Карл Вильгельм Сименс: Жизнь и деятельность

Введение

Немецкий британский инженер и предприниматель (1823–1883)

Сэр Карл Вильгельм Сименс (4 апреля 1823 – 19 ноября 1883), англицизированное имя – Чарльз Уильям Сименс, был немецко-британским инженером-электриком и предпринимателем.

Биография

Сименс родился в деревне Ленте, ныне часть Гертдена, недалеко от Ганновера, где его отец, Кристиан Фердинанд Сименс (31 июля 1787 – 16 января 1840), фермер-арендатор, обрабатывал имение, принадлежащее короне. Семейство Сименс – старинный род из Гослара, документально подтвержденный с 1384 года. Его матерью была Элеонора Дайхман (1792–8 июля 1839), а Вильям, или Карл Вильгельм, был четвертым сыном в семье из четырнадцати детей. Среди его братьев и сестер Эрнст Вернер Сименс, также четвертый ребенок, стал известным электриком и участвовал вместе с Вильгельмом во многих его изобретениях. Он также был братом Карла Генриха фон Сименса и кузеном Александра Сименса. 23 июля 1859 года Сименс женился в церкви Святого Иакова в Паддингтоне на Энн Гордон, младшей дочери Джозефа Гордона, писателя при Сигнете в Эдинбурге, и сестре Льюиса Гордона, профессора инженерии в Университете Глазго, и стал натурализованным гражданином Великобритании. Он любил говорить, что 19 марта того же года он дал клятву верности двум дамам в один день – королеве и своей невесте. За несколько месяцев до смерти он был удостоен рыцарского звания и стал сэром Уильямом. Он скончался вечером в понедельник 19 ноября 1883 года и был похоронен через неделю на кладбище Кенсал Грин в Лондоне. В его честь в Вестминстерском аббатстве было установлено витражное окно. Леди Сименс умерла в 1902 году.

Ранние годы

Осенью 1838 года, когда Уильяму было пятнадцать лет, он начал обучение, чтобы стать инженером. Он учился в очень уважаемой школе торговли и коммерции – Gewerbe Schule Magdeburg. У Вильгельма были особенно близкие отношения со своим старшим братом; Эрнст Вернер Сименс решил обучить Вильгельма математике, чтобы тот мог изучать английский язык в школе. Эта программа пошла на пользу обоим, и знание английского языка стало для них неоценимым преимуществом. Он легко сдал экзамен. Менее чем через год умерла их мать, а вскоре после этого, в 1840 году, и отец. После окончания обучения в Магдебургской школе Уильям поступил в Геттингенский университет, где посещал лекции по физической географии и технике, высшей математике, теоретической и практической химии, а также физике. Ему также удалось некоторое время поработать с известным ученым и изобретателем Вильгельмом Вебером в его магнитной обсерватории. Уильяму было почти девятнадцать лет, когда он покинул университет, чтобы стать инженером-учеником. Он находил время и для занятий искусством, таких как уроки танцев и даже написание пейзажа Нордхаузена для жены управляющего фабрикой. Его успехи на инженерном заводе были настолько быстрыми, что двухлетний срок обучения сократили до одного года. Поскольку образование младших членов семьи стало финансовым бременем, 10 марта 1843 года Карл Вильгельм Сименс отправился в Лондон. Он действовал как агент своего брата Вернера и надеялся заработать достаточно денег, продав патент в Англии, чтобы помочь содержать и обучать своих многочисленных братьев и сестер. Он испытывал сильное желание увидеть Англию, и поездка обошлась ему в один фунт стерлингов. Уильям уже проявил себя как энергичный предприниматель, финансировав поездку за счет продажи изобретения своего брата – усовершенствования процесса золочения и серебрения – Джорджу Ричардсу Элкингтону. Он прекрасно понимал, как писал Вернеру, что его визит может не принести никаких результатов, но если все сложится удачно, он намеревался остаться. Так и случилось.

In the autumn of 1838 when William was fifteen years old, he began his studies to become an engineer. He attended a highly respected School of Trade and Commerce, the Gewerbe Schule Magdeburg. William had a particularly close relationship with his eldest brother; Ernst Werner Siemens had decided to teach William mathematics so that he could learn English at school instead. This programme helped them both and William's knowledge of English proved an incalculable advantage to them both. He went on to pass his examination easily. Less than a year later, their mother died and their father soon afterwards in 1840. Once William had completed his course at the Magdeburg school he went on to the University of Göttingen where he attended lectures on physical geography and technology, high mathematics, theoretical chemistry and practical chemistry and physics. He was also able for a short time to work with Wilhelm Weber, the renowned scientist and inventor, in his Magnetic Observatory. William was nearly nineteen when he left university to become an apprentice engineer. He also found time for more artistic pursuits such as taking dancing lessons and even painting a landscape of Nordhausen for the wife of the factory manager. His progress in the engineering factory was so rapid that his two year apprenticeship was cut down to one. Due to the education of the younger members of the family becoming a financial worry, on 10 March 1843, Carl Wilhelm Siemens left for London. He was acting as an agent for his brother Werner, and he hoped to earn enough money by selling a patent in England to help support and educate his many brothers and sisters. He felt a keen desire to see England and the journey cost him £1. William had already shown himself to be an enthusiastic businessman, having financed his trip by selling an invention of his brother's, an improvement to the gold and silver plating process, to George Richards Elkington. He was well aware, as he wrote to Werner, that his visit might achieve nothing, but if all went well he intended to remain. This indeed proved to be the case.

