринципы, положенныеученым в основусвоего выдающегосяизобретения.Главное, чегоудалось добитьсяЯкоби в результатеего напряженныхтворческихпоисков, заключалосьв том, что онобеспечил всвоем двигателевращательноедвижение подвижногодиска, котороеосновывалосьна взаимодействииполюсов электромагнитовподвижногодиска и электромагнитовнеподвижнойрамы. Это новшествоученый считалодним из главныхдостоинствсвоего двигателя.Он с гордостьюотмечал, чтов его двигателедля движениядиска применялись«новые силы»,не использованныееще в практике.«Машина,-писал он,-даетнепосредственноекруговое движение,которое гораздолегче преобразоватьв другие видыдвижения». Какэто было имосуществленопрактически,можно без трудапонять израссмотренияследующих двухосновных схем.

ДвигательЯкоби состоялиз двух группП-образныхэлектромагнитов.Восемь из них,установленныхна неподвижнойраме, были соединеныпоследовательнои питалисьтоком непосредственноот батареигальваническихэлементов,причем направлениетока в этих;электромагнитахоставалосьпостоянным.Восемь электромагнитов,установленныхна подвижномдиске, были подключенык батарее черезкоммутатор,с помощью которогонаправлениетока в каждомиз них изменялось8 раз заодин оборотдиска.N_1,S_1,и N₂полюсы электромагнитовподвижногодиска,N’₁,S’₁иN'₂-полюсыэлектромагнитовнеподвижнойрамы (рис 2.) .Обмоткаэлектромагнитов,чтобы не усложнятьсхем, не показана.

рис.2

Передзапуском двигателяодноименныеполюсы устанавливаютсядруг противдруга . Посленачальноготолчка привключениибатареи электромагнитN ₁будетотталкиватьсяот одноименногополюса N’₁и притягиватьсяполюсомS‘₁В результатетакого взаимодействияполюс электромагнитаN₁станет противполюса электромагнитаS’₁и по инерциипройдет несколькодальше.В этот моменткоммутатор(действиеего будет рассмотренопозднее) произведетпереключениеполюсов батареи,и по обмоткеэлектромагнитовподвижногодиска будетпроходить токобратного направления.Вследствиеэтого полярностьполюсов электромагнитовподвижногодиска изменитсяи полюсN₁,ставший теперьполюсом, одноименнымс полюсомS’₁, будетот него отталкиваться.Аналогичныйпроцесс будетпроисходитьи при взаимодействииостальныхполюсов электромагнитов,расположенныхна подвижномдиске и нанеподвижнойраме. Такоепериодическоеизменениеполюсов электромагнитовв подвижномдиске8 раз заодин оборотпри наличииинерции будетподдерживатьнепрерывноевращение какподвижногодиска, так ивмонтированногов его центррабочего валаэлектродвигателя.

Талантливыйинженер такостроумно решилвопрос о вращательномдвижении рабочеговала. Якобипервым в наукеоб электричествеобосновал всеважнейшиепреимуществатакого движениядля всех электродвигателейи убедительнопоказал нецелесообразностьиспользованияв них возвратно-поступательногодвижения. Историяполностьюподтвердилаисключительнуюплодотворностьэтой идеи. Всеэлектрическиемашины со времениЯкоби сталистроиться свращательнымдвижением якорядвигателя.

рис. 3

Новой,чрезвычайноважной, техническицелесообразнойглубоко продуманнойчастью электродвигателяЯкоби был коммутатор,созданный имспециальнодля того, чтобыпериодическиизменять полярностьподвижныхэлектромагнитов.Техническиэта идея былаосуществленатак. Коммутатор,схема которогопоказана нарисунке3, состоялиз четырехмедных колец1-4,насажанныхна рабочий валэлектродвигателя.Кольца попарносоединялисьмедными трубкамиff. на осивала, закреплялисьтрубкойgиз изолирующегоматериала ивращалисьвместе с валом.Каждое из колец,смещенных на45° по отношениюк предыдущему,имело4 выреза,которые заполнялисьвкладками из

изолятораh.Поверхностьколец былахорошо отполированнойи ровной. Поэтой поверхностипри вращенииколец скользилконтактныйрычаг г,представлявшийсобой своеобразнующетку. Другойконец рычагаопускался вчашечку сортутьюk,которая соединяласьпроводникомс батареей.Металлическиекольца былисоединены сэлектромагнитамивращающегосядиска. При еговращенииметаллическиерычаги, попадаяна непроводящиечасти колец,прерывали цепь,а при соприкосновениис металломзамыкали ее.Когда рычагпереходил снепроводящейчасти на металл,т. е. в тот момент,когда встречалисьразноименныеполюсы, в обмоткахэлектромагнитов,установленныхна подвижномдиске и последовательносоединенных,менялось направлениетока.

