Из истории электротехники, электрификации и автоматизации

Ниже представлены фрагменты из книги профессора Западно-Чешского универси­тета (г. Пльзень) Данизля Майера "Pohledy do minulosti elektrotechniky" ("Взгляд в прошлое элект­ротехники") в переводе с чешского профессора Санкт-Петербургского государственного поли­технического университета А.Б. Новгородцева, а также публикации в журналах "Электричество", "Электротехника", "Светотехника". Материал отражает развитие научных взглядов известных физиков и электротехников, привед­ших к выдающимся открытиям. Дается описание общественной атмосферы, в которой протека­ла их деятельность, знакомит читателя с открытием законов электротехники и электродинамики и их при­ложениями к возникновению и развитию электротехнической промышленности и электрификации и автоматизации сельского хозяйства. Рассматривается сфера производства, передачи и потребления электрической энергии и техники связи, показана история развития высшего электротехнического образования.

Георг Симон Ом - закон Ома¹

В силу своей простоты закон Ома получил широкую известность даже в кругах неспециали­стов. Хотя первенство в его формулировке при­надлежит Г. Кавендишу, закон был позже и неза­висимо открыт Омом, которому принадлежит приоритет в его публикации.

Георг Симон Ом (1789-1854) родился в Эрлангене, в северной Баварии. Там в 1805 г. он за­вершил среднее образование и в местном уни­верситете, изучив математику, физику и филосо­фию, защитил в 1811 г. докторскую диссертацию и получил звание приват-доцента. Несмотря на то, что его педагогическая деятельность в Эрлангенском университете была успешной, он вскоре покинул университет и занялся препода­ванием в реальном училище в Бамберге (1813-1817). Однако рабочие условия не соответствова­ли исследовательским склонностям Ома, и поэ­тому он перешел в качестве профессора гимна­зии в Кельн, где с 1817 по 1828 гг. преподавал математику и физику.

За время девятилетней деятельности в Кельне он совершил свои наиболее значительные откры­тия, привлекшие внимание министерства, кото­рое разрешило ему годичную стажировку в Бер­лине. Позднее Ом остался в Берлине, где препо­давал математику в общей военной школе. Реше­ние Ома было, по-видимому, вызвано тем, что преподавание в военной школе не было обреме­нительным - его недельная нагрузка составляла лишь три часа, - и перед ним открывались воз­можности систематических научных исследова­ний. Однако его жалование составляло менее по­ловины той суммы, которую он получал в Кель­нской гимназии. Однако Ом был не только успешным исследователем, но и популярным пре­подавателем. Об этом свидетельствует то, что после его ухода из Кельнской гимназии за ним отправилась делегация студентов с просьбой вер­нуться.

¹ По материалам статьи Майер Д. Георг Симон Ом - закон Ома//Электричество, 2003, №8. С. 68-70

В 1833 г. Ом переехал из Берлина в Нюрнберг и вступил в должность профессора во вновь об­разованной политехнической школе, где он был также избран директором. В этой школе он пребывал до 1849 г., когда в шестидесятилетнем воз­расте ему было присвоено звание хранителя фи­зико-математической коллекции в Мюнхенском университете с обязанностью преподавания мате­матики и физики. Атмосфера Мюнхенского уни­верситета благоприятно повлияла на творческую активность Ома. Он посвятил себя исследованию интерференционных явлений в оптике и акусти­ке. Он, в частности, установил, что человеческий слух воспринимает только простые звуки (гармо­нические составляющие звуковых волн), но не воспринимает их фазовые сдвиги. Этот факт по­лучил название акустического закона Ома. Лишь в 1852 г. сбылась давнишняя мечта Ома, и он был объявлен ординарным профессором физики в Мюнхенском университете с занятием должности заведующего кафедрой физики. За свои научные открытия он был избран членом нескольких на­учных обществ в Германии и за границей.

Всю свою жизнь он прожил в скромных усло­виях. В начале 1854 г. он перенес инсульт, который и привел к его кончине 7 августа того же года.

Закон Ома. Хотя новый этап в исследовании электрических явлений был начат открытиями Л. Гальвани и А. Вольты, когда к изученным ранее электростатическим явлениям добавился постоянный электрический ток, представления о свойствах электрического тока оставались в тече­ние длительного времени неясными. Эксперимен­тальные работы, которые Ом выполнял в бедно оборудованном школьном кабинете, принесли урожай лишь после многолетней тщательной ра­боты. Наиболее значительной работой Ома, бла­годаря которой его имя вошло в историю элект­ротехники, является его статья "Uber Leitungfuhigkeit der Metalle fur Elektrizitat" (Об элек­трической проводимости металлов), вышедшая в 1825 г. В этой работе Ом объяснил зависимость электрического тока от напряжения источника и сопротивления проводника. Свои представления о свойствах электричества Ом формировал на основе аналогии между электрическим током и потоком тепла. При этом он исходил из доста­точно хорошо разработанной к тому времени те­ории теплопроводности (Фурье, 1822 г.) Ом по­казал, что соотношения в неразветвленной элект­рической цепи однозначно определяются тремя величинами: током, напряжением источника и сопротивлением, которое прямо пропорциональ­но длине проводника и обратно пропорциональ­но его сечению.

