Владислав Пристинский - 100 знаменитых изобретений
В телефоне Белла звук преобразовывался в электрические колебания, которые индуцировались в электромагните вибрирующей металлической жесткой пластинкой, замененной впоследствии гибкой пластинкой – мембраной. Индуцированный ток, а следовательно, и звук были очень слабыми. Несколько месяцев спустя Белл продемонстрировал разработанный им электромагнитный телефон, выполнявший функции передатчика и приемника.
Телефонные трубки Белла хорошо передавали речь лишь на небольшом расстоянии и обладали рядом недостатков, делавших невозможным их практическое применение.
Над усовершенствованием телефона работали многие изобретатели. Уже в 1877 г. Д. Э. Юз изобрел стержневой угольный микрофон, а в 1878 г. русский изобретатель М. Махальский сконструировал более чувствительный порошковый угольный микрофон.
В 1878 г. свою конструкцию телефонного аппарата предложил Т. А. Эдисон. Он ввел в схему телефона индукционную катушку и применил микрофон из прессованной сажи. Это позволило передавать звук на большое расстояние.
Первая в мире телефонная станция была построена в 1878 г. в американском городе Нью-Хейвен по проекту венгра Пушкаша. В 1879 г. телефонная станция была сооружена в Париже, а в 1881 г. – в Берлине, Петербурге, Москве, Одессе, Риге и Варшаве.
На первых порах для телефонной связи использовались телеграфные линии. Но заманчивая экономия в проводах, достигнутая в однопроводных телеграфных линиях связи, обернулась резким ухудшением качества связи вследствие индуцирования токов от соседних линий. Пришлось вернуться к двухпроводной линии передачи, где помехи, наведенные в каждом из проводов, взаимно компенсировались. А для большего уменьшения влияния наведенных помех параллельные провода линии через определенное расстояние скрещивались.
Первые телефонные станции были ручными. Соединения на них производили телефонистки вручную по вызову одного из абонентов. Но одна телефонистка могла обслужить не более двухсот аппаратов. Кроме того, на каждое соединение уходило слишком много времени. Требовалось автоматизировать процесс коммутации. И уже в 1879 г. американские изобретатели М. Д. и Т. Э. Кеннеди и Т. И. Мак-Тай запатентовали устройство, в котором сигналы вызывающего абонента управляли автоматом, установленным на центральной станции: автоматический коммутатор осуществлял поиск нужного абонента и соединение с ним. Телефонный аппарат обрел номеронабиратель. С его помощью создавалась серия импульсов, посылаемых на автоматическую телефонную станцию (АТС) для управления коммутатором.
В 1882 г. П. М. Голубицкий изобрел высокочувствительный телефон и сконструировал настольный телефонный аппарат с рычагом для автоматического переключения схемы за счет изменения положения трубки. Такой принцип сохранился и в современных телефонах.
В 1885 г. Голубицкий предложил схему телефонной станции с электропитанием от центральной батареи, расположенной на самой станции. Она позволяла создать центральные телефонные станции на несколько тысяч абонентов.
В 1887 г. русский изобретатель К. А. Мосцицкий создал «самодействующий центральный коммутатор». В отличие от современных АТС соединение осуществлялось без телефонистки, но управлялся он самими абонентами.
В 1889 г. американец А. Строунджер получил патент на шаговый искатель – переключающее устройство для соединения абонентских линий в автоматических телефонных станциях.
В 1893 г. русские изобретатели М. А. Фрейденберг и С. М. Бердичевский-Апостолов предложили свой «телефонный соединитель» – автоматическую телефонную станцию с шаговыми искателями. В 1895 г. Фрейденберг запатентовал идею и конструкцию АТС с предыскателями (устройством для автоматического поиска вызываемого абонента), а 1896 г. – искатель машинного типа. В 1896 г. Бердичевский-Апостолов создал оригинальную систему АТС на 11 тысяч номеров.
Первая действующая АТС была сооружена в 1896 г. в Огасте (США).
В конце XIX– начале XX в. бурно строились линии телефонной связи. Внутри городов связь осуществлялась как при помощи воздушной телефонной сети, так и путем прокладки подземных кабелей. Наибольшую протяженность в то время имели линии Париж – Брюссель (320 км), Париж – Лондон (498 км) и Москва – Петербург (660 км).
