Хочу рассказать о русском ученом Иване Филипповиче Усагине, который является изобретателем промышленного трансформатора и систем распределения переменного тока между несколькими потребителями.
Иван Филиппович родился в деревне Рыково (теперь Нагорное), Клинского уезда, Московской губернии 7 сентября (25 августа) 1855 года в семье государственных крестьян Давыдова Филиппа Михайловича и Крошечкиной Ксении Михайловны. Отец Ивана умер, не дождавшись его рождения. Когда Ивану исполнилось десять лет, его усыновил его отчим Яков Афанасьевич Усагин, купец, проживавший в Москве.
Еще до переезда в Москву Иван посещал церковно-приходскую школу, где освоил чтение и письмо. После переезда в Москву Иван занимался самообразованием, много читал и устроил в подвале дома физическую лабораторию с электрическими приборами. Его стремление к наукам не одобрял его отчим.
Познакомившись с учебником «Начальная физика в объеме гимназического преподавания» профессора Московского университета Николая Алексеевича Любимова, Иван написал ему письмо о своем желании заниматься физикой. Через два дня он получил ответ, в котором ему назначалось время для встречи. Проф. Любимов вызвал к себе любознательного юношу и после разговора с ним, убедившись в серьёзности его намерений, принял участие в его судьбе; он решил определить его учеником в университетские мастерские, где И. Ф. Усагин мог бы ближе соприкасаться с физическими приборами, а затем перевести в свою лабораторию для обучения постановке опытов и демонстраций.
Однако на пути реализации этих планов встретилось непредвиденное препятствие: отчим не пожелал отпустить из лавки нужного ему молодого приказчика. Только посетив отчима Усагина в сверкающем мундире действительного статского советника, украшенном орденами, проф. Любимову удалось убедить отчима отпустить мальчика на работу в университетские мастерские. Любимов сам несколько месяцев после этого обучал И. Ф. Усагина арифметике, алгебре, геометрии, правописанию и грамматике, поддерживал его материально.
Наставником Усагина стал и механик Т. Ф. Симонов, после смерти которого в 1882 году, демонстрация физических опытов была поручена Усагину; до конца своей жизни он был бессменным демонстратором опытов на публичных лекциях по физике.
Совет Московского университета на заседании от 13 марта 1882 г. постановил: «Допустить Усагина к исполнению обязанностей механика, на опыт, до конца текущего учебного года с 'производством ему в это время платы из оклада присвоенного должности механика, о чем и уведомить правление университета»
Н.А. Любимов просил учредить для Усагина должность лаборанта при физико-математического факультета , но получил разрешение только на сверхштатную должность лаборанта. Но и для этой должности претендент должен был обладать определенным образовательным цензом, чего у крестьянского сына не было. На пути Усагина встал знаменитый физик Александр Столетов. Вот что записано в постановлении Совета Московского университета: "По прочтении ст. журнала Совета 18 минувшего сентября, в которой записано постановление о баллотировании крестьянина Ивана Филипповича Усагина на должность сверхштатного лаборанта при кафедре физики ординарный профессор Столетов заявил, что должности лаборанта присвоены известные служебные права и преимущества, а между тем крестьянин Усагин не имеет никакого образовательного ценза и не может поэтому пользоваться служебными правами. В силу этого профессор Столетов полагал бы пригласить Усагина на должность препаратора с вознаграждением в 600 руб. в год."
Но, как говориться в одном фильме, тот, кто нам мешает, тот и поможет. :) Кафедру опытной физики Московского университета в 1882 году занял A. Г. Столетов, который уделил много внимания организации физического практикума и коренным образом перестроил преподавание физики. И, конечно, он пригласил к участию в своих преобразованиях И.Ф. Усагина. Работая под руководством А. Г. Столетова, Усагин принимал непосредственное участие в исследованиях Столетова по фотоэффекту. В статье «Актиноэлектрические исследования» А. Г. Столетов отметил сотрудничество Усагина в этих исследованиях — изготовление приборов и приспособлений, ценные советы о наибольшей эффективности опытов — выразил ему «… вполне заслуженную им благодарность».
