Страница 57 из 120
В честь Кулона единица количества электричества (электрического заряда), названа его именем — заряд, переносимый через поперечное сечение проводника в течение 1 с при силе тока, равной 1 А.
Кулоном было доказано, что электрические заряды всегда располагаются на поверхности проводника; он показал, что открытый им закон справедлив не только для электрических зарядов, но и для магнитных полюсов. Работы Кулона явились, можно сказать, теоретической основой последующего развития электро- и магнитостатики.
Известны также работы Кулона в области механики, трения (преимущественно сухого, т. е. без смазки) и по ряду других направлений.
В конце XVIII — первой половине XIX в. работала целая группа выдающихся ученых, которые достигли многого в дальнейшем изучении электромагнитных явлений и создали основу для глубокого прорыва в этой области, совершенного Фарадеем и Максвеллом.
Итальянский ученый-физиолог Луиджи Гальвани (1737–1798) также является одним из основателей учения об электричестве. Он родился в г. Болонье, в университете этого города получил образование. Преподавал в том же университете медицинские дисциплины. Много внимания уделял сравнительной анатомии и так называемому животному электричеству. Конец жизни Гальвани был омрачен преследованиями со стороны Наполеона (Бонапарта). Дело заключалось в том, что Бонапарт захотел образовать в Северной Италии Цизальпинскую республику, в которую должен был войти и г. Болонья. Гальвани был уважаемым человеком в Болонье. Он отказался принести присягу новому правительству. Это было причиной последовавших для него трудностей, в частности он был отстранен от руководства кафедрой университета, которой ведал тридцать семь лет.
Главное событие в научной жизни Гальвани произошло в 1790 г., когда он производил свои ставшие знаменитыми опыты с лягушками. Дело, судя но всему, произошло так. Гальвани коснулся металлической пластинкой нерва только что убитой лягушки. В то же время пластинкой, сделанной из другого металла, он коснулся бедра этой лягушки. Когда две пластинки были приведены в соприкосновение между собой, было замечено конвульсивное сокращение мускулов лягушки.
Описанный опыт, проведенный Гальвани, имел большое значение. Но ни самому Гальвани, ни его современнику Вольте правильного объяснения опыта дать не удалось.
Так как научная деятельность Гальвани и Вольты часто соприкасалась (главным образом в форме дискуссий), то описание их творческого пути удобнее вести совместно.
Итальянский физик и физиолог Алессандро Вольта (1745–1827) родился на севере Италии, в Ломбардии, в небольшом городке Комо. Его родители хотели, чтобы Алессандро стал священником, и определили его в школу ордена иезуитов. Но, учась в этой школе, Вольта много внимания проявлял к естественным наукам. В 1774–1779 гг. он преподаватель физики в школе г. Комо, а с 1779 г. началась его профессорская деятельность в университетах Павии и Падуи. Больше всего Вольту интересовали электричество, химия и физиология. Вольта обладал даром первоклассного лектора. Как свидетельствуют исторические данные, на многие его лекции приезжали студенты не только из других городов Италии, но и из других стран.
Когда Вольта узнал об описанном выше опыте Гальвани, это его очень заинтересовало. Он немедленно повторил опыт, с тем же, что и у Гальвани, результатом: лапки умерщвленной лягушки двигались. Первоначально Гальвани п Вольта дали опыту одинаковое объяснение — рассматривали его как проявление «животного электричества».
Точка зрения Гальвани на существо «животного электричества» была приблизительно такой. Он считал, что существует особая, невесомая нервная жидкость. Электричество, или нервная жидкость, по Гальвани, вырабатывается в мозге и затем по нервам передается в волокна мускулов, подобных лейденским банкам. Металлические пластины всего лишь играют роль электрических проводников.
