Немецкий инженер прославляет Америку

Первым важным открытием Штейнмеца, принесшим ему мировую известность, был вывод формулы для определения потерь на перемагничивание в стальных магнитопроводах машин переменного тока (потерь «на гистерезис»). Показатель, введенный Штейнмецем, получил название «коэффициент Штейнмеца».

Как это часто бывает, вначале его выводы были восприняты скептически, но после доклада в 1892 г. в Институте инженеров-электриков были одобрены и вскоре вошли в учебники. Методы определения потерь при расчете конструкций электрических машин и аппаратов сыграли огромную роль в прогрессе электромашиностроения. Молодому ученому и инженеру-конструктору в то время исполнилось лишь 27 лет!

80–90-е годы XIX века в истории электротехники стали переломными. К этому времени были разработаны и получили разнообразное применение электрические машины и аппараты, создана первая практически пригодная лампа накаливания, построены простые и надежные трехфазные двигатели, осуществлена уникальная линия электропередач переменного тока Лауфен–Франкфурт (Германия) на огромное расстояние – 170 км при напряжении 15 кВ. Было положено начало электрификации: электрическая энергия внедрялась в промышленность, транспорт, быт и связь.

Для создания новых машин и аппаратов организуются крупнейшие электротехнические компании, заметное место среди них занимала американская фирма General Electric Company (GEC).

В 1893 г. GEC решила приобрести предприятия сравнительно небольшой фирмы, на которой работал Штейнмец. Договориться с главой фирмы было нетрудно, но как быть со Штейнмецем? «Нельзя же было, – как писал один из руководителей GEC, – внести его в инвентарный список как ценно было заинтересовать известного уже специалиста и привлечь его к работе.

Что касается Штейнмеца, то его прежде всего интересовала возможность реализовать свои новаторские идеи по проектированию машин и аппаратов переменного тока. В 1893 г. он становится ведущим специалистом фирмы GEC и переезжает в город Линн, где находился головной завод компании. Позднее центр был переведен в ставший широко известным город Скинектеди (штат Нью-Йорк).

В отличие от многих своих современников, среди которых были и известные специалисты, Штейнмец глубоко верил в будущее переменных токов и утверждал, что век постоянного тока подходит к концу.

Но сложные процессы, происходящие в цепях переменного тока, в частности, мгновенные и действующие значения, фазовые сдвиги, реактивности и т. д., казались многим ученым и инженерам не поддающимися точным расчетам. Штейнмец стремился дать инженеру «надежное орудие» – необходимые знания и умение применять их на практике.

Чтобы оценить научный и гражданский подвиг Штейнмеца, стоит немного рассказать о том времени, когда он начал свои пионерские исследования. В те годы с невиданной остротой развернулась борьба между сторонниками постоянного и переменного токов. Машины и аппараты постоянного тока, а также электрическое освещение уже около двух десятилетий применялись в промышленности и быту. Владельцы электротехнических предприятий видели в переменном токе угрозу своим капиталам и опасались конкуренции. Их поддерживали многие ученые и инженеры, не верившие в практическое применение переменного тока.

В качестве примера достаточно привести позицию самого знаменитого изобретателя и предпринимателя Т. А. Эдисона, на предприятиях которого выпускались машины, аппараты и приборы постоянного тока. Когда в 1889 г. Эдисона пригласили ознакомиться с трехфазным двигателем Доливо-Добровольского, он не только отказался от приглашения, но и во всеуслышание заявил: «Нет, нет, переменный ток – это вздор, не имеющий будущего. Я не только не хочу осматривать двигатель переменного тока, но и знать о нем!»

По словам одного из биографов Эдисона, «король изобретателей», как его называли, проживший долгую жизнь (1847–1931) и ставший живым свидетелем грандиозных успехов переменного тока, много отдал бы, чтобы забрать сказанные им слова.

Сторонники постоянного тока прилагали все усилия, чтобы скомпрометировать своих конкурентов. Так, например, введение смертной казни на электрическом стуле в одном из штатов Америки в 1889 г. наглядно подтверждало опасность переменного тока высокого напряжения для человеческой жизни.

Выступая в защиту применения переменного тока, Штейнмец впервые убедительно доказывал, что анализ процессов в таких цепях возможен только с помощью высшей математики, которой инженеры владели недостаточно или не знали вовсе. Он разрабатывает «символический» метод расчета сложных цепей переменного тока, принесший ему всемирную известность. Ученый доказал, что использование векторных диаграмм, применявшихло точных результатов. Наиболее эффективным, по его мнению, было применение комплексных чисел, позволявших заменить геометрические операции над векторами алгебраическими действиями с комплексными числами.

Символический метод быстро получил распространение, вошел в учебники и с успехом применялся инженерами-электриками и радиотехниками. Прошло уже более века, но и в наши дни он является основой для анализа и расчета цепей переменного тока. Сам Штейнмец считал, что разработанный им метод является самым крупным вкладом, сделанным им в теоретическую электротехнику.

Другое по технологическим наукам

Магнетизм вращения Франсуа Араго
Стремясь ревностно к открытиям, он был осторожен в своих выводах и больше всего любил прокладывать новые пути, по которым можно было прийти к установлению тождества причин разнородных явлений. Расширяя для ученых пределы знания, он обладал удивительным даром распространять вокруг себя приобретенны ...