В. Болховитинов - Столетов

• Название: Столетов
• Автор: В. Болховитинов
• Жанр: Биографии и Мемуары

Книга посвящена выдающемуся русскому физику Александру Григорьевичу Столетову (1839–1896). Основные исследования Столетова посвящены электричеству и магнетизму. Столетов первым показал, что при увеличении намагничивающего поля магнитная восприимчивость железа сначала растет, а затем, после достижения максимума, уменьшается. В подтверждение теории Максвелла Столетов жразработал точный и надежный метод измерения скорости электромагнитных процессов, получив значение, близкое к скорости. Он создал первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, и стал основоположником количественных методов исследования фотоэффекта… Обнаружил постоянство отношения напряженности электрического тока к давлению газа при максимальном токе (константа Столетова). Много сил Столетов уделял также научно-организаторской и педагогической деятельности. При его активном участии возникла физическая школа Московского университета, из которой вышли многие известные русские физики.

---

Сродство электричества с веществом Якоби использовал и по-иному.

В 1860 году, воздействуя током на электролитический раствор, Якоби заставил вещество накапливать электричество, преобразовывать энергию тока в энергию химическую. После такой зарядки его прибор мог служить источником тока. Так был создан первый электрический аккумулятор.

Крупнейший вклад в науку об электричестве внес и друг Якоби, Э. X. Ленц (1804–1865). Ленц вывел один из важнейших законов электромагнетизма. Пользуясь этим законом, инженеры могут установить направление, в котором будет итти ток, возбужденный в каком-нибудь проводнике действием тока, идущего по соседнему проводнику.

В 1843 году Э. X. Ленц открыл закон эквивалентности тепловой и электрической энергии. Он дал формулу, по которой можно, зная напряжение и силу электрического тока, узнать, какое тепло выделит этот ток, проходя по проводнику. Закон Ленца и поныне является основой расчета тепловых действий электрического тока.

Многим обогатил электротехнику и А. И. Шпаковский (1823–1881), создатель регуляторов для дуговой электрической лампы. Он один из первых сделал попытку приспособить дугу Петрова для электрического освещения.

Идеи, открытия и изобретения русских электротехников передавались от поколения к поколению, как великая эстафета. Вклад русских ученых в электротехнику был столь велик, что ее можно считать поистине русской национальной наукой.

Но все же, несмотря на множество открытий и изобретений, электричество продолжало по большей части ютиться в стенах лабораторий.

Электричество может сиять, как солнце, — но на улицах и в домах попрежнему горели тусклые и чадные керосиновые лампы и фонари.

Электричество может греть, раскаливать, плавить, — но нигде и в помине не было электрических печей.

Электричество может вращать валы станков, колеса повозок, гребные винты судов, — но по улицам городов, как и встарь, трусили коняги извозчиков, а на заводах, железных дорогах и судах попрежнему безраздельно царствовала паровая машина.

Что же мешало электрическим аппаратам и машинам завоевать широкий мир, выйти на улицу, прийти на фабрики, заводы, в дома?

Распространению электричества препятствовало в известной степени то, что электрические светильники, нагревательные приборы и моторы были еще недостаточно совершенны по своей конструкции. Электротехникам, например, все еще не удавалось приспособить дугу Петрова для освещения.

Заставить дугу гореть устойчиво было делом трудным. Зазор между углями дуги по мере их сгорания увеличивался, и дуга в скором времени гасла. Чтобы дуга продолжала гореть, надо было обеспечить постоянство зазора между ее углями, сближать угли с помощью ручных регуляторов. Это, конечно, не было решением вопроса об электрическом освещении. У каждого светильника пришлось бы ставить надсмотрщика. Попытки же создать механический регулятор, автоматически управляющий дугой, успеха не приносили. Регуляторы с часовыми механизмами и электрическими моторчиками получались и очень сложными и вместе с тем недостаточно надежными: они были неспособны уследить за капризами дуги, вызываемыми неоднородностью угля, из которого делаются ее электроды. Из-за этой неоднородности разные участки электродов сгорали с разной скоростью, величина зазора изменялась неравномерно.

Бесплодными пока что оставались и попытки сконструировать лампу накаливания, получить свет, раскаляя добела током угольные стерженьки и металлические проволоки. Электротехникам никак не удавалось добиться длительного свечения своих ламп — стерженьки и проволоки быстро перегорали.

И все же, бесспорно, несовершенство аппаратов, потребляющих электроэнергию, не было главной помехой практическому применению электричества. Победа над трудностями, вызываемыми несовершенством конструкции этих аппаратов, вне всякого сомнения, была не за горами.