Коммутаторбыл сконструированЯкоби так, чтополярностьэлектромагнитовизменялась8 раз заодин оборотрабочего вала.Именно поэтомуэлектромагнитыподвижногодиска поочереднопритягивалисьи отталкивалисьэлектромагнитаминеподвижнойрамы и этимсамым обеспечиваливращательноедвижение рабочеговала или якорядвигателя.«Переменаполюсов писалученый,-имеетчрезвычайнобольшое значение.Перемена этадолжна осуществлятьсямгновенно икак раз в томместе, где полюсырасполагаютсяодин противдругого. Механизм,производящийперемену полюсов,должен приводитьсяво вращениесамим прибором».

Таковыбыли устройствои принцип действиякоммутатора,созданногоЯкоби для своегопервого электродвигателя.Коммутаторсразу же сталиприменять вконструкцияхэлектродвигателей.В 1840г. его использовалв одной изэлектрическихмашин Э.X. Ленц.Дальнейшееразвитиеэлектротехникиполностьюподтвердилонеобходимостьналичия в конструкциикаждого электродвигателякоммутирующегоустройства.

Важной дляразвитияэлектротехникиявилась такжевпервые выдвинутаяЯкоби идеяпримененияв электродвигателяхтолько однихэлектромагнитов.Он первый отказалсяот использованияв них постоянныхмагнитов, во-первых,потому, что онидавали меньшуюсилу притяженияпо сравнениюс электромагнитами,и, во-вторых,потому, что онипри сотрясенияхи ударах размагничивались.

Из изложенноговыше видно, чтов своем электродвигателеЯкоби впервыев историиэлектротехникиудачно воплотилтри новыепрогрессивныеидеи, которыев XIXи XXвв. получилидальнейшееразвитие:вращательноедвижение якоряэлектродвигателя;наличие коммутаторас трущимисяконтактами,без которогоневозможнообеспечитьвращательноедвижение якоря,и, наконец,использованиеэлектромагнитовв подвижнойи неподвижнойчастях электродвигателяили в его якореи в его статоре.

Отмечаяпреимуществаи выгоды электродвигателяперед паровоймашиной, Якобиписал: «В моемдвигателеотсутствуютвсе управляющиеи регулирующиемеханизмы,как-то: клапаны,вентили, поршни,полые цилиндрыи др., которыев паровой машинедорого стояти- быстро изнашиваютсяпри работе.Благодаря этойпростоте стоимостьдвигателяуменьшаетсяи со временемможет бытьдоведена дочетверти стоимостипаровой машины».Далее он отмечал:«Вследствиеотсутствиятрущихся частейдвигатель почтине подвергаетсяизнашиванию- в нем вращаетсяв подшипникахтолько одинвал, несущийна себе системуподвижныхмагнитов. Влучших паровыхмашинах изнашиваниевыражаетсяпо меньшей мереежегодно в10% стоимости...Магнитнаямашина обладаетпочти бесшумнымдействиемблагодаря тому,что в ней отсутствуютнеизбежныев паровой машинесотрясенияи удары, стольвредно действующие,в особенностив локомотивах».В электродвигателяхполностьюгарантированатакже «абсолютнаябезопасностьот высоких труби дыма, которыев паровых машинахявляются существеннымнедостатком».И наконец, весьмаважным являетсяпростота егообслуживания.«Двигательне требуетпостоянногонаблюденияза собой, онможет быть нацелые часы идаже дни предоставленсамому себе,его действиеостается ровными спокойным».

