Глава 7. 1816 г. — 1829 г.
Телеграф Рональдса, опыт Эрстеда, электродинамика Ампера, закон Ома, трансформатор Генри
1816 г. Рональдс
В 1816 году молодой английский ученый сэр Фрэнсис Рональдс (1788–1873) в своем поместье Кеймскотт Хаус построил телеграф, на котором по электрическому кабелю, заключенному в стеклянные трубки, передал с помощью статического электричества сигнал на расстояние 8 миль. Основная идея Рональдса состояла в том, что на обоих концах линии были в качестве приемников циферблаты с буквами алфавита и цифрами — это был первый электростатический телеграф синхронного действия. [32]. Сэр Фрэнсис Рональдс не патентовал свое изобретение, а предложил британскому правительству, — предложение было отклонено. 11 июля 1816 года Рональдс предложил свой телеграф в британское Адмиралтейство и рекомендовал свою конструкцию как средство передачи телеграфных разведывательных сообщений с большой скоростью и точностью — и получил ответ, что телеграфы любого рода в настоящее время не нужны. Изобретатель не стал более проявлять настойчивости и уехал в Европу, он занимался метеорологией и в 1843 году стал суперинтендантом метеорологической лаборатории, в 1844 году сэр Фрэнсис Рональдс стал членом Королевского общества как изобретатель различных электрических и механических метеорологических инструментов. До создания телеграфа Морзе оставалось 20 лет (см. 1837 год).
1817 г. Лампадиус
В 1817 году профессор Горной академии во Фрайберге, Саксония, (в этой академии в 18-м веке учился Ломоносов) Вильгельм Лампадиус (1772–1842) выпустил первый учебник по электрохимии: «Grundriß der Elektrochemie», Verlag Craz und Gerlach, Freiberg, 1817. Термин «электрохимия» именно в этом учебнике предложен Лампадиусом.
1820 г. Эрстед, Швейгер, Ампер, Араго, Био и Савар
В 1820 году, 21 июля, непременный секретарь Датского королевского общества, профессор университета в Копенгагене Ханс Христиан Эрстед (1777–1851) опубликовал небольшую работу о своих экспериментах по влиянию гальванической цепи на магнитную стрелку. Легенда о фундаментальном открытии Эрстеда приписывает это воле случая — якобы на его лекции кто-то заметил, что при замыкании профессором Эрстедом электрической цепи происходит отклонение магнитной стрелки. В короткой, но очень содержательной работе Эрстеда нет никакого упоминания об этом. Свой мемуар Эрстед по традиции тех времен разослал во все известные физические общества, известным физиками и в редакции научных журналов.
Эрстед пишет в самом начале работы:
«Prima experimenta circa rem, quam illustrare aggredior, in scholis de Electricitate, Galvanismo et Magnetismo proxime-superiori hieme a me habitis instituta sunt. His experimentis monstrari videbatur, acum magneticam ope apparatus galvanici e situ moveri; idque circulo galvanico cluso, non aperto, ut frustra tentaverunt aliquot abhinc annis physici quidam celeberrimi» [35].
Т. е. (авторский сокращенный перевод с латыни):
«Первые эксперименты по этому предмету на занятиях по электричеству, гальванизму, магнетизму я начал показывать зимой. Эти эксперименты демонстрировали, что магнитная стрелка реагировала на гальванический аппарат, при этом гальваническая цепь была закрыта, а не открыта, что ранее пробовали делать многие видные физики».
Главное свое открытие профессор Эрстед видел именно в том, что на магнитную стрелку действует замкнутая гальваническая цепь — «cluso, non aperto».
Кроме того, Ханс Эрстед обнаружил удивительный факт — удаленный провод цепи, перпендикулярный к плоскости магнитного меридиана, на стрелку не действует (!!!)
(«Si filum conjungens perpendiculare ad planum meridiani magnetici, vel supra vel infra acum ponitur, hæc in quiete permanet» [35]),
— это опровергало труды и постулаты всех предшественников Эрстеда, в т. ч. великого Исаака Ньютона — идея о тождественности законов взаимодействия электрических и магнитных «зарядов» рухнула.
В своей работе Ханс Эрстед не избежал и ошибки — он считал, что на стрелку действует только накаливающаяся проводящая проволока, в то время как накаливание было следствием большого тока, а не причиной действия тока на стрелку.
