Реферат: История развития техники носит междисциплинарный характер

ВВЕДЕНИЕ


История развития техники вообще и приводной техники в частности может быть охарактеризована следующими положениями:

- история развития техники носит междисциплинарный характер;

- история развития техники – комплексная наука, одновременно и естественная и техническая;

- история развития техники – интегративная наука, объединяющая на новом уровне достижения отдельных научных направлений и не являющаяся простой суммой знаний;

- история развития техники – динамично изменяющаяся наука, пополняющаяся новыми знаниями, концепциями и фактами.

При исследовании новой научной проблемы или создании нового объекта техники имеется, как правило, несколько гипотез, путей решения, – и знания истории техники позволяют выбрать закономерный путь развития. Знание истории развития техники позволяет обоснованно выбрать (предложить к более глубокому анализу) правильную альтернативу для дальнейшего развития науки и техники; подсказывает исторические аналогии, попытки решения данной проблемы в прошлом; позволяет выявить приемы научного познания и научного творческого мышления, закономерности и законы развития науки и техники в целом.

Задачи истории развития приводной техники:

- поиск, систематизация, анализ и обобщение историко-научных и историко-технических фактов;

- постоянное расширение источниковой базы исследований;

- выявление и обоснование законов и закономерностей научно-технического развития;

- анализ роли и значения развитии приводной техники в культурно-историческом развитии;

- постоянное совершенствование методологического обеспечения исследовательской практики (уточнение понятийного аппарата, углубление анализа текстов и материальных источников, создание и критика концептуальных моделей описания и объяснения историко-научного и историко-технического знания, расширение практики использования экспериментальной проверки и математического описания исторического знания, радикальное расширение использования современных компьютерных технологий в истории развития приводной техники);

- исследование особенностей развития приводной техники в отдельные периоды в отдельных регионах и странах.

К предмету истории развития приводной техники относятся:

- информация о событиях и творцах истории приводной техники;

- материальные памятники истории приводной техники;

- процессы получения, обоснования научного и технического знания в

различных культурно-исторических условиях (контекстах);

- структура и содержание научно-технического знания.

Предмет, в общем виде (его выбор, структура, описание) полностью определяется целями и задачами исследования. В качестве предмета может выступать и ненаучное знание (например, миф).

Материал пособия построен преимущественно на использовании исторических фактов развития приводной техники. Исторические факты из других областей техники (металлургии, транспорта и т. д.), а также из истории развития науки привлекаются главным образом в тех случаях, когда обращение к этим фактам существенно необходимо для выявления и показа общих взаимосвязей и взаимообусловленностей в развитии приводной техники.

Такой отбор учебного материала вытекает из того обстоятельства, что привлечение всего обширного фактического материала истории развития приводной техники для чтения курса неизбежно приводит в пределах ограниченного времени, отводимого учебным планом, лишь к поверхностной констатации бесчисленных фактов, без их раскрытия, оценки их значимости, связей и взаимовлияния.

В связи с этим необходимы два направления отбора учебного материала. Первое направление – привлечение материала, относящегося к узловым моментам развития техники и науки, вне зависимости от того, к какой конкретной области он относится. Второе направление – отбор материала из области приводной техники, которую изучает конкретная студенческая аудитория, с тем, чтобы использовать специальные познания студентов для раскрытия технической сущности исторического материала, научно обоснованной оценки его значения. В связи с изложенным очевидно, что материал пособия несколько превышает по своему объему материал, излагаемый при чтении курса.

Одной из основных задач курса «История развития приводной техники» является расширение научно-технического кругозора студента, вооружение его правильным пониманием важнейших закономерностей науки и техники, воспитание в нем творческого подхода к решению научно-технических проблем.


^ ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ


Наукой установлено, что главной силой в системе условий материальной жизни общества является производство материальных благ, необходимых для того, чтобы общество могло жить и развиваться. Эти материальные блага – пища, одежда, обувь, жилище, топливо, орудия – производятся в процессе труда. Процесс труда претерпел значительное развитие от простейшего мускульного труда, не требовавшего от своего исполнителя особых знаний, до квалифицированного труда современного рабочего, требующего серьезных познаний и умения для управления сложными машинами. Но как бы ни изменялся характер процесса труда, последний не может протекать без средств труда. Средства труда – это материальные вещи или комплексы вещей, которыми человек воздействует на вещество природы. Воздействие может быть самым разнообразным: механическим, химическим, тепловым, и в зависимости от формы воздействия средство труда принимает конкретную форму молота, генератора, печи и т. п.