В 1915 г. инженер В. И. Коваленков разработал и применил в России первую дуплексную телефонную трансляцию на триодах. Установка на линии такого промежуточного усилительного пункта позволила значительно увеличить дальность связи.
К 1910 г. в мире действовало около 10 000 АТС и было установлено около 10 млн телефонных аппаратов.
Развитие телефонной сети требовало разработки систем многоканальной связи. Еще в 1880 г. Г. Г. Игнатьев предложил способ одновременного телеграфирования и телефонирования.
В середине 20-х годов XX в. практически завершился переход от телефонирования токами тональных частот (до 3400 герц) к высокочастотной связи (выше 16 000 герц).
Изобретение высокоизбирательных электрических фильтров и модуляторов позволило создать системы многоканальной связи с частотным разделением каналов. Стали использоваться кабельные, радиорелейные и спутниковые линии связи, рассчитанные на большое количество каналов (до 10 000 и более).
Проводная телефонная связь и сейчас остается наиболее распространенным видом связи в мире.
Тепловая электростанция
На тепловых электростанциях производится преобразование тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива (уголь, торф, сланцы, нефть, газы), в механическую, а затем в электрическую. Здесь химическая энергия, заключенная в топливе, проходит сложный путь преобразований из одной формы в другую для получения электрической энергии.
Преобразование энергии, заключающейся в топливе, на тепловой электростанции представляется возможным разделить на следующие основные стадии: преобразование химической энергии в тепловую, тепловой – в механическую и механической – в электрическую.
Первые тепловые электростанции (ТЭС) появились в конце XIX в. В 1882 г. ТЭС была построена в Нью-Йорке, в 1883 г. – в Петербурге, в 1884 г. – в Берлине.
Среди ТЭС большую часть составляют тепловые паротурбинные электростанции. На них тепловая энергия используется в котельном агрегате (парогенераторе).
Одним из важнейших элементов котельного агрегата является топка. В ней химическая энергия топлива в ходе химической реакции горючих элементов топлива с кислородом воздуха превращается в тепловую энергию. При этом образуются газообразные продукты сгорания, которые и воспринимают большую часть тепла, выделившегося при сгорании топлива.
В процессе нагрева топлива в топке образуется кокс и газообразные, летучие вещества. При температуре 600–750 °C летучие вещества воспламеняются и начинают гореть, что приводит к повышению температуры в топке. При этом начинается и горение кокса. В результате образуются дымовые газы, выходящие из топки при температуре 1000–1200 °C. Эти газы используют для нагрева воды и получения пара.
В начале XIX в. для получения пара применяли простые агрегаты, в которых подогрев и испарение воды не разграничивались. Типичным представителем простейшего типа паровых котлов являлся цилиндрический котел.
Для развивающейся электроэнергетики требовались котлы, вырабатывающие пар высокой температуры и высокого давления, поскольку именно при таком состоянии он дает наибольшее количество энергии. Такие котлы были созданы, и их назвали водотрубными котлами.
В водотрубных котлах топочные газы обтекают трубы, по которым циркулирует вода, тепло от топочных газов передается через стенки труб воде, которая превращается в пар.
Современный паровой котел работает следующим образом.
Топливо сгорает в топке, у стен которой расположены вертикальные трубы. Под действием тепла, выделившегося при сжигании топлива, вода, находящаяся в этих трубах, кипит. Образующийся при этом пар поднимается в барабан котла. Котел представляет собой толстостенный горизонтальный стальной цилиндр, заполняемый водой до половины. Пар собирается в верхней части барабана и выходит из него в группу змеевиков – пароперегреватель. В пароперегревателе пар дополнительно нагревается выходящими из топки дымовыми газами. Он имеет температуру более высокую, чем та, при которой вода кипит при данном давлении. Такой пар называется перегретым. После выхода из пароперегревателя пар поступает к потребителю. В газоходах котла, расположенных после пароперегревателя, дымовые газы проходят через другую группу змеевиков – водяной экономайзер. В нем вода перед поступлением в барабан котла подогревается теплом дымовых газов. За экономайзером по ходу дымовых газов обычно размещаются трубы воздухоподогревателя. В нем воздух подогревают перед подачей в топку. После воздухоподогревателя дымовые газы при температуре 120–160 °C выходят в дымовую трубу.