Сначала Ом получил неправильные результа­ты. Выяснилось, что причина состояла в том, что в своих опытах он в качестве источника исполь­зовал элемент Вольты и не учитывал, что его на­пряжение падает за время измерений. Профессор Поггендорф, издатель известного научного жур­нала "Poggendorff^,s Annalen", прокомментировал ошибку Ома следующим образом: "Было бы же­лательно, чтобы автор нашел минуту свободного времени и использовал в своих исследованиях термоэлектрический элемент, действие которого значительно стабильнее... ". В 1826 г. Ом прислу­шался к этому совету и выполнил ряд измерений токов в проводниках из различных металлов раз­ной длины, присоединяемых к медно-висмутовому термоэлементу.

На рисунке 1 изображен измерительный при­бор, использованный Омом в экспериментах. Он представляет собой торсионный амперметр с тер­моэлементом, где т, т' - токоподводы с ртутны­ми контактами; t - магнитная стрелка, устанав­ливаемая в нулевое положение поворотом торси­онной головки r, угол поворота которой указы­вает значение измеряемого тока. Один из контак­тов термоэлемента аb был помещен в кипящую воду, второй а'b' - в тающий лед, так что между ними поддерживалась постоянная разность тем­ператур в 100°С.

Рис. 1. Торсионный амперметр с термоэлементом, с помощью кото­рого экспериментально установлен закон Ома

В одном из множества экспериментов Ом ис­пользовал восемь медных образцов различной длины. Они последовательно подключались к термоэлементу, и с помощью торсионного ампер­метра регистрировался магнитный эффект проте­кающего тока (т.е. отмечался угол поворота го­ловки a). Ом получил следующие результаты:

Длина проводни­ка (в дюймах)
Поворот головки а			2581/4	2231/2		1243/4

Свои исследования Ом подытожил следую­щим утверждением: "... Вышеприведенные цифры можно удовлетворительным образом вы­разить с помощью уравнения

Х= а/(b+х), (1)

где X - величина магнитного действия провод­ника; х - его длина; а и b - константы, пропор­циональные возбуждающей силе и сопротивле­нию источника... ".

Затем Ом подставил в уравнение (1) в качестве констант b =20_1/4, а =6800 и получил значения:

3051/2	2801/2		2243/4	1773/4	1251/4

которые хорошо согласуются с результатами из­мерений, чем и подтверждается справедливость уравнения (1).

Если мы представим соотношение (1) в совре­менной форме I=E/(R_i+R_a), где I - ток; Е - термоЭДС; R_i - внутреннее со­противление термоэлемента; R_a - сопротивление проводника, присоединенного к термоэлементу, и учтем, что R_a прямо пропорционально длине проводника х, а X является мерой тока, то смысл величин а и b становится очевидным.

В наши дни экспериментальная проверка за­кона Ома представляет весьма простую задачу, однако во времена Ома подобный эксперимент никак нельзя было считать простым, учитывая примитивный характер измерительной техники. Сначала закон Ома отвергался, однако уже через несколько лет он был оценен по заслугам.

Эмилий Христианович Ленц - закон Джоуля-Ленца¹

Академик Российской академии наук, профессор, ректор Петербургского университета, основоположник современного учения об электрических и магнитных явлениях, океанограф и геофизик Эмилий Христианович Ленц родился 12 (24 по новому стилю) февраля 1804 г. в г. Дерпт (теперь Тарту). В 1820 г. по окончании гимназии поступил на химический факультет Дерптского (затем Юрьевского, ныне Тартуского) университета, но по материальным соображениям вскоре перешел на богословский факультет, не бросив при этом занятий по физике. Не закончив обучения, 19-летний студент Э.Х. Ленц в качестве физика участвует в трехлетнем кругосветном путешествии на шлюпе "Предприятие" под командой капитана О.Е. Коцебу.

В 1827 г. Ленц по результатам океанографических исследований защищает при Гейдельберском университете диссертацию на степень доктора философии и переезжает в Петербург, где непродолжительное время преподает в школе.

В 1828 г. в Петербургскую академию наук была представлена работа Ленца «О солености и температурах воды океанов на разных глубинах», за которую 7 мая 1828 г. он был избран адъюнктом. После этого Ленц принимает участие в экспедиции на горы Эльбрус и Кинжальную, ездит в Баку и Николаев, где проводит магнитные и гравиметрические наблюдения.

24 марта 1830 г. Ленц был избран экстраординарным (сверх штатным) академиком Петербургской академии наук, в физическом кабинете которой до последних дней жизни проходила его научная деятельность.