В то же времясвой первыйдвигательконструкции1834г. Якоби считалдалеко несовершенным.Основным егонедостаткомбыла оченьслабая мощность.Она составлялапримерно15 Вт. Такойдвигатель немог быть использовандаже для приведенияв движениеобычной лодки.Ученый прекраснопонимал, чтодля созданияпрактическипригодногодвигателяпредстоялорешить ещенемало и теоретическихи экспериментальныхвопросов. Онписал, что длятого чтобы егоэлектродвигательмог получить«практическоеприменение»,необходимоопределитьнаибольшуювеличину«магнетизма»,которую можновозбудить вмягком железе,установить,каких размеровдолжны быть«электромагниты»и как «должныбыть устроеныего обмотки».Необходимобыло такженаучитьсяопределятьзависимость.мощности двигателяот силы гальваническойбатареи, ееконструкциии размеров. Всвязи с этимочень важнобыло найти,какими параметрамивообще определяетсямощность двигателяи как долженбыть произведенэтот расчет.Все это былоделом совершенноновым и неизученным.

4. Работы надулучшениемсвойств электродвигателя.

Теперьс созданиемспециальнойкомиссии ивыделениемдля проведенияопытов необходимыхсредств решениенамеченныхвопросов сталовполне реальнымделом. Переехавв августе1837 г. в Петербург,Якоби целикомотдает всю своюэнергию, весьсвой талантинженера иученого выполнениювозложеннойна него огромнойи ответственнойзадачи- созданиюпригодногодля практики,более мощногои более экономичногоэлектродвигателя.

Для проведениянеобходимыхисследованийЯкоби преждевсего потребовалвыделенияпомещения,помощникови приобретениянужного емуоборудования.Требованияученого былибыстро удовлетворены:помещение быловыделено;механическаямастерскаябыла оборудовананеобходимымистанками иинструментами;в качествепомощниковдля работы вмастерскойбыли найденыдостаточноквалифицированныемастер, слесарьи столяр. Необходимымиприборами былаукомплектованаи лаборатория.

К концу1837 г. по заданиюкомиссии, котораясобираласькаждый месяц,Якоби построилтри двигателя:один модели1834 г., но большегоразмера, второйпо его «совершеннейшей»конструкциии третий «поописанию подобногоаппарата, сделанногов Америке». Вседвигателииспытывалисьв лаборатории.Их мощностьопределяласьпо работе,совершаемойв точно установленноевремя при поднятиигруза на определеннуювысоту. Мощностьоказаласьнедостаточнойдля приведенияв движениекатера. Поэтомупо предложениюЯкоби былорешено строитьдвигательбольших размерови главное- значительнобольшей мощности,примерно на368- 760 Вт, с темчтобы испытатьего применимостьдля движениякатера.

Напряженнойработой посозданию такогодвигателяученый былзанят с январяпо август1838 г. Былопроведено многоэкспериментови расчетов, врезультатекоторых Якобиспроектировали построилновый вариантболее мощногоэлектродвигателя.При его созданиион пошел попути конструктивногообъединениянесколькихдвигателейв один агрегат.Это была типичнаядля серединыXIX в. тенденцияв деле созданиямощных электродвигателей, необходимыхдля потребностейпрактики. Никакихкачественноновых решенийникто из ученыхи конструкторов,в том числе иЯкоби, придуматьтогда не смог.Он использовал идею, выдвинутую

Т. Девенпортом,располагатьнеподвижныеи вращающиесяэлектромагнитыв одной плоскостина вертикальноустановленномвалу высотой1,2 м (рис.4). Это увеличивалоразмеры двигателяв вертикальномнаправлении,и в то же времясокращалозанимаемуюим площадь. Онабыла равна0,7 м²,т. е. 0,9м в длину и0,77 м в ширину.

Двигательпредставлялсобой комбинациюиз 40небольшихдвигателей,по 20двигателейна каждомвертикальномвалу. Такимобразом, обавертикальныхвала 2с двигателямизанимали вкатере площадь1,4 м. Каждыйиз небольшихдвигателейпо своему устройствубыл очень простым.Неподвижнаяего часть состоялаиз двух электромагнитов3,которые былиизогнуты подуге окружности.Каждый из нихзанимал четвертуючасть окружностикольца. Междусобой этиэлектромагнитыбыли скрепленыскобами4из немагнитногоматериала. Дляпридания стойкостискобы привинчивалиськ вертикальнорасположеннойдеревяннойстанине.