Для получения вакуума в исследованиях Столетова Усагин усовершенствовал ртутный насос, о чём в 1890 году в «Журнале русского физико-химического общества» была опубликована статья И. Ф. Усагина — «Улучшение в ртутном насосе Шпренгеля». Также Усагин сконструировал электрическую машину типа Вимшерста, усовершенствовал машину Линде устройством специального приспособления, усовершенствовал молекулярный насос Геде (1915 г.). Много времени он уделил исследованиям в области цветной фотографии по методу Липпмана. Проведя многочисленные опыты, Усагин создал специальный аппарат для фотографирования солнечных затмений; ему удалось получить большое количество снимков спектров твердых и газообразных тел — в этой области он стал учителем К. В. Чибисова. По ходатайству физико-математического факультета И. Ф. Усагин был командирован с экспедицией для наблюдения за солнечным затмением в Киев 8 августа 1914 года. Ему было поручено приготовление необходимой аппаратуры для наблюдения затмения и фотографирования короны.
Вот как описывает свои впечатления от лекций по физике русский и советский механик и математик, один из основоположников современной аэромеханики и аэродинамики, академик Академии наук СССР Сергей Алексеевич Чаплыгин, в то время студент Московского университета: "И вот с огромным интересом вошли мы в замечательную, недавно созданную под руководством А. Г. Столетовым физическую аудиторию; нас сразу захватило мастерское изложение профессора и очаровали превосходно поставленные эксперименты, изумительно точно и ясно проводившиеся несравненным помощником Столетова И. Ф. Усагиным. Аудитория была всегда полна; с неослабным интересом все отделы курса опытной физики, неизменно иллюстрировавшиеся блестящим экспериментом, прослушивались с начала до конца...»"
С именем И. Ф. Усагина связано изобретение первого промышленного трансформатора. Известный изобретатель «электрической свечи» П. Н. Яблочков поставил очень важную практическую задачу о «дроблении света». Эта задача состояла в том, чтобы в одну неразветвленную цепь переменного тока можно было включать несколько «свечей», (причем в случае •погасания одной из них все остальные продолжали бы гореть. Яблочков разрешил эту задачу таким образом: он включал в цепь переменного тока последовательно несколько первичных обмоток катушек Румкорфа и питал свои «свечи» током от вторичных обмоток. При этом первичная обмотка питалась переменным током, а количество витков в первичной и вторичной обмотках было разное.
Заслуга И. Ф. Усагина заключается в том, что ему принадлежит идея целесообразной конструкции трансформатора путем выбора подходящего отношения чисел витков в первичной и вторичной обмотках, в чем, по существу, и заключается смысл трансформатора. На Всероссийской промышленно-художественной выставке в Москве в 1882 г. И. Ф. Усагин оборудовал «павильон Товарищества электрического освещения Яблочкова», в котором демонстрировались «электрические свечи».
При этом Усагин вместо катушек Румкорфа поставил свои собственные трансформаторы с одинаковыми числами витков в обеих обмотках. Во вторичную обмотку одной из катушек (по тогдашнему выражению, «бобин») был включен изобретенный Усагиным небольшой электродвигатель.
Количество витков первичной обмотки каждого трансформатора равно количеству витков вторичной обмотки. Таким образом, получается. что последовательно соединенные первичные обмотки образуют общую первичную обмотку. Вот примерно так:
Успех изобретения И. Ф. Усагина был настолько велик, что экспертная комиссия, существовавшая при выставке, присудила ему почетный диплом «За успешные опыты электрического освещения через посредство отдельной индукции».
А спустя 15 лет после Московской промышленно-художественной выставки 27 октября 1897 года Московское общество любителей естествознания, антропологии и этнографии присудило И.Ф. Усагину премию имени В. П. Мошнина «За открытие трансформации токов». Это было запоздалое признание заслуг И.Ф. Усагина как основоположника практики трансформирования токов.
Вот выдержки из статьи А. Маркова "Распределение электрической энергии через индукцию":
"28 августа члены Технического съезда собрались на Всероссийской промышленной выставке в павильоне Товарищества электрического освещения Яблочкова, чтобы присутствовать при опытах с новой системой распределения электрической энергии по способу И. Ф. Усагина. .... Павильон товарищества Яблочкова имеет в своем распоряжении шестисвечную машину с альтернативными (переменными) токами; но так как обыкновенно при опытах горят только три или четыре свечи и лишь изредка зажигается пять, то, чтобы уменьшить напряженность магнитного поля, предохранить машину от чрезмерного нагревания, в цепь возбудителя введено известное сопротивление, настолько значительное, что шестисвечная машина не в состоянии зажигать более пяти щеточников света.