¹ По материалам статьи Григорьев Н.Д. Эмилий Христианович Ленц (К 200-летию со дня рождения)//Электричество, 2004, № 2. С. 71-72

В 1831 г. М. Фарадей открыл и описал явления "Магнитоэлектрической и вольтаэлектрической индукций", в этой работе он сформулировал правила для определения направления индуцированных токов. Находясь под большим впечатлением от открытия Фарадея, Ленц в докладе Петербургской академии наук «Об определении направления гальванических токов, возбуждаемых электромагнитной индукцией», сделанным 29 ноября 1833г., установил правило, названное его именем: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что созданный им поток магнитной индукции через площадь, ограниченную контуром, стремится компенсировать то изменение первоначального магнитного поля, вследствие которого происходит индукция.

На основании правила Ленца были получены математические связи для мгновенных значений токов и ЭДС. В 1846 г. Ф. Нейман при выводе законов электромагнитной индукции воспользовался правилом Ленца. В 1847 г. Г.Л. Гельмгольц в работе о законе сохранения энергии также сослался на Ленца, которого можно назвать предшественником распространения закона сохранения энергии на явления электромагнитной индукции. В математической форме явление электромагнитной индукции выразил в 1873 г. Д.К. Максвелл. В научной и учебной литературе в настоящее время количественный закон Фарадея-Максвелла-Ленца для ЭДС записывается как E=-dφ/dt, где знак минус соответствует правилу Ленца.

Это правило помогло решению задачи о точных измерениях магнитной напряженности, намагничивания железа. Ленц был одним из первых авторов индукционных измерительных приборов. Совместно с Б.С. Якоби он предложил баллистический метод для измерения магнитного потока теми индукционными действиями, в результате которых поток создается или исчезает.

В формулировке правила Ленца заключена идея принципа эквивалентности (обратимости) электрических машин. Ученый показал, что магнитоэлектрическая индукция Фарадея теснейшим образом связана с электромагнитными силами A.M. Ампера: Положение, посредством которого магнитоэлектрическое явление сводится к электромагнитному, заключается в следующем: если металлический проводник движется поблизости от гальванического тока или магнита, то ток мог бы обусловить его перемещение в противоположную сторону; при этом предполагается, что покоящийся проводник может перемещаться в направлении движения или в противоположном направлении.

В работе "О некоторых опытах из области гальванизма" принцип обратимости Ленцем был сформулирован более четко: Каждый электромагнитный опыт может быть обращен таким образом, что он приведет к соответствующему магнитоэлектрическому опыту. Для этого нужно только сообщить проводнику гальванического тока каким-либо иным способом то движение, которое он совершает в случае электромагнитного опыта, и тогда в нем возникает ток направления, противоположного направлению тока в электромагнитном опыте. Из правила Ленца следует, что, пропуская в подвижных катушках, расположенных между полюсами магнитов, токи, можно добиться их вращения. Наоборот, если в подвижные катушки ток не пропускать, а вращать их между полюсами магнита за счет посторонней силы, то в них возникает индукционная ЭДС. Следовательно, Ленц первым пришел к выводу об одинаковом устройстве и обратимости электрических двигателей и генераторов.

5 сентября 1834 г. Ленц был избран ординарным (штатным) академиком Петербургской академии наук. Он вел также педагогическую работу в Морском кадетском корпусе, Артиллерийской академии, Главном педагогическом институте, а 31 декабря 1835 г. был приглашен на должность ординарного профессора кафедры физики Санкт-Петербургского университета, в 1836 г. возглавил кафедру физики и физической географии, в январе 1840 г. избран деканом на втором отделении философского факультета (бывшего физико-математического, прежнее название было восстановлено в 1852 г.) и пребывал бессменно на этой должности до избрания ректором в 1863 г. Ленц придавал большое значение преподаванию физики. Он автор многочисленных учебников и пособий. Его "Руководство к физике, составленное... для русских гимназий" (1839 г.) выдержало 11 изданий.

В 1825 г. Уильям Стерджен изобрел электромагнит. В то время отсутствовали данные о магнитных свойствах железа, и только в совместных работах Ленца и Якоби "О законах электромагнитов", "О притяжении электромагнитов" и "О влиянии силы тока на интенсивность возбуждаемых в железе магнетизма" (доложено Петербургской академии наук 26 октября 1838 г. и 20 января 1843 г.) даны методы расчета электромагнитов, которые применялись до установления законов магнитной цепи в 80-х годах XIX в. (исследование магнитных свойств «мягкого железа» выполнил А.Г. Столетов в 1871 г.). В этих работах установлена пропорциональность действия электромагнита значению силы тока и числу витков катушки (по современной терминологии числу ампер-витков).

В октябре 1841 г. Д.П. Джоуль опубликовал работу "О теплоте, выделяемой токами", но в Лондонском Королевском обществе (научное общество Великобритании) она встретила некоторые обоснованные возражения, и от автора потребовали дополнительных экспериментальных уточнений. Ленц принимается за исследование нагревательного действия токов, результаты которых докладывает в Петербургской академии наук 2 декабря 1842 г. "О законах выделении тепла гальваническим током" и 11 августа 1843 г. "О выделении тепла в проволоках". Он исследует тангенс-буссоли (прибор для измерения тока, изобретенный И. Нервандером), обосновывает и разъясняет современникам закон Ома и точными экспериментальными данными доказывает основные положения закона теплового действия тока, названного впоследствии законом Джоуля-Ленца: выделяемое током тепло пропорционально сопротивлению проводника, не зависит от каких-либо других его свойств и пропорционально квадрату силы тока. В настоящее время на законе Джоуля-Ленца основан расчет электроосветительных установок, нагревательных и отопительных электроприборов, сечений проводов воздушных и жил кабельных линий электропередачи, плавких вставок предохранителей и устройств защиты электроустановок от перегрузок и аварийных режимов. Этот закон, а также правило Ленца вошли во все учебники электротехники и являются основой электротехнического образования.

