Тесла против Эдисона: 9 вопросов о «войне токов»

[55_77]

Почему «война токов» так называется? Какую роль в ней сыграл электросчетчик, а какую - электрический стул? И кто все-таки изобрел лампочку? Разбираемся в новом выпуске рубрики
1. Почему «война токов» так называется?


Никола Тесла в лаборатории в Колорадо-Спрингс. Около 1899 года
«Войной токов» принято называть противостояние в конце XIX века двух изобретателей: Томаса Эдисона и Николы Теслы, которого поддержал крупный американский промышленник и инженер Джордж Вестингауз. Эдисон выступал за постоянный ток, а Тесла - за переменный. Оба типа тока способны питать электроприборы и средства связи, однако проявляют себя по-разному при передаче на расстояние.

Исторически первыми появились генераторы постоянного тока 
Они обладали небольшим напряжением, были способны запитывать электрические лампочки и обеспечивать передачу сигналов связи - правда, только на небольшие расстояния, до 1-2 км. На большой дистанции напряжение падало и повышалось сопротивление сети.
Переменный ток передается с более высоким напряжением, поэтому он может обеспечить более эффективную передачу энергии на дальние расстояния. Его энергию можно использовать не только для снабжения маломощных осветительных приборов, но и, например, на промышленных предприятиях с тяжелой техникой. Импульс к развитию машины переменного тока получили в 1870-х годах в связи с созданием Павлом Яблочковым дуговой лампы, работавшей от переменного тока (см. вопрос 8), но именно о «войне токов» можно говорить применительно к 1880-м годам, когда Никола Тесла начинает работать в компании Эдисона и демонстрирует ему свои разработки двигателя переменного тока, основанного на вращающемся магнитном поле.
2. Кто такие Эдисон и Тесла?


Томас Эдисон. Около 1906 года
Томас Эдисон (1847-1931) - американский изобретатель и предприниматель. В юности он был телеграфистом, интересовался электротехникой, увлеченно чинил и совершенствовал аппараты. Примерно в 1869 году Эдисон впервые продает свой патент. Это был патент на усовершенствованный биржевой тикер - систему телеграфирования биржевых данных. В 1873-м он посетил Англию, где познакомился со сложной лабораторной машинерией, которую там для обеспечения связи использовали телеграфные инженеры. После возвращения в США он организовал лабораторию, а позднее целую «фабрику изобретений»: в 1875-1876 годах - в Менло-Парке, а в 1887-м - в Уэст-Ориндже. Известным он становится после изобретения в 1877 году фонографа.
Наладив производство динамо-машин , кабелей, лампочек, в 1882 году Эдисон запустил электростанции постоянного тока в Лондоне и Нью-Йорке. В 1889-м в результате слияния трех производственных компаний Эдисона, работавших с начала 1880-х годов, и его патентной компании, основанной в 1878 году, появилась корпорация Edison General Electric Company. В это время ему было 42 года.
Никола Тесла (1856-1943) - инженер и изобретатель сербского происхождения. Известным его сделала разработка двигателей переменного тока и идея о том, что передавать электроэнергию и сообщения можно без проводов. В историю он вошел как экстравагантная и даже одиозная фигура, его биография окутана загадками и мифами. В 1882 году, размышляя над проблемой, которую сформулировал еще в 1878-м, когда учился в Граце, 26‑летний Тесла придумал, как использовать явление вращающегося магнитного поля, что позволило бы сконструировать электродвигатель переменного тока 
3. Что они не поделили?


