Общий отчет Комиссии об опытах электрического освещения
Ниже приводятся комментарии к информации, составляющей содержание “Общего отчета об опытах электрического освещения, произведенных в Санкт-Петербурге под наблюдением Высочайше учрежденной для сего Комиссии”, см. Приложение 2 и [24]. Среди подписавших отчет впервые в документах появляется имя статского советника князя Грузинского. Вероятно, это был представитель Императорского двора в Высочайше учрежденной Комиссии, статский советник князь Грузинский Сергей Яковлевич, носивший в это время звание камергера Императорского двора.
Имеется значительное количество отличий в данных, приведенных в отчете, от информации из других источников. Так как отчет подписан всеми членами этой Комиссии, то очевидно, что это официальный документ, наиболее правдиво описывающий детали всех стадий этого события.
Аршро прибыл в Кронштадт 30 сентября 1849 г. по вызову российского правительства. Он привез с собой большой груз, в котором находились цинковые доски, скважистые (пористые) сосуды, пневматический аппарат (вероятно, водяной поршневой насос), стеклянные составные части и арматура для большой линзы Френеля, дуговая лампа с регулятором, множество угольных электродов.
По прибытии в Санкт-Петербург государь предложил Аршро для демонстрации освещения на выбор два места – Александровскую колонну и главный въезд в Адмиралтейство. После осмотра каждого из них Аршро объявил, что место у Александровской колонны неудобно, для расположения источника света больше подходит галерея Адмиралтейского шпица. Для гальванической батареи еще в письме из Парижа им называлась площадь 80 м2. На первом этаже флигеля Адмиралтейского двора были выделены помещения общей площадью 120,5 м2, чего впоследствии оказалось недостаточно.
Для охраны оборудования Комиссии был выделен подпоручик Гренадерского саперного батальона Сергеев, позже замененный подпоручиком Конно-пионерского дивизиона Паттоном. В команду этих офицеров входили 1 унтер-офицер и 5 рядовых, которые вели круглосуточную службу у лампы и батареи. От Морского ведомства были выделены мастера и материалы, необходимые для подготовки опытов.
Практически сразу Комиссия решила максимально быстро и полно удовлетворять все требования Аршро, чтобы у него не было повода искать внешние причины в случае неудачи.
Так как из Парижа были привезены лишь основные детали гальванической батареи и лампы-регулятора, то необходимо было их доукомплектовать и собрать на месте, а также приготовить расходные материалы в виде кислот, металлических проводников, ртути и прочего.
Описание гальванической батареи и лампы-регулятора Приведем краткое описание состава и конструкции гальванических элементов и лампы-регулятора.
Батарея включала 169 элементов, расположенных в 11 рядов, рис. 13.
Рис. 13. Чертеж помещений, в которых разместили 169 гальванических элементов батареи Аршро [24]
На рис. 14 показан состав каждого элемента, стеклянные газоотводящие трубки с деревянным коллектором, стеклянные трубки сифонов для заливания азотной кислоты. Не показаны свинцовые трубки диаметром 25 мм для заливания серной кислоты и диаметром 12,7 мм для отвода газов из стеклянного стакана.
Каждый элемент состоял из внешнего корпуса, цилиндрического отрицательного амальгамированного ртутью цинкового электрода, пористого цилиндра и центрального положительного угольного электрода. В пористом цилиндре находилась азотная кислота, снаружи и внутри цинкового цилиндра – серная кислота.
Рис. 14. Чертеж гальванических элементов батареи Аршро [24]
При взаимодействии азотной кислоты с углеродом происходила химическая реакция, сопровождающаяся появлением заряда на электроде и выделением паров азотной кислоты, которые нужно было отводить в атмосферу с помощью стеклянных трубок и деревянных коробов, размещенных на стойках вдоль рядов элементов и выполняющих роль сборного коллектора. Вторая стеклянная трубка использовалась для заливания азотной кислоты в пористый цилиндр. Амальгамирование цинковых цилиндров способствовало тому, что образующийся при растворении цинка серной кислотой водород находился преимущественно в виде ионов, а не в газообразном состоянии.
Дуговая лампа-регулятор (рис. 15) собиралась на раме и имела следующий состав: два вертикальных угольных электрода, устанавливаемых в цилиндрические держатели с креплением с помощью винтов, два аналогичных горизонтальных угольных электрода. Последние использовались как при проведении первых опытов, так и для того, чтобы без потухания лампы произвести замену сгоревших вертикальных электродов. В нижней части устройства находился собственно механизм регулятора, обеспечивающий при сгорании вертикальных электродов неизменное расстояние между ними с некоторой точностью. Нижний вертикальный проводник из мягкого железа с держателем нижнего угольного электрода находился внутри цилиндрической катушки-электромагнита и подвергался действию трех сил: собственного веса (направление вниз), веса груза, передаваемого через трос блока (направление вверх), и силы электромагнитного взаимодействия нижнего проводника лампы и катушки электромагнита (направление вниз).