Однако, проделав многочисленные эксперименты, Вольта вскоре пришел к совершенно другой точке зрения по поводу опыта Гальвани. Вольта пришел к заключению, что возникновение электричества вовсе не было связано с организмом животного, в данном случае лягушки, а полностью определялось наличием в цепи двух различных металлов. В 1795 г. Вольта показал, что если взять две пластинки, сделанные из разных металлов (например, из меди и цинка), и разделить их слоем серной кислоты (или поместить между ними кусок картона, пропитанного серной кислотой), то такое простейшее устройство будет представлять собой источник тока, названный по настоянию Вольты в честь Гальвани гальваническим элементом. Следовательно, как это и присуще любому источнику тока, если к каждой из пластинок прикрепить металлические проволочки и соединить эти проволочки между собой (т. е. замкнуть внешнюю цепь), то возникнет электрический ток. Гальванические элементы вскоре нашли широкое распространение в лабораториях, будучи недорогими и более удобными, чем лейденские банки, требующие зарядки практически после каждого применения.
Ну, а как же решился спор между Гальвани и Вольтой, каково правильное объяснение опыта Гальвани?
Как уже выше сказано, ни один из этих двух замечательных ученых не дал правильного объяснения опыту Гальвани. Действительно, в опыте Гальвани организм животного отношения к делу не имеет. Но и объяснение Вольты является также неправильным (во всяком случае, далеко не полным). Дело в том, что гальванический элемент есть устройство, преобразующее химическую энергию в энергию электрическую, и для его функционирования требуются два электрода (положительный и отрицательный, две металлические или угольные пластинки) и электролит (в данном случае серная кислота). Процесс же собственно возникновения электричества (электрических зарядов) протекает вовсе не в месте стыка металлов, а на поверхностях разделов электродов с электролитом.
Кроме того, Вольта отрицал существование животного электричества. Но еще Гальвани, поставив новую серию опытов, показал в 1794 г., что мышцы препарированной лягушки сокращаются без прикосновения металла. Он сумел доказать, что в организме имеется электричество. Сегодня это ни у кого не вызывает сомнения, это широко используется в медицинской практике.
Вольте принадлежит важное изобретение, именуемое вольтовым столбом. Собственно говоря, вольтов столб представляет собой не что иное, как комбинацию гальванических элементов. Устраивается вольтов столб следующим образом. Берется равное количество медных и цинковых кружков (пластин), которые располагаются последовательно друг за другом: медный кружок — цинковый кружок — медный кружок и т. д. После каждого цинкового кружка помещается суконный кружок, смоченный серной кислотой. Как видно, вольтов столб представляет собой ряд последовательно соединенных гальванических элементов. Чем больше число медных и цинковых кружков (т. е. чем больше число последовательно соединенных гальванических элементов), тем выше напряжение вольтова столба, тем больший ток можно получить от него. Вольтов столб также нашел очень широкое практическое применение.
Известный русский физик, один из первых русских электротехников, член Петербургской академии наук Василий Владимирович Петров (1761–1834) создал в 1802 г. вольтов столб, состоящий из 2100 элементарных гальванических элементов и дающий электродвижущую силу около 1700 В. В книге Петрова «Известие о гальвани-вольтовских опытах», изданной в 1803 г., дается глубокое изложение электрических явлений, в том числе и его собственных исследований. Петров был весьма разносторонним ученым, занимался математикой, физикой, химией, метеорологией. Но, вероятно, наиболее крупным достижением Петрова было открытие им в 1802 г. электрической дуги (часто именуемой вольтовой дугой, видимо в связи с тем, что вольтов столб был первым источником тока, с помощью которого была обнаружена электрическая дуга) — особого вида электрического разряда через газ. Электрическая дуга может быть получена различными способами. Можно, например, два куска угля присоединить к противоположным электродам источника тока (допустим, вольтова столба), привести эти угли в соприкосновение между собой и затем раздвинуть их на небольшое расстояние. Если источник тока достаточно мощный, то концы углей раскаляются и постепенно начинают испаряться, между концами углей образуется ярко светящаяся электрическая дуга. Может быть достигнута очень высокая температура дуги — выше температуры поверхности Солнца, составляющей около 6000 К. Электрическая дуга может быть образована не только между углями, но и между металлами. Петров предвидел широкое практическое использование электрических дуг, и его предположения оправдались. В настоящее время электрические дуги используются, например, в электросварке, в электропечах для выплавки высококачественных металлов, в некоторых осветительных приборах.