«Свеча Яблочкова» — плазменный источник света, устройство, появившееся благодаря открытию В. В. Петровым электрической дуги. Начав эстафету электрического света, дуговая лампа позднее была вытеснена лампой накаливания. Ее изобрел тоже русский человек — А. Н. Лодыгин.

Казалось, плазма как источник света сыграла свою роль и на этом можно поставить точку.

Нет. Прошли годы, и она снова стала светить людям, доказав свое право на существование. Но об этом будет рассказано дальше, в отдельной главе.

А сейчас вспомним про второй «козырь», которым обладает дуга и который был отмечен еще В. В. Петровым. Я имею в виду свойство дуги создавать высокие температуры.

Где, когда, кто и как впервые использовал это ее качество?

Снова придется мне рассказывать о русских изобретателях, снова речь пойдет о славе России…

Яблочков не мог долго жить вдали от родины. При первой возможности он вернулся в Россию и открыл мастерские, в которых совершенствовал свое детище.

Среди его сотрудников был Николай Николаевич Бенардос. Он пытливо всматривается в дугу и сквозь темное стекло видит, как плавится огнеупорная глина прослойки «свечи Яблочкова». «Нельзя ли заставить, — думает Бенардос, — плавить этим пламенем металл? Нельзя ли приспособить его для исцеления сломанных машин, для изготовления новых?»

Не ослепительный свет, а жар, который заключен в дуге, на этот раз интересует изобретателя.

Бенардос помещает в пламя дуги кусочки металла и плавит их. После этого он усложняет опыты. Постепенно выкристаллизовывается схема первого в мире электросварочного аппарата.

Схема его проста.

От генератора, вырабатывающего переменный ток, тянутся два толстых провода. Один из них присоединен к свариваемой детали, второй — к угольному электроду. При сближении электрода с деталью вспыхивает дуга. Она разогревает металл по обеим сторонам трещины, которую нужно заварить. Теперь стоит поместить в пламя дуги металлический пруток, и капли металла начнут падать в шов. Они заплавят трещину.

Просто и быстро!

Но это не все. Если перемещать дугу вдоль толстого листа железа, то дуга, выплавив бороздой металл, рассечет лист надвое.

По имени сказочного кузнеца Гефеста Бенардос называет свое изобретение «Электрогефестом». Патенты на свое изобретение он берет не только в России, но и во многих других странах.

Много полезных дел сделала сварочная установка Бенардоса. Она уверенно расправлялась с трещинами в корпусах тяжелых машин, соединяла воедино расколотые детали, резала плазменным ножом металлы.

Но у нее был один серьезный недостаток. Швы, получавшиеся при сварке, были хрупкими. Причину этого разгадал талантливый инженер-металлург горный начальник Пермского пушечного завода Николай Гаврилович Славянов.

Бенардос вел сварку угольным электродом. В пекле дуги уголь легко проникал в металл и становился с ним единым целым. Уголь — это чистый углерод, а повышение содержания углерода в железе делает железо хрупким, ломким, похожим на чугун.

Славянов выбрасывает угольный электрод, а освободившийся провод от генератора присоединяет к металлическому стержню, который у Бенардоса служил лишь материалом для шва. Сварочный аппарат принял вид, близкий к современному.

Это произошло в 1890 году.

Но Россия была отсталой страной. Царское правительство не верило в гений русского народа, преклонялось перед иностранщиной. Поэтому электросварка, как, впрочем, и многие другие замечательные изобретения, почти не нашла применения в дореволюционной России. И к русскому изобретению потянулись жадные руки иностранных капиталистов.

Лишь после Великой Октябрьской революции семена, посеянные замечательными русскими изобретателями, дали обильные всходы.

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно отчетливо представлять себе, что такое свет.

Вопрос этот нелегкий, и было время, когда видные ученые становились в тупик.

Знаете, чем стреляет пулемет? Пулями, вылетающими одна за другой из ствола.

А что получится, когда в пруд вы бросите камень? Волны, расходящиеся кругами во все стороны.

Кажется, нет ничего общего между этими двумя явлениями. Верно. Однако при излучении света они объединены.

Свет излучают атомы. Они «стреляют» строго определенными порциями света — квантами. Квант — это световая «пуля». Он материален. Но он не «обломок» атома, а порция электромагнитных волн, примерно таких же, как радиоволны, но только значительно более коротких. Длина световых волн — не миллиметры и метры, а доли микрона. Например, пионерский галстук посылает в наш глаз волны длиной около 0,7 микрона, а фиолетовые чернила — 0,4 микрона. Остальные цвета — синие, желтые, зеленые — имеют длину волны чуть-чуть короче красных, либо чуть-чуть длиннее фиолетовых.

Теперь постараемся проникнуть своим воображением внутрь светящихся тел. Обычно эти сильно нагретые тела — спирали электроламп, куски раскаленного железа, топки печей — излучают целую смесь световых волн. В белом свете излучения твердых тел можно найти и красные, и оранжевые, и зеленые, и многие другие цвета. Такая «многоголосость» объясняется особенностями взаимоотношений между собой частиц нагретого тела.

Выше я уже говорил, что атомы любого тела находятся в непрерывном движении. Даже строгий порядок кристаллической решетки не может заставить их замереть на месте и не совершать никаких колебаний.

Повышение температуры тела — это увеличение размаха колебаний атомов, это — большая частота столкновений их друг с другом.

Тут и нашли ученые разгадку возникновения света.

Нормальный атом, окруженный «своими», спокойно вращающимися электронами, света не излучает. Но вот столкнулись два атома-соседа. Столкновение сказывается прежде всего на наружных частях атома, на его электронной оболочке. Силой удара какой-либо наружный электрон может оказаться отброшенным со своего места, со своей орбиты. На мгновение он попадет на соседнюю «чужую» орбиту. Атом переходит в неустойчивое состояние, как говорят физики, оказывается возбужденным.

Камень, подброшенный вверх, все время стремится упасть на землю. Так и возбужденный атом старается вернуться к обычному, устойчивому, состоянию. Поэтому, как только разошлись столкнувшиеся атомы, отброшенный электрон мгновенно возвращается на свое место. Излишек его энергии при этом выделяется в виде порции световых волн — фотона, или кванта света.

Самые слабые фотоны имеют красный свет. Большой энергией обладают световые «пули» фиолетового света. Короче говоря, чем меньше длина волны, тем большей энергией обладает световое излучение. Зная это, легко объяснить, почему кусок железа при нагревании вначале светится красным, потом оранжевым и, наконец, желтовато-белым светом. Более «крепкие» соударения атомов вызвали к жизни фотоны больших энергий. А так как в твердом теле атомы близки друг к другу, то при сильном нагревании столкновения атомов могут быть самыми разнообразными — и сильными, и средними, и слабыми. Поэтому твердое тело излучает, как правило, фотоны всех сортов, спектр его излучения сплошной, и глазом это излучение воспринимается часто как белый свет.

Несколько иное происходит в плазме. В ней молекулы и атомы газа друг от друга расположены далеко, и атомы возбуждаются не под влиянием взаимных соударений, а благодаря тому, что в них ударяются свободные электроны.

Мы уже знаем, как образуются лавины электронов, как газ — изолятор превращается в плазму — хороший проводник тока. Свободные электроны, устремляющиеся к аноду, оказывается, могут не только ионизировать атомы или молекулы, но и возбуждать их. Ионизация и возбуждение — это две стороны одной медали. В плазме эти процессы совершаются непрерывно.

Здесь также все зависит от скорости электрона, от силы его удара.