Эта пластиночная машина состояла из большого числа расположенных по кругу электромагнитов и вращавшейся над ними конической железной пластины, вершина которой располагалась в центре круга. Магниты имели две обмотки, одна из которых, внутренняя, частично запитывалась током от батареи, состоявшей из нескольких крупных элементов. Они приводили в движение пластину посредством группы контактов, связанных с пластиной, но опережавших ее на четверть круга. В то же время внешняя обмотка всех магнитов была связана и образовывала замкнутый круг. Двигаясь над полюсами магнитов, конус создавал во внешней обмотке подключенных к батарее магнитов индуктивный ток одного направления, а в обмотке не подключенных – противоположного. Кажется, что эти противоположно направленные токи внешней обмотки должны связывать друг друга так, будто их в ней вообще нет. Это было бы так, если бы на ней в противоположных местах не были сделаны два отвода, с помощью которых разнонаправленные токи двух половин объединялись в один постоянный. Снятие тока отводами осуществлялось с помощью электрических щеток, которые приводились в движение удлиненной осью пластины.
Эта построенная мною в 1854 году пластиночная машина с успехом выставлялась на нескольких всемирных выставках, начиная с парижской 1855 года. Один экземпляр вместе с несколькими другими нашими оригинальными механизмами я подарил Берлинскому почтовому музею, в котором представлена лучшая в мире коллекция старинных телеграфных аппаратов. Пластиночная машина представляет исторический интерес, так как с ее помощью был впервые решен вопрос производства постоянного тока одного направления при помощи индукции. И создана она была за 10 лет до магнитного индуктора профессора Пачинотти[155], который шел к цели тем же путем. Так что принцип разветвления тока в его кольце уже был изобретен мною. И это значит, что пластиночная машина была предшественницей современных вырабатывающих постоянный ток динамо-машин, с одной стороны, и трансформатора – с другой. Даже если бы моя пластина с посаженными на ось щетками вращалась не автоматически, а приводилась в движение вручную, она уже тогда стала бы настоящей динамо-машиной. Таким образом мы обошли бы период использования двутаврового якоря, с помощью которого работали первые электрические генераторы постоянного тока. Это может служить примером того, как трудно порой бывает дойти до наиболее простого и, как потом кажется, очевидного решения. Мне стыдно теперь вспоминать, как я, определив принципы работы динамоэлектрической машины, не додумался до того, чтобы соединить индуктивные токи с противоположных концов обмотки, как уже сделал в пластиночной машине. Точнее, додумался, но много лет спустя, благодаря подсказке профессора Пачинотти.
В 1854 году инженеров-телеграфистов привело в волнение сообщение «Лейпцигского политехнического вестника». В нем говорилось, что сотруднику австрийского телеграфа доктору Гинтлу[156] удалось с помощью аппаратов системы Морзе по одному кабелю, связывавшему Вену и Прагу, одновременно передать в разных направлениях две телеграммы. На аппаратах стояли реле с двумя обмотками, через одну из которых проходил линейный ток, а через другую – ток такой же силы, но противоположно направленный, из местной электрической батареи. Этот местный ток подключался специальным контактом к реле тогда же, когда начинал поступать ток из линии. Однако доктор Гинтл пришел к выводу, что такой подход малоэффективен, поскольку заставить срабатывать два контакта совершенно одновременно было невозможно, а кроме того, постоянное прерывание линейного тока после каждого знака мешало току противоположного направления. Поэтому он отказался от этого пути и попробовал решить проблему с помощью электрохимического телеграфа Бэйна. Эксперименты прошли успешно, и доктор убедился в том, что два противоположных тока могут проходить по одному кабелю, не мешая друг другу. В своей статье «Об одновременной пересылке телеграфных сообщений по одному проводу», напечатанной в «Анналах…» Поггендорфа, я постарался показать несостоятельность воззрений Гинтла, и развивал теорию дуплексной электрохимической телеграфии, однако и моя система оказалась нежизнеспособной. Тогда же я описал метод дуплексной телеграфии с помощью электромагнитных аппаратов, который дал замечательный результат. Абсолютно аналогичный метод независимо от меня нашел ставший в дальнейшем главным инженером нашей компании господин Фришен[157] из Ганновера. Сейчас он называется «дуплексный метод передачи Фришена и Сименса» и применяется еще довольно часто. В конце упоминаемой статьи я задался вопросом, можно ли, работая с двух передающих аппаратов, послать по одному проводу два сообщения не в разные, а в одну сторону, и тут же изложил возможные пути решения задачи.
