Знаете ли кой е проф. Порфирий Бахметиев и какво е изобретил? Вижте в Сандъците – Sandacite.

Направихме една статия за първия професор на България, създал един прадядо на телевизора от ХІХ век. :) Приятно четене!

Ако сега запитате някого кога се е зародила телевизията, вероятно ще получите отговор от типа на ,,началото на ХХ век“. Да, ама не! Историята на движещите се образи е много по-стара, а най-интересното за нас е, че България също има дял в нея.

Но да не избързваме.

През 1855 г. италианският изобретател Джовани Казели създал устройство, наречено ,,пантелеграф“. То е можело да предаде създадено изображение на текст, чертеж или картина, като за тази цел съдържанието трябвало да бъде предварително нарисувано върху оловно фолио с помощта на специален лак. Контактен щифт се плъзгал над поредица участъци, които се редували – имали висока или ниска електрическа проводимост – и по този начин изображението се ,,прочитало“. У приемащата страна предаваният електрически сигнал се записвал по електрохимичен път върху навлажнена хартия, пропита с химическото съединение калиев ферицианид. Първата редовна пантелеграфна линия заработила между Париж и Лион през 1865 г. – 11 г. след като Александър Бел патентовал телефона.

Пантелеграфът на Казели; предаване на изображения чрез него

Това изобретение е първият етап в развитието на телевизионната идея. Следващият започва с изучаването на свойствата на химичния елемент селен (Se).

Селенът е открит през 1817 г. от шведския химик Йенс Якоб Берцелиус. Става важен за темата ни през 1873 г., защото тогава е установено, че той променя електрическото си съпротивление, щом бъде облъчен със светлина.

А сега нека на сцената излезе господин професорът!

Не са много хората, които са чували името на Порфирий Бахметиев (1860-1913). Той е първият професор по физика в България, преподавал в СУ ,,Св. Климент Охридски“ през 1890-1906 г. По произход е руснак и е роден в семейството на крепостни селяни. В Русия Бахметиев завършва гимназия и проявява забележителни дарби в областта на точните науки. Притежава много комбинативен ум и още като младеж изработва хитроумни устройства. На 17 години създава модел на телефон, като за проводници използва струни от старо пиано.

През 1878 г. заминава за Петербург, за да се запише в университет, но не успява да го направи, тъй като е завършил класическа гимназия, а не реална. Междувременно участва в различни политически инициативи, насочени против императорската власт, и е принуден да се премести в Цюрих (Швейцария), където през 1879-1885 следва физика и химия. След това остава в Цюрихския университет като преподавател. Изследва магнитните свойства на различни метали и има над 20 научни публикации, главно в руски научни списания. Бахметиев става все по-търсен лектор и няколкократно при него се записват цели групи от по 30-40 ученици, които след успешно преминат курс успяват да издържат приемните изпити за Цюрихската политехника.

През 1889 г. в СУ (тогава все още Висше училище) е открито т.н. Физико-математическо отделение, в което от октомври 1890 до 1907 г. шеф на катедрата по експериментална физика е Порфирий Бахметиев, станал професор през 1895 г. Той е и първият професор в България въобще. Ученият два  в България по покана на министъра на народното просвещение Георги Живков, който се стреми да попълва новосъздаденото Висше училище с известни имена от световната наука.

Той бил едър човек, висок над 2 метра, тежал 125 кг, а като лектор бил твърде обаятелен. Когато изнасял лекции,  дори студенти от други факултети идвали да го слушат, а според тогавашните критерии това било най-високата атестация за лекторско майсторство. Бахметиев всеотдайно се занимавал не само с чиста наука, а и с обзавеждането на физичните лаборатории. Под негово ръководство най-добрите студенти създавали уреди за доказване на различни електрически, магнитни и други природни явления – като капилярен електромер, апарат за определяне на остатъчен магнетизъм, електрически ареометър… Всяка европейска лаборатория би се гордяла с устройства като Бахметиевия уред за изследване на електрическите вълни по повърхността на проводника например. Със създадените или усъвършенствани от професора уреди – а те са над 40! – университетът успешно се представял  на различни изложения.

 

Работейки в СУ, проф. Бахметиев публикува още 6 научни статии върху различни аспекти на магнетизма, а като адрес на автора е посочена София. За изобретения от него уред за автоматично палене и гасене на уличните фенери още през 1888 г. той получава патент в няколко европейски страни, между които Англия, Франция и САЩ. В света за откривател на магнитосъпротивлението (промяна на електрическата устойчивост под влияние на външно магнитно поле) се смята проф. Бахметиев, а това е първото значително физично откритие с марката на Софийския университет. Сам професорът винаги се е изказвал да България с най-ласкави думи, обичал е да казва: ,,България, която ми даде своето гостоприемство в разцвета на творческата ми дейност“. Тук той среща и жената на живота си – Параскева Николаева – която е вдовица на опълченец с две сирачета.

Интересно е да се отбележи, че Бахметиев се е познавал с откривателя на рентгеновите лъчи Вилхелм Рьонтген. През 1896 г., само една година след като те са забелязани, професорът лично изработва в България рентгенов апарат и прави първата рентгенова снимка на човешко тяло в България.

