Роберт фон Либен: Жизнь и изобретения австрийского физика и предпринимателя

Введение

Австрийский предприниматель, физик и изобретатель (1878–1913)

Роберт фон Либен (5 сентября 1878 года, Вена – 20 февраля 1913 года, Вена) был австрийским предпринимателем, самоучкой-физиком и изобретателем. Либен и его коллеги Юген Рейс и Зигмунд Штраус изобрели и изготовили газонаполненный триод – первый термоэлектронный вакуумный прибор с управляющей сеткой, разработанный специально для усиления, а не демодуляции сигналов, и являющийся дальним предком тиратрона. После смерти Либена "клапан Либена", также известный как "клапан Либена-Рейса" (Lieben-Reisz valve) на английском и "LRS-реле" (Lieben-Reisz-Strauss-Relais) на немецком языке, был использован в первом в мире генераторе непрерывных радиочастот, предназначенном для радиотелефонии.

Биография

Роберт фон Либен был четвертым из пяти детей, родившихся в богатой венской еврейской семье, связанной с кланами Ауспиц, Гомперц, Тодеско и Вертхаймштейн. Его отец, Леопольд фон Либен, управлял семейным банком и возглавлял Венскую торговую палату; его мать, Анна, урожденная Тодеско, младшая дочь Эдуарда фон Тодеско, была талантливой художницей-любительницей и поэтессой. Задолго до рождения Роберта Анна фон Либен страдала хронической бессонницей, наркотической зависимостью и различными психическими расстройствами. Она была первой долгосрочной пациенткой Зигмунда Фрейда, который позже описал ее под псевдонимом Cäcilie M. Родители Роберта фактически разошлись в 1890-х годах. Роберт и его братья и сестры выросли в дворце Тодеско, а с 1888 года – во дворце Либен на Оппольцергассе, рядом с Бургтеатром и Венским университетом. Они воспитывались в старомодной, аристократической культуре Рингштрассе и были приобщены к науке и философии их домашним учителем Эдмундом Гуссерлем и их выдающимися родственниками Рудольфом Ауспицем, Адольфом Либеном и Францем Брентано (последний был ежедневным гостем во дворце Либена в подростковые годы Роберта). Роберт посещал академическую гимназию и реальную школу и не считался выдающимся учеником. Он тяготел к технологиям и прикладным исследованиям и проводил все свободное время с братом Эрнстом и кузеном Лео, занимаясь экспериментами. Его интересы лежали в основном в области телефонии и электричества, но он был открыт для новых идей. Роберт покинул школу без абитура, необходимого для поступления в Венский университет, и вместо этого стал учеником на фабрике Siemens Schuckert в Нюрнберге. Освоив основы техники, Роберт поступил в армию и добровольно записался в уланский полк Австро-Венгерской армии. Его карьера внезапно оборвалась спустя несколько недель, когда он упал с лошади и стал инвалидом. Он так и не полностью восстановился после травм, что, вероятно, способствовало его ранней смерти в возрасте 34 лет. После увольнения из армии Либен посещал лекции Франца С. Экснера в Венском университете в качестве вольного слушателя; он также посещал лекции Вальтера Нернста в Геттингенском университете и завязал давнюю дружбу с Нернстом. За два года работы в Геттингене Либен разработал камеру для фотографирования сетчатки глаза, электролитический фонограф и электрическую передачу для транспортных средств. В 1901 году Либен вернулся в Вену и основал свою собственную исследовательскую лабораторию на первом этаже дворца Либена. С помощью университетского химика доктора Ричарда Лейзера он изучал рентгеновские лучи, электрические разряды в газах и термоэлектронную эмиссию. В 1903 году Либен приобрел завод по производству телефонного оборудования в Оломоуце; телефония стала его основной сферой деятельности. Инженеры-технологи завода Юген Рейс и Зигмунд Штраус помогали Либену в лаборатории, а Лейзер был его главным научным консультантом до 1909 года.