Карьера

Сименс был обучен как инженер-механик, и его самая важная работа на этом раннем этапе была не электрической; величайшее достижение его жизни – регенеративная печь. Хотя в 1847 году он опубликовал статью в "Annalen der Chemie" Либига о "меркаптане селена", его ум был занят новыми идеями о природе тепла, которые выдвинули Карно, Клэпейрон, Джоуль, Клаузиус, Майер, Томсон и Ранкин. Он отказался от устаревших представлений о тепле как о веществе и принял его как форму энергии. Работая над этим новым направлением мысли, которое давало ему преимущество перед другими изобретателями того времени, он предпринял свою первую попытку экономии тепла, построив в 1847 году на фабрике Джона Хика в Болтоне двигатель мощностью четыре лошадиные силы, оснащенный конденсатором с регенераторами и использующий перегретый пар. Два года спустя он продолжил свои эксперименты на предприятиях Messrs. Fox, Henderson, and Co. в Сметвике, недалеко от Бирмингема, которые взяли на себя это дело. Использование перегретого пара сопровождалось множеством практических трудностей, и изобретение не увенчалось полным успехом; тем не менее, в 1850 году Общество искусств признало ценность принципа, наградив Сименса золотой медалью за его регенеративный конденсатор. В 1850 году он основал лондонский офис продаж Siemens & Halske, инженерной компании, производящей телеграфы, основанной его братом Вернером в 1847 году в Берлине. Он начал продавать такие устройства производителю стальных канатов R. S. Newall and Company в Данди, совладельцем которого был его друг (и дядя его будущей жены) Льюис Гордон. Newall & Co. также передавала Siemens заказы на испытания кабелей, что позволило новой компании выйти на бизнес по прокладке подводных кабелей. В 1858 году филиал стал называться Siemens Brothers. В 1850-х годах компания участвовала в строительстве телеграфных сетей дальней связи в России. В 1855 году в Санкт-Петербурге (Россия) был открыт филиал компании, возглавляемый другим братом, Карлом Генрихом фон Сименсом. К 1863 году сэр Уильям построил собственный кабельный завод в Чарльтоне, Лондон. В 1867 году Siemens завершил монументальную индоевропейскую (Калькутта – Лондон) телеграфную линию. В 1859 году Уильям Сименс посвятил значительную часть своего времени электрическим изобретениям и исследованиям, и количество телеграфного оборудования всех видов – телеграфных кабелей, наземных линий и их аксессуаров, производимых на Siemens Telegraph Works (в Чарльтоне, Юго-Восточный Лондон) – было впечатляющим. В 1872 году сэр Уильям Сименс стал первым президентом Общества инженеров-телеграфистов, которое впоследствии стало Институтом инженеров-электриков, предшественником Института инженерии и технологий. В 1860 году Уильям Сименс построил замечательный газовый двигатель (в том же году был произведен первый коммерческий двигатель Lenoir). Он не вышел за рамки экспериментальной стадии, хотя его принцип работы (описанный в британском патенте № 2074 от 1860 года и Сименсом в "Теории газового двигателя") схож с принципом коммерчески успешного двигателя Брейтона 1872 года. В разделе "Теория газового двигателя" Сименс сообщает, что: "Двигатель обещал дать очень хорошие результаты, но примерно в то же время он начал уделять внимание производству интенсивного тепла в печах, и, сделав выбор между этими двумя направлениями, он отдал предпочтение печи и металлургическому процессу, связанному с ней; поэтому двигатель оставался в прежнем состоянии на протяжении долгого времени". Сименс также разработал систему зажигания от горячей трубки, использовавшуюся во многих ранних газовых двигателях. В июне 1862 года он был избран членом Королевского общества, а в 1871 году выступил с Бейкерианской лекцией. В качестве члена комитета по кругосветным плаваниям, готовившего океанографическую экспедицию на HMS Challenger, в 1871 году Сименс получил заказ на разработку электрического термометра для измерения температуры океана на разных глубинах. В 1877 году он был избран членом Американского философского общества. Регенеративная печь – величайшее изобретение Чарльза Уильяма Сименса, использующее процесс, известный как процесс Сименса-Мартина. Электрический пирометр, возможно, самый элегантный и оригинальный из всех изобретений Уильяма Сименса, также является связующим звеном между его электрическими и металлургическими исследованиями. Сименс преследовал две основные темы в своей изобретательской деятельности: одну, основанную на науке о тепле, другую – на науке об электричестве; и электрический термометр, можно сказать, был тонкой связью, объединяющей обе эти области. В 1874 году для Siemens Brothers, по его проекту, было построено специальное кабельное судно CS Faraday. В 1881 году генератор переменного тока Siemens, приводимый в действие водяным колесом, был использован для питания первого в мире электрического уличного освещения в городе Годалминг, Великобритания.

