ОБНАРУЖЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Первые же опыты с электрическим током[1]не могли не привести к открытию некоторых присущих ему свойств. Поэтому рассматриваемый период в истории электричества характеризуется главным образом обнаружением и изучением различных действий электрического тока. Исследования электрического тока, производившиеся в большом масштабе в первые годы XIX в., привели к открытию химических, тепловых, световых и магнитных его действий.

В 1800 г. вскоре после получения известия об изобретении вольтова столба члены Лондонского Королевского общества Антони Карлейль (1768–1840 гг.) и Вильям Никольсон (1753–1815 гг.) [1.6] произвели ряд опытов с вольтовым столбом, которые привели их к открытию нового явления: при прохождении тока через воду имело место выделение газовых пузырьков; исследовав выделявшиеся газы, они правильно установили, что это кислород и водород. Таким образом впервые был осуществлен электролиз воды. Вскоре после опубликования работ А. Карлейля и В. Никольсона (июль 1800 г.) немецкий физик Иоганн В. Риттер (1776–1810 гг.) также осуществил разложение воды током. После открытия действия тока на воду ряд ученых заинтересовался вопросом о том, к каким результатам приведет пропускание тока через другие жидкости. В том же 1800 г. голландский химик Вильям Крейкшенк (1745–1800 гг.), пропуская ток через раствор поваренной соли, получил на отрицательном полюсе едкий натр, не подозревая, что здесь имела место вторичная реакция: поваренная соль разлагалась на Na и Сl, причем натрий, жадно соединяясь с водой, образовывал едкий натр.

Указанные эксперименты положили начало исследованию химических действий гальванического тока, получивших впоследствии важное практическое применение.

Тепловые действия тока были обнаружены в результате накаливания тонких металлических проводников и воспламенения посредством искр легко воспламеняющихся веществ. Световые явления наблюдались в виде искр различной длины и яркости.

В 1802 г. итальянский ученый Джовани Д. Романьози (1761–1835 гг.) обнаружил, что электрический ток в проводнике вызывает отклонение свободно вращающейся магнитной стрелки, находящейся вблизи этого проводника. Однако тогда, в первые годы изучения электрического тока, явление, открытое Д. Романьози, имевшее, как впоследствии выяснилось, громадное значение, не получило должной оценки. Только позднее, в 1820 г., когда наука об электричестве достигла более высокого уровня, магнитное действие тока, описанное датским физиком Гансом Христианом Эрстедом (1777–1851 гг.), стало предметом глубокого и всестороннего изучения.

Среди многочисленных исследований явлений электрического тока, произведенных в первые годы после построения вольтова столба, наиболее выдающимися были труды первого русского электротехника, профессора физики Санкт‑Петербургской Медико‑хирургической Академии, академика Василия Владимировича Петрова (1761–1834 гг.), так как в них впервые была показана и доказана возможность практического применения электричества [2.1; 2.2; 2.20].

Поистине трагическая судьба постигла этого выдающегося ученого, который в истории русской физики, по словам бывшего президента Академии наук СССР академика СИ. Вавилова, по значению своих трудов «непосредственно следует за М.В. Ломоносовым». Какими же заслугами нужно было обладать сыну скромного приходского священника в г. Обояни (Курской губернии), чтобы удостоиться звания академика Петербургской Академии наук, значительная часть членов которой имела знатное происхождение, а многие были иностранцами. Несмотря на то что В.В. Петров был не только талантливым физиком и химиком, но и блестящим педагогом, основателем первого крупного физического кабинета, «превосходнейшего во всей Российской империи», он постоянно испытывал враждебное отношение официальных кругов. После смерти В.В. Петрова делается все для того, чтобы имя его было забыто. И это удалось. Целое поколение русских физиков в течение полувека (1834–1886 гг.) ничего не знали о своем выдающемся соотечественнике. И только в 1886 г. был обнаружен его главный труд «Известия о гальвани‑вольтовских опытах» (СПб., 1803). Книга вызвала огромный интерес. Видные физики выступают с докладами о вкладе В.В. Петрова в отечественную электротехнику, в 1887 г. в журнале «Электричество» появляется первая статья о забытом русском электротехнике.