В.Э. Вебер опытным путем установил, что вопреки закону электромагнитной индукции Фарадея ЭДС электрических генераторов при подключении внешней электрической цепи не пропорциональна частоте вращения его ротора. Он объяснял это тем, что железо не успевает принять полного намагничивания при быстром изменении поля. Ленц, исследуя магнитоэлектрический генератор постоянного тока, собрал большой экспериментальный материал. По работе "О влиянии скорости вращения на индукционный ток, производимый магнитоэлектрическими машинами" он сделал в Петербургской академии наук три сообщения: 3 декабря 1847 г., 24 июня 1853 г. и 12 июня 1857 г., дал собственное объяснение уменьшению ЭДС, которое в настоящее время называется реакцией якоря при протекании в нем электрического тока. Предложенное Ленцем для улучшения коммутации смещение щеток относительно геометрической нейтрали коллектора применяется до сих пор в электрических машинах постоянного тока номинальной мощностью до 300 Вт (в недавнем прошлом - до 1 кВт).

Ленц впервые установил смещение фазы тока относительно фазы напряжения (1853г.), придумал коммутатор, т.е. изобрел прибор для изучения формы кривой индуктированного тока (1857 г.). Им было установлено условие режима максимальной полезной мощности источника электрической энергии, когда внутреннее сопротивление источника и сопротивление внешней цепи равны между собой.

Эмилий Христианович Ленц скончался 29 января (10 февраля по новому стилю) 1865 г. в Риме, куда приехал на лечение. О жизни и деятельности Ленца подробнее можно прочитать в книгах: Ленц Э.Х. Избранные труды. М.: Изд-во АН СССР, 1950; Лежнева О.А., Ржонсницкий Б.Н. Эмилий Христианович Ленц (1804-1865). М.-Л, 1952.

Василий Владимирович Петров - явление электрической дуги¹

Замечательный русский ученый Василий Владимирович Петров известен своими выдающимися трудами в области электротехники и широкой педагогической и просветительской деятельностью. Весьма важно напомнить о приоритете В.В. Петрова в открытии явления электрической дуги, а также об огромном значении его научных исследований, явившихся основой становления и развития многих направлений электротехники и других наук.

¹ По материалам статей: Товей Г.Л. Академик Василий Владимирович Петров (К 100-летию со дня смерти)//Электричество, 2004, №8. С.68-72; 1934, №15

Василий Владимирович Петров родился 8 июля 1761 г. в уездном городке Обояни Кур­ской губернии. Первоначальное образование он получил в Харьковском коллегиуме, откуда в 1785 г. перешел в Учительскую семинарию в С.-Петербурге. По окончании ее Петров в 1788 г. был учителем физики и математики в г. Барнауле и, наконец, в 1795 г. был приглашен преподавате­лем физики и математики во вновь преобразо­ванную Медико-хирургическую академию. Здра­вый смысл В.В. Петрова удержал его от увлече­ния различными химерическими системами, гос­подствовавшими в то время, и вместо того чтобы погрузиться в мечтательную философию, Петров решил проверить действительными опытами те явления, о которых ему приходилось читать или слышать, а также те мысли, которые зародились в его голове под влиянием ознакомления с новей­шими открытиями науки.

"Поелику опыты над гальванизмом сделались весьма достопримечательны в различных отно­шениях, а между всеми учебными пособиями, на­ходящимися при здешней Медико-хирургической академии, доселе еще нет вовсе никаких прибо­ров, относительных к сему предмету, - писал он в своем рапорте, - то нужно приобрести такой гальванический прибор, посредством которого можно было бы производить самые новые физи­ко-химические опыты, которыми многие евро­пейские физики теперь начинают заниматься гораздо с большим против прежнего рачением".

Благодаря настояниям и энергии Петрова фи­зический кабинет академии сделался одним из лучших, обогатившись купленной у Бутурлина коллекцией физических приборов, рядом новых приборов, заказанных по указанию Петрова, и приборами его собственного изобретения, между прочим, "огромной - наипаче баттареи, состояв­шей иногда из 4200 медных и цинковых круж­ков".

Это оборудование дало возможность Петрову заняться экспериментальным разрешением инте­ресовавших его вопросов и выпустить в 1801 г. свой первый печатный труд "Собрание физи­ко-химических новых опытов и наблюдений". Эта книга принесла ему звание ординарного про­фессора Медико-хирургической академии и зва­ние члена-корреспондента С.-Петербургской ака­демии наук.

