Физика - Каплун С. В. - Страница 35

Но впоследствии именно оно стало основой многих практических изобретений, и в частности элекродвигателя переменного тока.

Большое значение имело также открытие в 1820 г. французами Био и Савара законов действия тока на магнитную стрелку.

Нельзя не сказать о деятельности выдающегося ученого Андре Мари Ампера (1775–1836), который положил

начало изучению действий электрического тока и установлению целого ряда законов электродинамики. Как только Араго продемонстрировал на заседании Парижской академии наук опыт Эрстеда, Ампер, повторив его, 18 сентября 1820 г., ровно через неделю сообщил о своих исследованиях. На следующем заседании, 25 сентября, Ампер закончил чтение доклада, в котором он изложил законы взаимодействия двух токов, протекающих в параллельно расположенных проводниках.

С тех пор Академия еженедельно заслушивала новые сообщения Ампера о его опытах, приведших к открытию и формулированию основных законов электродинамики.

Одной из важнейших заслуг Ампера было то, что он впервые объединил два разобщенных ранее явления – электричество и магнетизм – одной теорией электромагнетизма и предложил рассматривать их как результат единого процесса природы. Эта теория была встречена современниками Ампера с большим недоверием.

Через пять лет после проведенных Ампером работ был построен первый электромагнит и началось глубокое изучение законов электромагнетизма.

В 1827 г. немецкий ученый Георг Ом (1789–1854) открыл один из важнейших законов электричества, устанавливающий основные зависимости между силой тока, напряжением и сопротивлением цепи, по которой течет электрический ток. Да, это тот самый закон, о котором школьники говорят: «Не знаешь закон Ома – посиди дома!»

Георг Ом

Открытие Эрстеда, Араго, Ампера заинтересовали гениального английского физика Майкла Фарадея (1791–1867) и побудили его к изучению всего круга вопросов о преобразовании электрической и магнитной энергии в механическую.

В 1821 г. он нашел еще одно решение поставленной задачи превращения электрической и магнитной энергии в механическую и продемонстрировал свой прибор, в котором наблюдал явление непрерывного электромагнитного вращения. В тот же день Фарадей записал в свой рабочий дневник обратную задачу: «Превратить магнетизм в электричество».

Более десяти лет потребовалось, чтобы решить ее и найти способ получения электрической энергии из магнитной и механической. Лишь в конце 1831 г. Фарадей сообщил об открытом им явлении, которое он впоследствии назвал электромагнитной индукцией. Это явление стало основой всей современной электроэнергетики!

Личность и жизненный путь Фарадея настолько интересны, что требуют отдельного разговора (мы к нему вернемся в последнем разделе книги).

Исследования Фарадея и работы русского академика Э. X. Ленца (1804–1865), связанные с этой же проблемой, позволили создать первые электромагнитные генераторы и электродвигатели.

Эмиль Христианович Ленц родился в феврале 1804 г. в семье чиновника в г. Дерпт (ныне – Тарту, в Эстонии). Он рано остался без отца, однако благодаря стараниям матери с успехом окончил гимназию и поступил в 1820 г. в Дерптский университет.

Его научная деятельность началась рано: после второго курса университета он по рекомендации ректора в качестве физика отправился с научной экспедицией в кругосветное путешествие, продолжавшееся три года. Во время экспедиции Ленц сконструировал глубиномер и прибор для изучения воды на разных глубинах – батомер.

Эмиль Христианович Ленц

С 1838 г. Ленц работает в Петербургском университете, а со временем становится его ректором.

Свои исследования по электромагнетизму Ленц начал в 1831 г. в лаборатории, которая перешла к нему от В. Петрова. После открытия Фарадеем электромагнитной индукции Ленц начал искать общие правила определения направления индукционного тока. 29 ноября 1833 г. он сделал доклад об обнаруженном им правиле (его мы и сейчас знаем как «правило Ленца»), которое стало общепризнанным после публикации во многих европейских журналах.

Большой шаг, который сделали Ампер, Фарадей, Ленц и другие физики того времени, все, кто изучал проблемы электричества и магнетизма, – стал толчком к внедрению сделанных открытий в производство. Это касается прежде всего электрических генераторов.

Сначала электрогенератор и электродвигатель развивались независимо друг от друга, как две совершенно разные машины. Первый изобретатель электрического генератора, основанного на принципе электромагнитной индукции, пожелал остаться неизвестным. Произошло это так. Вскоре после опубликования доклада Фарадея в Королевском обществе, в котором было изложено открытие электромагнитной индукции, ученый нашел в своем почтовом ящике письмо, подписанное инициалами Р. М., содержавшее описание первого в мире синхронного генератора и чертежи, приложенные к письму. Фарадей, внимательно разобравшись в этом проекте, направил письмо Р. М. и чертеж в тот же журнал, в котором был в свое время помещен его доклад, в надежде, что неизвестный изобретатель, следя за журналом, увидит опубликованным не только свой проект, но и письмо Фарадея, сопровождавшее его, где он дает очень высокую оценку изобретению Р. М.

И действительно, спустя полгода Р. М. прислал в редакцию дополнительные разъяснения и описание предложенной им концепции электрогенератора, но и на этот раз захотел остаться неизвестным. Имя истинного создателя первого электромагнитного генератора так и осталось скрытым за инициалами, и человечество до сих пор, несмотря на тщательные поиски историков электротехники, не знает, кому оно обязано одним из важнейших изобретений.

Свеча Яблочкова

Началось стремительное развитие в применении электродвигателей и потреблении электроэнергии. Этому немало способствовало изобретение П. Н. Яблочкова: способ освещения с помощью так называемой «свечи Яблочкова» – дуговой электролампы с параллельным размещением углей. Простота и удобство «свечи Яблочкова», заменившей дорогие, сложные и громоздкие дуговые фонари с регуляторами для непрерывного сближения сгорающих углей, способствовали ее широкому распространению, и вскоре «свет Яблочкова», «русский», или «северный» свет, освещал бульвары Парижа, набережные Темзы, проспекты столицы России и даже древние города Камбоджи. Это было настоящим триумфом изобретателя-россиянина.

Статическое электричество вокруг нас

О теле, которое после натирания притягивает к себе другие тела, говорят, что оно наэлектризовано и ему придали электрический заряд. Как известно, трут тела друг о друга только для того, чтобы увеличить площадь их соприкосновения.

Электризация посредством трения до конца еще не изучена, но мы сейчас подчеркнем то, что при электризации происходит перераспределение заряженных частиц между телами, которые принимают участие в этом процессе. В отличие от процессов, связанных с электрическим током, эти явления называют электростатическими (от греческого слова statos – неподвижный).

Статическое электричество на производстве, как известно, иногда приводило к негативным последствиям. Но в некоторых случаях электростатические эффекты вызывали намеренно и использовали их.

Так, например, при производстве абразивной (наждачной) бумаги электростатические эффекты играют положительную роль. Вместо того чтобы посыпать намазанную клеем бумагу абразивным зерном, это зерно помещают под бумагой. Зерна притягиваются к липкой стороне бумаги благодаря электростатическому притяжению. В этом процессе абразивные зерна ориентируются в необходимом направлении, образуя абразивную бумагу.