Примерно в 1859-1860 годах в лаборатории Александра Беккереля- второго представителя славной династии французских физиков – работал в качестве ассистента некто по имени Гастон Плантэ. Молодой человек решил заняться совершенствованием вторичных элементов, чтобы сделать их надёжными источниками тока для телеграфии, Сначала он заменил платиновые электроды газового элемента Грове свинцовыми. А после многочисленных опытов и поисков вообще перешел к двум одинаковым свинцовым листам. Он их проложил суконкой и намотал всё это на деревянную палочку, чтобы вошло в круглую стеклянную банку с электролитом. Затем подключил обе пластины к батарее. Через некоторое время вторичный элемент зарядился, и сам оказался способен давать ощутимый ток постоянной силы. При этом если его не разряжали сразу, заряд электричества сохранялся в нем длительное время.
Собственно, это и было рождением аккумулятора – накопителя электрической энергии. Первые аккумуляторы Гастона Плантэ имели очень незначительную электрическую ёмкость – они запасали совсем немного электричества. Но изобретатель заметил, что если заряженный первоначально прибор разрядить, а затем пропустить через него ток в обратном направлении и повторить этот процесс не один раз, то емкость аккумулятора увеличится. При этом возрастал слой окисла на электродах. Этот процесс получил название формовки пластин и занимал сначала около трёх месяцев.
Как и у всех гальванических элементов, ток аккумулятора тем больше, чем больше площадь его электродов. Эту истину хорошо усвоил Камилл Фор. Он был самоучкой – без специального образования – с юных лет безраздельно увлекался техникой. Вынужденный зарабатывать деньги на жизнь. Фор сменил множество специальностей. Был чертёжником, техником, рабочим, химиком на английском пороховом заводе, работал у Планте. Разносторонние практические знания сослужили ему добрую службу. После Парижской выставки 1878 года в голову Камилла Фора запала идея нового способа формовки пластин. Он попробовал заранее покрывать их свинцовым суриком. При зарядке сурик на одной из пластин превращался в перекись, а на другой соответственно раскалялся. При этом слой окисла приобретал пористое строение, а значит, и увеличивалась площадь взаимодействия с кислотой. Процесс формовки протекал значительно быстрее. Аккумуляторы Фора при том же весе запасали значительно больше электрической энергии, чем аккумуляторы Плантэ. Другими словами, их энергоёмкость была больше. Это обстоятельство особенно привлекало к ним симпатии электротехников. Но главная причина их возросшей популярности заключалась в другом… В конце столетия во многих странах на улицах и в домах появилось электрическое освещение. Лампы накаливания питались энергией пока еще маломощных машин постоянного тока. Ранним утром и поздним вечером, когда энергии требовалось значительно больше, на помощь машинам приходили аккумуляторы. Это было значительно дешевле, чем устанавливать дополнительные генераторы. Тем более что в спокойные дневные и ночные часы аккумуляторы могли заряжаться, поглощая излишки энергии вырабатываемой машинами.
Дальнейшее совершенствование свинцово-кислотных аккумуляторов шло по пути улучшения их конструкции и изменения технологии получения пластин.
Существует еще один вид аккумуляторов – железоникелевый щелочной, который разработал Эдисон. В нем отрицательный электрод выполнен из пористого железа или кадмия с большой рабочей поверхностью. Положительный электрод – никелевый, окружен окисью трёхвалентного никеля. В качестве электролита используют 21% раствор едкого натра. Корпус чаще всего изготавливается из стали. Коэффициент полезного действия у щелочного аккумулятора меньше, чем у свинцового. Но зато щелочной аккумулятор лучше переносит перегрузки, не чувствителен к избыточному заряду и сильному разряду, прочен, легко переносит перегрев и не нуждается в ремонте. А поскольку из щелочных аккумуляторов не выделяются газы их можно делать герметичными.
РУССКИЙ СВЕТ
Создание экономичного генератора электрического тока оживило усилия изобретателей, искавших области применения электрического тока помимо телеграфа. Уже первые исследователи гальванизма заметили, что проволока, по которой идёт электрический ток, нагревается, накаливается и может даже раскалиться до яркого свечения и расплавиться. Кроме того, в 1802 году В. В. Петров указал на возможность освещения тёмных покоев с помощью электрической дуги. Он же исследовал электроразрядное свечение в разряженном пространстве под колпаком. Те же явления позже были изучены Дави и Фарадеем… Освещение! Сейчас трудно представить себе, что всего полтораста лет тому назад оно являло собой проблему общественной жизни. С начала XIX века в дома горожан проникает газовое освещение, пришедшее на смену свечам и лампам с жидким горючим. Сначала газовый свет казался великолепным. О лучшем, нечего было и мечтать. Однако триумф газа был недолгим. Уже к середине века газовое освещение перестало удовлетворять людей из-за своих многочисленных недостатков. Оно было тусклым, небезопасным в пожарном отношении, вредным для здоровья.