Никола Тесла. 1896 год
В том же 1882 году Тесла приехал в парижское представительство Continental Edison Company, где предложил идею нового двигателя. Вместо того чтобы рассмотреть предложение, Теслу отправили на строительство проблемной электростанции для железнодорожного вокзала Страсбурга. Тесла помог ее запустить, но, когда он вернулся в Париж за обещанным гонораром, компания отказалась выплачивать деньги.
Не оставляя своих идей в области электротехники, Тесла поехал в США и устроился инженером по ремонту генераторов постоянного тока в Edison Machine Works. В компании Тесле предложили усовершенствовать машины постоянного тока и пообещали внушительную премию - по некоторым данным, 50 тысяч долларов. Тесла вскоре представил 24 варианта новых генераторов. Эдисон работу одобрил, но деньги платить отказался, пошутив, что сербский эмигрант плохо понимает американский юмор. По другой версии этого события, сам Тесла предложил компании купить у него патент за 50 тысяч долларов, но в компании только посмеялись. Так или иначе, с этого момента Эдисон стал для Теслы врагом на всю жизнь.
Тесла покинул компанию Эдисона, но потенциал в его разработках увидел Джордж Вестингауз, который хорошо ориентировался в индустрии и знал слабые стороны электростанций постоянного тока. Он хотел использовать идеи Теслы, чтобы обойти эти недостатки.
4. В чем был интерес Вестингауза?


Иллюстрация из каталога Westinghouse Electric Company. 1888 год
Станции и аппараты переменного тока Вестингауза с середины 1880-х стали составлять конкуренцию уже практически сложившейся монополии Эдисона. К тому же Вестингауз начал использовать трансформаторы, которые позволяли понижать высокое напряжение переменного тока, чтобы его можно было использовать в том числе для освещения дома. Если до появления трансформаторов Эдисон и Вестингауз могли бы занять отдельные ниши (у Эдисона - освещение и связь, у Вестингауза - передача тока на большие расстояния и промышленность с мощными установками), то трансформация тока позволила Вестингаузу конкурировать с Эдисоном на его поле - в области освещения.
5. Какую роль в «войне токов» сыграл простой электросчетчик?


Счетчик электроэнергии. Около 1882 года
Эдисон разработал в своей лаборатории счетчик электроэнергии и получил на него патент в 1881 году. Таких патентов затем было несколько. Электрические измерительные приборы существовали до этого, ученые активно стали изобретать и изготавливать их с начала XIX века, когда появились первые электрические батареи и исследования электричества начали смещаться от фиксирования качественных характеристик явления к количественным 
Разработка Эдисона важна тем, что новый счетчик стал элементом централизованной системы энергоснабжения и освещения, превратив электричество в коммерческий товар. Это был своего рода последний штрих, делающий целостной всю систему: электростанция, провода, лампы и счетчик, фиксирующий отношения компании и потребителя.
Электроснабжение по такой системе было организовано компанией Эдисона в Нью-Йорке в 1882 году. По замыслу ученого, устройство для измерения электроэнергии должно было работать по тому же принципу, что и знакомый потребителям газовый счетчик. Однако, в отличие от газа, электричество не имеет веса и запаха, поэтому его нужно было измерять по косвенным признакам. Счетчик Эдисона был основан на фарадеевском законе электролиза, согласно которому масса вещества, осажденного на электроде, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод. Специфика такой конструкции счетчика заключалась в том, что пользователи не могли самостоятельно провести измерения. Сотрудники компании раз в месяц отключали счетчики, снимали электроды, отвозили их в лабораторию, где на основе данных взвешивания рассчитывалось потребление электроэнергии, а затем выставлялся счет по почте. Этот метод был для потребителей неудобным и непрозрачным. Кроме того, электролитический принцип подходил для системы на постоянном токе, но не подходил для системы на переменном 
В контексте «войны токов» изобретение счетчика было важным в том смысле, что закрепило за электричеством статус массового исчислимого товара, позволило выстроить рынок электроэнергии. Внедрение генераторов переменного тока подразумевало передел этого рынка.
6. Правда, что все боялись переменного тока?


