Чтение онлайн

Вольта также защищал в 1792 г. это воззрение. Но после длинного ряда опытов он все более и более проникался мыслью, что биологический объект - лягушечья лапка или даже человеческий язык - имеют только второстепенное значение. В 1796 г. он совсем исключил этот момент и высказал существенное предположение о «циркуляции» электричества в цепи проводников, когда она состоит из двух (или более) проводников «первого» класса и одного проводника «второго» класса. Он первый ввел эти понятия, так же как понятие стационарного электрического тока. Опираясь на это новое знание, он сконструировал в 1800 г. вольтов столб, этот прототип гальванических элементов,

появившихся в последующие годы и десятилетия, как грибы после дождя. Знаменитым стал также «основной опыт Вольта», который должен был показать заряжение двух металлов при соприкосновении. Современная критика (Эмиль Варбург) его подрывает: между двумя металлическими пластинками имеется всегда еще водяная прослойка, и фактически то, что измерял Вольта, было напряжением на полюсах открытого гальванического элемента. Но правильным и основополагающим было указание Вольта на то, что в чисто металлической среде, сколько бы ни было различных металлов, моментально образуется электрическое равновесие, которое исключает любой ток. Только температурные различия порождают ток (термоэлектричество). Это было обнаружено в 1821 г. Томасом Иоганном Зеебеком (1770-1831).

Электролиз, в котором мы теперь видим причину возникновения гальванического тока, был описан уже в 1797 г. до элемента Вольта Александром Гумбольдтом (1769-1859) (стяжавшим большую славу своими достижениями в описательных естественных науках). Он наблюдал электролиз в цепи одного цинкового и одного серебряного электродов с прослойкой воды между ними. Гениальный фантазер Иоганн Вильгельм Риттер (1776-1810) получил путем электролиза металлическую медь из раствора медного купороса. Он обнаружил также идентичность статического и гальванического электричества, применяя для электролиза разряды лейденской банки. Он первый установил, что химические превращения являются причиной возникновения тока в гальваническом элементе. В 1800 г. Гемфри Дэви (1778-1829) начал свои знаменитые электролитические исследования, которые его привели в 1807 г. к открытию гальванического выделения щелочных металлов. Благодаря количественному измерению массы продуктов электролиза он открыл для исследования направление, которое привело в 1834 г. к закону эквивалентности Михаила Фарадея (1791-1867), в 1853 г. к работам Иоганна Вильгельма Гитторфа (1824-1914)

о передвижении ионов, в 1875 г. к открытию Фридрихом Кольраушем (1840-1910) независимости подвижности ионов, а в 1887 г. к теории электролитической диссоциации Сванте Аррениуса (1859-1927). Замечательное завершение нашел этот знаменитый ряд открытий в теории электродвижущих сил Вальтера Нерн-ста (1864-1941).

Тем самым была завершена теория гальванического тока. Правда, представление о том, что, например, ион натрия должен свободно двигаться в водном растворе, не реагируя химически с окружающей средой, встречало вначале значительное сопротивление; часто не признавали различия между нейтральным атомом и ионом. Но теория получила такие многочисленные подтверждения, что сопротивление постепенно заглохло.

Открытие Вольта положило начало ряду еще других линий развития. Гальванические элементы давали токи совсем другой силы и продолжительности, чем те, которые получались путем разряда конденсатора. В 1811 г. Дэви при помощи батареи из 2000 элементов получил вольтову дугу, которая служила электрическим источником света до тех пор, пока в 70-х годах XIX столетия она не была постепенно вытеснена изобретенной Томасом Эдисоном (1847-1931) осветительной лампой. Благодаря элементам стали доступны исследованию магнитные действия тока.

С начала XIX века существовало много различных предположений о силах, действующих между электрическими и магнитными флюидами; эти предположения привели к исследованиям взаимодействия между магнитными полюсами и открытыми вольтовыми столбами. Независимо от таких ложных путей и чисто случайно Ганс Христиан Эрстед (1777-1851) натолкнулся в 1820 г. на факт отклонения магнитной стрелки электрическим током и нашел после этого также соответствующее направление силы магнита, действующей на контур с током. Многие физики, особенно фран-