В этой книге Петров ввел в русский язык упо­требление слова «температура» без перевода на русский язык: "поелику соединяемые с сим тер­мином понятия надлежало бы во многих случаях изъяснять посредством перифразиса или описа­ния, которого, вероятно, избегая, французские, немецкие и других просвещенных европейских наций физики оставляют также сие слово без вся­кого перевода на свои языки".

Большая часть этого "сочинения" Петрова в 563 страницах относится к спору флогистиков, т.е. сторонников гипотезы флогистона, и антифлогистиков, их противников, к числу которых принадлежал и Петров.

Решение этих вопросов опытным путем была задача, поставленная перед собой Петровым, к разрешению которой он получил возможность приступить после 1797 г., когда физический каби­нет академии обогатился значительным числом новых приборов.

Хотя Петров получил сгорание многослож­ных твердых тел "наипаче прозябаемого растите­льного и животного царств" даже в "торрицелиевом" или совершенном безвоздушном простран­стве и также в различных таких "гасах", от со­прикосновения с которыми горящие тела иногда мгновенно погасают, но эти результаты не поко­лебали его антифлогистических убеждений, и по­следующие опыты подтвердили, что простые тела, а такими антифлогистическими признавали чистые металлы, не могут превращаться "в из­весть или какие бы полукислоты, ни фосфор, ни горючая сера в кислоты своего рода, без соедине­ния с оными кислотворного вещества атмосфер­ного воздуха (кислорода), от которого также за­висит неоспоримо и прибыль веса, получающая­ся от горения всех тел в закрытых содержащих воздух сосудах".

Тщательным анализом опытов Бойля и дру­гих физиков над горением или сжиганием много­сложных твердых и некоторых жидких тел в без­воздушном пространстве, а также посредством собственных чрезвычайно тщательно произве­денных опытов Петров приходит к результату, что для горения таких сложных тел необходимо достаточное количество "кислотворного гаса" и наличие достаточно высокой температуры. При этом он пришел также к заключению, что горе­ние в безвоздушном пространстве происходит за счет кислорода, заключенного в телах, над кото­рыми производились опыты сжигания. В случае же его недостатка происходила сухая перегонка тел, подверженных действию тепловых лучей, со­средоточенных на теле посредством зажигатель­ных стекол или зеркал; размеры стекол доходили до 12 дюймов в диаметре и зеркала - до 18 дюй­мов.

Остальная часть книги заключает в себе ста­тьи: "о невоспламеняемости некоторых весьма горючих тел от калильного жара; о не горении простых тел и невозможности происхождения из них как кислот, так и металлических известий или несовершенных кислот в безвоздушном месте; о сожигании зажигательными стеклами и зер­калами различных многосложных горючих тел в таких гасах, в которых горящие тела мгновенно погасают; о фосфорах прозябаемого (раститель­ного) царства и об истинной причине свечения гнильных дерев; о фосфорах животного царства и о причине их свечения; о различных давно из­вестных, а наипаче о новых превосходнейших фосфорах из царства ископаемого и о непости­жимой причине их свечения; о свечении многих минералов, прозябаемых, может быть, всех и жи­вотных твердых тел, разгоряченных или нагре­тых только до надлежащей степени".

Петров приходит к заключению, что свечение плавиковых шпатов и, весьма вероятно, всех про­чих минеральных фосфоров не происходит от медленного сгорания флогистона, существование которого в фосфорических телах признавали Маккер, Шееле и др.; также не от соединения ка­ких-нибудь составных их частей с кислотворным веществом атмосферного воздуха, как это пред­полагалось по антифлогистической системе, но окончательного ответа, объясняющего причину свечения, Петров не находит, несмотря на всю тщательность исследования.

Насколько велика была его начитанность в вопросах физики, можно заключить из списка "авкторов", приведенного в первой части кни­ги - 104 имени, начиная с Иосифа, историка иудейского, Плиния и кончая Фуркруа, Лавуазье и Робертом Бойлием (Бойль).

Следующим трудом Петрова было «Известие о гальванивольтовских опытах, которые произ­водил профессор физики Василий Петров посред­ством огромной наипаче батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков и на­ходящейся при Санкт-Петербургской Медико-хи­рургической академии». Под таким довольно громоздким заглавием вышел в 1803 г. отчет об опытах, которые занимали Петрова с 1800 г. Это было первым сочинением на русском языке о яв­лениях гальванического тока или, как называл его Петров, о "Гальвани-Вольтовской жидко­сти".

Кроме описания самих опытов и явлений, на­блюденных во время их осуществления, книга со­держит весьма тщательное и подробное описание устройства батареи, правил обращения с ней и способов изготовления, "наипаче для пользы тех читателей, которые живут в отдаленных от обеих столиц местах и которые не имели случая приоб­рести нужного понятия о сих предметах".

При постройке столь грандиозной батареи Петровым впервые было применено горизонта­льное расположение столба, так как длина этой величайшей в мире вольтовой батареи достигла 40 футов. Даже будучи расположена в четыре па­раллельных ряда с последовательным соединени­ем концов батарея заняла ящик длиной в десять футов, т.е. свыше 3 м. При таком расположении батареи каждый столб имел по концам два ме­таллических кружка. Петров нашел, что один из них, крайний, является только кондуктором тока, и влияния на силу батареи не имеет. Поэтому кружки эти были им отброшены "без приметной перемены в действиях батареи" - обстоятельст­во, ускользнувшее от внимания современных Петрову заграничных исследователей.