Подвижнаячасть каждогоиз малых двигателейсоставляласьиз четырехэлектромагнитов1,расположенныхкрестообразнона специальнойвтулке. Для.питания токомобмоток электромагнитовна катере былоустановлено320 гальваническихэлементов.Изменениенаправлениятока в обмоткахподвижныхэлектромагнитовосуществлялосьс помощьюконструктивноизмененногокоммутатора5,Для приведенияв движениекатера вращениес вертикальныхвалов с помощьюконическихшестерен6, 7передавалосьна горизонтальнуюось 8,на которой поего обоим бортамбыли укрепленыгребные колеса.

рис.4.ЧертежэлектродвигателяБ.С. Якоби конструкции1838г.

Мощностьнового электродвигателябыла равнапримерно550-736 Вт. Егоиспытания былипроведены13 сентября1838 г. на Неве.Катер, вмещавшийбез «стеснения12 пассажиров,двигался посредствоммагнетизма»в течение7 ч со скоростью2 км/ч какпо течению нарасстояние7 км, так ипротив теченияна такое жерасстояние.Испытанияпродолжалисьнесколько днейи на Неве и наканалах города.Это был первыйв мире случайпрактическогопримененияэлектродвигателядля судоходства.Катер работалбезотказно.Он превзошелвозлагавшиесяна него надежды.«В противоположностьпервоначальномуплану,- указывалосьв заключениикомиссии покоторому предположенобыло производитьопыты на тихойводе, удалосьсовершитьплавание насамой Неве идаже противтечения». Успехбыл поистинесенсационным.

Тщательныйанализ итоговиспытанийпозволил комиссиидать им высокуюположительнуюоценку.

5. НедостаткиэлектродвигателяЯкоби.

В то же времябыли установленыи некоторыесущественныенедостатки.Было отмечено,что Якоби напрасноприменил новуюконструкциюкоммутатора.Необходимобыло сохранитьконструкцию1834 г. Неудовлетворительнойоказалась ишелковая изоляцияпроводов. Прииспользованиигальванических-элементов небыл учтен доказанныйранее Якобии Ленцем вывод,что количествоприменяемыхв батарее электродовне играет большойроли, важна ихплощадь. Значит,можно быловместо320 гальваническихэлементовиспользоватьзначительноменьшее ихчисло, например10 или20, но с большейплощадью электродов.Оказалосьтакже, что вместоперепонок,разделяющихв элементахразличныекислоты, можнобыло применитьпористые глиняныеперегородки.Это значительноповысило быкачество каждогоэлемента и всейбатареи.

Надеясь,что отмеченныенедостаткимогут бытьустранены,комиссия решилапродолжитьпрактическоеиспытаниеэлектродвигателяв 1839г. Особенногорячо на этомнастаивалпредставительМорского ведомствав комиссиикапитан корпусакорабельныхинженеров С.А. Бурачек. Онзаявил, чторезультатыиспытанийэлектродвигателядают возможностьнадеяться наприменениеего «к военномукораблю и кцелому флоту».Парусный флотс военной точкизрения, по егомнению, не выдерживалникакой критики.Стоило вражескойартиллерииразбить паруса,и корабль, потерявуправление,лишался маневренности,а следовательно,и боеспособности.Применениеже паровоймашины в военномфлоте, «несмотряна все ее совершенство»,также создавалоряд трудностей.«Котел -машиныи угользаявлялБурачек,-вытеснят артиллерию.Одного ядрадостаточно,чтобы прострелитьпаровой котел,цилиндр, дымовуютрубу, сбитьгребные колесаи оставитькорабль безвсякого движения».Ему как морякупредставлялось,что применениеэлектродвигателяприведет нетолько к устранениюэтих недостатков,но и преобразитвоенный флот.Расположенныйна дне корабляэлектродвигательбудет «скрыти безопасенот ядер», чтоявляется «первейшимусловием длявсякого движителя»любого военногокорабля. Оносвободит егоот огромногогруза и темсамым даствозможностьлучше оснаститьего необходимойартиллерией.Электрическийток от батарейможет бытьиспользовандля освещенияи взрывногодела. Применениеэлектродвигателядаст возможностьсократить штаткоманды корабля на200-300 матросов.

Готовяськ новым испытаниям,Якоби выполнилогромную работупрежде всегопо усовершенствованиюгальваническойбатареи. Имбыли созданыдля этой целиновые элементыс платиновымии цинковымиэлектродами.Извещая об этомважном нововведении,петербургскаяпечать сообщала,что теперьгальваническаябатарея Якобидоведена «довысшего совершенстваи может действоватьцелые суткис одинаковойсилой».

