В ряде предыдущих статей было рассказано о том громаднейшем наследии, который оставил после себя русский гений – М.В. Ломоносов. Поскольку наукоград Фрязино, по праву, считается городом электроники, представляет особый интерес остановиться на последователях Михаила Васильевича в области исследования электричества.
В конце XVIII века русский физик В. Петров буквально перевернул все существовавшие в то время теории статического электричества. Он пришел к заключению о том, что не только янтарь и стекло, но и металлы могут быть наэлектризованы посредством трения при условии их изоляции. В. Петров построил оригинальную электростатическую машину под колоколом воздушного насоса, с помощью которой подверг специальному изучению явления статического электричества в разреженном воздухе. Его указания о неустойчивости явления электризации тел подтверждены современными исследованиями.
«В самом начале XIX века, - пишет советский академик П. Капица, - у нас было сделано очень крупное открытие, которое в то время не имело должного влияния на мировую науку. Это произошло в 1802 году, когда Василий Владимирович Петров открыл явление электрического дугового разряда в газе, названное им «вольтовой дугой». Мы сейчас все хорошо знаем всю последующую громадную роль дугового разряда как в науке, так и в технике. Но теперь, в наше время, нам трудно по заслугам оценить все трудности открытия этого фундаментального явления, сделанного впервые В. Петровым. Оно было сделано через 11 лет после открытия гальванического тока и всего лишь через три года после создания А. Вольта гальванического «вольтового столба».
В. Петров родился в семье приходского священника. Он начал свою деятельность скромным учителем в Барнауле в провинциальном училище, но, подобно М. Ломоносову, впоследствии в силу огромного своего таланта достиг высокого положения. Он стал профессором физики в Медико – хирургической академии в Петербурге, был избран академиком. Его работы и он сам на протяжении многих десятилетий оставались не отмеченными в истории науки не только за границей, но и у нас. Не сохранилось даже портрета В. Петрова и только недавно стало известно, где он похоронен. А ведь по своим научным открытиям Василий Владимирович Петров должен был занять одно из самых первых мест не только в нашей, но и мировой науке, как крупнейший физик – экспериментатор.
В своих трудах по электричеству В. Петров собрал обширный опытный материал, который им был тщательно проанализирован. В его трудах впервые была показана и доказана возможность практического применения электричества. Поэтому Василий Владимирович Петров является одним из основоположников электротехники.
Будучи знакомым с опытами, производящимися с вольтовым столбом, В. Петров пришел к выводу, что наиболее полное изучение гальванических явлений возможно только при условии создания большой батареи («огромная наипаче батарея») – источника тока высокого напряжения. Он добивается перед руководством Медико – хирургической академии выделения средств для создания такой батареи. Батарея В. Петрова состояла из 4200 медных и цинковых кружков или из 2100 медно – цинковых элементов и имела длину 12 метров. Электродвижущая сила этой батареи составляла 1700 вольт. С ее помощью Василий Владимирович провел огромное число опытов, которые он подробно описал в книге «Известие о гальвани – вольтовских опытах». Это была первая книга русского ученого на русском языке, посвященная исследованиям в области гальванизма и электричества. В книге В. Петрова изложены его опыты по электролизу различных жидкостей, исследованию явлений прохождения электрического тока в разряженном воздухе, наблюдению «светоносных» явлений, сопровождающих действие электрического тока, изучению тепловых действий тока. Он первым подошел к пониманию того, что действие батареи основано на химических процессах, происходящих в гальванических медно – цинковых элементах. В. Петров впервые указал, что окисление поверхности металлических кружков вызывает ослабление действия батареи, тем самым, по существу, опровергая господствующую «контактную» теорию электричества. В. Петров первым из ученых сделал попытку выяснить сущность электрических явлений и установить причины образования электричества.
Он первым показал, что при увеличении площади поперечного сечения проводника ток в нем возрастает. Поэтому В. Петров является самым ранним среди предшественников Георга Ома, сформулировавшего в 1827 г. известный закон, носящий его имя. Он также впервые применил параллельное соединение электродов батарей, открыв тем самым путь к более глубокому исследованию законов для токов и напряжений, сформулированных через 45 лет в 1847 г. Густавом Кирхгоффом.
Однако, как было уже сказано выше, наибольший интерес из всех работ В. Петрова представляет открытие им в 1802 г. явления электрической дуги между двумя угольными электродами, соединенными с полюсами созданного им источника высокого напряжения. До В. Петрова физики не могли наблюдать явление дуги, так как они употребляли небольшие гальванические батареи, состоящие из 100 – 200 элементов. За рубежом английскому ученому Хемфри Дэви, ассистентом которого некоторое время работал Майкл Фарадей, удалось получить электрическую дугу только в 1808 г., когда им была построена батарея, содержащая 2000 элементов. При этом он сам ни в какой мере не претендовал на первенство в открытии этого явления.
В. Петровым было положено начало всестороннему исследованию явлений электрического разряда в вакууме. Он установил зависимость этих явлений от материала, формы и полярности электродов, расстояния между ними и степени вакуума. Позднее сделанные им выводы были подтверждены великим М. Фарадеем.
Работы В. Петрова с высокими напряжениями привели его к выводу о важном значении изоляции проводников. Он разработал способ покрытия проводников первыми изоляторами: сургучом и воском. Он также писал о высоких изоляционных свойствах жирных (растительных) масел. Василием Владимировичем была определена степень электропроводности древесного угля, льда, серы, фосфора, масел и т.п. и выявлены другие физико – химические свойства этих веществ.
Указывая на возможность широкого практического применения электрической дуги, В. Петров писал, что пламенем дуги «темный покой довольно ясно освещен быть может», что в пламени дуги различные «металлы иногда мгновенно расплавляются, сгорают», что «посредством огня» дуги он превращал окислы различных металлов в «металлический вид». Таким образом, исследования В. Петрова давали прямое указание на возможность применения электричества для освещения, плавки металлов и восстановления металлов из их окислов.
Таким образом, трудами В. Петрова были заложены основы новой области знаний – электротехники. Он явился основоположником крупных областей современной электротехники. Наконец, будучи профессором Медико – хирургической академии, В. Петров первым установил возможность применения электричества для лечебных целей. Он стоял у истоков гальванотерапии.
Работы последователей М. Ломоносова Франца Ульриха Теодора Эпинуса и Василия Владимировича Петрова стали огромной движущей силой на пути исследования свойств и технического применения электричества. Российские ученые XIX века Андрей Тимофеевич Болотов, Эмилий Христианович Ленц, Александр Николаевич Лодыгин, Павел Львович Шиллинг, Павел Николаевич Яблочков, Борис Семенович Якоби, Михаил Осипович Доливо – Добровольский, Петр Иванович Страхов, Иосиф Христианович Гамель, Константин Иванович Константинов, Федор Апполонович Пироцкий, Дмитрий Александрович Лачинов, Николай Алексеевич Умов, Иван Филиппович Усагин и другие внесли огромный вклад в развитие электротехники.
(2011 г.)