Провода над Бродвеем. Нью-Йорк, 1889 год
Электричество было модной темой в американской прессе и публичном дискурсе 1880-х годов. С электричеством связывали надежды на прогресс, описывали как революционную технологию, способную освещать, приводить в движение и даже лечить. Однако был и страх. Помимо компании Эдисона, в Нью-Йорке функционировали еще ряд компаний, предлагавших освещение и телеграфную связь. Они, по замечаниям журналистов , буквально опутывали город огромным количеством проводов, которые застилали небо. Далеко не все провода поддерживались в хорошем состоянии, были оголенные отрезки. Количество несчастных случаев, связанных с электричеством, росло. С мая 1887 года по сентябрь 1889 года семнадцать жителей Нью-Йорка погибли от электрического тока. Страх перед электричеством усиливался и был использован «войной токов». Можно сказать, что Эдисон старался играть на усиливающемся страхе и негодовании ньюйоркцев. Нью-йоркская пресса тут же переключилась с сюжетов о сравнительных достоинствах газового и электрического освещения на репортажи о «смертях от провода», и каждый такой репортаж еще сильнее раздувал страх публики перед высоковольтным переменным током.
7. А электрический стул здесь при чем?


Казнь посредством электричества. Иллюстрация из журнала Scientific American. 1888 год
Историю внедрения казни посредством электричества можно рассматривать как сюжет публичного противостояния между компаниями Эдисона и Вестингауза. Хитроумный пиар преследовал экономические интересы, но опирался на идею гуманизма технологического прогресса.
С 1860-х годов в США возобновились дебаты о гуманизации смертной казни - наказанием осужденных должна была стать смерть без физических мучений. В 1885 году (по другим данным - в 1887-м) в штате Нью-Йорк была создана комиссия, которая в течение нескольких лет консультировалась с врачами, инженерами и адвокатами относительно наиболее гуманных и технологичных способов казни. В отчете комиссии приоритет был у электричества, поскольку этот метод описывался как безболезненный, надежный и быстрый, то есть максимально цивилизованный. Гильотина и расстрел, согласно отчету, тоже считались надежными и быстрыми способами, однако оставляли видимые повреждения на теле. Казнь посредством электричества была легализована в 1888 году.

Одной из ведущих фигур в техническом воплощении закона о казни был Гарольд П. Браун. В конце 1870-х он отвечал за проектирование и установку дуговых фонарей  в Чикаго и занимался консультированием в сфере электротехники, а с 1887 года, после переезда из Чикаго в Нью-Йорк, стал сотрудничать с Томасом Эдисоном. Сначала проводились опыты над животными. Техническую помощь в их проведении оказала лаборатория Томаса Эдисона в Уэст-Ориндже. Браун использовал переменный ток. Так, например, были умерщвлены лошадь и несколько телят. Благодаря лоббистским усилиям Эдисона именно переменный ток был выбран в качестве смертельного оружия против преступников. Из-за публичной кампании, развернутой Эдисоном, у переменного тока сложилась репутация более мощной и чрезмерно опасной технологии, не подходящей для повседневного применения.
Первым осужденным на казнь на электрическом стуле был убийца Уильям Кеммлер. Вестингауз чувствовал, что его деловые интересы находятся под угрозой, поэтому он нанял для Кеммлера лучших юристов. Они строили защиту на том, что использование электричества для казни неконституционно и что его смертельная сила не доказана. Общественность клеймила защитников обвиняемого за то, что они лишь отстаивают экономические интересы компании. Казнь состоялась в 1890 году, она была долгой и болезненной. Тем не менее первый опыт такой казни был признан удачным и проложил дорогу последующему развитию этой технологии.
В 1901 году кинокомпанией Эдисона была снята серия фильмов о деятельности президента США Уильяма МакКинли. Один из эпизодов был посвящен казни его убийцы - анархиста Леона Чолгоша. Для этого в тюрьме Оберн (штат Нью-Йорк) реконструировали процесс исполнения приговора. В фильме были показаны технологические детали, а казнь была представлена в нейтральном научно-медицинском ключе без эмоций и страданий.
8. Кто все-таки изобрел лампочку?


