Ян Шнейберг - История выдающихся открытий и изобретений (электротехника, электроэнергетика, радиоэлектроника)

Рис. 2.5. Титульный лист книги А. Болотова

Удивительно яркая и убедительная пропаганда, выражаясь современным языком, новейших методов лечения, которыми в наше время наполнены рекламы медицинских фирм.

Заслуживает внимания стремление упростить конструкцию машины и инструментов с тем, чтобы изготовление их было «… сопряжено с меньшими хлопотами и издержками», что позволяло бы их изготавливать «… при помощи столяра, кузнеца и слесаря» и иметь «по примеру моему у себя дома».

Андрей Тимофеевич Болотов предстает перед нами и как ученый-патриот, стремившийся распространять и пропагандировать новейшие достижения науки и использовать их в интересах народа.

Опыты с электростатическими машинами и успехи в области естествознания привели к открытию новых явлений. Особенно следует отметить труды члена Лондонского королевского общества С. Грея (1670-1736) и члена Парижской академии наук Ш.Ф. Дюфе (1698-1739). Грею в 1729 г. удалось установить, что тела можно подразделить на две группы: проводники (например, проволоки, металлические нити) и непроводники (шелковые нити, стеклянные подставки), а «электрическая способность стеклянной трубки притягивать легкие тела, может быть передана другим телам».

Рис. 2.6. Электростатическая машина А. Болотова

Дюфе впервые обнаружил (1733-1738) два рода электричества – «стеклянное» и «смоляное» – и установил, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные – отталкиваются. Им был создан прототип электроскопа в виде двух подвешенных нитей, расходящихся при их электризации – этот прибор получил широчайшее практическое применение. Особенно важно было его утверждение «быстроты передачи электричества» по проводникам. На основе экспериментов и наблюдений делаются первые попытки разработки теории электрических явлений и познания особенностей атмосферного электричества.

Этот зимний день 1745 г. запомнился голландскому профессору из г. Лейдена Питеру Мюсхенбруку (1692-1761) на всю жизнь. Он оказался среди многих физиков, занимавшихся опытами с электростатической машиной. Важно было «накопить» получаемые от нее заряды. Зная, что стекло не проводит электричество, Мюсхенбрук наполнил стеклянную банку водой и опустил в нее конец медной проволоки, соединенной с кондуктором машины. Он правильно предположил, что заряды начнут накапливаться в банке.

Взяв стеклянную банку в правую руку, он попросил своего помощника вращать шар машины, и когда, по его мнению, в банке накопилось достаточное количество зарядов, Мюсхенбрук решил левой рукой отсоединить проволоку от кондуктора (рис. 3.1). Сам того не подозревая, он «пропустил» через себя накопленные заряды – ведь его руки стали внутренней и наружной обкладками банки. Естественно, профессор получил сильный удар, и ему показалось, что «пришел конец». В письме своему коллеге Реомюру в Париж в январе 1746 г. он писал, что этот «… новый и страшный опыт советую самим никак не повторять» и что он даже «ради Короны Франции» не согласится подвергнуться «столь ужасному сотрясению». Эффект электрического разряда был усилен еще и неожиданностью, с которой произошел.

Рис. 3.1. Опыт Мюс- хенбрука (со старинной гравюры)

Так была изобретена лейденская банка (по имени г. Лейдена), представлявшая собой простейший конденсатор, который после ряда усовершенствований стал одним из важнейших электротехнических устройств.

Письмо Мюсхенбрука произвело подлинную сенсацию, его опыт стали повторять не только физики, но и многие любители, интересующиеся новыми открытиями. Как это часто бывает, в том же 1745 г. независимо от Мюсхенбрука подобная банка была создана немецким физиком Э. Клейстом. В печати изобретение «банки» «приветствовалось, как великое открытие».

Особую известность приобрел опыт с лейденской банкой, осуществленный «мастером экспериментов» французским физиком аббатом Ж. Нолле в Версале в присутствии короля.

