Глава 34 Борис Якоби В Россию с любовью

Национальная принадлежность Бориса Якоби — тема спорная. Немцы справедливо считают его своим, русские (не менее справедливо) — своим. Он действительно был человеком двух наций и в равной степени добившись успехов в рамках двух изобретательских школ, одной — организованной и четкой, как часы, второй — бросающейся из крайности в крайность и находящейся в вечной зависимости от царской милости. Быть настолько универсальным — это действительно талант.

Мориц Герман фон Якоби появился на свет в Потсдаме 21 сентября 1801 года и вряд ли полагал в детстве, что эмигрирует в огромную и непонятную Россию, свяжет с ней всю жизнь и род его тоже продолжится там. Тем более, что ему повезло родиться в до неприличия богатой семье. Положению его отца, Симона Якоби, ничего не угрожало: он был банкиром самого Фридриха-Вильгельма III, короля Пруссии — молодого и собирающегося править долго (так в итоге и вышло).

Учили Морица хорошо. Лучшие частные преподаватели, лучшая школа, лучшие университеты: сперва Берлинский, затем — Геттингенский. Правда, Мориц не определился с тем, кем хочет стать, и потому специальность для него выбрал отец. В итоге Якоби-младший получил профессию архитектора и, видимо, подавал надежды, потому что после обучения поступил на работу в строительный департамент Пруссии. Сохранилось несколько зданий, построенных по его проектам, — впрочем, в них нет ничего выдающегося.

Основное влияние на Морица оказал его младший брат Карл. Он выучился на математика и добился в этой области настоящего величия. Экстраординарным профессором Кёнигсбергского университета он стал в возрасте 23 лет, в 27 — ординарным (то есть постоянным) профессором, а к тридцати годам уже был членом-корреспондентом Парижской академии наук, почетным членом Петербургской академии наук и членом Лондонского королевского общества. О работах Карла Якоби я тут писать не буду, — его вклад в математику не меньше, чем, скажем, вклад Леонарда Эйлера, просто это книга о другом. Если вам интересно, можете поискать информацию самостоятельно.

В 1832 году Симон Якоби умер, и Мориц практически сразу уволился с нелюбимой работы и временно перебрался в Кёнигсберг к брату. Впоследствии Карл вообще стал содержать всю семью, потому что после смерти отца финансовое положение Якоби резко ухудшилось. Там, в Кёнигсберге, живя на сбережения и отчасти на средства брата, Мориц целиком отдался хобби — электротехнике — и в итоге построил электродвигатель.

В Россию с любовью

Мориц Якоби построил не просто электродвигатель, а первый в истории электрический силовой агрегат с непосредственным вращением вала. Параллельно над схожими системами работали несколько инженеров, в частности британец Уильям Стёрджен, но именно у Якоби получилась машина, пригодная для практического применения. Работало устройство на постоянных магнитах, расположенных на статоре и роторе, и имело все основные части, из которых состоит современный электромотор. Кто-то может сказать: «Почему же тогда изобретение двигателя приписывают Тесле и Доливо-Добровольскому, работавшим на полвека позже?» А потому, что машина Якоби, как и 90 % последующих двигателей, работала на постоянном токе, а в 1880-х человек научился обращаться с переменным, это разные технологии. Но статор и ротор в обоих случаях неизменны, и их придумал именно Якоби.

Парижская академия наук в том же году опубликовала его работу «О применении электромагнетизма для приведения в движение машин», и буквально через месяц ему пришло приглашение из Петербургской академии. Этому способствовал ряд обстоятельств. Во-первых, там хорошо знали его брата Карла. Во-вторых, при Николае I российская наука стремительными темпами нагоняла западную, лихорадочно пытаясь ликвидировать многовековое отставание, и потому приглашала множество ученых из-за рубежа — как для работы, так и для преподавания.