К средствам труда относятся не только те, которые оказывают непосредственное воздействие на предмет труда (орудия труда), но и те, которые создают условия для процесса труда (освещение, отопление, транспортные средства и т. д.).

Совокупность средств труда и составляет содержание понятия «техника». Здесь слово «совокупность» не следует понимать как некоторую связь между отдельными средствами труда, обусловливающую их совместное действие (например, паровой котел, турбина, электрогенератор, распредустройство и т. п.). Здесь совокупность понимается просто как наличие всех вместе взятых средств труда, находящихся в распоряжении общества на том или ином этапе его развития.

Определение: «техника – это совокупность средств труда» – не отвечает на вопрос: почему средства труда дают возможность производить материальные блага? Ответ на этот вопрос важен потому, что и форма, и материал средств труда неразрывно связаны с выполняемыми ими процессами, определяются этими процессами (топор должен быть острым, молот – тяжелым, пружина – гибкой, тигель – огнеупорным и т. п.). Далее, поскольку средства труда создаются людьми, необходимо знать причины их появления и возможности их изготовления, без чего нельзя изучать развитие техники, т. е. переход ее от применения простых средств труда к применению более сложных. При всем многообразии процессов труда общим для них является изменение предмета труда. Это может быть изменение геометрической формы (ковка, прокатка, резание и т. д.), изменение структуры (закалка, отжиг и т. д.), изменение состава (окисление, получение сплавов, синтетиков и т. д.), и возможные иные изменения, но всякое изменение (формы, структуры, состава и т. д.) неизбежно связано с соответствующими изменениями энергии как в пределах одного ее вида, так и при переходах из одного вида в другой.

В процессе производства материальных благ человек использует вещество и энергию.

Особое свойство высокоорганизованной материи – мышление, – дает возможность познания природы и следствием этого познания является активное обращение человека к природе за ее веществом и энергией для их использования в процессе производства материальных благ.

Человек использует первичную энергию природы (биологическую, гидравлическую, тепловую) или преобразует ее во вторичную (например, в электрическую), затем направляет энергию в той или иной форме, при посредстве орудия труда, на вещество предмета труда, где энергия обусловливает желательный процесс изменения формы, состава, структуры и т. д., в результате которых получается намеченный продукт.

Приведенная расстановка справедлива для любого уровня развития техники. Первобытный человек использовал свою биологическую энергию, направляя ее на выполнение механической работы в виде ударов одним камнем по другому для того, чтобы придать последнему форму топора. Современный рабочий использует электроэнергию, преобразованную в механическую энергию, направляя ее на выполнение операции резания или ковки, проката или волочения.

Теперь можно ответить не только на вопрос, из чего слагается техника, но и на вопросы о том, откуда она появилась, чем вызвано ее появление, как она выполняет свое назначение. Было показано, что техника есть совокупность средств труда, что эти средства труда созданы человеком, что нужны они для производства материальных благ, что это производство осуществляется благодаря использованию энергии природы. Зная все это, сформулируем следующее определение: техника есть совокупность средств труда, создаваемых человеком на основе познания законов природы для того, чтобы направлять энергию природы на ее вещество с целью производства материальных благ. История техники – наука о развитии техники и его закономерностях.

Для изучения техники существуют технические науки.

История техники исследует вещественные формы средств труда, применявшихся человеком на различных ступенях его развития и процессы, выполняемые этими средствами труда. С этой точки зрения история техники – техническая наука.

Но история техники – не только техническая наука.

Способ производства материальных благ, в осуществлении которого техника играет существенное значение как составная часть производительных сил (слагающихся из средств труда и людей, управляющих ими), складывается не только из одних производительных сил, но и из производственных отношений людей. Производительные силы и производственные отношения находятся в связи, определяемой законом обязательного соответствия производственных отношений характеру производительных сил. Производственные отношения определяются состоянием производительных сил, изменяются с их изменением, но, с другой стороны, сами влияют на ускорение или замедление их развития. Поэтому изучать развитие техники как существенного элемента производительных сил нельзя без изучения смены производственных отношений.

Поэтому история техники является также и общественной наукой.

