От Электричества до Телевидения. Популярная история

6 ноября 1780 года он производит знаменитый опыт с лягушечьей лапкой.

1785 г. Кулон

Вопрос измерения силы электрического взаимодействия с 1750 года приобретает большое значение. Экспериментаторы предлагали все более и более совершенные электрометры. В 1779 году Кавалло поместил электрометр Кантона (см. 1754 г.) в стеклянную банку для исключения влияния воздуха, в 1781 году Вольта изготовил чувствительный соломенный электрометр. Новую измерительную конструкцию в 1784 году предложил французский физик Шарль-Огюстен Кулон (1736—1806) – он изобрел крутильные весы. Долгие опыты с маленькими металлическими шариками привели Кулона в 1785 году к «закону Кулона» о силе взаимодействия точечных зарядов. Закон Кулона – это один из фундаментальных законов электродинамики и теории поля.

1786 г. Гальвани

В 1786 году, 26 апреля, Луиджи Гальвани при помощи лягушечьей лапки и проволоки обнаруживает приближение грозы.

1788 г. Кулон

Французский физик Шарль-Огюстен Кулон завершает печать мемуаров об опытах с крутильными весами. Он провел опыты с намагниченными шариками и обнаружил, что их взаимодействие очень похоже на взаимодействие заряженных шариков. В 1789 году Кулон был принят в члены Парижской академии наук, но вскоре революция уничтожила все старые общественные институты Франции, академия закрылась. На время развитие науки во Франции, а затем и в Европе затормозилось.

1789 г. Вольта

Алессандро Вольта повторяет опыт Луиджи Гальвани с лягушечьей лапкой и обнаруживает явление электризации через соприкосновение разнородных металлов.

1791 г. Гальвани

В 1791 году Луиджи Гальвани публикует работу «Трактат о силах электричества при мышечном движении» и начинает новую страницу в науке об электричестве. [21].

1794 г. Вольта

В 1794 году Алессандро Вольта в письме профессору Вассалли предлагает ряд металлов, расположенных по создаваемой электрической силе – «ряд Вольта».

«Новая статья о животном электричестве в трех письмах, написанных синьору аббату Антону Мариа Вассалли профессору физики в королевском университете в Турине» «Письмо первое 10 февраля 1794 г.»

«Что Вы думаете о так называемом животном электричестве? Что касается меня, то я давно убежден, что все действие возникает первоначально вследствие прикосновения металлов к какому-нибудь влажному телу или к самой воде. В силу такого соприкосновения, электрический флюид гонится в это влажное тело или в воду от самих металлов, от одного больше, от другого меньше (больше всего от цинка, меньше всего от серебра). При установлении непрерывного сообщения между соответствующими проводниками этот флюид совершает постоянный круговорот.»

«Если вместо двигательных нервов в круг входят вкусовые нервы верхушки или краев языка, или же зрительные нервы, то соответственно возникает ощущение вкуса или света; и эти ощущения и движения тем сильнее, чем дальше отстоят друг от друга примененные два металла в том ряду, в каком они нами поставлены здесь: цинк, оловянная фольга, обыкновенное олово в пластинках, свинец, железо, латунь и различного качества бронза, медь, платина, золото, серебро, ртуть, графит. К ним следует прибавить, наконец, некоторые древесные угли, т. е. именно те, которые оказываются почти такими же проводниками, как металлы; другие же не годятся или плохи.» [21].

1797 г. Генри

В 1797 году в Олбани, США, родился Джозеф Генри – знаменитый физик.

ГЕНРИ (Henry) Джозеф (17.12.1797, Олбани, – 13.5.1878, Вашингтон), американский физик. С 1832 проф. Принстонского колледжа, с 1846 секретарь и директор Смитсоновского ин-та, с 1868 президент Нац. АН США; первый президент Философского об-ва в Вашингтоне (с 1871). Осн. труды по электротехнике. В 1828 впервые построил электромагниты большой силы, применив многослойные обмотки из изолированной проволоки. Г. открыл явление самоиндукции (1832) и колебательный характер разряда конденсатора (1842). Его именем названа единица индуктивности в системе СИ – генри. Г. принадлежат также работы по метеорологии.

