Для Яблочкова характерно то, что его изобретения всегда являлись следствием многочисленных физических исследований и экспериментов. Он не просто изобретал, он изучал наблюдаемые им явления и давал им своё, иногда своеобразное толкование. Своё мнение о невозможности использования для электрического освещения ламп накаливания Яблочков обосновывал оригинальным рассуждением, вытекавшим из его представления о процессах электрической дуги. В связи с тогдашним уровнем развития физики Яблочков представлял явления, имеющие место в электрической дуге и в лампе накаливания, не как прохождение электрического тока через газы — электрического разряда, в первом случае, и прохождение электрического тока через твёрдые тела, во втором случае, а соответственно: как накаливание со сгоранием углей и накаливание без сгорания. Кислороду воздуха и связанным с последним химическим реакциям Яблочков приписывал особо значительную роль в дуге. Энергию, выделяемую при этих реакциях, он считал главным источником излучаемой световой энергии дуги.
Как бы в подтверждение или для иллюстрации этой мысли Яблочков несколькими годами позднее изобретения знаменитой «свечи» построил «свечу» следующего вида. Стержень из железной проволоки был окружён хлорокисью магния. Два таких стержня были расположены один против другого. Между их концами возникала электрическая дуга. Железо накаливалось добела и восстанавливало магний из окиси. Металлический магний сгорал в кислороде воздуха ярким блестящим пламенем. Электроды такой свечи укорачивались очень медленно — не больше 1 сантиметра в час. Совершенно ясно, что в этом случае источником излучения света действительно служила химическая реакция.
Во время своих опытов с дроблением электрического света при помощи конденсаторов Яблочков задался вопросом о прохождении электрического тока через конденсатор. Ему удалось экспериментально показать, что на зарядку конденсатора требуется определённое время. Описание этих опытов и изложение теоретических соображений можно найти в упомянутом уже нами публичном докладе, прочитанном Яблочковым в Петербурге.
Всему этому вопросу, сущность которого Яблочков определял как переход динамического электричества в статическое электричество и обратно, он придавал большое проблемное значение.
Это вполне понятно, если вспомнить, что в 70-х годах прошлого века ещё не существовало современной теории переменных токов. Отсутствовали представления о запаздывании тока по сравнению с напряжением в цепи переменного тока, о возможности прохождения тока через ёмкость, об активной и реактивной слагаемой мощности переменного тока и т. д. — представления, являющиеся теперь азбукой для каждого электрика, начиная с инженера и кончая грамотным монтёром.
В наше время вопрос о статическом и динамическом электричестве не возникает, но во времена Яблочкова он ещё волновал умы учёных-новаторов, и отражение этого можно найти в работах даже такого крупного физика, как А. Г. Столетов.
П. Н. Яблочков был не только крупным просвещённым изобретателем, но и серьёзным, вдумчивым физиком-исследователем, глубоко анализировавшим все явления, с которыми ему приходилось иметь дело, и неизменно прибегавшим к тщательному эксперименту для разрешения возникающих у него сомнений.
Кроме своих основных работ, принесших ему мировую известность, Яблочков сделал немало изобретений. Его лампы накаливания с телом накала из каолина, о которых речь была выше, были практически осуществлены изобретателем и применены для освещения кают в трёх судах русского военного флота. Электрическими машинами Яблочков начал заниматься ещё в мастерской Бреге. В журнале «Электричество» за 1881 год можно найти описание весьма совершенных по тому времени динамомашин, построенных Яблочковым. Преимущества машин Яблочкова перед другими, распространёнными тогда динамомашинами Сименса и Грамма были весьма значительными. В машине Сименса переменный электрический ток получался во вращающемся якоре, это приводило к изнашиванию коллекторных щёток и искрообразованию из-за сравнительно высокого напряжения в цепи. В машине Грамма обмотки, в которых индуцировался ток, неподвижны, но они имели сложную кольцеобразную форму. Эта часть машины вносила значительные неудобства при изготовлении машины или исправлении каких-либо повреждений обмоток. В динамомашине Яблочкова обмотка, в которой индуцировались токи, также была неподвижна, но она была проста по своему устройству и состояла из отдельных катушек. Соединение этих катушек параллельно или последовательно можно было изменять любым образом и получать таким способом от одной и той же машины токи различного напряжения. Можно было также, не останавливая машину, выключить повреждённую катушку, вынуть её и заменить другой. Система динамомашин Яблочкова не представляла таких препятствий к увеличению размера и мощности, как система Грамма.