Рис 12. Схема опыта Эрстеда, по [22] /
Неожиданное и прорывное открытие широко не известного датского физика Эрстеда внесло смятение с умы европейских физиков. Некоторые даже пытались оспорить его первенство — назывались имена итальянцев Альдине, Можоне, Романьози, эксперименты которых состояли в намагничивании игл при помощи гальванизма, либо попытке показать влияние магнитного поля Земли на столб Вольта (столб подвешивали горизонтально на шелковых нитях и т. д. [11]), но физики, в первую очередь французские, дружно признали — первенство в открытии электромагнетизма принадлежит профессору Хансу Эрстеду.
После изучения физиками работы Эрстеда открытия в области электричества и магнетизма посыпались в 1820 году как из рога изобилия [11, 12, 16, 27, 36]:
16 сентября 1820 г. профессор университета в Галле Иоганн Швейгер (1779–1857) на съезде естествоиспытателей в Галле впервые показал «мультипликатор» — первый измеритель силы тока, основанный на отклонении магнитной стрелки компаса в поле провода, свитого в виде катушки из нескольких (т. е. «мульти») витков, через который пропускается измеряемый ток. Швейгеру принадлежит термин «гальванометр», его прибор называли «мультипликатор Швейгера», в настоящее время потомок этого прибора обычно называется «амперметр». Швейгер независимо от Земмеринга и Шиллинга применил изоляцию витков навитого провода, первоначально он делал это воском и сургучом, а затем стал применять обвивку шелком — этот способ Швейгера-Земмеринга стал повсеместно распространен.
Профессор Политехнической школы Парижа Андре Ампер (1775–1836) в 1820 году повторил опыты Эрстеда и серьезно их развил:
18 сентября в Парижской академии он сделал первое сообщение о проверке опытов Эрстеда и о своих опытах. Андре Ампер первым применил термин «электрический ток», он дал некоторую теорию взаимодействия магнитной стрелки и тока, сформулировал правило отклонения стрелки (правило пловца);
25 сентября на втором докладе в Парижской академии Ампер сообщил об открытии взаимодействии (притяжении и отталкивании) токов в проводах, т. е. он заложил основы электродинамики (магнит в этих опытах Ампера отсутствовал), и взаимодействии токов в проволоках навитых спиралью и по винтовой линии вокруг стеклянной трубки — тем самым он первым создал прототип индуктивного дросселя;
2 октября он представил в академию резюме двух своих докладов, в котором дал четкое определение понятий «электрическое напряжение» и «электрический ток»;
30 октября он доложил об открытии действия магнитного поля Земли на ток;
4 декабря Ампер опубликовал теоретическую работу о законах взаимодействия элементарных токов.
Коллега Ампера профессор Политехнической школы Доминик Араго (1786–1853) 20 сентября на заседании в «Бюро долгот» доложил о своем открытии и первым продемонстрировал намагничивание и притяжение железных опилок проволокой, по которой протекает ток;
30 октября французские физики Жан-Батист Био (1774–1862) и Феликс Савар (1792–1841) на заседании Парижской академии доложили о проверке работ Эрстеда и своем открытии опытным путем закона о действии гальванического тока на магнит; этот закон известен как «закон Био-Савара-Лапласа».
1821 г. Дэви, Волластон, Фарадей
Как мы помним, в 1820 году, 21 июля, руководитель датской науки секретарь Датского королевского общества Ханс Эрстед опубликовал работу, которая знаменовала переворот в науке об электричестве, сравнимый разве что с созданием Вольта в 1800 году своего столба. А месяцем ранее, 19 июня 1820 года в Англии умер президент Лондонского королевского общества Джозеф Банкс, который возглавлял британскую науку 42 года. Временно президентом был избран Уильям Волластон (1766–1828) (наиболее известен как первооткрыватель палладия и родия), который 20 ноября 1820 года уступил свое место Хэмфри Дэви. Честолюбие Дэви было удовлетворено, но дополнительного авторитета он не снискал, ибо уже был известен в научном мире как великий химик. [37].
В 1821 году Дэви, заинтересовавшийся работами Эрстеда, сделал свое последнее крупное открытие — он обнаружил, что «вольтова дуга» отклоняется магнитом, о чем 5 июля 1821 года доложил на заседании королевского общества.