1799 г. Вольта

В 1799 году Алессандро Вольта, профессор естественной философии в университете итальянского города Павия, пришел к окончательному выводу, что «животного электричества» (в том виде как его в те времена трактовали) не существует, а основными причинами открытия Луиджи Гальвани (см. 1780 г.) были две разных металла – стальной нож и оцинкованная пластина (жесть), – на которой лежала лягушка. Различные металлы, составляли пару из предложенного Алессандро Вольта ряда (см. 1794 г.), а разделение их влажными тканями лягушки привело к выработке электричества.

В следующем году 20 марта 1800 года Вольта извещает о великом открытии – создании «электрического органа» – «вольтова столба» – гальванической батареи.

Послесловие по главам 4—5. Предисловие к главам 6—8

18-й век ознаменовался большими достижениями в области электричества и некоторым прогрессом в области магнетизма. Гауксби, Бозе и их последователи построили удачную электрическую машину, серию смелых опытов с атмосферным электричеством провел Франклин, он же изобрел громоотвод, теории электричества предложили Дюфе, Франклин, Эпинус, Симмер, фундаментальные соотношения открыли Лагранж и Кулон. Последние десятилетия 18-го века прошли под знаком итальянской науки – «животное электричество» открыл Гальвани, открыл ряд активности металлов и приблизился к созданию гальванического элемента Вольта. Открытие итальянца Вольта в начале 19-го века переведет электричество из разряда диковин в двигатель человеческого прогресса.

19-й век человечество начинало в напудренных париках, на золоченых каретах запряженных лошадьми и деревянных парусниках, бегущих по воле ветра и волн, а закончило в деловых, вполне современных костюмах и пальто, на автомобилях, в железнодорожных вагонах и на пароходах. Прогресс в изучаемой нами отрасли в 19 веке был грандиозен. Электрическая и магнитная энергии были «обузданы» усилиями ученых и инженеров и стали важнейшей частью цивилизации. Физиками, химиками, электротехниками (появилась такая профессия) были проведены удивительные эксперименты, открыты разнообразные эффекты. Скудность технических сведений 16—18-го веков сменилась необъятностью информационного материала. Но мы будем следовать по нашей «информационной дороге» – от электричества к телевидению, оставляя «на обочине» важнейшие открытия и достижения не связанные напрямую с заданной темой – электрохимию, гальванику, электрометаллургию, электросварку, электрические машины, электрические генераторы, и т. д. и т. п. – в этих разделах будут упомянуты только первооткрыватели. Это единственный способ изложить нашу «Популярную историю».

Глава 6. 1800 г. – 1815 г.

«Столб» Вольта, дуга Петрова и Дэви, столб Замбони, телеграф Земмеринга

1800 г. Вольта, Николсон и Карлайл, Дэви

На рубеже 19-го века, предположительно в декабре 1799 г., итальянец Алессандро Вольта изготовил 1-ю электрическую батарею, которая представляла собой столбик из чередующихся медных и цинковых кружков, разделенных кружочками сукна или войлока вымоченного в слабом водном растворе серной кислоты. Первое сообщение об этой батарее, которую Вольта называет «снарядом, слабо заряженным, но действующим непрерывно, подобно лейденской банке», последовало в 1800 году, 20 марта, в письме от Вольта к президенту Лондонского Королевского общества Джозефу Банксу (Джозеф Банкс – знаменитый английский ботаник и путешественник, участник экспедиции Кука, президент Королевского общества в 1778—1820 гг.). Письмо содержит описание и рисунки Вольта, и рекомендации по применению в батарее разных металлов. «Вольтовы столбы» великого итальянца сохранились, впрочем, он позднее от них отказался, т. к. сукно под тяжестью металлических кружков быстро высыхало, и стал применять последовательно соединенные «чашечные приборы» – в этой конструкции медные и цинковые пластинки, соединенные проволокой, помещены в чашки со слабой серной кислотой (см. рис. далее).