В 30‑х годах нашего века были проведены более полные исследования трудов В.В. Петрова, а в 1935 г. Президиум ЦИК СССР принял постановление «Об ознаменовании столетия со дня смерти первого русского электротехника академика В.В. Петрова». В своих трудах по электричеству В.В. Петров собрал обширный опытный материал, который им был тщательно проанализирован. В.В. Петров глубоко понимал значение эксперимента для всестороннего изучения явлений природы. Он писал: «… гораздо надежнее искать настоящего источника электрических явлений не в умствованиях, к которым доселе только прибегали почти все физики, но в непосредственных следствиях самих опытов».

Будучи хорошо знакомым с опытами, производящимися с вольтовым столбом как в России, так и за границей, В.В. Петров пришел к правильному выводу о том, что наиболее полное и всестороннее изучение гальванических явлений возможно только при условии создания большой батареи, т.е. по современной терминологии источника электрической энергии высокого напряжения. Поэтому он добивается у руководства Медико‑хирургической Академии выделения средств для постройки «такой огромной величины батареи, чтобы оною можно было надежнее производить такие новые опыты», каких не производил никто из физиков.

^{Рис. 2.3. Примерное расположение и соединение элементов в батарее Петрова}

В апреле 1802 г. батарея В.В. Петрова, состоявшая из 4200 медных и цинковых кружков, или 2100 медно‑цинковых элементов (В.В. Петров называл ее «огромная наипаче батарея»), была готова. Она располагалась в большом деревянном ящике, разделенном по длине на четыре отделения (рис. 2.3). Стенки ящика и разделяющих его перегородок были покрыты сургучным лаком. Общая длина гальванической батареи В.В. Петрова составляла 12 м – это был крупнейший в мире источник электрического тока. Как показали современные экспериментальные исследования с моделью батареи В.В. Петрова, электродвижущая сила этой батареи составляла около 1700 В, а максимальная полезная мощность 60–85 Вт. Ток короткого замыкания батареи не превышал 0,2 А. В.В. Петров вначале производил, как он указывал, уже известные опыты других физиков, а потом старался производить и такие опыты, «… о которых дотоле не имел … никакого известия».

Долгое время точная дата первых экспериментов с «огромной наипаче батареей» была неизвестна. Но в 1950 г. была обнаружена статья в журнале «Северный вестник» (1804 г.), в которой указывается дата первых публичных опытов В.В. Петрова – 1802 г. (рис. 2.4) [2.2].

Свои разнообразные опыты В.В. Петров подробно описал в своем труде – первой книге на русском языке, посвященной исследованиям в области гальванизма «Известие о галвани‑вольтовских опытах …» (рис. 2.5).

Следует отметить, что и за границей не только до выхода в свет книги В.В. Петрова, но и в течение двух десятилетий после ее публикации не появилось не одного оригинального сочинения, в котором были бы с такой полнотой освещены явления электрического тока.

В.В. Петрову было хорошо известно, с каким интересом относятся в России к изучению явлений электрического тока. Поэтому он в своей книге подробно описал не только опыты с гальванической батареей, но и способы ее изготовления, ухода за ней, методику экспериментов и т.п. Важно подчеркнуть, что книга написана на русском языке, в первую очередь для тех русских людей, которые не владеют иностранными языками и живут в «отдаленных от обеих столиц местах».

^{Рис. 2.4. Страница из журнала «Северный вестник»}

^{Рис. 2.5. Титульный лист книги В.В. Петрова}

В книге В.В. Петрова описаны его опыты по электролизу различных жидкостей, исследованию явлений прохождения электрического тока в разреженном воздухе, наблюдению «светоносных» явлений, сопровождающих действие электрического тока, изучению тепловых действий тока.

В.В. Петров впервые подошел к пониманию того, что действие батареи основано на химических процессах, происходящих в гальваническом элементе медь – цинк, и правильно установил роль крайних металлических кружков, которые служили лишь проводниками электричества. В.В. Петров также верно указал на то, что окисление поверхности металлических кружков вызывает ослабление действия батареи.

Петровым была впервые установлена важнейшая закономерность в электрической цепи – зависимость тока в проводнике от площади поперечного сечения проводника. Он правильно указал на то, что при увеличении площади поперечного сечения проводника ток в нем возрастает. Поэтому В.В. Петров раньше всех предшественников Г. Ома, сформулировавшего в 1826 г. известный закон, носящий его имя, установил, что через вещества, обладающие большим сопротивлением, гальвани‑вольтовская жидкость (так он называл электрический ток. – Авт.) может протекать лишь тогда, когда «количество ее весьма знатно увеличится», т.е. по современной терминологии при повышении напряжения в цепи. Термин «сопротивление» впервые введен в электротехнический язык В.В. Петровым.