Robert von Lieben was the fourth of five children born into a wealthy Viennese Jewish family who were related to the Auspitz, Gomperz, Todesco and Wertheimstein clans. His father Leopold von Lieben managed a family owned bank and chaired the Vienna Trade Chamber; his mother Anna, née Todesco, younger daughter of Eduard von Todesco, was a talented amateur artist and poet. Well before Robert was born, Anna von Lieben suffered from chronic insomnia, drug addiction and various mental conditions. She was the first long term patient of Sigmund Freud, who later described her under the alias of Cäcilie M. Robert's parents de facto separated in the 1890s. Robert and his siblings grew up in Todesco Palace and from 1888, the Lieben Palace in Oppolzergasse near the Burgtheater and the University of Vienna. They were raised in the old fashioned, upper class Ringstrasse culture, and were exposed to science and philosophy by their home tutor Edmund Husserl and their distinguished relatives Rudolf Auspitz, Adolf Lieben and Franz Brentano – the latter being a daily visitor at the Lieben Palace during Robert's teenage years). Robert attended an academic gymnasium and a Realschule, and was not considered an outstanding student. He leaned to technology and applied research, and spent all of his spare time with brother Ernst and cousin Leo doing experiments. His interests were primarily in the fields of telephony and electricity but he was open to new ideas. Robert left the school without an abitur, which was required to enrol at the University of Vienna, and instead became an apprentice at the Siemens Schuckert factory in Nuremberg. Having learnt the basics of technology, Robert joined the military and volunteered with the uhlan regiment of the Austro Hungarian Army. His career ended abruptly a few weeks later after he fell from a horse and was crippled. He never fully recovered from the injuries, which probably contributed to his early death at the age of 34. After his discharge from the Army, Lieben attended Franz S. Exner's classes at the University of Vienna as an audit student; he also attended Walther Nernst's classes at the University of Göttingen, and developed a long standing friendship with Nernst. During his two years at Göttingen, Lieben designed a camera for photographing the retina of the eye, an electrolytic phonograph and an electric transmission for vehicles. In 1901, Lieben returned to Vienna and set up his own research laboratory in the ground floor of the Lieben Palace. With the help of University chemist Dr. Richard Leiser, he studied X rays, electric discharge in gases and thermionic emission. In 1903, Lieben purchased a telephone equipment factory in Olomouc; telephony became his main field of work. Factory engineers Eugen Reisz and Siegmund Strauss assisted Lieben at the laboratory, and Leiser was his main scientific advisor until 1909.

Клапан Либена-Райса-Стросса

Потери в медных телефонных линиях ограничивали телефонную связь расстояниями от … до … километров. Связь на больших расстояниях требовала использования ретрансляторов; единственным доступным в 1900-х годах типом был механический усилитель, основанный на углеродном микрофоне. Эти устройства с высоким искажением были приемлемы для телеграфии, но практически непригодны для передачи речи. Либен решил создать электронный усилитель с низким искажением, используя известный принцип электронно-лучевой трубки для управления током слабым входным сигналом. Благодаря переписке с Нернстом, он знал об изобретении Артуром Веннельтом в 1903 году оксидного катода, обеспечивающего значительно более сильную термоэлектронную эмиссию по сравнению с неэффективным вольфрамовым катодом. Сначала Либен пытался управлять током электромагнитно, используя отклоняющую катушку. В 1906 году он запатентовал электромагнитно управляемый "реле на катодных лучах"; хотя Либен признавал важность вклада Лейзера, патент был выдан только ему. Устройство не работало должным образом, поскольку предложенная конструкция катода не позволяла сфокусировать электронный луч в удовлетворительную форму. Не испытывая особого интереса к ведению бизнеса, в 1908 году Либен продал фабрику в Оломоуце. Рейс и Штраус остались на его личном обеспечении и продолжили исследования "катодных реле". Согласно переписке Либена с Лейзером, Рейс предложил ключевое усовершенствование в начале 1910 года, а позднее в том же году новый, исправно работающий клапан был запатентован совместно Либеном, Рейсом и Штраусом. Он имел электростатическое управление пучком посредством перфорированной металлической пластины, выполнявшей роль управляющей сетки и разделявшей клапан на две камеры. Как и де Форест, Либен полагал, что токами в клапане доминируют ионы, а не электроны. Ошибочное представление о преимуществах газонаполненных клапанов было опровергнуто в 1913 году Ирвингом Лангмюром, который в 1915 году создал настоящий клапан с глубоким вакуумом. Клапан Либена был успешно испытан в качестве ретранслятора телефонной линии. В 1912 году компании AEG, Felten & Guillaume, Siemens & Halske и Telefunken образовали консорциум для продвижения изобретения в телефонной индустрии. В феврале 1913 года Либен внезапно скончался от абсцесса железы, что, вероятно, было следствием его прежних травм, и предприятие было распущено. Рейс переехал в Берлин и организовал производство клапана Либена на заводе AEG Kabelwerk Oberspree. Позднее в том же году Александр Мейснер из Telefunken применил свою теорию положительной обратной связи и использовал клапан Либена для создания радиопередатчика непрерывного излучения. Прототип Мейснера генерировал 12 ватт выходной мощности на длине волны 600 метров (около 500 кГц), передавая амплитудно-модулированные радиотелефонные сигналы на расстояние до 500 метров. Это было первое успешное применение непрерывных колебаний для беспроводной телефонии.