Ръкопис на лекциите ,,Топлина“, 1895 г.

В Университетската библиотека ,,Св. Климент Охридски“ се съхраняват два тома ръкописи на лекциите, четени от проф. Бахметиев през 1893-1896 г. Техните теми обхващат почти всички аспекти на електричеството, магнетизма, механиката… Лекциите отчитат и последните научни достижения в съответната област. Например, когато преподава светлина и дифракция, той пише: ,,Миналата година бяха намерени методи за доказателство на двойното пречупване на лъчите от електрическата сила…“ (ІІ том на ръкописа, стр. 168). Професорът непрекъснато се е позовавал на практически примери. Дори когато излага абстрактни физични закони, той бърза да обясни теорията със съответната практика, да разкаже за изобретяването на Волтовата дъга, електрическите батерии, електродвигателите, дейността на Никола Тесла и Томас Едисон… Нещо повече – според един от биографите на проф. Бахметиев (доц. д-р Младен Цонев) курсът лекции ,,Теории на електромагнитните мотори“ е първата стъпка в академичното обучение по електротехника в България.

Въпреки неоспоримите си заслуги, професорът е бил изключително скромен човек – когато говори за достиженията на чуждестранни учени, той е забележително прецизен и точен в имената и заслугите им, но когато говори нещо за своите устройства и апарати, обикновено премълчава своето авторство. Днес само след подробна съпоставка на ръкописа с публикувани научни статии можем да заявим със сигурност, че професорът е запознавал студентите, макар и инкогнито и със своите научни разработки, догадки и изобретения.

Съчинението на Бахметиев ,,Материал за изучаване земните електрически токове в България“, 1895 г.

Много са топли думите, с които двама студенти на проф. Бахметиев описват своя лектор: ,,Весел и приятен, пълен с нови плодовити идеи, той не говореше като преподавател, а водеше вдъхновен и интересен разговор със студентите“ (Нестор Бучков); ,,Майстор на научното слово, той правеше студентите да се захласват в него“ (Георги Николов).

В Библиотеката на СУ се пази и ръкопис от 1895 г., наречен ,,Материал за изучаване земните електрически токове в България“. Става дума за телуричните токове (естествени електрически токове в земната кора) в Софийското поле, които проф. Бахметиев изследва, постига сериозни резултати и с тях защитава докторска дисертация в Швейцария. Той е автор и на някои други много значими научни открития, напр. анабиозата – възможността някои организми с прекратена жизнена дейност да бъдат отново върнати към живот.

Именно този чудесен учен е автор и на едно интересно изобретение, което е известно в света като прадядо на телевизора.

В брой 1-1885 г. на руското научно списание ,,Электричество“ проф. Бахметиев предлага схема на устройство, което може да предава движещи се изображения от разстояние. Той пише, че този апарат ,,би могъл да служи на нашето око така, както служи телефонът на ухото ни“. За разлика от множество други изобретатели от тези години, Бахметиев е наясно, че няма как да копира устройството на човешкото око, макар и първите конструктори на телефонни слушалки да са се опитвали да наподобят устройството на човешкото ухо. Уреда Бахметиев нарекъл ,,телефотограф“, а самата статия се нарича ,,Нов телефотограф“. С това заглавие професорът е имал предвид, че неговото изобретение ще сложи началото на нов начин за предаване на движещи се образи, а не само на фиксирани изображения, както пантелеграфът на Казели, между другото наричан понякога ,,фототелеграф“.

Да разгледаме телевизионната система на Бахметиев. Тя има две основни части: предавателна камера и приемник, свързани помежду си по жичен път. В основата на действието й е същият принцип, на който работят и съвременната телевизия и кино – окото, след като е видяло определено изображение, запазва зрителното усещане (впечатление) за известно време.

Предавателят преобразува последователно отделни части от образа на целия предмет в електрически ток. Изменящият се по време ток предизвиква промени в яркостта на светене на съответните участъци на приемащия екран. Този принцип също е използван по-късно в телевизията.

Как е устроен предавателят? Той напомня традиционна фотографска камера. Обектът, чието изображение трябва да се предаде, се разполага пред обектива (двойно изпъкнала леща). Лъчите на обекта се отразяват върху задната повърхност на камерата, където се намират миниатюрни пластинки селен (на схемата означени с с). По думите на Бахметиев, техните размери са подобни на,,главичката на топлийка“. Съвкупността от тези пластинки действа като фотоелемент. С тази дума наричаме полупроводников фотоелектрически уред за пряко преобразуване на светлинна енергия в електрическа. Чрез специален лостов механизъм селеновият фотоелемент се движи, като непрекъснато ,,наблюдава“ обекта. Той се движи спираловидно спрямо него и тъй като всяка следваща извивка на спиралата е близка до предишната, за едно пълно преминаване по спиралата е можел да бъде обхванат целият образ на снимания обект.