Рисунок из патента Томаса Эдисона на лампу накаливания. 1880 год
Назвать одного-единственного создателя лампочки трудно. К этому приложили руки многие изобретатели.
Использование электричества для создания искусственного источника света обсуждали с начала XIX века. В 1802 году член-корреспондент Петербургской академии наук Василий Петров обнаружил явление электрической дуги, то есть возникновение электрического разряда в газе  Изобретатели экспериментировали с разными конструкциями источников тока и материалом электродов. Например, во время коронации Александра II в 1856 году была организована иллюминация с помощью дуговых фонарей, изготовленных изобретателем Александром Шпаковским.
В 1873 году электротехник Александр Лодыгин, откачав из колбы воздух, создал электрические лампы накаливания, способные гореть более 700 часов. Он получил патенты на свое изобретение в России и нескольких европейских странах.
Одним из примеров успешной технологии, основанной на явлении электрической дуги и впоследствии получившей широкое распространение, стала угольная лампа, созданная Павлом Яблочковым, так называемая «электрическая свеча». В 1875 году Яблочков уехал в Париж, где сконструировал промышленный образец электрической лампы. А в 1878‑м система освещения Яблочкова «русский свет» была продемонстрирована на Всемирной выставке в Париже. Тогда же английский инженер Джозеф Сван предложил лампу с угольным стержнем в виде нити.
В свою очередь, Томас Эдисон создал лампу, превосходящую прочие по надежности и ставшую коммерчески успешной. Скорее всего, он был знаком со «свечой Яблочкова» и лампой накаливания с вольфрамовыми нитями Лодыгина, но усовершенствовал конструкцию лампы. Он экспериментировал с различными материалами нагревательного элемента, пробовал платину, бор, хром, в 1879 году получил патент, подтверждающий изобретение лампы накаливания с платиновой нитью, а в 1880 году - патент на лампу накаливания с угольной нитью. Пытаясь усовершенствовать нить, он также экспериментировал с высококачественным бристольским картоном и натуральными растительными волокнами - по его заданию ботаники собирали образцы в Южной Америке, на Кубе, в Австралии. Наиболее подходящим оказался бамбук.
1 января 1880 года в лаборатории Эдисона в Менло-Парке состоялась масштабная демонстрация новой системы освещения, на которую прибыло более 3000 человек. После успешной презентации Эдисон получил множество запросов на установку освещения. Началось массовое распространение его ламп. К началу «войны токов» эдисоновское изобретение было неотъемлемой частью рынка электроэнергии.
9. Когда и чем закончилась «война токов»?


Всемирная выставка в Чикаго. 1893 год
Финальным аккордом противостояния Эдисона и Теслы стала Всемирная выставка в Чикаго в 1893 году. Вестингауз вместе с Теслой выиграли тендер на освещение мероприятия и установили 200 тысяч ламп, работавших от переменного тока. А в 1894 году Вестингауз построил на Ниагарском водопаде крупную гидроэлектростанцию, работавшую на трехфазном генераторе переменного тока 
. Она передавала энергию на большие расстояния на повышенном напряжении. Это было триумфом переменного тока и поражением постоянного.
Однако история соперничества постоянного и переменного тока на этом не закончилась. Можно привести пример из советской электрификации. Советские инженеры и экономисты в начале 1930-х годов вернулись к вопросу о выборе системы тока для создания единой централизованной сети высоковольтных передач. Историческая победа переменного тока была очевидна, но в СССР эта технология казалась неудовлетворительной и недальновидной. Дело в том, что при передаче энергии на расстояние более 250-300 км обнаружилось ограничение трехфазной системы переменного тока - реактивное сопротивление , приводящее к большим потерям энергии. Постоянный ток передавался без потерь, а инфраструктура позволяла экономить на компенсирующей аппаратуре и сохранять высокое напряжение.
В этих условиях постоянный ток становился воплощением идеи масштабирования электрификации. Чем длиннее была линия электропередачи и чем больше была передаваемая мощность, тем выше (а не ниже!) становилась пропускная способность и экономическая выгода. Тогда, в 1930-х, инженеры связывали именно с постоянным током возможность перебрасывать миллионы киловаттов на тысячи километров, обеспечивая технологическое и материальное изобилие страны.
Забегая вперед, отметим, что линии постоянного тока не стали в советской системе единственными или универсальными, однако действительно показали свою эффективность и применяются в России и мире по сей день.
источник