История выдающихся открытий и изобретений (электротехника, электроэнергетика, радиоэлектроника) - Ян Шнейберг

В заключение Гальвани утверждал, что, по-видимому, «электричество находится внутри животного», и оно подобно «тонкой нервной жидкости», переходящей от нервов к мускулам, вызывает «содрогание» (это напоминает разряд лейденской банки). «Существует особый вид электричества, присущий организму животных» – утверждал Гальвани («животное электричество »).

Трактат Гальвани произвел сенсацию не только среди физиков, но и врачей и широкой публики. Если нервы и мускулы мертвой лягушки «оживают от действия разряда», то, по мнению физиологов, «жизненные проявления после смерти… приближают нас к разгадке тайны жизни» и возможного «средства исцеления».

Среди физиков начались горячие споры за и против животного электричества. Наиболее авторитетное заключение сделал А. Вольта, повторив опыты Гальвани. Лапки лягушки, утверждал Вольта, есть «чувствительный электрометр», а электричество возбуждается от «соприкосновения двух разнородных металлов».

В 1792-1795 гг. Вольта экспериментально – с помощью созданного им чувствительного электроскопа – доказал, что «два соприкасающихся металла взаимно электризуются».

В результате уникальных экспериментов Вольта установил закон контактных напряжений и, измерив контактную разность потенциалов, составил известный «ряд Вольта», где металлы располагались в следующей последовательности: цинк, свинец, железо, медь, платина, золото, серебро, ртуть. Каждый из них при соприкосновении с любым из последующих, получает положительный, а последующий – отрицательный заряд, например, железо (+)/медь (-), цинк (+)/серебро (-). Силу, возникающую между двумя металлами, Вольта назвал электровозбудительной или электродвижущей. Эта сила, «перемещает» электричество так, что получается разность напряжений между металлами, и эта разность напряжений будет тем больше, чем дальше в ряду расположены друг от друга металлы.

Но попытки Вольты получить непрерывный электрический ток (или флюид, как он вначале его называл) за счет простого контакта двух разнородных металлов оказались безуспешными. Как мы теперь понимаем, он предполагал получить электрическую энергию без затраты другого вида энергии.

Дальнейшие опыты показали, что для того, чтобы действия каждой пары металлов суммировались, их нужно разделить каким-либо проводящим материалом, который бы не препятствовал прохождению «флюида» (т.е. тока). Он считал, что существует два рода проводников – металлы и жидкости.

Экспериментальным путем он пришел к своей конструкции «столба»: если, например, составить «столб» из двух-трех пар цинковых и серебряных пластинок, то каждая серебряная пластинка будет соприкасаться с двумя одинаковыми цинковыми пластинками, и их общее действие будет иметь электричество разных знаков. Но если каждую пару цинк-серебро разделить суконным кружком, смоченным водой или (лучше) кислотой, то действие отдельных пар будет суммироваться.

Возникающее между крайними металлическими пластинками «столба» напряжение оказывается пропорциональным количеству примененных пар (рис. 3.4). Так был создан в 1799 г. знаменитый «вольтов столб» (это название впервые употребили французы, а Вольта вначале называл его «искусственным электрическим органом»). В 1800 г. Вольта сообщил о своем открытии президенту Лондонского королевского общества и приложил рисунок «столба».

В письме Вольта подробно описывал устройство и действие «столба», который «… создает неуничтожаемый заряд и дает непрерывный импульс электрическому флюиду». Им был также создан еще один вид своего прибора «чашечная» батарея (рис. 3.5): в банки с разбавленной серной кислотой погружались справа цинковые, а слева серебряные пластинки. Разнородные пластинки соседних банок соединялись «проводящей дугой».