Размер батареи изменялся Петровым в преде­лах от одной пары до 4200 кружков в зависимо­сти от обстоятельств и характера производимых опытов. Следующие более замечательные из них подробно описаны им в названной выше книге.

Разложение или, как он пишет, «разрешение» воды, алкоголя и выжатых масел определялось разницей полюсов батареи. Но до определения положительного и отрицательного полюсов Пет­ров не дошел, указав лишь, что газ всегда обра­зуется у полюса, присоединенного к концу с рас­положением: медь, цинк, бумага или, короче, у "медного" полюса.

Изменяя расположение кружков в части стол­ба на противоположное, Петров заметил, что ба­тарея перестала действовать, когда число круж­ков с противоположным направлением дошло до половины всего числа кружков, составляющих батарею: ток одного направления уравновесил ток обратного направления, или получились две батареи равной силы, но взаимно противополож­ного направления.

Вопрос об определении направления "движе­ния Гальвани-Вольтовской жидкости" также ин­тересовал Петрова, но определенного решения он, по-видимому, не получил, хотя влияние пере­мены полюсов было отмечено вполне отчетливо.

Производя опыты над действием тока на тела животных, Петров несколько раз пропускал че­рез себя ток батареи, состоявшей из 4000 слиш­ком металлических кружков, ощущая «подлинно неприятное чувствование или впечатление». Хотя это никаких вредных последствий для него и не имело, но повторять такого рода опыты с бата­реей такой мощности другим он не советует. Как экспериментатор он рассматривал себя как прибор, необходимый для его опытов. Чтобы повы­сить чувствительность, он прибегал к такой мере, как снятие бритвой тонкого слоя кожи с концов пальцев, заметив, что сухая толстая кожа являет­ся плохим проводником.

Наиболее интересными являются опыты рас­плавления и сжигания металлов и превращение металлических "оксидов" в металлы посредством "Гальвани-Вольтовской жидкости". Помещая ку­сочки угля, «способного для произведения свето­носных явлений посредством "Гальвани-Воль­товской жидкости", на стеклянную плитку или скамеечку со стеклянными ножками, он соединял их изолированными проводниками с полюсами «огромной» батареи на расстояние 2,5-7,5 мм. Сближая угольки друг с другом, Петров получал между ними «весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого темный покой довольно ясно освещен быть может», т.е. вольтову дугу, опере­див на семь лет Хемфри Дэви, которому приписы­вается открытие вольтовой дуги в 1809 г. Следует отметить, однако, что сам Дэви, описывая полу­ченное им явление, допускал возможность полу­чения дуги другими исследователями и до него.

Заменив один уголек конусом, припаянным к концу изолированной проволоки, Петров прила­гал к нему влажный тонкий листок олова, сереб­ра или золота. Приближая конец проволоки к угольку, лежащему на упомянутой стеклянной плитке, он вновь получил "яркое пламя, от кото­рого сии металлы иногда мгновенно расплавля­лись, сгорали с пламенем какого-нибудь цвета и превращались в оксид". Кроме того, Петров за­жигал различные тела огнем, полученным от "Гальвани-Вольтовской жидкости". Здесь он подчеркивает, что опыты получались скорее и удачнее при употреблении толстых изолирован­ных проводов, соединенных с обоими полюсами огромной батареи, отмечая таким образом и пре­имущество изоляции (явление, не отмеченное Фаулером, применявшим изолированные проводни­ки для опытов с лягушками и получившим кон­вульсии "такие же, как и при непокрытых прово­локах") и влияние размеров на проводимость, почувствовал, так сказать, закон Ома приблизи­тельно за тридцать лет до его окончательной формулировки самим Омом.

Наконец, он пробовал восстановить свинцо­вый, ртутный и оловянный "оксиды", смешивая их с угольным порошком, салом и выжатыми маслами и сжигая их посредством "огня, сопро­вождающего течение Гальвани-Вольтовской жидкости". При этом "оксиды" принимали настоя­щий металлический вид, но ртутных шариков из-за летучести металла оказывалось гораздо ме­ньше, нежели свинцовых и оловянных частиц различной формы.

Таким образом, Петров является духовным отцом современной электрической металлургии, в особенности того вида, где применяется дуга, в частности электросварки.