Рис.5. СудовойэлектродвигательБ. С. Якоби конструкции1838г.

В гальваническихэлементах былиустановленыэлектроды созначительнобольшей поверхностью,что дало возможностьсократить ихчисло и темсамым уменьшитьплощадь всейбатареи. Вэлектродвигателебыл замененкоммутатор,а также изоляцияпроводников.По своему устройствудвигатель1839 г. почтиничем не отличалсяот двигателя1838 г. И тоти другой былиодной и той жемодели (рис.5). Однаковнесенные усовершенствованиясущественноповысили егомощность, котораяувеличиласьв 3-4раза по сравнениюс двигателями1838г.

Испытания катера сусовершенствованнымдвигателем,«лучшим, чемвсе доселеизготовленныедля опыта одели»,началось наНеве 8августа1839 г. в присутствиимногих высокопоставленныхдолжностныхлиц. Они продолжалисьи в сентябре1839 г. На электроходеплавало от 10до 14человек. Болеемощный двигательбыстрее вращалгребные колесаи тем самымобеспечивалбольшую скоростькатера .Его скоростьпревышала вдвоескорость, достигнутуюв 1838г., и составляла4 км/ч.

Результатыиспытанийпревосходиливсе то, что былодостигнутоза рубежом, гдемногие ученые,«поддерживаемыезначительнымиденежнымипожертвованиямии обширнымитехническимисредствами»,также проводилиработы, связанныес практическимприменениемэлектродвигателя.Это значительноесобытие в техникетого временистало известновсему миру. Оношироко освещалосьв мировой печатии повсеместновселяло надежду,что проблемаиспользованияэлектродвигателяв судоходствебудет успешнорешена в ближайшеевремя. «Я душевнейшимобразом желаюписал М.Фарадей Якобичтобы Вашибольшие трудыполучили высокуюнаграду, которуюони заслуживают».Ему уже казалосьвозможнымнадеяться наприменениеэлектродвигателейна крупнейшихв то время судах,связывающихАнглию с Америкойи Ост-Индией.Свое письмоФарадей заканчиваетвосклицанием:«Какое это былобы славноедело!» Газета«Севернаяпчела», издававшаясяв Петербурге,писала27 сентября1839г.: «В средниевека фанатикисожгли бы г.Якоби, а поэтыи сказочникивыдумали о немлегенду, како Фаусте. В нашевремя мы несожжем его, асогреем чувствомпризнательностиза его полезныетруды и вместолегенды скажемправду, а именно,что г. Якоби,сверх учености,отличный человекво всех отношенияхи что наукавправе от негонадеяться намногое, потомучто в нем нетпедантства,а (есть) истиннаяпламеннаястрасть к науками столь же пламенноежелание бытьполезнымгостеприимнойи благодарнойРоссии.

В1840 г. Якобивыступил сдокладом обитогах испытанияна съезде Британскойассоциацииестествоиспытателей,где присутствовалиученые всегомира, работавшиенад важнейшиминаучными проблемами.Однако ничегонового и полезногодля себя повопросампрактическогопримененияэлектродвигателяон за границейне нашел. В письмек жене в Петербургон писал: «Когдаувидишь Ленца,много раз поклонисьему от меня исообщи следующее.Пока я еще невидел и не слышалничего новогои думаю, что мыи в теоретическоми практическомотношении ещестоим на шагвпереди. Говорябез лишнейгордости, намприходитсяскорее учить,чем учиться.Мы оба здесьв большом почете,наши работыраспространяютсяздесь в оттисках».

Вернувшисьв Петербург,Якоби, убежденныйв важностиначатого имдела, прилагаетмаксимум усилий,чтобы добитьсяпрактическогопримененияэлектродвигателяв судоходстве.Но решить этупроблему онне смог. Не решилее и никто изученых Европыи Америки, несмотряна огромныеусилия, которыеони прилагалик «практическойстороне электромагнетизма».Электродвигательможно былоиспользоватьтолько дляпрогулок накатере. О примененииего во флотедля приведенияв движениебольших кораблейпо причине егонезначительноймощности немогло быть иречи. Не удаласьпопытка примененияего и для движенияповозки порельсам.

6. Трудностив практическомиспользованииэлектродвигателя .