Рис 8. Рисунок «снаряда» из письма Вольта к Банксу, фото батареи, сделанной Вольта, рисунок Вольта с «чашечным прибором»

В 1800 году французы окончательно победили армию европейской коалиции в Италии, 23 июня 1-й консул Франции Бонапарт открыл университет города Павия и назначил в нем Алессандро Вольта профессором экспериментальной физики. В ноябре 1800 года профессор Вольта читал доклады в Париже в Институте Франции, где объяснил принцип действия своих приборов, в декабре 1801 года Вольта был награжден золотой медалью Института Франции и премией первого консула Франции. Карьера Алессандро Вольта продолжилась, но не как изобретателя, а как политика, он стал и членом Почетного легиона и сенатором Италии. Умер великий изобретатель и инженер Алессандро Вольта в 1827 году – «вольтов столб» его последняя значительная работа. [11, 12, 15].

«Вольтов столб» вызвал большой интерес у европейских физиков, и надолго стал единственным прибором для получения электричества, но с точки зрения конструкции он не был новостью. За 7 лет до Вольта, в 1793 году, английский врач Ричард Фоулер (1765—1863) опубликовал в Эдинбурге статью по своим опытам с «животным электричеством» «Experiments and Observations on the Influence lately discovered by M. Galvani, and commonly called Animal Electricity», в которой как приложение было письмо некоего Робайсона – последний сообщал, что он складывал в столбик кусочки цинка, величиной с шиллинг, вперемежку с серебряными шиллингами, и сбоку этот столбик «пробовал на язык» – «раздражение оказывалось очень сильным и неприятным» [11].

Идея Вольта разделить в столбике цинк и медьсукном, пропитанным слабой кислотой, позволила получить электричество без «пробы на язык», но Вольта ставил своей целью только электрическое соединение металлов из своего ряда, а не получение электричества в результате химической реакции (цинк реагирует с кислотой и выделяется водород). [10]. (Знал ли Вольта о конструкции Робайсона – неизвестно).

Углубленные научные опыты после 1800 года, как я и писал выше, Вольта не проводил, но по его пути немедленно пошли многие естествоиспытатели [11, 12, 22, 23]:

30 апреля 1800 года английский химик Уильям Николсон (1753—1815) и его напарник хирург Энтони Карлайл (1768—1840) изготовили «столб Вольта» и полностью проверили его работоспособность. Николсон в ходе опыта для улучшения контакта верхней проволоки с цинковым кружком налил на него немного воды и случайно обнаружил, что на этой проволоке, выделяются пузырьки – экспериментатор по запаху (!) предположил, что это водород. Николсон и Карлайл провели новый эксперимент – в пробирке с водой, в которую через пробки были введении проволоки от «столба Вольта», они впервые разложили воду с помощью электричества на водород и кислород. Водород исследователи собрали, а кислород определили по тому, как он окислил медную проволоку.

В сентябре 1800 года немецкий физик Иоганн Риттер (1776—1810) сообщает о своем опыте по разложению воды, при этом ему удалось собрать кислород.

В 1800 году будущий великий английский химик Хэмфри Дэви (1778—1829) начал серию опытов по химическому действию электрического тока. Дэви не удовлетворился опытами предшественников, он использовал золотую проволоку, золотые сосуды, откачивал воздух, применял дистилляцию воды – боролся со всякого рода примесями и побочными эффектами, и сделал вывод:

«Таким образом, по видимому, не подлежит никакому сомнению, что химически чистая вода разлагается электричеством исключительно на газообразные вещества —на кислород и водород.» [24].