Бахметиев е отчитал, че скоростта на движение на фотоелемента трябва да бъде съобразена с времето, в което окото ,,помни“ последното видяно изображение. Според учения окото трябва да вижда осветени точка върху екрана ,,не по-малко от пет пъти в секунда“.

Селеновият фотоелемент в предавателната станция е съединен чрез проводници с електромагнита d. (Електромагнитът е вид магнит, при който магнитното поле се получава само при протичането на електрически ток). Котвата на електромагнита е разположена съвсем близо над тънка желязна пластинка с меден щифт f накрая. Чрез хитроумна схема щифтът автоматично управлява количеството газ, подадено към газова горелка. Ето как става това и как се получава образът.

Първо светлината, излъчвана от пламъка, се отразява от параболично огледало. След това преминава през двойно изпъкнала леща p и дава светла точка върху прозрачния екран от матово стъкло l, разположен точно срещу горелката. През това време кутията заедно с електромагнита и горелката n се движи и описва спираловидния път на фотоелемента при предавателната станция.

Схема на телефотографа на проф. Бахметиев

Само че тук има една уловка. За да се получи (синхронизира) изображението на сниман движещ се обект, е необходимо движението в приемателната станция да бъде синхронно с това в предавателната. А това през 80-те години на ХІХ век още не е било възможно, тъй като синхронните двигатели още не са били изобретени.

В зависимост от това колко интензивна светлина попада върху селеновия фотоелемент, ще се получава електрически ток с различна сила. (Фотоелементът, разбира се, е включен в електрическата верига). Логично, в зависимост от силата на тока електромагнитът на приемателната станция ще привлича по-силно или по-слабо към себе си желязната пластина с щифта. Съответно пламъкът на горелката, осветяващ екрана, също ще свети по-силно или по-слабо.

По такъв начин промяната на осветлението в изображението при предавателя ще се възпроизведе чрез силата на тока, а промените в нейната сила на свой ред ще доведат до изменения в яркостта върху съответните точки на приемателния екран. Тъй като според проекта синхронното движение на фотоелемента и източника на светлина ще се извършва достатъчно бързо, се предполага, че окото на наблюдателя ще запази усещането за светлина в дадена точка до момента, в който тя отново не бъде осветена (когато светлинният източник се върне). Като краен резултат окото би трябвало да възприема една непрекъсната, единна слята картина на образа на предавания обект.

Проф. Бахметиев пише: ,,…тъй като светлите точки ще се появяват с интервал от 1/5 секунди, ние ще имаме пред себе си цялостна картина, идентична с оригинала на първата станция. Всяко движение на оригинала ще се отрази по напълно същия начин върху екранното изображение“.

Поради липса на средства проф. Бахметиев никога не е изработил прототип на своя телефотограф. Тази система обаче заслужено се смята за праобраз на телевизията и е оценена в немалко научни публикации и книги, като напр. голямото изследване на Аркадий Рохлин ,,Как се роди телевизията“ (2000).

Схема ма механичен телевизор, използващ диска на Нипков

По-късните изследвания обаче показват и някои несъвършенства на телефотографа. Например, оказва се, че 1/5 от секундата е недостатъчен времеви интервал, за да бъде избегнато силното трептене на екрана. Необходима е продължителност от не повече от 1/50 секунди, което в края на ХІХ век е трудно осъществимо. От друга страна, при високи скорости на разлагане на образа селеновите фотоелементи започват да проявяват инерция при реагирането и такова забавено действие би довело до непрекъсната размитост на картината. Затова и телевизията започва своето наистина широко разпространение едва при откриването на външния фотоефект – свойството на някои вещества да изпускат електрони при облъчване със светлина. Допълнителен тласък дават изучаването на електричния ток във вакуум, изобретяването на кинескопа и електронната лампа, а след това и на транзистора.

Спираловидният път на движение на фотоелемента също получил по-нататъшно развитие. От 1884 г. насетне изобретатели като Паул Нипков и Джон Лоджи Беърд работили по т.н. механична телевизия. При нея за осъществяването на такъв вид предаване е нужен диск с разположени спираловидно по него еднакво големи дупки – т. н. диск на Нипков (изобразен на първата и горната илюстрации). Това е дървен или метален кръг, който се върти бързо пред прожекционен апарат, а той осветява предаваната сцена. Зад високооборотната шайба тази сцена се разгражда на светли и тъмни точки чрез фотоклетка, поставена зад диска. Така вече е по-лесно тази светлинна серия чрез телеграф да се изпрати на зрителя. За да я види, той трябва да преобразува постъпващите точки в „начален“ образ, което става чрез апарат, оборудван с бързовъртящ се диск като първия.

Такива механични телевизори се разпространявали чак до началото на 40-те години на ХХ век и във всеки от тях била използвана идеите на проф. Бахметиев.

Изобретяването на кое от техническите чудеса не е минало през криволици и лутания, през възходи и падения? Устройства като телефотографа на проф. Бахметиев ще бъдат винаги интересни, защото представляват истински изобретения. Те показват комбинативността на човешкия ум, който изучава природните елементи и е в състояние да ги накара да работят за него.

---

Статията е публикувана от автора за първи път в сп. Осем, бр. 9-2017.