Основнаянепреодолимаятрудностьзаключаласьв отсутствиидостаточномощного источникаэлектрическоготока. Батареииз гальваническихэлементов,используемыедля питанияболее мощныхдвигателей,имели значительныйвес, занималибольшую площадьи, главное, стоилиочень дорого.Якоби убедился,что получениемеханическойэнергии оттаких батарейобходилосьв 12раз дороже, чемот паровоймашины. В своейработе «Омагнитоэлектрическихмашинах»,:напечатаннойв 1847г., он писал: «Их(электродвигателей)внедрению впромышленностьпрепятствуютне техническиеи конструктивныетрудности,которые всегдапреодолимы,а следующийпростой факт:химическаяэнергия в настоящеевремя дорожемеханической».

Единственныетогда источникиэлектрическойэнергии- гальваническиеэлементы, накоторые ученыевсего мира, втом числе иЯкоби, возлагалитакие большиенадежды, немогли удовлетворитьпредъявляемыхк ним требований.И это несмотряна то, что былосделано максимумвозможногодля их усовершенствования.Необходим былдостаточнолегкий и экономичныйгенераторэлектрическойэнергии новоготипа, которыйможно было быустановитьна корабле дляпитания электродвигателя.Но такого генераторав то время ещене было. Учитывая,что желаемыхрезультатовот гальваническихбатарей получитьневозможно,комиссия в1842 г. решила«прекратитьвременно действиясвои впредьдо открытиякакого-либонового пути,могущего вестик усовершенствованиюприложенияэлектромагнитнойсилы к движениюсудов».

7. Изучениезаконов электромагнита.

Созданиепервого электродвигателя,а также итогипроведенныхс ним испытанийсыграли важнуюроль в развитииэлектротехники.Они явилисьтолчком дляцелого рядаработ, и в первуюочередь дляклассическихисследованийЭ. X.Ленца и Б. С. Якобипо изучениюэлектромагнитови по теорииэлектрическихмашин, имевшихсущественноезначение длядальнейшегоразвитияэлектромашиностроения.Тщательныеэкспериментальныетеоретическиеизыскания поизучению законовэлектромагнитовбыли проведеныучеными в1838-1844 гг. Хотяэлектромагнитбыл изобретенв 1835г., его законыдо этого временине были изучены.Ученые, занимавшиесяисследованиемэлектромагнитов,делали совершенноневерные выводы.Так, например,В. Риччи в1836 г. утверждал,что электромагнитыв принципеобладают меньшейсилой притяжения,чем постоянныемагниты. Невернымбыл и установленныйДаль-Негрозакон, согласнокоторому силанамагничивающеготока прямопропорциональнапериметрупластин гальваническогоэлемента. Ужев своих первыхработах Якобипоказал ошибочностьтакого вывода.Электромагнитысоставлялиосновную частьего

двигателя,и вполне естественно,что он был крайнезаинтересованв строго научномих изучении.

Живой интереск этому проявили Э. X.Ленц. В результатемноголетнихисследованийоба ученыхпришли к важномуфундаментальномувыводу: магнитныйпоток, создаваемыйв железномстержне электромагнита,пропорционаленсиле намагничивающеготока и числувитков обмоткии не зависитот диаметрапроволоки идиаметра витков.Ими было такжедоказано, чтосила возбуждаемого«магнетизма»в электромагнитахне зависит отформы сеченияпроволоки иот материала,из которогоона сделана.

Выводыбыли правильными,но только длятолстых железныхстержней и дляслабых токов,т. е. для областей,весьма далекихот областинасыщения. Этообстоятельствои дало возможностьсделать имправильноезаключениео пропорциональностимагнитногопотока и намагничивающегоэлектрическоготока. Такаяпропорциональностьдействительносуществуетв достаточношироких границах,и поэтому онаприменима вомногих практическихслучаях. Позднеенаукой былоустановлено,что для тонкихжелезных стержнейи для сильныхнамагничивающихтоков намагничиваниеочень быстроперестает бытьпропорциональнымсиле тока. Впервыезависимостьнамагничиваниямягкого железаот напряженностимагнитногополя была исследованав 1872г. русским физикомА. Г. Столетовымв его докторскойдиссертации,носившей название«Исследованиео функциинамагничиваниямягкого железа».Эта работа ипослужила вдальнейшемосновой дляразработкирасчетовэлектрическихмашин.