Чтобы показать, как мало теряется энергии при распределении тока по новой системе, изобретатель производил свой опыт при следующих условиях. Ничего не изменяя в расположении машин, он ввел в цепь семь индукционных бобин в которых собственно и заключается суть его изобретения; из них четыре служили для питания четырех свечей Яблочкова, одна, поменьше, приводила в быстрое вращательное движение электродвигатель конструкции того же изобретателя (таким образом, впервые альтернативный ток служил для передачи силы на расстояние) и, наконец, две маленьких — одна накаливала до бела платиновую проволоку 5 см длины и 7г мм диаметра, другая — угли в лампочке системы Ренье.
Лампа Ренье, платиновая проволока и электродвигатель бесспорно потребляли энергии не менее, чем потребляла бы пятая свеча Яблочкова, введены же были в цепь, чтобы показать то разнообразие применения, на которое способен ток, распределенный по новой системе. Опыт удался блистательно. Свечи горели прекрасно; лампа Ренье, платина и двигатель не хуже их исполняли свое назначение. Изобретение заслуживало громкие и единодушные одобрения со стороны членов съезда. Изобретателя приветствовали аплодисментами."
И. Ф. Усагин фактически повторил с помощью своих «бобин» (так он называл свои трансформаторы) опыты П. Н. Яблочкова по трансформации переменного тока, поставленные в 1876 г. Отличие состояло в том, что П. Н. Яблочков применил свой трансформатор только для питания электрической «свечи» своей системы, а И. Ф. Усагин впервые применил переменный ток для им же сконструированного электромотора и нагревательного прибора (платиновой проволоки). Следовательно, «бобины» Усагина открыли широкие возможности для применения переменного тока в промышленности. Поэтому мы имеем, полное основание утверждать, что именно И. Ф. Усагин является изобретателем трансформатора промышленного типа, по-видимому, независимо от изобретения Яблочковым первого трансформатора для целей электрического освещения. .....
Сняв с альтернативного (переменного) тока тяжелое обвинение в его непригодности для передачи силы на расстояние, г. Усагин оказывает ему еще и другую услугу — он делает его безопасным. Полученный из бобины ток (100 вольт напряжения) смело можно замкнуть через себя; замкнувший чувствует только некоторые сотрясения, для здоровья его совершенно безвредные, благодаря чему, при соответственном числе индуктивных бобин, является возможность безопасно пользоваться машинами весьма значительной электровозбудительной силы."
Во время демонстрации новой системы распределения электрической энергии от генератора переменного тока с применением своего трансформатора И. Ф. Усагин мог отключать любой потребитель от вторичной обмотки «бобины», не нарушая работы остальных приемников. В этом состояла основная сущность изобретения Усагина.
К сожалению, как всегда в России, получить патент на свой трансформатор Иван Федорович получить не смог, так как не имел средств на его оплату.
Вопрос о приоритете И. Ф. Усагина в изобретении трансформатора переменного тока неоднократно занимал внимание советских историков физики и техники. Все исследователи приходят к выводу, что И. Ф. Усагину и П. Н. Яблочкову принадлежит приоритет в открытии трансформации переменных токов. Л. Д. Белькинд писал: «Интересно сопоставить хронологически работу И. Ф. Усагина над трансформацией переменных токов с работой других техников, которым обычно приписывается изобретение трансформатора. И. Ф. Усагин работал над этим вопросом до 1882 г., на выставке 1882 г. им уже были экспонированы разработанные и действующие приборы. В 1881 г. проблема Усагиным была полностью решена. Как известно, трансформатор Голяра демонстрировался в 1884 г. на Туринской выставке. Другие конструкторы трансформаторов — Циперновский, Дери и Блати в Европе и Вильям Стенли в США получили патенты на трансформаторы электрического тока только в 1885—1886 гг. Таким образом, И. Ф. Усагину, несомненно, принадлежит честь открытия принципа трансформации, начало которого можно усмотреть в работах другого выдающегося русского изобретателя П. Н. Яблочкова
По приглашению Липпмана (изобретателя цветной фотографии) Усагин вместе с с А. В. Цингером участвовал в Первом Международном конгрессе физиков в Париже (1900 г.). Там он продемонстрировал Липпману свои цветные фотографии спектров, которые поразили француза своим качеством. Вот что писал сам Усагин об этом: "Образцы моих фотографий были мною представлены профессору Липпману, который нашел их настолько удачными, что счел возможным на своей лекции перед членами международного конгресса в 1900 году демонстрировать эти снимки вместе со своими образцами цветной фотографии".