В 1835 году Мориц Якоби поступил на кафедру гражданской архитектуры Дерптского (ныне Тартуского) университета. «Почему архитектуры?» — спросит пытливый читатель. А дело в том, что в соответствии с образованием и дипломом Якоби не могли зачислить на достойную должность по направлению электротехники. Архитектурой в России он никогда и не занимался, разве что читал лекции в рамках официальной программы (и то не очень хорошо, так как на первых порах не знал языка). А в 1837-м он навсегда перебрался в Петербург.

Всю свою, в общем, довольно долгую жизнь он посвятил электричеству и сделал в этой области множество значительных открытий.

Якоби и двигатель

Ему, конечно, повезло «попасть в струю». Интерес к магнетизму и электротехнике в России стал причиной того, что под свои разработки в области электродвигателей и внедрение их в быт Якоби получил невероятную сумму в 50 000 рублей и карт-бланш на любую деятельность. С другой стороны, в этом случае повезло и России: она приютила правильного человека. С электродвигателями в итоге большого толка не вышло. Несмотря на всю значимость изобретения, технологии первой половины XIX века все-таки не позволяли построить эффективный силовой агрегат на электрической энергии. В 1839-м Якоби в сотрудничестве со своим соотечественником Эмилем Ленцем довел аппарат до практического применения и установил на лодке — электроходе. Электроход, питающийся от 69 гальванических элементов системы Грове, показал неплохие тяговые результаты, но в соотношении «цена-мощность» проигрывал паровым машинам в 10–15 раз. Аналогично получилось и с попыткой построить рельсовую тележку.

Замечу, что одновременно с Якоби электродвигатель схожей схемы разработал шотландский химик Роберт Дэвидсон — именно он построил в 1837 году первый в истории электровоз. Дэвидсон столкнулся ровно с той же проблемой: какой бы ни была тяга электромотора, система оказывалась чудовищно дорогой, гальванические батареи быстро разряжались и выходили из строя, и никакой конкуренции пару электричество пока составить не могло.

Так что основные открытия Якоби — теперь уже не Морица Германа, а Бориса Семеновича — пришлись на немного иную сферу.

Статическое состояние

Как и большинство инженеров и ученых того времени, Якоби работал над целым рядом направлений одновременно. Именно он руководил прокладкой первой междугородней телеграфной линии в России — от Петербурга до Царского Села, сам сконструировал и изготовил около десяти различных телеграфных аппаратов. Первый из них он спроектировал в 1839 году, продолжив дело скоропостижно скончавшегося Павла Шиллинга — новатора и изобретателя электромагнитного телеграфа как такового; впоследствии Якоби создал более совершенные системы — пишущий и буквопечатающий аппараты. В разработке телеграфа его достижения шли параллельно с прорывами мюнхенского профессора Карла Штейнгейля, Сэмюэла Морзе и других новаторов, создававших телеграфные аппараты независимо друг от друга. Ходили слухи, что проекты Якоби, не получившие широкого распространения в России, послужили базой для телеграфа Вернера Сименса, тем более что они с Якоби общались и, видимо, обсуждали тревожащие обоих проблемы. Впрочем, доказательств этому нет.

В 1850-х Якоби, опять же основываясь на разработках Шиллинга, разработал первую в истории гальваноударную мину. Такие мины имеют в конструкции гальванический элемент. Когда корабль соприкасается с миной, ток элемента замыкает электрическую цепь запала — и происходит взрыв. Это оружие широко использовалось во время Крымской войны и существует и по сей день.

Разработки Якоби можно перечислять долго — это многочисленные лабораторные приборы, методы измерения, гальванические батареи, — но самой заметной из них все-таки стала гальванопластика. Причем удивительно, что это одновременно открытие (то есть эффект существовал в природе и без Якоби, он его обнаружил и описал) и изобретение (Якоби нашел ему прекрасное техническое применение и разработал соответствующую технологию).

Записки о гальванопластике

Итак, что такое гальванопластика? Я понимаю, что если я сейчас начну с самых азов, некоторые читатели возмутятся: мол, что ты все объясняешь, это же элементарно. Но поверьте, значительное количество людей не понимает в электротехнике совсем ничего. Если честно, и не должны понимать. Так что те, кто разбирается в вопросе, могут смело пропустить пару следующих абзацев.