В 1882 году Яблочков подал патентную заявку на динамомашину, отличавшуюся тем, что у неё ось статора (неподвижной системы катушек) и ось ротора (системы подвижной обмотки) были наклонены к оси вращения, что должно было привести к увеличению электродвижущей силы машины при той же скорости вращения. Запатентованный в том же году электродвигатель Яблочкова был рассчитан на очень малое число оборотов. Необходимость в таком двигателе вызывалась тем, что употреблявшиеся в то время механизмы были приспособлены к тихоходным паровым машинам.
Рис. 16. Динамомашина переменного тока Яблочкова: а — вертикальный разрез; б — боковой вид; в — катушка якоря.
Динамомашины Яблочкова не получили широкого распространения. Это объясняется тем, что после создания совершенных конструкций в руках Яблочкова уже не было достаточных материальных средств для быстрого налаживания производства этих машин, а в то время очень быстро развивались теория и практика построения электрических машин. В области электрических машин переменного тока Яблочков выдвинул ряд новых блестящих идей.
В поисках дешёвого и надёжного источника электрического тока Яблочков не ограничивался изучением и усовершенствованием динамомашин. Его сильно интересовали также и гальванические элементы, бывшие когда-то единственным источником электрического тока.
В технике сильных токов гальванические элементы во времена Яблочкова не могли конкурировать с электрическими машинами. В настоящее время двадцатилетняя работа П. Н. Яблочкова над гальваническими элементами (с 1870 по 1890 год) становится особенно интересной в свете того значения, которое теперь гальванические элементы приобрели в радиотехнике и в других областях техники слабых токов.
Разработку новых типов гальванических элементов Яблочков вёл очень систематически, исходя каждый раз из определённой идеи. В первых типах своих элементов Яблочков стремился получить электрическую энергию путём непосредственного расходования угля в гальваническом элементе, минуя применение паровой машины. Это так называемые «элементы горения», основанные на наблюдениях одного учёного над возникновением электродвижущей силы при соприкосновении горящего угля с холодным металлом. Катодом в элементе Яблочкова служил уголь; электролитом служила расплавленная селитра, являвшаяся в то же время источником кислорода для горения угля и деполяризатором. Внесение в селитру солей некоторых металлов позволяло регулировать интенсивность всего процесса. В другом элементе Яблочкова источником кислорода служила вода.
Несколько позднее Яблочков перешёл к элементам, в которых вместо угля применялся натрий или другие щелочные металлы. Эти элементы не требовали присутствия жидкости и были названы Яблочковым «сухими элементами» в более точном значении этого слова, чем современные нам «сухие батарейки», знакомые каждому радисту, так как в последних имеются опилки, пропитанные электролитическим раствором.
Действие сухих элементов Яблочкова основано на окислении натрия при комнатной температуре. Натрий, служащий катодом, отделён от пористого угля или от какого-либо другого пористого проводника пластинкой пористого изолятора. Воздух, окисляющий натрий, проникает к последнему через пористый анод и пористый изолятор. Задняя поверхность натриевой пластинки покрыта слоем лака, препятствующим непосредственному окислению её воздухом. В руках Яблочкова элемент с натрием прошёл несколько различных модификаций.
Опыты с натриевыми элементами в Париже в 1884 году чуть ли не стоили Яблочкову жизни, так как во время этих опытов от воспламенения водорода произошёл пожар. Яблочков стал задыхаться и уже лежал без чувств, когда к нему пришли на помощь.
Вредным процессом в гальванических элементах является так называемая поляризация анода, представляющая собой накопление около анода водорода, мешающего прохождению тока. Яблочков воспользовался поляризацией анода для создания особого трехэлектродного элемента с электродами из натрия, цинка и угля. В центральной части этого цилиндрического элемента катодом служит сильно окисляющийся штабик из натрия, анодом — сравнительно слабо окисляющийся цинковый цилиндр. Во внешней части того же элемента анодом служит неокисляющийся уголь, катодом — цинк. Уголь постоянно поляризуется, но вместе с тем поглощает кислород из воздуха, что приводит к непрерывному уничтожению поляризации путем соединения кислорода с поляризующим уголь водородом. Этот тип гальванического элемента был назван Яблочковым «автоаккумулятором» и является прототипом предложенных намного позднее элементов с «воздушной деполяризацией».
Один из наиболее удачных типов автоаккумулятора Яблочков запатентовал в 1885 году и тогда же представил доклад о принципах действия автоаккумулятора в Парижскую Академию наук.