УстановленныеЛенцем и Якобизакономерностипозволялиправильноопределитьчисло пар вбатарее и конструкциюобмотки электромагнитадля получениямаксимальногонамагничиванияжелезных стержнейэлектромагнита.При этом обязательнодолжно былособлюдатьсяравенствовнутреннегои внешнегосопротивленияцепи. Это существеннооблегчало выборрациональнойконструкцииэлектромагнитов,что имело важноезначение длядальнейшегоразвитияэлектромашиностроения.Были исследованымногие частныеслучаи получениямаксимальногонамагничиванияжелезных стержней.Этого можнодостигнуть,писали ученые,

«бесчисленныммножествомспособов, еслитолщину проволокивыбирать вопределенномсоотношениис устройствомцепи; но какимбы способоммы ни достиглиэтого максимума,расход цинказа определенноевремя в точностиодинаков». Этотважный выводдавал возможностьправильноучитыватьэнергетическуюсторону в работес электромагнитами.

Ценныеисследованиябыли проведеныЛенцем и Якобии по изучениюзависимости«магнетизма»от размеровжелезных стержней,их длины и диаметра.Учеными былиполучены самыеточные результаты,каких могладобиться наукатого времени.Оценивая этирезультатыв 1875г., русский академикГ. И. Вильд писал:«Исследованияобоих ученыхпо этому вопросу(т. е. по изучениюэлектромагнитов..)могут бытьназваны образцовыми,а результатыих до сих поростаются главнымизаконамиэлектромагнитов,несмотря нанекоторыедобавленияи небольшиеизменения,внесенные вних усовершенствованиеминструментови методов».

Полученныерезультатыв изученииэлектродвигателейЯкоби изложилв работах «Опринципахэлектромагнитныхмашин»(1840) и «О теорииэлектромагнитныхмашин»(1850).

В своих изысканияхЯкоби исходилпрежде всегоиз особенностейконструкциисвоего двигателя,хотя и подчеркивал,что полученныеим результатыприложимы кэлектромагнитномудвигателю любойконструкции.Прежде всегоон изучил параметрыэлектродвигателя,которые, по егоубеждению,определялидействиеэлектрическихмашин и былинаиболее важнымидля их характеристики.Такими параметрамион считал: скоростьвращения ротора,величину действующихэлектромагнитныхсил, мощностьмашин и, главное,их коэффициентполезногодействия, или,как он писал,их «экономическийэффект». Оченьважно отметить,что при анализеработы электрическихмашин Якобиисходил изпередовыхнаучных представлений,т. е. из законасохраненияэнергии, законаэлектромагнитнойиндукции, законаОма и из установленныхим совместнос Ленцем закономерностейдля электромагнитов.Его труды былипервой попыткойтеоретическогоанализа работыэлектрическогодвигателя.Ученый писалих в то время,когда еще небыли изученыпроцессы,происходящиево вращающихсядвигателях,когда ученыеничего не зналио существованиипетель гистерезисаи когда совсемне были изученысвойстваферромагнитныхматериалов.Поэтому совершенноне случайноформулы, выведенныеЯкоби для тормозногорежима двигателя,не учитывалипроцессов,происходящихво вращающемсядвигателе.Правда, ученыйпонимал, чтосила притяженияэлектромагнитовпри движениимашин не оставаласьпостояннойи что при изменениинаправлениятока в обмоткеэлектромагнитовнамагничиваниесердечникапроисходилоне мгновенно.А это означало,что «магнетизм»не сразу достигалсвоего максимальногозначения.

Не зная магнитныххарактеристикжелеза, Якобине мог понятьпричину такогонесоответствия,хотя и предполагал,что это явлениесвязано сособенностямиповеденияжелезногосердечникав магнитномполе. Он руководствовалсязаконом пропорциональностимежду силойтока и намагничиваниемжелеза. Но дляобластей, близкихк насыщениюжелеза, этотзакон не могбыть применен.Поэтому и получалосьрасхождениевычисленныхи опытных данных.