а)

б)

Рис. 3.4. Вольтов столб:

а – внешний вид приборов; б – схематическое изображение наиболее распространенного вида «вольтова столба»

Однако Вольта не сознавал, а может быть не мог видеть, что электрический ток возникает в результате химических процессов между металлами и жидкостью, и практически пришел к созданию первого электрохимического генератора, действие которого основывалось на превращении химической энергии в электрическую. И даже описывая свою «чашечную» батарею, где более очевидно происходила химическая реакция между кислотой и металлами, он упорно объяснял действие контакта двух разнородных металлов с помощью «проводящей дуги». Заметим, кстати, что «чашечная» батарея внешне напоминала разнообразные гальванические (электрохимические) элементы, появившиеся в 20-30-х гг. XIX в. и служившие источниками электрической энергии в течение последующих почти 50 лет, пока не был построен экономичный электромашинный генератор.

Изобретение «вольтова столба» вызвало небывалый интерес к электрическим явлениям и привело к важнейшим открытиям тепловых, химических, магнитных, световых действий электрического тока, положившим начало многим современным направлениям электротехники.

Рис. 3.5. Чашечная батарея Вольты

Имя Вольты было окружено почетом и славой. Во Франции в его честь чеканится медаль. Наполеон основывает фонд в 200 000 франков для «гениальных первооткрывателей» в области электричества и первую премию вручает Вольте. Вольта становится сенатором и графом и награждается высшей наградой орденами Почетного легиона и Железного креста. Художник Дж. Бертини создал картину, на которой Вольта демонстрирует свой «столб» Наполеону.

Создание «Вольтова столба» явилось не только революционным событием в науке об электричестве, но и оказало огромное влияние на историю всей человеческой цивилизации. Не случайно знаменитый французский академик Д. Араго считал «Вольтов столб»… самым замечательным прибором, когда- либо созданными людьми, не исключая телескопа и паровой машины!».

Среди выдающихся физиков первой трети XIX в. достойное место принадлежит академику Василию Владимировичу Петрову (1761-1834), которого бывший президент Академии наук СССР С.И. Вавилов назвал ученым, по значению своих трудов «непосредственно следовавшим за М.В. Ломоносовым». Какими же заслугами нужно было обладать, чтобы сын скромного приходского священника в г. Обояни (Курская губерния) был удостоен звания академика Петербургской академии наук, значительная часть членов которой имело знатное происхождение, а многие были иностранцами.

Проявив незаурядное упорство и стремление к знаниям, В.В. Петров после окончания церковно-приходской школы сумел поступить в Харьковский коллегиум, где преподавались естественные и гуманитарные науки и западноевропейские языки, в том числе греческий и латинский. После успешного окончания коллегиума Петров, не имея достаточных средств, поступает на казенный счет в Петербургскую учительскую гимназию (позднее Учительский институт), где в течение трех лет обучался математике и физике. В 1788 г. Петров принимает смелое решение и уезжает на далекий Алтай преподавать математику и физику в Училище при знаменитых Колывано-Вос- кресенских горнорудных предприятиях, где была хорошая библиотека и научная лаборатория. С увлечением обучая будущих мастеров горного дела, Петров приобретает опыт использования знаний естественных наук для решения конкретных технологических и производственных проблем.

Возвратившись через три года в Петербург, Петров был уже весьма опытным педагогом и убежденным сторонником важности экспериментов для доказательства научных гипотез. В 1795 г., когда в Петербурге было основано крупное медицинское учебное заведение – Медико-хирургическая академия, Петров после блестящей «пробной» лекции утверждается в должности профессора физики и математики, где он прослужил почти всю жизнь и где со всей полнотой проявился его талант выдающегося ученого. Свободно владея европейскими языками, Петров изучает труды известных физиков и добивается выделения средств для оснащения физического кабинета новейшими приборами. Как позднее писал один из петербургских журналов, этот кабинет становится одним из лучших, «самым превосходнейшим во всей Российской империи».

Рис. 3.6. Примерное расположение элементов и их соединение в батарее Петрова

Ознакомившись с открытиями Гальвани и Вольты, Петров приходит к заключению о необходимости создания более мощной «огромной наипаче» батареи, превосходящей все «ранее описанные в иностранных сочинениях». С помощью такой батареи он надеялся производить «…такие новые опыты», которые были невозможны при употреблении «… обыкновенных батарей, о каковых доселе объявляется во всех известных трудах зарубежных физиков».