Другие опыты Петрова над свечением в без­воздушном пространстве ставят его в ту же сте­пень духовного родства с современным электри­ческим освещением. Сближая под колоколом воздушного насоса концы проволок, присоеди­ненных к полюсам огромной батареи, к одному из которых была прикреплена иголка, Петров не мог заметить появления света до тех пор, пока расстояние между частями, соединенными с про­волоками, не дошло до одной линии. Тогда поя­вилось «светоносное вещество или пламя крупно с теплотворным веществом», и иголка раскали­лась по всей длине. При впуске воздуха свечение совершенно прекращалось, но при возобновле­нии разрежения появлялось вновь. Оставляя на одной проволоке иголку и присоединяя к другой большой древесный уголь при надлежащей степе­ни разреженности, Петров получал как от конца иголки, так и от угля "сильнейший прежнего свет" с таким количеством теплотворного веще­ства, что от него вся иголка "делалась раскален­ной", но горения угля обнаружено не было. С впуском воздуха свечение прекращалось и во­зобновлялось при выкачивании воздуха, причем свет был тем сильнее, чем выше получался ваку­ум. При замене иголки медным шариком между ним и донышком опрокинутого серебряного ста­кана, соединенного с другим проводником, появ­лялся свет белого цвета у шарика, фиолетового у стакана и красноватого - в промежутке.

Эти опыты, а также другие, произведенные Петровым с гальваническим током, вполне за­служивают, чтобы сбылась надежда, выраженная Петровым в конце его книги, что "просвещенные и беспристрастные физики, по крайней мере, не­когда согласятся отдать трудам моим ту справед­ливость, которую важность сих последних опы­тов заслуживает".

В 1804 г. выходит новая книга под заглавием: "Новые электрические опыты" профессора физи­ки Василия Петрова, которыми оный доказыва­ет, что "изолированные металлы и люди, а премногие только нагретые тела могут соделываться электрическими от трения, наипаче же стегания их шерстью, выделенных до нарочитой мягкости мехов и некоторыми другими телами".

В 1807 г. появляется первая часть «Начальных оснований физики, изданных Главным правлени­ем училища для употребления в гимназиях Рос­сийской империи». Петров редактировал этот пе­ревод учебника физики Шрадера и внес в него значительные дополнения. В 1808 г. появилась вторая часть этого сочинения. Этот перевод слу­жил учебником физики до тридцатых годов.

Во время этой работы он получил приглаше­ние от академика по предмету физики Вольфган­га-Лудвига Крафта занять должность помощника и тогда же был избран адъюнктом Академии наук. Первыми его работами были метеорологи­ческие наблюдения за время с 1807 по 1811 гг. включительно. Обработанные сводки их были представлены конференции академии в 1814, 1816, 1818, 1819 и 1820 гг. и напечатаны в томах VI-IX мемуаров Академии наук. Кроме того, Петров обработал и отредактировал метеороло­гические наблюдения Иноходцева за 1801-1806 гг., напечатанные в томах II-VI мемуа­ров Академии наук и редактировал метеорологи­ческие наблюдения за период 1811-1819 гг.

В 1809 г. Петров получил звание экстраорди­нарного академика, успев за бытность свою адъ­юнктом представить лишь одно сочинение: "О горении или сожигании различных много­сложных твердых тел и некоторых жидкостей в безвоздушном месте", напечатанное в I томе "Умозрительных исследований Императорской Санкт-петербургской академии наук" в 1808 г. Эта диссертация, явившаяся по существу повто­рением и дальнейшей разработкой соответствую­щей статьи с тем же заглавием первой книги Пет­рова, подтверждает, что для горения тел необхо­димо присутствие "кислотворного гаса или, по крайней мере, его основания кислотворного ве­щества" при содействии только такой температу­ры, которая способна вызвать горение.

Дальнейшая разработка вопросов горения по темам: "О невоспламеняемости некоторых твер­дых воздухообразных и многих жидких весьма горючих тел и их паров от калильного жара"; "О негорении твердых простых горючих тел и не­возможности происхождения из них кислот, так и металлических оксидов или известей в безвоз­душном месте"; "Некоторые опыты и наблюде­ния над фосфором, деланные еще до 1801 г. " и "О сожигании зажигательными зеркалами и стеклами различных многосложных твердых горючих тел в таких гасах, в которых горящие тела мгно­венно погасают" была отражена в тех же "Умо­зрительных исследованиях Императорской Санкт-петербургской академии наук" в период времени 1810-1815 гг. Тогда же было представле­но академии (в 1813 г.) и напечатано в 1819 г. "Исследование причины разрывания камней от клиньев из сухого дерева, смоченных водой, так­же разрывания металлических трубок с водой от гороховых или бобовых зерен, положенных в оныя и потом крепко запертых (с присовокупле­нием новых опытов к прежним)".

После смерти акад. Крафта в 1814 г. Петров получил в самостоятельное заведование физиче­ский кабинет академии и сохранил его за собой до 1828 г., когда ему "сверх всякого чаяния" при­шлось оставить академию.

В 1815 г. Петров становится ординарным ака­демиком по предмету опытной физики и продол­жает свои "наблюдения над выпадением снега и льда в тенистом месте при различных градусах холода", представленные академии в два срока - в марте 1815 г. и мае 1816 г. В апреле 1817 г. Пет­ров представляет академии "Наблюдения и опы­ты над потассием".