Siemens had been trained as a mechanical engineer, and his most important work at this early stage was non electrical; the greatest achievement of his life, the regenerative furnace. Though in 1847 he published a paper in Liebig's Annalen der Chemie on the 'Mercaptan of Selenium,' his mind was busy with the new ideas upon the nature of heat which were promulgated by Carnot, Clapeyron, Joule, Clausius, Mayer, Thomson, and Rankine. He discarded the older notions of heat as a substance, and accepted it as a form of energy. Working on this new line of thought, which gave him an advantage over other inventors of his time, he made his first attempt to economise heat, by constructing, in 1847, at the factory of John Hick, of Bolton, an engine of four horse power, having a condenser provided with regenerators, and using superheated steam. Two years later he continued his experiments at the works of Messrs. Fox, Henderson, and Co., of Smethwick, near Birmingham, who had taken the matter in hand. The use of superheated steam was attended with many practical difficulties, and the invention was not entirely successful; nevertheless, the Society of Arts, in 1850, acknowledged the value of the principle, by awarding Siemens a gold medal for his regenerative condenser. In 1850 he established the London sales office of Siemens & Halske, the engineering company producing telegraphs, which his brother Werner had founded in 1847 at Berlin. He started selling such devices to the wire rope producer R. S. Newall and Company in Dundee, of which his friend (and uncle of his later wife) Lewis Gordon was the co owner. Newall & Co also outsourced test jobs for cables to Siemens and such enabled the new company to enter the ocean cable laying business. The branch office became Siemens Brothers in 1858. In the 1850s, the company was involved in building long distance telegraph networks in Russia. In 1855, a company branch headed by another brother, Carl Heinrich von Siemens, opened in St Petersburg, Russia. By 1863, Sir William had his own cable factory built at Charlton, London. In 1867, Siemens completed the monumental Indo European (Calcutta to London) telegraph line. In 1859 William Siemens devoted a great part of his time to electrical invention and research; and the number of telegraph apparatus of all sorts – telegraph cables, land lines, and their accessories – which have emanated from the Siemens Telegraph Works (at Charlton, SE London) has been remarkable. In 1872 Sir William Siemens became the first President of the Society of Telegraph Engineers which became the Institution of Electrical Engineers, the forerunner of the Institution of Engineering and Technology

In 1860 William Siemens constructed a remarkable gas engine (the same year the very first commercial engine was produced by Lenoir). It didn't get beyond the experimental stage, though its principle of operation (described in Siemens British patent 2074 of 1860, and by Siemens in The Theory of the Gas Engine) appears to be similar to the commercially successful Brayton engine of 1872. In the discussion section of The Theory of the Gas Engine Siemens discloses that :
"The engine promised to give very good results, but about the same time he began to give his attention to the production of intense heat in furnaces, and having to make his choice between the two subjects, he selected the furnace and the metallurgic process leading out of it; and that was why the engine had remained where it was for so long a time." Siemens was also responsible for the hot tube ignition system used on many of the early gas engines. In June 1862 he was elected a Fellow of the Royal Society and in 1871 delivered their Bakerian Lecture. As a member of the circumnavigation committee preparing the oceanographic expedition of HMS Challenger, Siemens was commissioned in 1871 to develop an electric thermometer to measure the temperature of the ocean at different depths. He was elected as a member to the American Philosophical Society in 1877. The regenerative furnace is the greatest single invention of Charles William Siemens, using a process known as the Siemens Martin process. The electric pyrometer, which is perhaps the most elegant and original of all William Siemens's inventions, is also the link which connects his electrical with his metallurgical researches. Siemens pursued two major themes in his inventive efforts, one based upon the science of heat, the other based upon the science of electricity; and the electric thermometer was, as it were, a delicate cross coupling which connected both. In 1874 he had a special cable ship built, according to his design, for Siemens Brothers, the CS Faraday. In 1881, a Siemens AC Alternator driven by a watermill was used to power the world's first electric street lighting in the town of Godalming, United Kingdom.