Михаил Шателен - Русские электротехники

Неудовлетворенный введенным еще в конце XVI в. английским ученым, врачом королевы Елизаветы, Гильбертом делением тел на «електрические» и «неелектрические», Ломоносов в записанной им программе рекомендует будущим авторам обратить особое внимание на вопрос о различном отношении тел к электрическим явлениям.

«Понеже тела, — пишет он, — которые по другим свойствам натурою совсем разделены на разные роды через електрические явления во едино совокупляются, так что стекло, тело ломкое, твердое, постоянное, к принятию «пламени не способное и к минералам по большей части принадлежащее, с мягкою, вязкою, летучею и к сожжению способною шелковою материей, к животным только телам принадлежащею, через первоначальную електрическую силу во един вид соединяются. Так же животное одушевленное и металл, хотя совсем между собою суть различного рода, однако соединены через производную електрическую силу. Того ради для изобретения подлинной сея материи теории за полезное почитаем и сие, чтобы качества обоего рода тел с осторожностью разсмотреть и приметить, которые из них всем телам, имеющим первоначальную електрическую силу, и которые всем телам, имеющим производную силу, общие, ибо в противном случае надобно опасаться, чтобы мысль наша, пренебрегши свойствами чувствительных тел и гоняясь за нечувствительными материями, не стала больше снисходить своим воображением, нежели последовать строгости разсуждения».

Приведенные слова Ломоносова показывают, на каком уровне стояли в середине XVIII в. знания об электричестве, но в то же время они свидетельствуют о том высоком уровне научного мышления, на котором стоял наш русский академик. Об этом высоком уровне свидетельствуют и другие материалы, относящиеся к той же эпохе.

Рихман начал свои работы по электричеству уже в 1744 г. Стремясь получить возможность производить над электрическими явлениями количественные измерения, он придумал прибор, названный им «электрическим указателем» и являющийся первым, по времени появления, «электрометром».

«Электрическим указателем, — пишет Рихман, — я называю такой инструмент, с помощью которого можно определить при различной обстановке наэлектризованность любого тела, притом так, чтобы явствовало, где она больше». Этот прибор, основанный на явлении отталкивания двух наэлектризованных тел, Рихман применял при своих известных работах по изучению молнии. Изучению молнии он уделял много времени и внимания. Он и погиб, убитый молнией, во время наблюдения приближавшейся грозы.

Сведения по электричеству были тогда весьма ограничены, но еще более ограничены были сведения по магнетизму. Они сводились, пожалуй, к знанию механических действий естественных и стальных искусственных магнитов (притяжение и отталкивание) и к знанию свойств магнитной стрелки, применяемой для компасов. Но и эти механические свойства были известны только качественно. Лишь в конце XVIII в. (1785 г.) стал известен количественный закон взаимодействия между полюсами магнита. Еще не очень далеко было то время, когда ученый иезуит Кирхер (1634 г.) писал в своей книге [2], что магнит любит красный цвет и что, будучи завернут в красную материю, он становится сильнее и лучше сохраняет свою способность притягивать железо. Ученый иезуит объясняет это свойство магнита тем соображением, что магнит — «царь камней» и, следовательно, ему свойствен пурпур. Наоборот, по сведениям, сообщаемым Кирхером, магнит не выносит чеснока: будучи натерт чесноком, он теряет значительную часть своей притягательной силы.

Кирхер описывает и другого рода магнит, растительного происхождения. По его сведениям, в татарской орде, именуемой «За — волга», произрастает растение, именуемое «бараме» или «агнец», имеющее уши и ноги, как у барана, но не имеющее рогов. Это растение обладает магнитной силой по отношению к другим растениям. В эту эпоху имелось и много других подобных сведений о магнитах, однако одновременно высказывались и другие мысли. Так, немного раньше книги Кирхера появилась книга английского ученого врача Гильберта (1540–1603 гг.) «О магните, магнитных телах и великом магните — земле», в которой автор высказывает ряд весьма интересных мыслей о магнетизме, электричестве и впервые устанавливает различие между электрическими и магнитными явлениями. Гильберту принадлежит и самый термин «электричество».