цуэские, стали исследовать вновь открытую область, и в течение двух лет были созданы основы электромагнетизма. Сначала Доминик Франсуа Араго (1786-1853) и Жозеф Луи Гей-Люссак (1778-1850) наблюдали намагничивание куска железа под влиянием тока, проходящего по проволоке, намотанной на железо. Это был первый электромагнит. В том же году Андре Мари Ампер (1775-1836) установил свое знаменитое правило пловца для определения направления магнитного силового поля по отношению к проводнику тока и нашел, что одинаково направленные токи притягиваются, а противоположно направленные - отталкиваются. Он показал, что соленоид действует как магнитный стержень. Одновременно Жан Батист Био (1774-1862) и Феликс Савар (1791-1841) на основании результатов опыта сформулировали названный по их имени закон магнитного действия отдельного элемента тока. Фарадей в 1821 г. подверг действию постоянных магнитов подвижные части цепи тока и, наоборот, магниты действию токов. После этого в 1822 г. Ампер показал взаимодействие двух электрических цепей тока и принял его за исходный пункт для своего основного закона электродинамики - термин, который впервые появляется именно у него. Особенное значение имело, правда только через столетие, его объяснение магнетизма уже не посредством двух магнитных флюидов, но действием гипотетических молекулярных токов (1821-1822).

Из этих магнитных действий тока была получена мера для силы тока. В 1826 г. Симон Ом (1787-1854) при помощи ясного разделения понятий «электродвижущая сила», «уровни напряжения», «сила тока» вывел названный по его имени закон пропорциональности между силой тока и разностью напряжений, причем коэффициент пропорциональности означал сопротивление проводника. Ом показал, что сопротивление

проволоки пропорционально длине и обратно пропорционально ее сечению, и заложил этим основы для понятия удельной электропроводности тел. Но это только одна из трех констант, которые характеризуют поведение любого вещества в отношении электричества и магнетизма.

В 1847 г. Р. Кирхгоф (1824-1887) смог разрешить проблему разветвления тока путем установления правил, названных по его имени.

Важнейшее применение электродинамика нашла в телеграфе. В 1833 г. Гаусс и Вильгельм Вебер (1804-1891) дали принцип функционирования телеграфа по одной линии.

После 1822 г. наступил перерыв в развитии электромагнетизма, хотя до этого была исследована только половина этой группы явлений.

В 1831 г. Фарадей открыл, что действию токов на магнит соответствует обратное действие магнита на ток. Он наматывал на железное кольцо две катушки из проволоки и пропускал ток через первую катушку; сразу же после включения тока в первой катушке возникал ток во второй; при выключении тока в первой катушке во второй появлялся ток противоположного направления. Тем самым была открыта индукция, и Фарадей в последующие годы выяснил ее различные формы. В 1833 г. его несколько неясные указания о направлении индуцированных движений токов Э. X. Ленц (1804-1865) соединил в правило, названное по его имени. Вскоре появились индукционные машины, которые вырабатывали электрический ток без применения гальванических элементов. Но особенно большой подъем в этой области начался после 1867 г., когда В. Сименс (1816-1892) заменил используемые в индукционных машинах стальные магниты электромагнитами, которые питались вырабатываемым этими маши-

нами током; именно в этом заключается динамоэлек-трический принцип.

Электродинамика дала возможность установить вторую, независимую от закона Кулона, систему мер. Можно, например, в качестве единицы силы тока выбрать такой ток, который, протекая в длинном проводнике на расстоянии одного сантиметра от второго такого же проводника с таким же током, действует на единицу длины последнего с силой в одну дину. Эта электромагнитная единица такова, что равная ей сила тока в течение единицы времени дает конденсатору единицу количества электричества. Это с необходимостью привело к вопросу об отношении к электростатической единице, определенной законом Кулона. Из соответствующих формул увидели, что это отношение имеет размерность скорости. Его значение измерил в 1852 г. Вильгельм Вебер (1804-1891) с удивительным результатом: это есть скорость света, равная 3 • 1010см/сек. Джемс Клерк Максвелл (1831-1879) проверил этот результат в 1868-1869 гг. с более высокой точностью, так как это имело основополагающее значение для электромагнитной теории света. В дальнейшем определение этого отношения было так усовершенствовано, что и сейчас считается точным измерением скорости света.

Применяемые в настоящее время в технике электрические единицы - ампер, ом, вольт и др.
– были установлены в 1881 г. Интернациональным конгрессом в Париже. В то время, в силу недостаточного предвидения развития техники, не решались принять электромагнитную единицу силы тока как техническую единицу, так как она казалась непрактично большой, и определили ампер как 1/10 этой единицы.

Во всех упомянутых до сих пор измерениях имели дело с токами в металлических проводниках. В 1872 г. Генри Роуланд (1848-1901) показал, что конвекционные токи статических зарядов на движущихся телах оказывают точно такое же магнитное действие.