В 1857 году я опубликовал в «Анналах…» Поггендорфа большую статью «Об электростатической индукции и задержке тока в проводах-банках», которая стала результатом моих многолетних экспериментов по изучению физических свойств подземных проводов. В ней я продолжил и развил созданную мною еще в 1850 году теорию зарядки статическим электричеством проложенных под землей проводов. Вначале она была встречена физиками с недоверием, даже Вильгельм Вебер пытался объяснить появившиеся в прусской подземной телеграфной линии повреждения самоиндукцией. Добавлю к этому, что добиться признания у большинства физиков старой школы не мог тогда даже великий Фарадей с гениальной теорией, по которой статическое электричество распределяется не из-за прямого воздействия на расстоянии, но из-за его движения между молекулами диэлектрика. Фактическое влияние, которое оказывало находившееся между двумя проводниками вещество на величину электрического заряда, пытались объяснить более или менее глубоким проникновением электричества в диэлектрик, из-за чего якобы расстояние между действующим на этих проводниках элементами электричества и уменьшалось. Тогда я решился провести экспериментальное исследование, с тем чтобы установить реальное положение вещей, без оглядки на какую-либо из существующих теорий. Работа эта, значительно осложненная несовершенством имевшейся аппаратуры и отсутствием необходимых методик, привела к полному подтверждению теории Фарадея о распределении электричества в молекулах. Кроме того, выяснилось, что законы движения в проводниках тепловой и электрической энергии вполне применимы и к электростатической индукции, а следовательно, к ней можно было применить и закон Ома. Тут же, из теории Фарадея, применив формулу Пуассона для вычисления плотности электричества на поверхности тел, я получил экспериментальное доказательство того, что во всех случаях вышеуказанной теории вполне достаточно для исчерпывающего объяснения наблюдаемого электрического явления. Развив ее дальше в нескольких направлениях, я попутно решил несколько вопросов (например, определение емкости батарей, составленных из любого количества соединенных последовательно лейденских банок разных объемов), которые другими путями решить было невозможно. К сожалению, свободного времени у меня было крайне мало, и работу свою я опубликовал лишь весной 1857 года. В то же время с подобными работами выступили знаменитые английские физики, такие как сэр Уильям Томсон и Максвелл. Томсон представил те же формулы для расчета емкости проводов-банок и задержки тока, которые я вывел раньше абсолютно иным, более простым способом. Максвелл в своих бессмертных математических трудах виртуозно обработал теорию Фарадея и доказал, что она находится в абсолютной гармонии с теорией потенциала. Поэтому мы с полным на то основанием можем сейчас рассматривать распределение электричества как силу, распространяющуюся от молекулы к молекуле, но не как силу, действующую на расстоянии, ибо только один из этих процессов может иметь место в реальности.
В конце вышеуказанной статьи я описал прибор, названный «озоновой трубкой Сименса», и объяснил принцип его действия. С его помощью, методом электролиза, я легко превращал кислород в озон. Думаю, у этого аппарата большое будущее, поскольку он предоставляет нам возможность проводить в газах электролитические процессы. Он приводит газы в так называемое активное состояние, в котором они легко вступают в реакции друг с другом, чего другими путями добиться было бы гораздо сложнее, а то и вообще невозможно.
Я уже говорил о том, что даже в середине этого столетия одним из величайших препятствий на пути развития физической науки, и в особенности физических технологий, было отсутствие фиксированных стандартов. В научной литературе в качестве меры длины и веса использовались метр и грамм, однако техники все еще страдали от невыносимой неточности и неопределенности системы мер. В конце концов, метр и грамм были теми устойчивыми единицами, к которым можно было свести многие другие. Но для электричества таких эталонных единиц не было. Вильгельм Вебер вместе с Гауссом разработали замечательную теоретическую систему абсолютных магнитных и электрических единиц, а также значительно усовершенствовали методы точных измерений и создали для них необходимые инструменты, но эталонов, из которых вычислялись бы эти абсолютные единицы, все еще не было. В результате каждый физик создавал свой собственный стандарт и единицу сопротивления, что причиняло серьезные неудобства, так как результаты его трудов трудно было сопоставить с результатами трудов других ученых. Профессор Якоби в Санкт-Петербурге предложил принять в качестве эталона сопротивление произвольно выбранного отрезка медного провода, который был сдан на хранение лейпцигскому механику. Но эта попытка провалилась, так как сопротивление провода со временем изменялось и копии эталона давали расхождения до 10 %. Мы с Гальске первоначально использовали как исходную единицу сопротивление медного провода диаметром 1 миллиметр и длиной в 1 немецкую милю, поскольку она использовалась в Германии и во многих других странах для нужд телеграфа довольно широко, но это было лишь временной, вынужденной мерой. Я довольно быстро убедился, что совершенно невозможно по примеру Якоби ввести эмпирический стандарт для сопротивления, так как оно не является таким же легко поддающимся контролю свойством твердых тел, как их протяженность или масса. Также сложно было себе представить, что весь мир согласится принять за эталон сопротивление некоего предмета, хранящегося в каком-то одном конкретном месте.