Ценныерасчеты былипроведены ими по определениюмощностиэлектродвигателя.Пользуясьсовременнымиобозначениями(Р- мощность,U -напряжение,R -сопротивление),формулу, покоторой Якобиопределялмощностьэлектродвигателя,можно записатьтак:

P=U²/R

Формулаимела глубокийэнергетическийсмысл. Она нагляднодоказала, чтоопределеннаямеханическаямощность навалу двигателяможет бытьполучена толькопутем затратыпропорциональногоколичестваэлектрическойэнергии. В результатеисследованийпо этому вопросуЯкоби убедилсяв ошибочностисвоего первоначальногопредположения,сделанногоим в 1834г. Тогда онутверждал, что«новый двигательне подчиненимевшему досего временисилу законупропорциональностимежду эффектоми затратами».Ему тогда казалось,что «в электрическоймашине скоростьне стоит денег».

После тщательныхэкспериментальныхизысканий Якобипришел к выводу,что дело обстоитдалеко не так.Его иллюзии,как и иллюзиимногих ученыхи изобретателейотносительнодаровой механическойработы, которую,якобы, можнобыло получитьот электродвигателя,были глубокоошибочными.Опыт показал,и это Якобибыло неопровержимодоказано, чтосуществуетпрямая пропорциональностьмежду затратамина питаниеэлектродвигателяи получаемымот него эффектом.Двигатель,питаемыйэлектрическойэнергией отгальваническойбатареи, неможет развитьбольшой мощности.Отсюда становиласьочевиднойзадача начатьпоиски новогоисточникадешевогоэлектрическоготока для питанияэлектродвигателя.

ИзобретателисерединыXIX в. слишкомдолго все надеждывозлагали нагальваническиеэлементы иаккумуляторы.Они были наиболеераспространеннымиисточникамитока примернодо 1870г. Первый патентна самовозбуждающийсяэлектрическийгенератор скольцевымякорем былполучен3. Граммомв 1870г. Этот генераторположил началоширокомупрактическомуприменениюв промышленностии судоходствеэлектрическихгенераторов.

8.Заключение.

В серединеXIX в. одиниз важнейшихпринциповэлектротехники- принципобратимостиэлектрическихмашин был ещене понят современникамиЛенца и Фарадея.Не понял егои Якоби, хотяэтот принципбыл ему известен.Ученые, инженерыи изобретателив то время обращаливнимание преждевсего на возможностьиспользованияэлектромагнитныхмашин в качестведвигателей,а не в качествеисточниковэлектрическоготока. Электродвигательна первых порахсвоей эволюциирассматривалсяими как нечтосамодовлеющееи внутреннене связанноес электромагнитнымгенераторомэлектрическоготока. И толькопозднее послеглубокогопознания принципаобратимостии выясненияединой сущностидвух казавшихсяранее независимымиэлектромагнитныхпроцессов- генераторногои двигательного- динамо-машинаи электродвигательстали рассматриватьсякак одна и таже машина, различнымобразом используемаялишь в зависимостиот преследуемыхцелей.

Списокиспользованнойлитературы:

1. «Концепциисовременногоестествознания».СтепанХарлановичКарпенков.«Культураи спорт» , «Юнити».Москва, 1997.

2. «Б.С.Якоби». Москва,« Просвещение»,1978

3. «Физикав ее развитии». Б.А. Спасский.Москва «Просвещение»,1979.

30

Государственныйуниверситетуправления

Институтинформационныхсистем управления

Специальность:Математическиеметоды и исследованиеопераций вэкономике

К У Р СО В А Я Р А Б О ТА

на тему

ВажнейшиедостиженияестествознанияXIX столетия.

ВыполненастудентомПечерицинымА.В.

Группа № 1

Датавыполненияработы 28.04.99

Руководитель:КарпенковСтепан Харланович

Оглавление.

1.Введение______________________________стр.1

2.Предыстория электродвигателя ___________________________________________стр.3

3.Созданиепервого электродвигателя__________________________________________стр.10

4.Работынад улучшениемсвойствэлектродвигателя__________________стр.17

5.НедостаткиэлектродвигателяЯкоби___________________________________стр.20

6.Трудностив практическомиспользованииэлектродвигателя_________________стр.24

7.Изучениезаконовэлектромагнита____________________стр.25

8.Заключение__________________________стр.29

9. Списокиспользованнойлитературы___________________________стр.30

Аннотация.

В моей курсовойработе описанпроцесс созданияпервого электродвигателя,предысторияего создания,работы надмодернизациейдвигателя,открытия законовэлектромагнита и некоторыеэпизоды изжизни Б.С. Якоби– создателяпервого электродвигателя.