Ян Шнейберг - История выдающихся открытий и изобретений (электротехника, электроэнергетика, радиоэлектроника)
«Огромная наипаче» батарея Петрова была изготовлена в апреле 1802 г.; она состояла из 4200 элементов медных и цинковых кружков (или 2100 пар медноцинковых элементов) и располагалась в большом деревянном ящике, разделенном на четыре отделения (рис. 3.6). Стенки ящика и разделяющих перегородок были покрыты сургучным лаком и промасленной бумагой. Общая длина всех элементов батареи составляла 12 м – это был уникальный крупнейший в мире источник электрического тока (обычно применявшиеся в Европе вольтовы столбы насчитывали 100-200 элементов). Каждый ряд элементов соединялся последовательно. Схематический рисунок «огромной» батареи был изображен почти 100 лет спустя на большом стенде в зале Парижской Всемирной выставки в 1900 г.
Подробное описание устройства батареи и все опыты с нею были описаны В.В. Петровым в его фундаментальном труде «Известие о гальвани-вольтовских опытах, которые производил профессор физики Василий Петров посредством огромной наипаче батареи…», изданном в Санкт-Петербурге в 1803 г. (рис. 3.7). Долгое время точная дата первых публичных опытов Петрова была неизвестна, но в 1956 г. автором этой книги была обнаружена статья в журнале «Северный вестник» (1804 г.), в которой, в частности, говорилось о создании Петровым в 1802 г. огромной батареи и о том, что «посредством таковой батареи сей неутомимый наш отечественный физик делал в присутствии Медицинской коллегии и многих знаменитых особ первые публичные опыты сего же года майя 17 дня».
Рис. 3.7. Титульный лист книги Петрова «Известие…»
Среди многочисленных экспериментов ученого по изучению химических, тепловых и световых действий электрического тока особенный интерес представляет открытие им явлений электрической дуги и электрического разряда в вакууме. В VII главе книги «Известие…» В.В. Петров описывает наблюдавшееся им явление электрической дуги. Если на стеклянную плитку положить два древесных угля, «способных для произведения светоносных явлений… и если потом оные приближать один к другому на расстояние от одной до трех линий (1 линия – 2,5 мм), то является между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли… загораются и от которого темный покой довольно ясно освещен быть может».
В отличие от многих физиков (да и самого Петрова), указывавших при наблюдении во время опытов с батареей на «искры различной величины и яркости», здесь ученый употребляет качественно новое определение – термин «пламя» яркого белого цвета. И впервые четко указывает на возможность использования электрического света для практических целей – освещения большого пространства («темного покоя»). Своим открытием Петров почти на полстолетия опередил свое время – электрические дуговые лампы стали применяться только в 50-х годах XIX в.
Но Петров также убедился в способности пламени дуги расплавлять различные металлы и восстанавливать металлы из их оксидов, чем положил начало электрометаллургии. Книга Петрова, написанная на русском языке, не была известна европейским ученым. Поэтому не случайно открытие электрической дуги в течение 80 лет приписывалось английскому ученому X. Дэви, наблюдавшему это явление в 1808 г., когда он изготовил батарею из 2000 пластин. Но сам Дэви не приписывал себе первенство в этом открытии, так как в 1812 г. он узнал, что в России Академия наук в 1804 г. объявила конкурс на тему «О природе света» и указывала на желательность объяснения «гальванического огня», получаемого от «больших вольтовых столбов», ослепительный блеск коего подобен солнечному свету».
Василий Владимирович Петров не имел измерительных приборов, чтобы определить параметры своей батареи (заметим, кстати, что Петров «превращал» себя в вольтметр и срезал кожу с пальцев рук, чтобы улавливать «уколы» напряжения незащищенными нитями нервов), поэтому было очень важно убедиться в том, что он мог получить электрическую дугу. С этой целью автор в 1951 г. с помощью специалистов производственно-экспериментальных мастерских МЭИ изготовил 1/20 часть «огромной батареи», состоявшей из 105 пар медных и цинковых кружков диаметром 38 мм и толщиной 2,5 мм, и между каждой парой кружков укладывались суконные кружки, смоченные в растворе нашатыря (рис. 3.8) в соответствии с описанием в книге Петрова «Известия…». При использовании современных методов измерений было установлено, что напряжение на зажимах «огромной наипаче» батареи составляло 1650-1700 В – это был невиданный по тому времени источник тока высокого напряжения, что позволило ученому получить электрическую дугу.