Фотографии цветных спектров, которые были демонстрированы в Париже, сохранились в кабинете физических демонстраций Московского университета до на* стоящего времени.
В 1909—1910 годах И. Ф. Усагин вместе с молодым физиком-ассистентом Н. П. Метелкиным начал исследования фосфоресценции газов при электрических разрядах, наблюдавшуюся ещё в опытах А. Г. Столетова. В 1915 году благодаря настойчивым ходатайствам учёных Московского университета и попечителя московского учебного округа, министр просвещения представил доклад царю, на основании которого И. Ф. Усагин был «высочайше» утверждён в должности старшего ассистента по кафедре физики физико-математического факультета Московского университета, хотя на эту должность могли назначаться только лица с университетским образованием.
В 1918 году И. Ф. Усагин стал членом Российской коммунистической партии большевиков.
26 февраля 1919 года Иван Филиппович Усагин скончался во время эпидемии тифа и был похоронен на кладбище в родном селе Петровское.
К числу лучших учеников Ивана Филипповича Усагина принадлежит его сын Сергей Иванович Усагин, ставший заведующий кабинетом физических демонстраций Московского университета и родившийся 25 августа 1899 года.
После окончания гимназии в 1918 г. Сергей Иванович Усагин поступает в Московский университет на физико-математический факультет. В ноябре 1918 г. он был приглашен на работу в качестве секретаря на Четвертые курсы по подготовке рабочих и крестьян в высшие учебные заведения (впоследствии эти курсы были переименованы в рабфак им. Покровского). Летом 1919 г. Сергей Иванович был мобилизован в ряды Красной Армии и до 1922 г. служил в Главном управлении военно-учебных заведений в качестве помощника начальника мастерских учебных пособий. Учебу пришлось оставить, но работы в университете С. И. Усагин не прекращал и с января 1919 г. начал работать уже в качестве лекционного демонстратора. С 1922 г., после демобилизации, Сергей Иванович работал на рабфаке им. Покровского при МГУ в качестве преподавателя. В сентябре 1927 г. С. И. Усагин перешел на физико-математический факультет, где работал сначала в должности препаратора, а затем старшим лаборантом.
С. И. Усагин разработал демонстрацию рассеяния рентгеновских лучей с использованием счетчика Гейгера Улучшив метод Вуда, он смог осуществить эффективную демонстрацию явления аномальной дисперсии.
С. И. Усагиным была впервые разработана и осуществлена демонстрация дифракции света с применением мощной лампы СВДШ-1000, дающая возможность показа явления большой аудитории. Под его руководством была разработана целая серия опытов по радиотехнике с дециметровыми и сантиметровыми волнами, а также проводилась большая работа по усовершенствованию старых и созданию новых демонстраций по атомной и ядерной физике.
За безупречную работу С И Усагин был награжден 1951 г орденом «Знак почета».
В заключении хочу привести слова А.Г. Столетова об отношении отечественных "знатоков науки" к изобретениям своих соотечественников, которое наблюдается и в наше время.
А. Г. Столетов писал: «Невольно воспоминается та травля, которой подвергались трансформаторы в нашем отечестве, по поводу недавнего проекта фирмы Ганц и К0 осветить часть Москвы. И в ученых (!) докладах, и в газетных статьях система обличалась, как нечто еретическое, ненациональное и безусловно гибельное; доказывалось (!), что трансформаторы начисто запрещены во всех порядочных государствах Запада и терпятся разве в какой-нибудь Италии, падкой на дешевизну.— Защитники «национальности в электричестве» забывали, что первую идею о трансформации тока в технике сами иностранцы приписывают Яблочкову. И что на Всероссийской выставке 1882 г. в Москве, ранее Голарда — Джиббса и др., весьма определенно демонстрировал такую систему г. Усагин, за что награжден медалью. Знатоки западных порядков проглядели или замолчали, что в это самое время «гибельная» система питала десятки тысяч ламп в лучших частях Лондона (че говорим уже об Америке), а французы не задумывались применить ее к освещению жилища главы государства».
Вам это ничего не напоминает?
Всем здоровья и успехов.