На фабриках и на заводах, где трудовой день был 14-16 часов, отсутствие яркого света сказывалось на росте производительности и тормозило технический прогресс. Все это способствовало усилению работы изобретателей над новыми видами электрического освещения: над дуговыми лампами, лампами накаливания и газоразрядными лампами.
Раньше других появились в разработке дуговые лампы, хотя первое время их прогресс сдерживался отсутствием надёжных источников тока, не было и хороших углей. Древесные угли, которыми пользовались Дэви Петров, быстро сгорали и были не прочны. Выход нашёл Роберт Бунзен – известный химик, изобретатель цинко-угольного элемента. Он предложил использовать твёрдый нагар, остающийся на раскалённых стенках газовых реторт. Из отбитых кусков этого нагара удавалось выпилить небольшие твёрдые стержни, которые хорошо проводили ток и сгорали значительно медленнее. Позже этот нагар стали молоть и из порошка формовали стержни требуемого размера и необходимой однородности.
Вторая трудность, её называли проблемой регулятора, заключалась в том, что угли сгорали – и расстояние между ними увеличивалось. Дуга становилась неспокойной, свет из белого становился голубым, начинал мигать и гас. Нужно было придумать механизм, поддерживающий между концами угля одинаковое расстояние.
Изобретатели предложили много устройств. Большинство из них имело тот недостаток, что невозможно было включить несколько ламп в одну цепь. Поэтому каждый источник первое время работал на один светильник.
Но вот в 1856 году в Москве изобретатель А. И. Шпаковский создал осветительную установку с одиннадцатью дуговыми лампами, снабженными оригинальными регуляторами. Правда, и они не решали проблему дробления света.
Первым разрешил её изобретатель В. Н. Чиколев, применивший в 1869 году в дуговой лампе дифференциальный регулятор. Этот принцип используется до сих пор в больших прожекторных установках.
Примерно к тому же времени относятся удачные опыты по применению ламп накаливания и даже первых газосветных трубок. Но самую важную и решающую роль в переходе от опытов по электричеству к электрическому освещению сыграли работы русского электротехника П. П. Яблочкова… В 1875 Яблочков вместе с изобретателем. Глуховым организовал в Петербурге мастерскую физических приборов. Компаньоны с увлечением конструировали электротехнические новинки, ставили опыты, обсуждали грандиозные проекты… К сожалению, оба оказались плохими предпринимателями, и финансовые дела их предприятия шли из рук вон плохо.
Однажды, получив заказ на изготовление установки для электролиза поваренной соли, Яблочков занялся поиском наивыгоднейшего положения электродов в растворе. Случилось так, что он коснулся концом одного электрода конца другого. Вспыхнула дуга. Они не переставали гореть, пока не сгорели. Павел Николаевич, мысли которого были заняты обдумыванием устройства дуговой лампы, сразу же понял, что перед ним простое и безусловное решение проблемы… Финансовый крах оторвал его от занятий. В октябре того же года Яблочков уезжает в Париж, где поступает на работу в электротехнические мастерские. Здесь он доводит своё изобретение до конца и получает за него патент. Два параллельно поставленных угольных стержня с прокладкой из каолина присоединялись к клеммам гальванической батарейки или машине постоянного тока. Наверху стояла угольная перемычка – запал, который быстро сгорал при включении. Немало пришлось поэкспериментировать Павлу Николаевичу. Угли сгорали не равномерно. Положительный электрод уменьшался быстрее, приходилось его делать толще… Простота конструкции и безотказность в работе электрической свечи Яблочкова привели к тому, что успех изобретения превзошёл самые смелые ожидания. Технические журналы и мировая пресса пророчили наступление новой эпохи… В 1876 году русский изобретатель представил свою удивительную свечу на Лондонской выставке. И там она стала гвоздём программы. А год спустя предприимчивый француз Денейруз добился учреждения акционерного общества “Общество изучения электрического освещения по методам Яблочкова” . Благодаря стараниям этого француза, лампы Яблочкова появились в самых посещаемых местах Парижа, на улице – Авеню де ль’Опера и на площади Оперы, а также в магазине “Лувр” тусклое газовое и жидкостное освещение заменили матовые шары, которые светились белым, мягким светом.
Это было так прекрасно, что из Парижа русский свет шагнул не только в другие города, но пересёк границы. Ещё большую популярность он получил после удачного эксперимента Яблочкова, в котором он попробовал применять не постоянный, а переменный ток (теперь угли сгорали равномерно) .