Физика - Каплун С. В. - Страница 34

В 1791 г. вышла книга, которую Гальвани назвал «Трактат о силе электричества при мышечном движении». В ней он описал сделанное открытие. Гальвани ошибочно считал, что это явление вызвано наличием особого «животного электричества». Хотя позже это было объяснено иначе, опыты Гальвани вошли в сокровищницу очень важных физических экспериментов, давших толчок дальнейшему развитию науки.

Родился Гальвани в Болонье в сентябре 1737 г. Изучал богословие, а затем медицину, физиологию и анатомию. В 1762 г. он был уже преподавателем медицины в Болонском университете.

Когда войска Бонапарта захватили Италию, в частности Болонью, была создана Цизальпинская республика. Все служащие должны были принести присягу на верность республике. Гальвани отказался это делать, из-за чего в 1797 г. его отправили в отставку. Хотя впоследствии правительство республики за заслуги восстановило его в должности, да было уже поздно: Гальвани, тяжело переживая потерю жены и брата, 4 декабря 1798 г. ушел из жизни.

Проведенные Гальвани исследования сохранили его имя в памяти людей. Термин «гальванический» до сих пор используют в названиях некоторых процессов и приборов.

Еще один итальянский ученый, Алессандро Вольта (1745–1827), дал научно обоснованоое объяснение опытам Гальвани. Он экспериментально доказал, что электрические явления, которые наблюдал Гальвани, следует объяснять тем, что два разнородных металла, разделенные слоем специальной жидкости, являются источником электрического тока, протекающего по замкнутым проводникам внешней цепи.

Между Гальвани и Вольта развернулась острая полемика относительно того, что же наблюдалось в опытах с лягушкой. Гальвани пытался полностью исключить физические причины явления, а Вольта, наоборот, исключал физиологические объекты: он даже заменил в своих опытах лапку лягушки физическим прибором – электрометром.

Вольта объяснил происходящее так: есть замкнутая электрическая цепь, через которую течет ток. Лапка лягушки – просто соединительное звено такой цепи.

Кроме того, Вольта заметил, что наличие электрического тока можно просто почувствовать… на вкус, если языком коснуться контактов.

Элемент Вольта – «вольтов столб»

Разработанная Вольта теория позволила ему создать в 1794 г. первый в мире источник электрического тока в виде так называемого вольтового столба. Этот столб представлял собой набор дисков из двух металлов (меди и цинка), разделенных прокладками из войлока, смоченного в солевом растворе или щелочи.

Демонстрация опытов А. Вольты

Описание этого прибора, изготовленного в конце 1799 г., находим в письме А. Вольта президенту Лондонского Королевского общества Банксу от 20 марта 1800 г. Благодаря этому он обрел всемирную славу! Вольта был избран членом Парижской и других академий мира, а Наполеон сделал его графом и сенатором Итальянского королевства. (Но заметим, что после этого открытия он уже ничего выдающегося в науке не сделал…)

Отметим также, что и Гальвани был в известной степени недалек от истины: как это доказали позже, в любом организме жизненные процессы сопровождаются возникновением электричества (что не имеет, однако, ничего общего с электричеством, открытым самим Гальвани, и его пояснениями!..)

После открытия вольтового столба многие ученые пытались создать более мощные источники тока. Английские химики Никольсон и Карлейль построили вольтов столб из 17 элементов и осуществили электролиз воды. Так было открыто химическое действие электрического тока.

Одним из первых свойства электрического тока вплотную изучил в 1801–1802 гг. петербургский академик В. В. Петров (1761–1834). Работы этого выдающегося ученого, построившего крупнейшую по тем временам в мире батарею из 4200 медных и цинковых кружков, сделали возможным практическое использование электрического тока для нагрева проводников. Свою батарею Петров в честь Гальвани и Вольта назвал гальванивольтовым столбом. Это была самая мощная батарея того времени.

В отличие от вертикальных столбов предшественников, В. Петров предлагал размещать элементы батареи горизонтально, чтобы кружки стояли ребрами вертикально в деревянных ящиках. Когда все эти ящики выстроили в один ряд, его длина превысила 12 м!

Он также нашел способы изоляции элементов батареи от дерева, предложив делать это с помощью сургуча, а тела, с которыми проводят опыты, помещать на подставку на стеклянных ножках.

Кроме того, в 1802 г., на восемь лет раньше англичанина Г. Дэви, Петров наблюдал явление электрического разряда между концами слегка разведенных угольных стержней как в воздухе, так и в газах и вакууме, получившее название электрической дуги.

В. Петров не только описал открытое им явление, но и указал на возможность его использования для освещения или плавки металлов, и таким образом впервые высказал мысль о практическом применении электрического тока. С того времени следует вести отсчет истории электротехники как самостоятельной отрасли техники.

Опыты с электрическим током привлекали внимание многих ученых разных стран. В 1802 г. итальянский ученый Романьози заметил отклонение магнитной стрелки под влиянием электрического тока, который протекал по расположенному вблизи проводнику. В конце 1819 г. это явление было вновь замечено датским физиком Г. К. Эрстедом (1777–1851), который в марте 1820 г. опубликовал на латыни брошюру под названием «Опыты, касающиеся действия электрического конфликта на магнитную стрелку». В этом сочинении «электрическим конфликтом» был назван электрический ток.

Ганс Кристиан Эрстед родился 14 августа 1777 г. в г. Рудкебинг на острове Лангеланн в семье аптекаря. Учился он в Копенгагенском университете, где в 1797 г. получил диплом фармацевта, позже – степень доктора философии и в двадцать девять лет стал профессором университета.

Научные интересы Эрстеда были разнообразны: он увлекался физикой, химией, философией. Идеи о единстве сил природы и возможной связи между электричеством и магнетизмом он высказывал еще в 1812–1813 гг. Однако экспериментально он обнаружил это именно в 1820 г.

Ганс Кристиан Эрстед

Суть сделанного Эрстедом открытия заключается в том, что проводник, по которому проходит электрический ток, действует на магнитную стрелку, находящуюся рядом. Ток заставляет стрелку вращаться и определенным образом ориентироваться у проводника. Хотя объяснения самого Эрстеда относительно открытого им явления были не совсем правильными, это открытие увековечило его имя.

Небольшая, всего на пять страниц, книга Эрстеда в том же году была издана в Копенгагене на шести языках. Его опыты повторил осенью 1820 г. швейцарский натуралист де ля Рив на съезде естествоиспытателей в Женеве. На этом съезде присутствовал член Парижской Академии наук Доминик Франсуа Араго (1786–1853), который после возвращения продемонстрировал на заседании Академии опыт Эрстеда. Араго провел ряд исследований, из которых самым важным было открытое им в 1824 г. явление вовлечения медного диска во вращение магнитом, вращающимся рядом с ним.

Амперметр – устройство для измерения силы тока

Это явление, названное «магнетизмом вращения» в течение длительного времени так и оставалось разве что эффектным физическим опытом.