Напряжение научной мысли
Академик Василий Владимирович Петров (1761-1834), с рождения которого в этом году исполняется 260 лет, ещё в 1803-м опубликовал описание опыта по получению электрической дуги. В предисловии к сборнику статей, посвящённых учёному, советский академик Сергей Вавилов написал, что он «не только хронологически, но и по значению исследований непосредственно следует за М. В. Ломоносовым». Увы, поскольку Петров публиковал свои работы исключительно на русском языке, они не были известны за границей, а на родине их толком не прочли и быстро забыли - виной тому общий низкий уровень тогдашней российской науки и усугублявшее его пресловутое «немецкое засилье» в Санкт-Петербургской академии наук. Лишь в 1887 году любознательный студент (а впоследствии известный физик и инженер) Александр Гершун случайно наткнулся в библиотеке на монографию Петрова и обратил на неё внимание научной общественности. С этого момента началось изучение наследия академика, которое продолжилось и в советское время.
Тем не менее до сих пор не найдено ни одного портрета Петрова. Рисунок акварелью и гуашью, воспроизведённый выше, в каталоге Эрмитажа (где он находится) значится как работа неизвестного художника конца XVIII века «Портрет молодого учёного (с электрической машиной)». Предположение, что это именно Петров, - не более чем гипотеза: достоверных данных нет, а позировать на фоне электрической машины мог любой богатый любитель физики, ставивший опыты для развлечения.
Лежачий столб
Электрические машины вроде той, возле которой стоит молодой человек на портрете, были незаменимым инструментом в физических лабораториях XVIII века. Но ровно на рубеже столетий, в 1800 году, итальянец Алессандро Вольта изобрёл гальваническую батарею, или вольтов столб. Появление химического метода генерации, значительно более совершенного, чем тогдашний механический, произвело настоящую революцию в экспериментальной физике. Свой вклад в эту революцию сделал и Василий Петров, построивший для проведения опытов «огромную наипаче баттерею».
Новое изобретение быстро распространилось по всему миру, и в 1801 году в Санкт-Петербурге физики-любители уже заказывали себе «гальванические приборы». Петров, в то время профессор физики в Медико-хирургической академии, убедил Медицинскую коллегию выделить средства на приобретение такого прибора для физического кабинета, которым он заведовал (и который сам же создал незадолго перед этим). Установка из двухсот десятидюймовых металлических кружков - ста медных и ста цинковых, - изготовленная мастером Меджером, обошлась в триста рублей, но не вполне удовлетворяла Петрова, так как больше подходила для демонстрации уже известных опытов, чем для проведения оригинальных научных исследований.
Для большой батареи Петров закупил - частично в Петербурге, частично в Москве, где это было значительно дешевле, - 4200 (2100 пар) медных и цинковых кружков диаметром в полтора дюйма (около 3,8 см). Пары кружков, отделенные друг от друга картонными дисками, пропитанными раствором нашатыря, были уложены на ребро в четыре продольных отделения специального десятифутового ящика из красного дерева. Для изоляции использовались сургуч и промасленная бумага. Секции соединялись последовательно; в зависимости от эксперимента Петров использовал всю батарею или её часть.
Ещё до Петрова и независимо от него (в июле 1800 года) идею перевести вольтов столб в «лежачее положение» осуществил шотландский химик Уильям Крукшенк. Его «корытная батарея» (trough battery) представляла собой ящик, изолированный шеллаком, куда на равном расстоянии друг от друга поочерёдно вставлялись прямоугольные цинковые и медные пластины, а между ними заливался раствор серной кислоты. Обе конструкции - и Крукшенка, и Петрова, - несмотря на все различия, успешно устраняли главный недостаток вертикального размещения пластин, при котором электроды своим весом выдавливали электролит из прослойки и он стекал вниз.
Стоимость батареи Петрова, согласно подсчётам советского физика Владимира Лебединского, составила порядка двухсот рублей. Её электротехнические характеристики решил исследовать на базе Московского энергетического института историк науки и техники Яков Шнейберг. Для этого он со студентами воспроизвел двадцатую часть батареи (из 105 элементов), провёл на ней измерения и обработал полученные данные. В итоге получились следующие показатели: электродвижущая сила всей батареи - от 1650 до 1700 В, ток короткого замыкания - от 0,1 до 0,15 А, максимальная полезная мощность - около 64 Вт.
Электрическая дуга
Из всей разнообразной деятельности Петрова сегодня наибольший интерес вызывает серия экспериментов с электрической дугой - именно они позволяют говорить об этом учёном как об одном из основоположников отечественной электротехники.
Прежде всего, Петрову удалось получить саму дугу. Эксперимент заключался в том, что на стеклянную плитку или скамеечку со стеклянными ножками клались два кусочка древесного угля, которые затем следовало сближать друг с другом посредством изолированных металлических «направлятелей», подсоединённых к полюсам батареи. При расстоянии от одной до трех линий (2,5-7,5 мм) между углями появлялся «весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются и от которого тёмный покой довольно ясно освещён быть может». Очевидно, речь идет именно о дуге, а не об искре - искра не даёт яркого света. И Петров упомянул о возможности электрического освещения (хотя и не развил эту мысль).
Видоизменяя эксперимент, Петров исследовал поведение в пламени дуги различных веществ. Некоторые материалы горели в электрической дуге даже в отсутствие воздуха, чем подтверждалось наличие кислорода в их составе. Кусочки металла мгновенно плавились, вспыхивали и превращались в окислы, которые в некоторых случаях испарялись. Проволока раскалялась докрасна, плавилась и горела, разбрасывая искры. Был поставлен и опыт по восстановлению металлов - свинца, ртути и олова - из соответствующих окислов в смеси с «порошком древесных углей, салом и выжатыми маслами». Здесь мы видим прообразы электрометаллургии, электрической сварки и плавки.
В наши дни электрическую дугу обычно получают при силе тока, измеряемой сотнями и даже тысячами ампер; а токи меньше ампера для этой цели не применяются вовсе. Однако большая батарея Петрова давала ток всего 0,15-0,2 А. Как показали опыты Якова Шнейберга, при небольших токах устойчивость дуги удавалось поддерживать за счёт высокого напряжения.
Читайте другие наши материалы