Начнем с иона. Ион — это любая заряженная частица, например атом или молекула. Положительно заряженный ион называется катионом, отрицательно заряженный — анионом. Второе, что следует знать: электрод — это любой электрический проводник, например медная пластинка, находящаяся в электропроводящей среде (жидкости), которая называется электролитом. Соответственно, если в электролите есть положительные катионы, они, находясь в электрическом поле, притягиваются к отрицательному электроду (катоду), то есть плюс тянется к минусу.

Гальванопластическое изделие

Источник: Ирина Баласанова/livemaster.ru

Якоби обнаружил, что если расположить в электролите два электрода, катод и анод, то на аноде в электрическом поле начинает происходить процесс электролиза. Иначе говоря, медный анод (то есть электрод, к которому подведен «плюс») начинает растворяться, а его атомы переходят в состояние катионов. Катионы, как уже говорилось выше, притягиваются к катоду, к которому подведен «минус», и прилипают к нему, восстанавливаясь до состояния атомов. Таким образом, с течением времени анод тает, а на катоде нарастает слой анодного материала, точно повторяющий рельеф катода.

«Значит, — подумал Якоби, — если придать катоду некую форму, нарастить на ней слой анодного материала, а затем форму извлечь, то получится точная копия исходника, только полая внутри!»

Эту технологию изобретатель и продемонстрировал перед Петербургской академией наук. У гальванопластики есть точная дата рождения — 5 октября 1838 года по старому стилю. В тот день секретарь академии Павел Николаевич Фусс зачитал перед собравшимися описание гальванопластического метода и представил приложенную к письму Якоби медную пластинку, сделанную этим способом. Впоследствии Якоби многократно совершенствовал процесс, доведя его до того состояния, в котором он используется сейчас (по крайней мере, состав электролита, включающий медный купорос и серную кислоту, не изменился), а также активно переписывался с ведущими учеными умами, в том числе с Майклом Фарадеем, описавшим законы электролиза. Фарадей был в восторге от того, что коллега нашел практическое применение его теоретическим выкладкам и лабораторным экспериментам.

В 1840 году вышло сочинение Якоби о гальванопластическом методе — на русском, немецком, английском и французском языках одновременно. После публикации некоторые ученые пытались оспорить первенство Якоби, но все их притязания были отметены.

Метод гальванопластики почти сразу нашел широкое применение, в первую очередь в искусстве. Например, с помощью этой технологии до сих пор делают скульптуры и ювелирные украшения (чаще из меди, но также и из других металлов, в том числе из серебра). Для этого восковую форму покрывают тонким слоем графита и помещают в электролит, после чего осаждают на ней слой металла. Затем форму (она называется сердечником) удаляют, например расплавляют, и получается полое украшение или скульптура. Именно таким методом были сделаны статуи на фасадах Исаакиевского собора. Причем интересно, что когда собор начинали строить, Якоби еще и не помышлял о переезде в Россию, а статуи делались на завершающем этапе, в середине 1840-х годов и были, по сути, первым крупным применением гальванопластики в изобразительном искусстве. Впоследствии технология получила название гальванотехники; понятие включает в себя собственно гальванопластику и гальваностегию, при которой сердечник не удаляется, — это метод покрытия деталей различными материалами для защиты от коррозии или придания декоративного вида. На Всемирной выставке 1867 года в Париже был целый павильон гальванопластики, и уже пожилой Якоби получил за свое открытие золотую медаль.

Он скончался в 1874 году, будучи человеком среднего достатка: работа на государство, а не на самого себя, особенно в России, никогда не приносила больших денег. Его идеи и конструкции в области электродвигателей, его телеграфные разработки и, конечно, гальванотехника дали значительный толчок мировому прогрессу. А Россию Якоби всегда считал своей второй родиной.