Рис. 15. Чертеж дуговой лампы-регулятора Аршро, использованной в опытах (чертеж исполнен подпоручиком Паттоном) [24]
Схема собиралась таким образом, что один и тот же ток проходил через дугу лампы и катушку электромагнита. При увеличении расстояния между вертикальными электродами из-за их выгорания ток в цепи уменьшался, электромагнитная сила также уменьшалась, возникала результирующая сила, направленная вверх. Она приводила к перемещению нижнего электрода вверх, зазор между электродами уменьшался. При уменьшении расстояния между угольными электродами происходил обратный процесс с возникновением результирующей силы, разводящей электроды друг от друга.
Для устройства гальванической батареи и установки источника света понадобились следующие дополнительные работы, изделия и материалы, см. рис. 13–15.
1. 250 керамических горшков цилиндрической формы высотой 400 мм, диаметром 350 мм, являющихся внешним корпусом гальванического элемента. Таких сосудов не было в Санкт-Петербурге. Кроме того, аналогичные изделия из керамики не могли противостоять действию кислот. Поэтому их заменили на сосуды из стекла тех же размеров, изготовленные Императорским стекольным заводом.
2. Два медных проводника, соединяющие гальваническую батарею и дуговую лампу-регулятор. Длина первого из них 68 м, второго – 102 м, диаметр 7,62 мм. Работа выполнена под наблюдением академика Якоби.
3. Проводник для катушки электромагнита длиной 38,3 м, диаметром 6,1 мм также выполнен под наблюдением академика Якоби.
4. 200 стеклянных сосудов для размещения в них пористых горшков во время бездействия батареи. Вероятно, речь идет о процедурах взвешивания разных компонентов гальванических элементов, требующих разборки элементов на части. Сосуды были заказаны по чертежу Аршро на Стеклянном заводе Фрея, но не были вовремя изготовлены. После их доставки оказалось, что они неудобны и были заменены на аналогичные сосуды из свинца, выполненные под наблюдением академика Фрицше.
5. Газоотводные трубы общей длиной 160 м по чертежу Аршро, выполненные из дерева, и вывешенные на стойках. Из чертежей на рис. 14 и 15 видно, что они соединены со стеклянными трубками, отводящими газы и пары из пористых сосудов с азотной кислотой. Диаметр труб 200 мм, вертикальная отметка низа труб 0,800 м. Вероятно, их монтировали только на время опытов, так как они мешали бы различным процедурам, например, взвешиванию цинковых цилиндров. Выполнены работниками Морского ведомства.
6. 200 деревянных поддонов для пористых горшков. Судя по рис. 14, они были нужны в связи с выпуклым дном внешнего стеклянного сосуда элемента. Выполнены работниками Адмиралтейства.
7. 400 стеклянных трубок и 200 стеклянных сифонов сделаны под наблюдением академика Фрицше. Впоследствии Аршро решил не использовать сифоны, отрезал у них одно колено и применял их как обычную стеклянную трубку. Возможно, предполагалось использовать сифоны при операциях с кислотами или отработанными растворами гальванических элементов.
8. Обвить 70 угольных электродов проволокой, чего Аршро не успел сделать в Париже. Было сделано нижними чинами Морского ведомства.
9. Соединить железными проводниками электроды работающих элементов батареи. Работа выполнена слесарями Морского ведомства.
10. Цинковым доскам придать цилиндрическую форму. С этой целью в комнате 48 (рис. 7) был устроен очаг для их нагрева. Работа выполнена нижними чинами, состоящими в распоряжении Комиссии.
11. Замазать газопроводные трубы в стыках с крышкой пористого сосуда, деревянного коллектора, а также стыки сифонов для заполнения пористых сосудов азотной кислотой. Замазка была сделана из компонентов по рецепту Аршро под наблюдением академика Фрицше, процедура замазывания стыков выполнена нижними чинами, результаты проконтролированы Аршро.
12. Для подготовки батареи к работе необходима вода. В помещении батареи был установлен небольшой насос, всасывающий трубопровод проведен под фундаментом здания в обводной канал Адмиралтейства. Вероятно, чаны заполнялись водой с помощью насоса перед вливанием в них соответствующих концентрированных кислот.
