Рассказы об электричестве
Шрифт:
В 1818 году основатель Харьковского университета Василий Назарович Каразин, человек беспокойного просветительского склада характера и выдающийся общественный деятель, написал мемуар «О возможности приложить электрическую силу верхних слоев атмосферы к потребностям человека».
Он предлагал поднимать на аэростатах «электроатмосферные снаряды», которые собирали бы там электричество и доставляли его на землю для практического использования.
В ту пору Каразин жил у себя в поместье Кручик в Харьковской губернии, где имел прекрасную библиотеку и занимался, со свойственной ему страстностью и энергией, научными занятиями и опытами. У него в имении были оборудованы химическая лаборатория и метеорологическая станция, на которой он в течение десятков лет вел наблюдения. Тут же рядом располагалось опытное поле, с делянками, засеянными различными сортами пшениц. Вообще надо сказать, это был удивительный, интереснейший человек, каких немало в русской истории. Жизнь его — настоящий роман…
Понимая, как нужны удобрения для повышения урожайности почв, Каразин задумался над способом извлечения азотистых соединений из воздуха электрическим путем. Он хорошо представлял себе ничтожность силы существующих источников — вольтовых столбов. И посему решил поставить на службу человеку молнию.
Составив свой проект, Каразин подал его на высочайшее рассмотрение. Бумаги попали на отзыв в Академию наук. Там должным порядком они прошли рецензирование. Проект Каразина рассмотрели академики: Фус, Шуман, Шуберт и Петров. Ни один немец не нашел в поданных предложениях ничего достойного внимания. И лишь Петров написал положительный отзыв…
К сожалению, ни наука, ни тем более техника не готовы были к принятию подобных идей. И предложения Каразина остались без движения.
Все эти примеры говорят о том, что интерес к электричеству распространился на все страны и от соединенных усилий ученых в самое ближайшее время следовало ожидать в этой новой отрасли науки существенных изменений.
Глава девятая. Все гениальное — просто
Каким простым кажется нам сегодня — взять цинковую и медную пластинки, погрузить их в соленую воду и соединить проволокой. И тут же, без всяких наших усилий, по проволоке потечет электрический ток, а вокруг проволоки образуется невидимое магнитное поле. Электрический ток нагреет проволоку — совершит работу. Магнитное поле нашей проволоки с током, взаимодействуя с другим — таким же, оттолкнет или притянет другую проволоку с другим током, приведет ее в движение и тоже совершит работу. Просто! В самом деле ведь очень просто! Но чтобы научиться обнаруживать магнитное поле, ощущение которого не дано человеку, чтобы выяснить взаимодействие электрических зарядов, научиться получать электрический ток и понять его взаимосвязь с магнитным полем, человечество должно было пройти длинный путь.
Рождение электротехники начинается с изготовления первых гальванических элементов — химических источников электрического тока. Связывают его с именем Алессандро Вольты. Однако рассказывают, что, раскапывая египетские древности, археологи обратили внимание на странные сосуды из обожженной глины с изъеденными металлическими пластинами в них. Что это?.. Многое в окаменевших остатках ушедших, канувших в Лету цивилизаций до сих пор не понято людьми. Нелегко восстановить образ минувшего, тем более что часто он оказывается вовсе не таким уж примитивным, как думалось. «А уж не банки ли это химических элементов?» — пришла кому-то в голову «сумасшедшая» мысль. Впрочем, так ли она безумна? Ведь получение постоянного электрического тока химическим путем действительно очень просто. Соленой воды на Земле хоть отбавляй, как и необходимых металлов — цинка и меди. Вместо меди можно было применять серебро и золото… Но оставим эти догадки фантастам…
Первые элементы имели один общий недостаток. Они давали ток лишь первые несколько минут, затем «требовали отдыха». Почему это происходило, никто сначала не понимал. Но с такими «быстроутомляющимися» элементами нечего было и думать затевать какую-то промышленность. И потому усилия исследователей сконцентрировались на проблеме «утомляемости».
Оказалось, что цинк, соединяясь с кислотой, вытесняет из нее водород. Пузырьки газа оседают на металлических пластинках и затрудняют прохождение тока. Физики назвали это явление поляризацией элементов и объявили ему войну.
Примерно в начале 30-х годов прошлого столетия англичане Кемп и Стерджен (изобретатель электромагнита, о котором речь еще впереди) выяснили, что цинковая пластинка, покрытая амальгамой — раствором цинка в ртути, — действует не хуже чистого цинка, но при этом не растворяется в кислоте, когда элемент не работает, то есть когда он не дает тока. Это стало существенным достижением. Следом за ними французский физик, основатель ученой династии Беккерель высказал мысль, что хорошо бы попробовать опускать пластинки в разные сосуды так, чтобы выделяющийся водород тут же химически соединялся с кислородом, образуя воду. Идея понравилась. Но как ее реализовать? Изобретатели всех стран принялись за опыты. И надо прямо сказать, что если в XVIII веке едва ли не каждый образованный человек строил электрические машины, чтобы добывать таинственную силу электричества трением, то теперь всякий исследователь считал своим долгом подарить миру и человечеству новый химический элемент.
На первом этапе наибольший успех выпал на долю профессора химии Лондонского королевского колледжа Даниэля. В стеклянную банку с медным купоросом он поместил согнутый в цилиндр металлический лист. Внутрь вставил глиняный сосуд с пористыми стенками, заполненный разбавленной серной кислотой. В кислоту был помещен цинк. Водород проходил через поры глиняного сосуда, вытеснял медь из купороса. Несколько синих кристалликов, брошенных на дно банки, пополняли убыль меди…
Поляризация была побеждена! Однако у элемента Даниэля нашлись другие недостатки. Так, он имел пониженную электродвижущую силу. Часть электрической энергии тратилась внутри самого элемента на разложение медного купороса.
Соотечественник Даниэля Вильям Грове решил заменить медный купорос азотной кислотой. А чтобы она не разъедала медный электрод, заменил медь платиной… Все получилось в соответствии с ожиданиями: электродвижущая сила возросла. К сожалению, возросла и стоимость такого источника тока: платина — металл дорогой. Правда, Грове и его последователи делали электроды из тончайших листков, согнутых для прочности буквой S. Несмотря на высокую стоимость, элементы Грове нашли довольно широкое распространение в лабораториях многих стран.
Может показаться странным, что никто не додумался заменить платину углем. Принципиальная возможность такой замены была уже известна. Но тут мы не учитываем уровня технологии времени. Никто тогда не умел делать плотных углей. А обычный древесный уголь был слишком пористым. Прошло несколько лет, прежде чем немецкий химик Роберт Бунзен описал способ изготовления угольных стержней из прессованного молотого графита, который выделялся при сгорании светильного газа на раскаленных стенках реторт. Стержни стали прекрасным заменителем платины.