1803 г. Петров

В 1803 году профессор петербургской Медико-хирургической академии Василий Петров (1761—1834) опубликовал в типографии своей Академии «Известие о Гальвани – Вольтовских опытах». Труд был написан на русском языке вместо повсеместно принятого в те времена использования латыни, и возможно поэтому был никому неизвестен в Европе и России в течение 80 лет (!!!). В 1887 году в Вильно студент вышеупомянутой академии Гершун случайно обнаружил «Известие» Петрова в библиотеке, Гершун вернулся в Петербург и сообщил о находке, после чего о профессоре Петрове была помещена заметка в русском журнале «Электричество». А писать было о чем! Если доверять работе Петрова от 1803 года – он первым открыл явление световой электрической дуги, которое традиционно считается достижением великого химика Хэмфри Дэви [25, 26]. Петров соорудил «Вольтов столб» из 4200 цинковых и медных кружков по полтора дюйма в диаметре и проводил многочисленные химические опыты. В статье VII он описывает, что при сближении двух углей, соединенных проволоками с концами столба, до расстояния 1—3 линий между углями появляется весьма яркий белый свет или пламя, «от которого темный покой весьма ясно освещен быть может». [26]. Итак, если верить книге Петрова, то его опыты 1802—1803 гг. имели место, но, к сожалению, на развитие мировой науки и техники влияния не оказали.

1-й комментарий – сталинские подходы в электротехнике

В сталинскую эпоху, в 1932—39 г. г., и 1948—52 гг. были предприняты две попытки доказать либо полный приоритет, либо большое значение достижений русской и советской науки по отношению к мировой. Не избежал этой «участи» и Василий Петров – его стали упоминать как единственного первооткрывателя электрической дуги.

Сталинские подходы к науке хорошо видны при чтении 26-томной «Технической энциклопедии», издававшейся в СССР 1927—1936 гг.. [29]. Приблизительно до 17-го тома («подводные лодки – производство овощей»), изданного в 1932 году, еще встречается упоминание фамилий «западных» ученых и фирм, но позднее статьи такой информации уже не содержат. Разделам по «электричеству» – «не повезло» они находятся в последнем томе – и читателю не сообщается, к примеру, даже фамилия инженера и фирма, впервые предложившие «электрический трансформатор».

1803 г. Риттер

В 1803 году лектор Йенского университета Иоганн Риттер, который 3-мя годами ранее 1-м получил газообразный кислород при разложении воды (см. выше), после многих экспериментов построил прототип аккумулятора – он сконструировал столб из 40 медных кружков и 40 промежуточных влажных кружков и соединил его концы проволокой с «Вольтовым столбом» из 100 элементов. Когда он разомкнул провода, то у медного столба остался заряд электричества – при этом полюсные концы были противоположны полюсам «Вольтова столба». Этот «вторичный столб» или «зарядный столб» стал предметом большого интереса и дальнейших исследователей. [11, 27].

1804 г. Гумбольдт, Сальва

В 1804 году член Берлинской академии барон и крестник короля Пруссии Фридриха Вильгельма II Александр фон Гумбольдт (1769—1859) после 5-летней научной экспедиции по странам Карибского бассейна и Латинской Америки вернулся в Европу. Для проведения своей экспедиции Гумбольдт в 1799 году заручился личным разрешением короля Испании Карла IV. Научные результаты экспедиции Гумбольдта и его коллеги ботаника Айме Бонплана, которая исследовала природу Венесуэлы, Кубы, Антильских островов, Колумбии, Эквадора, Мексики, были огромны, касались они и магнетизма.

«Собственно к физике земли относятся его исследования над земным магнетизмом. Он первый фактически доказал, что напряженность земного магнетизма изменяется в различных широтах, уменьшаясь от полюсов к экватору. Ему же принадлежит открытие внезапных возмущений магнитной стрелки (магнитные бури) и других частностей. Большое значение для науки имели магнитные обсерватории, устроенные по мысли Г. английским, русским и североамериканским правительствами.» [4].

В 1802 году при повторном пересечении Анд в районе Карамака Гумбольдт и Бонплан обнаружили магнитный экватор – это сухопутное место служило точкой отсчета для всех геомагнитных измерений в течение следующей половины столетия. В 1804 году Гумбольдт опубликовал первый набросок линий равной напряженности поля, Гумбольдт писал

«Я усмотрел в законе снижения магнитных сил от полюса к экватору наиболее важный результат моего американского путешествия». [31].