После Гильберта учение о магнитных явлениях оставалось долгое время без дальнейшего развития и никаких новых, сколько-нибудь крупных работ о магнетизме не появлялось. Лишь в середине XVIII в., в связи с успехами изучения электрических явлений, появился интерес и к явлениям магнитным. Были высказываемы и мысли о связи между этими двумя родами явлений. Одним из пионеров идеи о связи между электрическими и магнитными явлениями был русский академик Эпинус. Об этом свидетельствует написанная им «Речь о сходстве электрической силы и магнитной в публичном Собрании Императорской Академии Наук в день 7 сентября 1758 г., говоренная Академии Наук профессором физики Ф. У. Эпинусом». В этой речи Эпинус рассматривает вопрос о связи между электрическими и магнитными явлениями и, опираясь как на свои исследования, так и на результаты, полученные другими учеными, кончает свою речь словами: «Показал я теперь, Почтеннейшие Слушатели, сходство между электрическою и магнитною силою и, таким образом, намерение свое исполнил». Эпинус говорил только о сходстве электрических и магнитных явлений, не рискуя сделать более смелых выводов. «Из сего можно заключить», писал он, «не только о некоемом союзе и сходстве магнитной и электрической силы, но и о сокровенном их точном подобии. Но я таким образом заключать не отважусь». Как известно, прошло много лет, пока появились люди, отважившиеся сделать это заключение.

Таким образом, наши пионеры в изучении электрических и магнитных явлений в самую раннюю эпоху изучения высказывали мысли, которые получили общее признание многими десятилетиями позднее, после работ Эрстеда, Ампера, Араго, Фарадея и др. Эти последние работы могли, однако, появиться лишь в последующую эпоху, после того, как стало известно новое электрическое явление — явление электрического тока, т. е. после изобретения вольтова столба, который впервые дал возможность получать длящийся электрический ток.

Работы Гальвани и Вольта послужили началом новой эпохи в изучении электрических явлений. Изобретение вольтова столба стало одним из величайших событий в истории развития знаний об электричестве потому, что вольтов столб дал впервые возможность получать электрический ток и затем изучить законы им управляющие и действия, сопровождающие его прохождение по проводникам.

Вольтов столб был изобретен итальянским физиком Алессандро Вольта в 1799 г. Алессандро Вольта первый обнаружил появление электродвижущих сил при соприкосновении разнородных металлов. Он же установил различие между проводниками первого класса (металлами) и второго класса (электролитами) и нашел, что составляя электрическую цепь из проводников обоих классов, можно получить в цепи электрический ток. Это открытие и привело его к сооружению «столбика», получившего в дальнейшем известную всем форму.

Изобретение Вольта вызвало к жизни, как тогда думали, новое электричество. «Не старое и шумное электричество Нолле и Франклина, — писал акад. Дюма, — но электричество Вольта, которое безшумно течет по металлическому проводнику».

Вольтов «столб», «столбик» или «столбец» стал непременной принадлежностью всех лабораторий, где изучались физические и химические явления. Его применил Дэви для своих разнообразных исследований, Фарадей для своих первых работ. Мощнейший «вольтов столб» построил для своих исследований и русский физик, профессор Медико-хирургической академии в Петербурге, впоследствии член Академии наук, Василий Владимирович Петров (1761–1834 гг.). Петрову мы обязаны открытием в 1802 г. того замечательного явления, которое затем получило название вольтовой дуги и которое вновь наблюдал в 1813 г. Гемфри Дэви (1778–1829 гг.). Это было первое электрическое явление, которое впоследствии получило приложение на практике и которое, следовательно, положило начало новому отделу технических знаний — электротехнике.

Первыми практическими применениями электричества были применения его для освещения. Первыми электрическими лампами были лампы с электрической дугой. Уже сам Петров писал, что при помощи открытого им электрического светового явления «темный покой достаточно освещен быть может».

За открытием вольтовой дуги последовал ряд других величайших открытий, касающихся электрического тока: были изучены свойства электрического тока, установлена связь между электрическими, магнитными, тепловыми и химическими явлениями, открыто явление термоэлектричества, обнаружено действие магнитного поля на световой луч, найдены законы механического взаимодействия токов между собою и взаимодействия токов и магнитов и, наконец, было открыто явление электромагнитной индукции. Все это было сделано в течение первой половины XIX в. Тогда же великими математиками той эпохи были приложены методы математического анализа к изучению электрических и магнитных явлений. Это привело к блестящим результатам. Теоретическое и экспериментальное изучение явлений магнитных и явлений электрического тока дало исключительно благоприятные результаты. К началу второй половины XIX в. физики обладали уже богатым запасом знаний по электричеству и магнетизму и, что оказалось особенно важным, владели способами количественного расчета этих явлении и способами их измерений. Серия важнейших открытий и изобретений началась с 1820 г. открытием датского физика Эрстеда (1777–1851 гг.) влияния тока на магнитную стрелку. Явление, наблюденное им, было весьма просто. Эрстед установил только факт, что электрический ток, получаемый от вольтова столба, проходя по проводнику, оказывает механическое воздействие на находящуюся вблизи магнитную стрелку и стремится поставить ее перпендикулярно к проводнику, но значение этого наблюдения было огромно: им впервые устанавливался факт существования вокруг проводника с током определенного магнитного поля.