Рассказы об электричестве

Через некоторое время Зеебек пишет статью, в которой заявляет, что «теплота, которая сильнее передается одному из мест контакта металлов, является причиной магнетизма». А посему он и дает название открытому им новому явлению «термомагнетизм»!

Зеебек всесторонне исследовал новое явление и обнаружил, что эффект, названный им «магнитной поляризацией», усиливается как с увеличением числа «термомагнитных» пар, так и с ростом разности температур. И в заключение сделал вывод, что даже магнетизм Земли имеет ту же природу, является термомагнетизмом, который рождается от нагревания вулканами сплошного пояса руд и металлов, опоясывающего Землю.

Как только физики узнали о новом открытии, сразу же во многих лабораториях опыты Зеебека были повторены. Эрстед и Фурье пришли к выводу, что это вовсе не термомагнетизм, а термоэлектричество и что Зеебек, исходя из ошибочных представлений, ошибся и в сути явления. Они составили батареи из большого числа металлических пар и наблюдали химическое действие электрического тока, получающегося от батареи. А затем вскоре удалось получить от такой батареи и электрическую искру. Теперь уже сомнений не оставалось: тепло, подведенное к спаю (или контакту) разнородных металлов_i рождало не магнетизм, а электричество. И несмотря на то что первооткрыватель еще долго и упорно сопротивлялся, стараясь доказать свою правоту, явление получило название термоэлектричества.

Через тринадцать лет после открытия Зеебека парижский часовщик, бросивший свое ремесло, Жан Шарль Атаназ Пельтье обнаружил, что в местах спаев двух разнородных металлов, в зависимости от направления тока, тепло либо выделяется, либо поглощается. Явление получило название «эффект Пельтье».

Так новые открытия все ближе и ближе подталкивали ученых к необходимости признания того, что силы природы могут превращаться одни в другие или переходить из одной формы в другую.

Крест Пельтье (вверху) и опыт Леру.

Керосиновая лампа с термоэлектрической батареей (конструкция А. Ф. Иоффе).

С тех пор прошло много лет, но и сегодня пока еще термоэлектрические генераторы используются лишь в качестве маломощных источников электроэнергии. Их устанавливают на навигационных буях, на маяках… Множество полупроводниковых термоэлементов, соединенных между собой, нагреваются солнечным теплом. Тепловая энергия непосредственно переходит в электрическую, но… коэффициент полезного действия таких установок слишком пока мал.

Зато обратный эффект, открытый парижским часовщиком, используется значительно шире. Наверное, наш читатель тоже не раз видел бесшумные холодильники «на полупроводниках». Бесшумные, без движущихся частей и агрегатов, экономичные, но пока… Опять это «пока». Увы, пока еще очень маломощные.

И все-таки у эффекта Зеебека и Пельтье есть будущее. Скорее всего, оно будет сильно отличаться от того, каким оно виделось первооткрывателям новых явлений, может быть, даже от того, каким видим его мы — люди конца восьмидесятых годов двадцатого столетия. Полупроводниковая, криогенная техника в сочетании с термоэлектрическими явлениями еще не сказала свое последнее слово.

Однако давайте не прерывать исторический ход повествования, ведь мы находимся еще только в первой четверти прошлого, девятнадцатого столетия. И новые явления, которые открывают любознательные физики, носят характер «качественного чуда», неожиданности. Люди еще не умеют даже как следует измерять и описывать новые силы. Но чем больше сведений об электричестве и магнетизме накапливалось у исследователей, тем настойчивее требовались для них количественные законы. На повестку дня властно вставал вопрос «СКОЛЬКО?»…

Глава одиннадцатая. Основной количественный закон электрической цепи

В широко известном сочинении конца прошлого века «Очерк истории физики» Фердинанда Розенбергера в одном из примечаний написано: «Георг Симон Ом (не смешивать с его братом Мартином Омом, знаменитым математиком)…» Прекрасный пример исторической несправедливости современника. Кто из нас знает сегодня «знаменитого математика» Мартина Ома, получившего известность в первой половине XIX века в связи с построением арифметики натуральных чисел? Пожалуй, только специалисты. Тогда как имя Георга Ома знакомо всем ученикам средней школы, начиная с седьмого класса.

Как-то во время поездки в ФРГ, в Кёльне, на одной из боковых улочек, отходящих от площади перед знаменитым собором, на глухой стене бывшей церковной школы, выкрашенной пронзительной охрой, увидел я металлическую плиту с барельефом и надписью, гласившей, что здесь учительствовал Г. С. Ом. Всего-навсего скромная черная доска на глухой стене… Между тем именно Ом дал в руки ученым первый количественный закон электричества. Что мы вообще называем законом природы? Это прежде всего устойчивое, повторяющееся и очень существенное отношение между наблюдаемыми явлениями. Закон, говорил Фридрих Энгельс, это «форма всеобщности».

Законы существуют независимо от нашего желания и даже вообще от сознания людей. Просто мы их еще далеко не все знаем. И вот открытие (точнее — познание) законов природы является главной задачей естествознания. Нужда в количественной оценке разнообразных действий гальванизма ощущалась давно, и многие пытались это сделать. Однако удача улыбнулась скромному учителю математики.

Георг Симом Ом (1787–1854)

Георг Симон Ом родился 16 марта 1789 года в городе Эрлангене, в семье ремесленника-слесаря. Отец его был достаточно умным человеком, чтобы внушить своим сыновьям любовь к математике и физике с детства…

Окончив гимназию, Ом поступил в университет, но скоро бросил учебу и стал школьным учителем в небольшом швейцарском городке… Из школы в школу, из одного города в другой кочует учитель математики Ом, занимаясь в промежутках между уроками гальваническими опытами. В то время многие физики пытались выяснить, как зависит действие гальванической батареи от качества и от рода металла, из которого сделана проволока, замыкающая ее полюсы. Сделать это было нелегко, поскольку «электровозбудительная сила» любой гальванической батареи быстро падала. Восстанавливалась она лишь постепенно. Такая неустойчивость в работе очень мешала исследователям. И потому, как только Зеебек сконструировал термоэлемент, дававший ток постоянной силы, проблема была решена. Ому о термоэлементе рассказал немецкий физик Иоганн Поггендорф — издатель журнала «Аннален дер фюзик», бывший в курсе всех научных новостей своего времени.

В 1827 году в своей крохотной лаборатории в Кельне Ом соорудил элемент, состоящий из висмутового стержня, впаянного между двумя медными проволоками. Опустив один из спаев в кипящую воду, а другой в мелко наколотый лед, он приступил к опытам. Скоро Ом пришел к выводу, что электрический ток ведет себя точно так же, как водный поток в наклонном русле: чем больше перепад уровней и свободнее путь, тем поток сильнее. Так же и с током: чем больше электровозбудительная сила батареи и меньше сопротивление току на его пути, тем сила тока больше.