В 1887 году Яблочков получил патент на гальванический элемент с механической подачей в него под давлением газов, служащих для деполяризации. В последних типах разработанных им гальванических элементов Яблочков борется с засорением пор угля путём устройства перед последним тонкой деревянной перегородки с очень малыми пористыми отверстиями, не пропускающими засоряющих частиц солей к углю. Загрязнение цинкового катода окисью цинка Яблочков устранил в этом типе гальванических элементов путём лужения поверхности цинка оловом.
Работы П. Н. Яблочкова над гальваническими элементами не явились простыми попытками подобрать наиболее удачную комбинацию путём очень большого числа пробных опытов. Как и во всех других изобретениях, Яблочков шёл и здесь по строго намеченному пути, обусловленному имевшимися в его руках научными данными и его собственными исследованиями.
Существенной задачей современной электротехники является передача энергии по проводам — та канализация электричества, которую предсказывал Чиколев. П. Н. Яблочков не мог оставить эту задачу без внимания.
В 1885 году он поделился в кругу близких ему специалистов-электротехников своими мыслями по вопросу о наилучших методах передачи электрической энергии на расстояние при помощи высоковольтного переменного тока. Слушатели записали предложение Яблочкова. Он указал на выгодность и необходимость пользоваться для передачи энергии током высокого напряжения. Он предлагал пользоваться для передачи переменным током, повышая напряжение последнего при помощи трансформаторов («индукционных катушек» по его терминологии).
Эти мысли вскоре нашли блестящее подтверждение в работах другого русского учёного-новатора — Михаила Осиповича Доливо-Добровольского.
То большое внимание, которое Яблочков посвятил переменному току, а также тот толчок, который он дал применению переменного тока и разработке машин переменного тока, а также идея применения трансформаторов представляют собой одну из основных заслуг Яблочкова в области технического прогресса, наравне с достигнутым им впервые широким применением электрического освещения.
Перечисленные изобретения Яблочкова далеко не исчерпывают всей их совокупности, но всё разнообразие этих изобретений никак не может заслонить чрезвычайную целеустремлённость исследовательской и изобретательской деятельности Яблочкова. Несомненно, что динамомашинами и экономичными гальваническими элементами он занимался с целью найти наиболее подходящие и наиболее дешёвые источники тока для электрического освещения.
Для достижения своей основной цели и осуществления её именно в России Павел Николаевич Яблочков пожертвовал в жизни всем — и должностью военного инженера, и своим служебным положением начальника отдела крупной железной дороги, и своими личными средствами.
Труд и жизнь Яблочкова, так же как и других славных его сподвижников — Лодыгина и Чиколева, отличаются от труда и жизни «знаменитых» иностранцев той неимоверно тягостной обстановкой, в которой работали русские новаторы в царской России. В правящих кругах России и в дворянской верхушке русского общества преобладало ярко выраженное низкопоклонство перед иностранцами и раболепие перед культурными и техническими достижениями Запада, царил так метко отмеченный А. С. Грибоедовым в его бессмертной комедии «Горе от ума» «дух слепого, рабского, пустого подражанья». Русских талантливых и умных людей правящие круги и власть имущие не ценили и не оказывали им поддержки. Их изобретениями и научными достижениями интересовались лишь тогда, когда эти изобретения и достижения получали лестную оценку за границей.
Русским новаторам-изобретателям приходилось самим прокладывать новые творческие пути и на весьма скудные средства осуществлять и проверять на деле свои крупные изобретения. Несмотря на все препятствия, русские люди со страстным увлечением посвящали науке и технике все свои мысли и силы, думая не о своих личных интересах, а лишь о прогрессе науки и техники на благо горячо любимой ими родины. Большинство из них овладело своей областью знаний самостоятельно. Самостоятельны и новы были и их идеи. Они умели и имели смелость дерзать. Таков был и Павел Николаевич Яблочков — краса и гордость русской электротехники.
Со дня смерти П. Н. Яблочкова прошло много лет. После Великой Октябрьской социалистической революции условия научной работы на нашей родине коренным образом изменились. Советские учёные пользуются всемерной поддержкой Правительства и партии Ленина — Сталина. Из года в год множится число советских научных открытий и изобретений.
Советский Союз в области электротехники занимает одно из ведущих мест в мировой науке. Советские электротехники сумели решить ряд важнейших научных проблем для развития народного хозяйства СССР.
В капиталистических странах учёные, поставившие свою мысль на службу милитаризму, используют достижения электротехники для разработки новых средств уничтожения людей. Величайшие открытия человеческой мысли поставлены в капиталистических странах на службу империалистической агрессии, а наука служит интересам монополий.
Наука в Советском Союзе полностью подчинена благородным задачам строительства коммунистического общества, росту благосостояния всего советского народа.