В 1824 г. Петров представил академии руко­писное сочинение: "О расширении металлов и различных твердых тел от теплотворного вещест­ва, наипаче же от действия чрезвычайно великой силы, с какою разгоряченных металлов частицы, отделенные одни от других, усиливаются опять взаимно соединиться при самом их охлаждении", а в 1826 г. "О свечении многих минералов, прозябаемых, может быть всех, и животных твердых тел, разгоряченных или только нагретых до над­лежащей степени".

Занятия в Академии наук не помешали педа­гогической деятельности Петрова; кроме препо­давания в Инженерном училище и в Академии свободных художеств, где он читал лекции по физике с 1791 г., Петров был приглашен препода­вать физику и математику во Втором кадетском корпусе; занятие, продолжавшееся двадцать пять лет, с 1802 г. по 1827 г., когда Петрову пришлось оставить Корпус вследствие связанных с наступ­лением старости болезней. Но кафедра физики в Медико-хирургической академии оставалась за ним до 1833 г., несмотря на то, что с 1828 г. он был вынужден прекратить всякие научные заня­тия из-за почти полной потери зрения от ката­ракта на обоих глазах. Операция снятия катаракта возвратила ему зрение, но ослабевшее здоро­вье Петрова заставило его в 1833 г. оставить и кафедру в Медико-хирургичекой академии, полу­чив звание заслуженного академика и пенсию в 5000 руб. в год.

Ослабевшее здоровье Петрова не дало ему возможности долго пользоваться заслуженной пенсией и вследствие некоторой дозволенной себе неосторожности; он заболел и скончался 22 июля 1834 г.

Выдающиеся способности экспериментатора и громадный запас знаний по вопросам физики ставят его в первый ряд ученых того времени. Многие русские ученые обязаны своим развити­ем преподавательской деятельности Петрова, продолжавшейся 40 с лишком лет.

Смерть В.В. Петрова была отмечена в годо­вом отчете Академии наук, читанном в Публич­ном заседании 29 декабря 1834 г.

Конференция Медико-хирургичекой академии выразила желание почтить его многолетнюю пре­подавательскую деятельность при академии соо­ружением надгробного памятника, но на следую­щий год приняла другое решение, также оставше­еся невыполненным: увековечить его память ка­ким-нибудь другим образом. Дело кончилось тем, что только в 1892 г. стараниями профессора Ме­дицинской академии Н. Егорова имя Петрова вновь появилось на свет, и его памяти была по­священа центральная электрическая станция, соо­руженная для освещения зданий самой академии и соседних клиник и других казенных зданий.

Надо надеяться, что теперь в связи со столети­ем со дня его смерти наша научно-техническая об­щественность найдет способ увековечить достой­ным образом имя русского ученого, впервые на­блюдавшего вольтову дугу и производившего опыты над свечением раскаленных тел в безвоз­душном пространстве, таким образом положивше­го начало электрического освещения как дугово­го, так и лампочками накаливания и показавшего возможность применения электричества для элект­рометаллургии и, в частности, электросварки. Это было бы тем более уместным еще и пото­му, что станция, сооруженная в 1892 г., которая должна была бы служить увековечением имени Петрова, более уже не существует, уступив место другому источнику тока. Следовательно, опять ирония судьбы лишила Петрова даже этого един­ственного памятника, сооруженного с опоздани­ем в шестьдесят лет и просуществовавшего едва ли половину этого времени.

Электротехника Санкт-Петербурга и ее научные школы за 300 лет¹

Электротехникой можно назвать отрасль тех­ники, связанную с производством, передачей, рас­пределением и применением электроэнергии во всех областях жизнеобеспечения и деятельности людей. Во всех областях электротехники С.-Петербург имеет достойные прошлое и настоящее, связанные не только с именами видных российских ученых, но и с историей и продукцией крупнейших и многочис­ленных промышленных предприятий, в которую заложены плоды труда рабочих, ученых и сотрудников, научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций.

В этом материале сужен обзор всей сфе­ры электротехники, прослеживая развитие толь­ко электродвижения (электропривода) и связан­ных с ним систем автоматизации технологических процессов, потому, что сочетание средств со­временной электроники и вычислительной техни­ки в устройствах автоматизации электроприводов и технологических установок дало основной тех­нико-экономический эффект, который позволил утроить объем мирового производства за последние два десятилетия XX в. [1].

Даль веков сохранила имена первых российских электротехников - академиков Петербургской Ака­демии наук Михаила Васильевича Ломоносова (1711-1765) и Георгия Вильгельмовича Рихмана (1711-1753) [2]. Заслуга их состоит в том, что они первыми и России и одними из первых в Европе занялись изу­чением количественных оценок природы электри­чества.

Г.В. Рихману принадлежит честь создания пер­вого электроизмерительного прибора "указате­ля электрической силы" - электрометра. Пример­но в 1744 г. ему была поручена организация пер­вой физической лаборатории по изучению элект­ричества. Петербургская Академия нашла продол­жателя этих исследований в лице Франца Ульриха Теодора Эпинуса (1724-1802), который в 1759 г. опубликовал работу "Опыт теории электриче­ства и магнетизма" [3]. Эта теория стала фунда­ментом для последующих работ по электро- и маг­нитостатике.

---

Дата добавления: 2015-12-07