Нолле выстроил цепь из 180 гвардейцев, взявшихся за руки, причем «первый держал в свободной руке лейденскую банку, а последний, прикоснулся к проволоке, извлекая искру… Удар почувствовался всеми в один момент, было курьезно видеть разнообразие жестов и слышать мгновенный вскрик, исторгаемый неожиданностью у большей части почувствовавших удар». Далеко не всем известно, что от этой цепи солдат произошел термин «электрическая цепь». Опыты с лейденской банкой стали повторять физики в разных странах, особенно в Англии, что даже поразило Мюсхенбрука. В своем письме хранителю Физического кабинета в Royal Society В. Уатсону он писал: «Своими великолепнейшими опытами ты поразил всех!» Уатсон первый попытался определить скорость распространения электричества, «заставив» его «пробежать» расстояние в 12 000 футов.

Рис. 3.2. Лейденская банка

В течение последующих десятилетий конструкция лейденской банки усовершенствовалась: вначале воду заменили дробью, а наружная поверхность обкладывалась тонкими свинцовыми пластинами, затем внутреннюю и наружную поверхности стали покрывать листами (оловянной фольгой), и банка приобрела современный вид (рис. 3.2). Исследования физиков привели к выводу о том, что количество электричества, накапливаемого в банке, пропорционально размеру обкладок и обратно пропорционально толщине изоляционного слоя.

В 1782 г. французский ботаник Адансон, посетив Сенегал, впервые сравнил удар электрического угря с ударом лейденской банки.

Петербургский академик Ф.У. Т. Эпинус (1724-1802) впервые отверг утверждение известного американского физика Б. Франклина об особой роли стекла в лейденской банке и впервые создал простейший «воздушный» конденсатор, состоявший из двух металлических пластин, разделенных воздушной прослойкой.

а)

б)

Рис. 3.3. Электроскоп с конденсатором:

а – внешний вид приборов; б – схема конденсаторного электроскопа; 1 – цинковая пластина; 2 – пластины конденсатора; 3 – электрометр

В 1747 г. Б. Франклин сформулировал первую теорию лейденской банки, указав, почему обе обкладки банки «заряжены противоположным электричеством». Выдающийся итальянский физик А. Вольта в 1782 г. соединил конденсатор с электроскопом (рис. 3.3) и показал, что, увеличивая расстояние между пластинами конденсатора, можно уменьшить его емкость (он впервые вводит этот термин), при этом увеличивается напряжение между пластинами, а это вызывает большее расхождение «листочков» электроскопа. Иными словами, он добился повышения точности измерения.

Прошло более двухсот лет, но конденсатор до сих пор остается одним из важнейших элементов современных электротехнических и радиоэлектронных схем.

Алессандро Вольта был уже профессором физики в старей- шем университете в г. Павии и ему принадлежало несколько открытий и изобретений (например, электрофор), когда летом 1791 г. он узнал об удивительном открытии итальянского анатома Л. Гальвани (1737-1798), описанном им в трактате «О силах электричества при мышечном движении».

Вот как описывает Гальвани свое открытие. Он препарировал лягушку, лежавшую на столе недалеко от электростатической машины. И когда его помощник случайно коснулся концом скальпеля спинного нерва лягушки, а от кондуктора машины извлеклась искра, «мускулы лапки содрогнулись как бы от конвульсии». Желая проверить влияние на лягушку атмосферного электричества, он зацепил медным крючком за спинной нерв лапку лягушки и подвесил ее на железную решетку забора его сада. Иногда лапка содрогалась независимо от состояния атмосферы. И когда он «утомленный напрасным ожиданием», прижал медный крючок к железным перилам, то мускулы заметно содрогнулись. Чтобы исключить влияние атмосферного электричества, Гальвани перенес лягушку в комнату и положил на «железную дощечку». Когда он прижал к дощечке медный крючок, «спазматические содрогания были налицо». Затем он стал использовать для опыта разные металлы и убедился, что сила содроганий изменяется. Но если металлы заменялись телами, не проводящими электричество (например, стекло, смолу, резину, дерево), «явлений не было».

В заключение Гальвани утверждал, что, по-видимому, «электричество находится внутри животного», и оно подобно «тонкой нервной жидкости», переходящей от нервов к мускулам, вызывает «содрогание» (это напоминает разряд лейденской банки). «Существует особый вид электричества, присущий организму животных» – утверждал Гальвани («животное электричество »).