The losses in copper telephone lines limited telephone services to between and Communication over longer ranges required the use of repeaters; the only type available in the 1900s was the mechanical amplifier that was built around a carbon microphone. These high distortion devices were adequate for telegraphy but were almost unusable for transmission of speech. Lieben decided to make a low distortion electronic amplifier using the already known cathode ray tube principle to control the flow of current with a weak input signal. Through his correspondence with Nernst, he knew of Arthur Wehnelt's 1903 invention of the oxide coated cathode that enabled fairly strong thermionic emission compared to the inefficient pure tungsten cathode. At first, Lieben tried to control the current electromagnetically using a deflection coil. In 1906, he patented the electromagnetically controlled "cathode ray relay"; although Lieben privately acknowledged the importance of Leiser's contribution, the patent was issued to Lieben alone. The device did not work as intended because the proposed cathode configuration could not focus the electron beam into a satisfactory shape. Feeling no real incentive to run the business, in 1908, Lieben sold the Olomouc factory. Reisz and Strauss remained on his personal payroll and continued research into "cathode relays". According to correspondence from Lieben to Leiser, Reisz suggested the breakthrough improvement in early 1910, and later that year, the new, properly working valve was patented jointly by Lieben, Reisz and Strauss. It had electrostatic beam control via a perforated metal plate as a control grid that separated the valve into two chambers. Lieben, like de Forest, believed valve currents were dominated by ions rather than electrons. The misconception about the benefits of gas filled valves was dispelled in 1913 by Irving Langmuir, who would build a true hard vacuum valve in 1915. The Lieben valve was successfully tested as a telephone line repeater. In 1912 AEG, Felten & Guillaume, Siemens & Halske and Telefunken formed a consortium to market the invention to the telephone industry. In February 1913, Lieben died suddenly from an glandular abscess, which was probably a consequence of his earlier injuries, and the enterprise was disbanded. Reisz relocated to Berlin and launched production of the Lieben valve at the AEG Kabelwerk Oberspree plant. Later the same year, Alexander Meissner of Telefunken applied his theory of positive feedback and used the Lieben valve to create a continuous wave radio transmitter. Meissner's prototype generated 12 of output power at a wavelength of 600 metres (about 500 kHz), transmitting amplitude modulated radiotelephone signals over a range of up to This was the first successful application of continuous oscillations for wireless telephony.

Признание

В межвоенный период Либен пользовался признанием в Австрии как выдающийся изобретатель. В его честь были названы улицы (Либенштрассе) в Вене, Амстеттене и Берлине. Либен был изображён на австрийской почтовой марке 1936 года, разработанной Вильгельмом Дахауэром и Фердинандом Лорбером. Мемориал Либену в здании Radio Verkehrs AG в Вене был открыт в 1927 году и уничтожен после аншлюса в 1938 году. Историческая значимость клапана Либена остаётся предметом споров. По мнению Райнера зур Линде, это не было изобретением, а скорее усовершенствованием существующих разработок и идей Джона Амброза Флеминга, Ли де Фореста, Артура Венельта и других. Тем не менее, Линде признал, что это важная веха в телефонной технологии: Либен и его соратники создали электронный усилитель – работоспособную альтернативу углеродному микрофонному репитеру с низким уровнем искажений.