Свет забытой звезды. Как физик Усагин обогнал время, создав трансформатор

Москва, 1882 год. На Ходынском поле проходит Всероссийская промышленно-художественная выставка.

В её гуле, среди новейших машин и приборов, скромный человек показывает публике своё изобретение — «вторичный генератор». От него зажигаются лампочки, включается электродвигатель, накаляется добела платиновая проволока. Посетители замирают в изумлении, а наступившую тишину разрывают аплодисменты и громкие возгласы членов технического съезда, наблюдающих за опытами…

Так был впервые продемонстрирован трансформатор промышленного типа — устройство, без которого немыслима современная цивилизация. Его изобретатель — физик и преподаватель Иван Филиппович Усагин, родившийся 170 лет назад.

Всероссийская художественно-промышленная выставка 1882 г. Фото: Public Domain

Напряжение мысли

После открытия Фарадеем электромагнитной индукции инженеры и учёные ломали головы над тем, как передавать электрическую энергию на расстояние. Постоянный ток имел недостаток — приводил к огромным потерям мощности в проводах. Иное дело — переменный. В этом случае напряжение легко менять с помощью трансформаторов — по-русски говоря, преобразователей тока.

Дом И.Ф. Усагина в селе Петровское под Москвой. Фото: Архивы Московской области (arch.mosreg.ru)

Над этим и работала научная мысль. Немец Румкорф в 1848 году изобрёл индукционную катушку особой конструкции. Русский электротехник Яблочков открыл способ «дробления света» и практически решил задачу. Но его катушки применялись только для электрического освещения. Трансформатор, служащий для общего промышленного пользования, был изобретён Иваном Усагиным.

Будущий конструктор появился на свет 6 сентября 1855 года в крестьянской семье в селе Тархово Московской губернии. Отец мальчика умер до его рождения, позже мать вышла замуж за бакалейщика, и тот забрал Ваню в Москву, чтобы он помогал ему в лавке. Работая приказчиком, юноша начинает заниматься самообразованием. Тайком от отчима покупает книги, тщательно их изучает, а в подвале лавки обустраивает «физический кабинет» с самодельными приборами. С их помощью он проводит свои первые опыты. А прочитав купленный на сэкономленные деньги учебник физики профессора Московского университета Николая Любимова, пишет ему письмо, в котором сообщает о своей тяге к науке. Обнаружив в подвале своего дома «физический кабинет», отчим приходит в ярость. Он уничтожает коллекцию юного учёного. Но тут на пороге лавки возникает респектабельный посетитель в мундире, украшенном орденами, — тот самый профессор Любимов. Он уговаривает бакалейщика отпустить пасынка заниматься наукой. Тот скрепя сердце соглашается, но предупреждает, что никакой материальной поддержки с его стороны не будет.

Профессор МГУ Николай Алексеевич Любимов. Фото: Public Domain

Сила тока

В 20 лет Иван Усагин приступает к работе механиком в мастерских Московского университета. Обучается арифметике, алгебре, геометрии и со временем становится блестящим лаборантом. Усагин легко готовит и демонстрирует физические опыты. Технику этих демонстраций учёныйсамородок доводит до такого высокого уровня, что они увлекают публику больше, чем лекции выдающихся профессоров.

Значительную часть приборов Усагин делает собственными руками и, конечно, думает об их усовершенствовании. Размышляет, как можно улучшить систему распределения тока, чтобы она экономично передавала энергию на любые расстояния. И не только для освещения, но и прочих нужд.

К открытию Всероссийской промышленно-художественной выставки в 1882 году такое устройство было готово. В Москву съехались инженеры и изобретатели со всей страны. В павильоне электричества показывали свои открытия учёные-электротехники Лодыгин, Лачинов, Яблочков, Чиколев… А освещался павильон благодаря трансформатору Ивана Усагина. Сам он называл его «вторичным генератором» — слово «трансформатор» тогда ещё не вошло в обиход. В отличие от систем Румкорфа и Яблочкова, бобины этого устройства не имели прерывателей и конденсаторов и, подключённые к цепи высокого напряжения, понижали его до расчётной величины, а главное — разветвляли цепь переменного тока.

Иван Филиппович Усагин. Фото: Public Domain

Демонстрируя своё изобретение, Усагин последовательно подключил к бобинам лампочки (четыре свечи Яблочкова), платиновую проволоку, электродвигатель собственной конструкции и устройство, известное как лампа Ренье. Все они работали безукоризненно, без перегрузки и, что особенно важно, независимо друг от друга. Такой системы электротехники ещё не видели. Когда внешне спокойный и немногословный Иван Усагин завершил демонстрацию, к нему бросились с поздравлениями и рукопожатиями маститые учёные.

Экспертная комиссия выставки, возглавляемая Климентом Тимирязевым, наградила молодого изобретателя дипломом «за успешные опыты электрического освещения через посредство отдельной индукции и в поощрение к дальнейшей разработке этой методы».

Медаль И.Ф. Усагину от Всероссийской промышленно-художественной выставки 1882 г. Фото: Архивы Московской области (arch.mosreg.ru)

Сопротивление среды

Но с дальнейшей разработкой были сложности. Изобретение Ивана Усагина открывало широкие возможности для установки машин высокого напряжения и использования переменного тока. Но в дореволюционной России, которая славилась учёными и инженерами, проекты электрификации были связаны прежде всего с развитием транспорта и телеграфа. Бытовые потребности населённых пунктов — их освещение, отопление, работа предприятий — оставались на втором плане.

Известный русский учёный Александр Столетов в журнале «Электричество» за 1889 год называл отношение к трансформаторам «травлей». «И в учёных докладах, и в газетных статьях система обличалась как нечто еретическое, ненациональное и безусловно гибельное, — писал он. — Защитники „национальности в электричестве“ забывали, что первую идею о трансформации тока в технике сами иностранцы приписывают Яблочкову, что на Всероссийской выставке 1882 года в Москве ранее Голарда, Гиббса и др. весьма определённо демонстрировал г. Усагин, за что награждён медалью».

Правительственные чиновники отнеслись к изобретению Усагина безразлично, а фирмы, эксплуатировавшие машины постоянного тока, выступали против трансформаторов — они им были не нужны. Чтобы взять патент (выкупить привилегию), изобретатель должен был внести взнос в размере 450 рублей золотом. Такой суммы Усагин просто не имел, а обращаться за финансовой поддержкой к отчиму после того, как тот порвал с ним, не решился.

Через два года на Международной выставке электричества в Турине французские изобретатели Голард и Гиббс продемонстрировали трансформатор, по схеме похожий на устройство Ивана Усагина, и запатентовали его. Трансформаторам были присвоены их имена. Аналогичные изобретения были сделаны в Англии, Германии, США.

Иван Усагин ещё создаст множество технических устройств, среди которых, например, специальный аппарат для фотографирования солнечных затмений. Умрёт он во время эпидемии тифа в 1919 году.

Памятник Ивану Усагину в селе Петровское. Фото: соцсети