Мир электричества
Шрифт:
Сегодня, когда мы читаем, что крупнейшие ученые бились над тем, что так легко получается в школе на уроках физики, в душу проникает сначала недоумение, а потом может родиться и пренебрежение к тем, кто за постановку простого школьного опыта был удостоен звания великого ученого. Здесь имеет смысл объяснить, что в те времена поставить дюжину опытов вовсе не означало двенадцать раз взять необходимые приборы, катушки с проводом и магниты, составить нужную электрическую цепь и записать значения отклонений стрелок на приборах. А потом на основании известных законов рассказать, что в этой цепи происходит.
Во времена Фарадея все обстояло не так. Мало того, что экспериментатор должен был придумать сам опыт. У него не было никаких приборов. Их тоже предстояло изобрести. В лабораториях мира не существовало даже изолированной
Ампер первым предположил, а потом и доказал, что вокруг проводника с током образуется магнитное поле. Так он объяснил причину эффекта, обнаруженного Эрстедом. Исследователи сразу подумали: если постоянный ток в проводнике наводит постоянное магнитное поле, то почему бы постоянному магнитному полю не навести в проводнике постоянный ток? Надо только найти правильное расположение того и другого и подобрать достаточно сильный магнит.
Сегодня, пожалуй, каждый знает, что, будь это именно так, мы получили бы вечный двигатель, работающий без потребления энергии, что абсурдно.
Опыт, демонстрирующий явление магнитной индукции
Установить же в наши дни, кто первым заметил эффект наведения тока в проводнике магнитным полем, довольно трудно. Рассказывают, что швейцарский профессор Колладон, намотав на один каркас две обмотки и включив во вторую гальванометр, заметил, что стрелка прибора дергается при включении в первичную обмотку электрической батареи. «Может быть, что-то трясет прибор?» – подумал Колладон и… отнес гальванометр в другую комнату. Теперь, замкнув рубильник, он вынужден был ходить из одного помещения в другое. И когда доходил до прибора, стрелка всегда стояла на нуле.
Некоторые историки науки уверяют, что американец Джозеф Генри первым заметил, как при движении магнита возле проводника в проволоке появляется электрический ток. Он даже собирался написать об обнаруженном явлении статью. Да все откладывал, поскольку именно в это время вел переговоры с Принстонским колледжем, где собирался занять место профессора физики. И упустил время. В Америку пришел журнал со статьей Фарадея. Тем не менее Джозеф Генри был, бесспорно, очень способным исследователем. Год спустя он открыл явление самоиндукции и экстратоки. Сделал и несколько интересных исследований разряда конденсаторов.
Тайна «Р. М.»
Возвратившись 26 июля 1832 года после выходных в Лондон, Фарадей нашел в почтовом ящике письмо. Открыв конверт, ученый посмотрел на подпись. Там стояли лишь две буквы: «Р. М.». Ну что же, он не раз получал послания от незнакомых людей. И Фарадей углубился в чтение.
«Сэр! – писал неизвестный. – Прочитав в отчетах института Ваш интересный доклад о магнетизме, я сделал попытку провести эксперимент, который удался мне сверх моих ожиданий, и я думаю, что если его провести в более широком масштабе, то он дал бы много интересного.» Дальше анонимный экспериментатор описывал техническую модель магнитоэлектрической машины переменного тока, с помощью которой ему удалось получать искры и разложить воду на кислород и водород.
Фарадей был поражен. Основные принципы машины были абсолютно правильны, а ее конструкция настолько продуманной, что становилось ясно: автор письма, видимо, не только знающий человек, но и недюжинный конструктор. Уже на следующий день ученый отправил полученное письмо в редакцию журнала, сопроводив его собственной припиской:
«Джентльмены! – писал Фарадей. – Вчера по возвращении в город я нашел закрытое письмо. Оно анонимное, и я не имею возможности назвать его автора. Осмелюсь думать, что лицо, написавшее письмо, ничего не имеет против его опубликования; со своей стороны я не хотел бы быть исключительным обладателем этого анонимного научного сообщения из опасения, чтобы в свое время, в будущем, из этого не возникло недоразумения касательно даты сообщения. Однако, если вы опубликуете письмо, то соблаговолите передать от меня благодарность его автору.
Примите и пр., М. Фарадей
Королевский институт 27 июля 1832 г.».Оба письма были опубликованы вместе. И вскоре уже в издательство пришло письмо, подписанное все теми же инициалами «Р. М.». В нем выражалась благодарность Фарадею и содержались предложения по совершенствованию первоначальной модели.
Судя по рисунку и описанию «Р. М.» все его мысли имели удивительно правильное направление. Но кто же был конструктором и таинственным автором писем?..
Всякая тайна привлекает к себе внимание людей. И загадка имени «Р. М.» отчасти также послужила тому, что проблемой создания магнитоэлектрической машины заинтересовалось большее количество изобретателей и ученых.
Модель усовершенствованного генератора «Р. М.»
Магнитоэлектрическая машина Пикси
В том же 1832 году в Падуе профессор физики и механики местного университета построил магнитоэлектрическую машину переменного тока, основанную на принципе возвратно-поступательного движения. Он предполагал, что подобное устройство «может сделаться подходящим взрывным аппаратом», поскольку ему «удавалось извлекать из него изрядные электрические искры». Были предложены и другие, схожие конструкции, однако возвратно-поступательный принцип поршня паровой машины распространения не получил. Первенство осталось за вращающимся якорем.
Общим «недостатком» предложенных генераторов считалось то, что они дают переменный ток, тогда как для современного практического применения, как-то телеграфии, электрохимии и первых двигателей, ток нужен был постоянный. Поэтому когда два французских изобретателя, братья Пикси, в том же 1832 году применили так называемое «коромысло Ампера» для превращения переменного тока в пульсирующий, но постоянного направления, их предложение удостоилось двух заседаний Парижской академии наук.
Машина Пикси поражала современников своими размерами – один только подковообразный магнит ее весил около ста килограммов. Имела она и приспособление для выпрямления тока.
Некоторые историки считают, что, несмотря на свою кажущуюся примитивность, конструкция Пикси является прообразом вообще всех будущих динамо-машин, то есть устройств, которые служат для превращения механической энергии (энергии движения) в энергию электрическую.
Схема устройства первых генераторов
Похожую в принципе машину сконструировал в Лондоне профессор Уильям Риччи. И вообще с этого момента началась работа многих изобретателей над созданием магнитоэлектрических генераторов, в которых генерация тока происходила либо за счет движения катушек в поле постоянных магнитов, либо, наоборот, – перемещения магнитов относительно неподвижно установленных катушек.
Все первые машины были уникальными конструкциями. Каждый изобретатель старался внести в них что-то свое, что-то новое. Да и возможностей для этого поначалу было предостаточно. Однако со временем сумма технических знаний, необходимых для постройки телеграфа, гальванотехнических устройств, электрогенераторов и первых ламп дугового освещения, начала складываться в особую отрасль – электротехнику. Она быстро обрастала новыми открытиями и законами, превращаясь в техническую науку.
Постепенно изобретатели перешли от вращения тяжелых магнитов к неподвижному их закреплению, а вращать стали более легкие катушки. Но все это до начала сороковых годов были лишь лабораторные модели. Первый магнитоэлектрический генератор, пригодный для практического использования, предложил в 1842 году Борис Семенович Якоби. Он назвал его «магнитоэлектрической батареей» и предполагал использовать для дистанционного воспламенения минных запалов. Есть сведения, что такими «машинками» были оснащены несколько «гальванических команд» русской армии.