Затем был воспроизведен опыт Петрова с использованием сухих анодных батарей со сравнительно высоким внутренним сопротивлением (что было характерно для гальванических батарей начала XIX в.) и простых галогенных углей, укрепленных в специальных держателях. При напряжении 1500 В и расстоянии между концами углей 2-5 мм наблюдалась устойчивая электрическая дуга, пламя которой освещало «темный покой» прожекторного отдела лаборатории светотехники МЭИ.
Рис. 3.8. Общий вид модели батареи Петрова
Василий Владимирович Петров был первым отечественным ученым, открывшим и исследовавшим «светоносные явления» в «безвоздушном месте» – т.е. газовый разряд в вакууме. Его экспериментальная установка также была воспроизведена автором этих строк по описанию Петровым «стеклянного колокола» и «воздушного насоса». Изменяя давление внутри колокола и расстояние между электродами, укрепленными внутри его, ученый наблюдал различные виды газового разряда.
Лишь спустя 30 лет изучением газового разряда в вакууме занимался Фарадей. Важно отметить, что известный современный ученый в этой области физики проф. Н.А. Капцов писал, что если бы опыты Петрова «не были забыты», они могли быть использованы физиками, «исследовавшими газовый разряд в более поздние времена».
Василий Владимирович Петров при всей своей скромности отметил важность своих исследований газового разряда в вакууме: «Я надеюсь, – писал он, – что просвещенные и беспристрастные физики, по крайней мере некогда» согласятся отдать трудам моим ту справедливость, которую важность сих последних опытов заслуживает».
Василий Владимирович Петров был одним из предшественников Ома, открывшего закон электрической цепи в 1827 г. В своем труде «Известие…» наш «природный россиянин» (как он себя называл) установил количественную зависимость силы тока от площади поперечного сечения проводника: он утверждал, что при использовании более толстой проволоки происходит… «более сильное действие… и весьма скорое течение галь- вани-вольтовской жидкости». Петров впервые на русском языке ввел термин «сопротивление», он впервые осуществил параллельное соединение электродов при электролизе различных жидкостей и о силе электрического тока судил по интенсивности электролиза. Как писал английский журнал «Science Progress» (1936), этими своими исследованиями Петров «предвосхитил закон Ома».
Василий Владимирович Петров впервые разработал способы изоляции проводников сургучом и воском. Он доказал возможность электризации металлов трением при условии их изоляции от земли, опровергнув утверждения многих европейских физиков, в том числе и Гильберта. Он по праву может быть назван основателем отечественной школы электрофизиков.
К сожалению, судьба Петрова оказалась трагичной. Правдивый и непокорный, он неустанно боролся за просвещение своего народа и против засилия иностранцев в Академии наук и Министерстве просвещения. Это вызвало резко отрицательное отношение к нему президента Академии наук графа Уварова. Петрову не выделяются средства для реконструкции физического кабинета, отказывают в ремонте его квартиры, и он не может даже дома проводить эксперименты. В знак протеста ученый демонстративно не является на похороны Александра I в 1825 г.
После этого Уваров бесцеремонно отстраняет Петрова от заведования физическим кабинетом и запрещает печатать его труды. Вскоре заслуженный профессор увольняется из Медико-хирургической академии, где прослужил около 40 лет. Состояние здоровья полубольного оскорбленного ученого резко ухудшается, и 3 августа 1834 г. Василий Владимирович скончался. По указанию Уварова его имя не должно было появляться в научных трудах и учебниках физики. Трудно поверить, но почти два поколения русских физиков ничего не знали о нем. Многие рукописи его бесследно исчезли, не сохранился достоверный портрет ученого, затерялась его могила на Смоленском кладбище.
Кстати, о личности Уварова говорит еще один факт: когда он увидел в газете в феврале 1837 г. портрет А.С. Пушкина в траурной рамке после его гибели на дуэли, Уваров выразил свое возмущение, указав, что Пушкин не тот чиновник, который должен быть удостоен такой чести.
Прошло более полувека. В 1886 г. студент Петербургского университета А. Гершун, впоследствии известный ученый, будучи на каникулах в г. Вильно, разбирая старые книги в публичной библиотеке, обнаруживает небольшую книжечку неизвестного ему ученого «Известие…». С невообразимым удивлением он узнает из этой книги об оригинальных экспериментах В.В. Петрова и об открытии им в начале века явления электрической дуги.