13. Свинцовые трубы для отвода газов и для вливания серной кислоты в стеклянный сосуд с цинковым цилиндрическим электродом. Трубы диаметром 25,4 и 12,7 мм длиной 34 м каждая были заказаны академиком Фрицше по указанию Аршро.
14. Чаны для разбавления кислот и различные мелкие снаряды и инструменты. Исполнено академиком Фрицше.
15. Заготовить необходимое количество серной и азотной кислоты. Исполнил академик Фрицше, проводивший также их испытания и получивший одобрение результатов от Аршро.
16. Приобрести необходимое количество ртути для амальгамирования цинковых досок. Равномерная во времени доставка ртути произведена по заказу академика Фрицще, амальгамирование выполнено нижними чинами. Аршро проконтролировал результат.
17. Для доукомплектации регулятора Аршро подключил к работе французского механика Фурнье. Однако позже тот отказался от исполнения недостающих узлов, поэтому их изготовил механик Морского ведомства Экман.
18. Для установки регулятора сделать деревянную подставку, для ориентации линзы Френеля в нужном направлении исполнить деревянный прибор со слесарной работой. Выполнено вольным мастером и работниками Морского ведомства.
19. На галерее Адмиралтейского шпица сделан застекленный тамбур, описанный выше, рис. 9 и 10.
20. Заказать две платиновых пластины для работы регулятора. Исполнено Департаментом Горных и Соляных дел.
21. Сделать 12 деревянных ограждений без дна для рядов гальванических элементов, чтобы оградить их от повреждений.
После окончания перечисленных работ Аршро объявил о готовности к испытаниям вечером 8 декабря. Военный министр дал свое согласие на начало испытаний.
Зарядка гальванической батареи началась утром в понедельник 5 декабря в 10:30 в присутствии Якоби, Фрицше, Константинова и закончилась утром в четверг 8 декабря.
4 работника приступили к разведению серной кислоты в чанах, предварительно наполненных водой, до 12° по ареометру Боме (плотность раствора 1,090 г/см3). В 13 часов того же дня серную кислоту начали разливать из чанов в стеклянные сосуды гальванических элементов. К 15:45 было заполнено только 50 сосудов из 169, но уровень жидкости в них еще не был установлен. При такой динамике 169 сосудов заполнились бы за 9,5 часов.
Аршро начал заполнять пористые сосуды азотной кислотой 6 декабря в 20:30. До 8:00 7 декабря он успел зарядить только 63 горшка при работе с 2-мя помощниками. Остальные 106 горшков были заряжены в присутствии подпоручика Паттона 15-ю работниками в течение 5 часов 7 декабря и с 3:00 до 5:00 в ночь на 8 декабря.
На амальгамирование 169 цинковых цилиндров был израсходован 31 фунт (14,06 кг) ртути. Крепкой серной кислоты в 66° по ареометру Боме для наполнения стеклянных сосудов потребовалось 36 пудов 20 фунтов (599 кг), азотной кислоты для наполнения пористых сосудов – 40 пудов (655 кг).
Освещение началось вечером 8 декабря с 19:00 и продолжалось до 22 часов. Свет с помощью Френелевой линзы направлялся по Невскому проспекту, но не освещал всей улицы, представляя собой лишь сияющий конус, шедший от галереи Адмиралтейства до точки, на которую он был направлен. Однако в связи с несовершенством аппарата, использованного Аршро, а также тем, что источник света не был установлен в фокусе линзы, направленность пучка света отличалась от проектного положения.
При проведении опыта свет не оставался постоянным, он все время изменялся как по интенсивности, так и по цвету, и несколько раз совсем потухал. Это было связано с тем, что регулятор не действовал, и что Аршро оказался вынужденным держать угольный стержень и направлять его рукой. В отдельные минуты свет так усиливался, что можно было читать газету у Полицейского моста (моста через Мойку). В то же время вне светящего конуса, занимающего малое пространство, освещение отсутствовало. Этот первый опыт оказался совершенно неудачен. Кроме того, гальваническая батарея при своей работе выделяла так много газов, что в комнатах, где она находилась, нельзя было оставаться долгое время.
На следующий день Аршро сказал Председателю Комиссии, что он признается в полной неудаче опыта и объясняет это двумя причинами:
1. Регулятор требует внесения изменений в его работу. Он считал, что привез готовый к работе прибор, но увидел слишком поздно, что ошибся. Поэтому он держал угольный стержень в руках, что, конечно, не позволило сохранять расстояние между электродами постоянным, поэтому изменялись и сила света, и цвет дуги. Прерывание света было вызвано тем, что угольный стержень случайно выпал из рук на пол во время опыта.