Главным вопросом, волновавшим тогда злектротехников, был вопрос о том, как получать обильную и дешевую электроэнергию, нужную для питания электрических аппаратов. Было бы вдоволь электроэнергии, а уж использовать ее электротехники смогли бы.

Создание генераторов электроэнергии было узловой проблемой электротехники тех лет. В первые десятилетия XIX века, когда гальванические элементы были единственным источником тока, о практическом применении электричества нечего было и помышлять.

Вырабатывать электроэнергию с помощью громоздких и сложных в обращении батарей, составленных из гальванических элементов, — генераторов маломощных, неэкономичных, недолговечных и расходующих при своей работе ценные химические материалы — было дорогим удовольствием.

Практическое использование гальванические элементы нашли только там, где можно было обойтись слабыми токами и небольшими мощностями, например в телеграфных устройствах. Для питания же электрических дуг, гальванопластических ванн и моторов гальванические элементы не годились.

Создание электротехники сильных токов стало возможным только после изобретения динамомашин — машин, способных превращать механическую энергию различных двигателей — гидравлических, ветряных и паровых — в энергию электрическую.

К началу семидесятых годов было создано уже много типов динамомашин. Перед электротехникой открылись широчайшие перспективы.

Появилась возможность сделать поистине слугами человека законсервированную в топливе энергию, мощь рек и водопадов, вездесущую силу ветра, заставив их вращать электрический генератор, преобразив их в электрический ток, который можно направить по проводам на заводы, фабрики, в дома. Однако эти заманчивые перспективы долгое время не были реализованы, так как, несмотря на усилия многих изобретателей, динамомашина и электромоторы в начале семидесятых годов XIX века были все еще далеки от совершенства.

Что же мешало электротехникам создать хорошие — экономичные, мощные и надежные — генераторы и моторы?

Раздумывая над этим вопросом, Столетов пришел к глубокому выводу: развитие силовой электротехники задерживалось из-за отсутствия подробного знания свойств железа.

Железо — это металл, обладающий удивительными свойствами. Рядом с магнитом или электрическим током железо становится магнитом.

В электрических устройствах железо ведет себя как чудесный усилитель магнитных сил, рождаемых электрическим током. Железный стержень, помещенный в проволочную катушку, по которой идет электрический ток, в тысячи раз усиливает ее магнитное действие. Проволочная катушка, до этого еле-еле отклонявшая стрелку компаса, превращается в электромагнит, способный удерживать на весу тяжелые стальные слитки.

После того как было открыто чудесное свойство железа усиливать магнитное поле, физики попробовали дать этому явлению объяснения. Они предположили, что в железе всегда есть «запасы» магнетизма, готового проявиться, как только железо окажется по соседству с магнитом или электрическим током

Была выдвинута гипотеза, что железо и его собратья, родственные ему металлы — никель и кобальт — состоят из множества мельчайших магнитиков. Когда железо находится в обычном состоянии, то составляющие его магнитики располагаются хаотично, повернуты во все стороны, словно флюгера в безветрие. Действие магнитных полюсов отдельных магнитиков взаимно компенсируется, и поэтому магнетизм молекулярных магнитиков не проявляется снаружи. Но стоит железо поместить в магнитное поле, как все изменится. Магнитики, словно флюгера, когда подует ветер, будут стремиться повернуться вдоль магнитного поля: своими северными полюсами в одну сторону, а южными — в другую. Теперь уже действие их магнитных полюсов не будет взаимно уничтожаться. Весь кусок железа станет магнитом. Магнитное действие железа будет складываться с магнитным полем, превратившим железо в магнит, будет усиливать его.

Правда, такое объяснение намагничения железа, предложенное Вебером, было по сути дела полуобъяснением. Одна большая загадка намагничения железа разбивалась на совокупность множества загадок.

Гипотеза Вебера не давала ответа, в чем же состоит сущность намагничения маленьких магнитиков, составляющих железо.

Ключ к разрешению этой загадки давала гипотеза выдающегося французского физика Ампера (1775–1836).

Ампер высказал предположение, что молекулярный магнетизм является следствием того, что в молекулах текут круговые, вечные электрические токи.

По Амперу получалось, что, собственно говоря, магнетизм даже не существует как некое отдельное явление, что магнитное действие всегда вызывается электрическим током.

Ампер высказал очень проницательное соображение. Современная физика установила, что магнитные свойства вещества определяются движением электрически заряженных частиц, из которых состоят атомы.