Периодизация истории техники в основном совпадает с периодизацией истории развития человеческого общества, основанной на смене общественно-экономических формаций. Поэтому развитие техники целесообразно рассматривать в соответствии с известной периодизацией развития общества.

Итак, история техники связана и с техническими, и с общественными науками. Не меньшее значение имеет связь истории техники с естествознанием. История техники связана с естествознанием постольку, поскольку технические науки основаны на естествознании, направлены на практическое использование открытых естествознанием законов объективного мира в процессе производства материальных благ. Развитие естествознания, познание закономерностей природы, определяло пути развития техники как метода практического использования открытых закономерностей, а техническая практика, открывая новые явления, ставила перед естествознанием задачи объяснения этих явлений, вызывая зарождение новых отраслей естествознания. Так, например, открытие атмосферного давления направило на «использование силы атмосферы» усилия изобретателей, приведшие к становлению парового двигателя. Техническая практика построения и эксплуатации паровых двигателей со своей стороны явилась причиной зарождения термодинамики и других наук.

Таким образом, для изучения истории техники необходимо не только знать современное естествознание, но и путь его исторического развития; необходимо развитие техники исследовать в неразрывной связи с развитием естествознания.

Если уровень развития техники определяется степенью познания законов природы, то характер и направленность этого развития, его темпы определяются экономическими законами общественных формаций.

Поэтому для изучения истории техники необходимо знать также и экономические законы развития общества.

Объект исследования истории техники – исторические данные и события: орудия, средства труда, время их возникновения, внедрения, отмирания; методы использования тех или иных технических объектов; деятельность людей, вносивших новое в технику, методы их работы, результаты их трудов, условия, в которых протекала их деятельность, и т. п.

Для выявления этих фактов служат следующие источники: средства труда разных эпох и народов как в подлинниках, так и представленные в виде выполненных по ним чертежей, фотографий, моделей, описаний; труды деятелей науки и техники; заводская техническая документация; патенты, архивные фонды, являющиеся источником неопровержимых документальных сведений, помогающих восстанавливать действительную картину возникновения, развития и отмирания того или иного исторического явления; техническая и научная периодика, содержащая в себе не только описания тех или иных технических объектов, но и зачастую характеризующая отношение к ним современников; научная литература по истории техники (так называемая историко-техническая литература).

Приведенные источники дают обширный фактический материал, являющийся объектом исследований истории техники.

Все исторические факты, являющиеся объектом изучения истории техники, представляют собой только материал для познания закономерностей развития техники, подобно тому как, например, объект изучения палеонтолога – остатки ископаемых животных – является материалом для познания закономерностей развития органической природы.

История техники должна уметь находить узловые точки развития техники в форме переходов на новую качественную ступень. Так, например, развитие производства и связанное с ним все более и более широкое применение водяных колес вызвали кризис гидроэнергетики и переход к теплоэнергетике; увеличение дальности электропередачи вызвало переход к технике трехфазного тока и т. д. Развитие техники, как и всякое развитие, вызывается наличием внутренних противоречий, раскрытие которых необходимо для понимания развития техники.

Постоянный рост потребности общества в материальных благах определяет собой основную закономерность развития техники – ее ускоренный рост. Этот ускоренный рост определяется, прежде всего, ростом народонаселения. Однако ускорение роста техники значительно превышает ускорение роста народонаселения. Это означает, что рост техники стимулируется не только ростом числа потребителей, но и ростом потребления материальных благ каждым членом общества. Статистика констатирует, что история развития человеческого общества сопровождается повышением душевого потребления материальных благ. Очевидно, что рост душевого потребления материальных благ может быть обеспечен только за счет роста душевого их производства, а, следовательно, роста производительности труда членов общества, занятых производительным трудом.

За счет чего можно увеличивать производительность труда? В ранний период развития общества, когда на вооружении его примитивной техники имелись только орудия ручного труда, увеличение производительности труда могло быть достигнуто в основном за счет двух факторов: увеличения продолжительности рабочего дня и интенсификации труда рабочего. С возникновением машинного производства возникает и третий фактор повышения производительности труда – передача функций рабочего машинам.

Машина – важнейший элемент техники, развитие которого не будет отчетливо понятно, если не представить себе, в чем именно заключается передача функций рабочего машине.

В процессе ручного труда рабочий выполняет несколько функций, отличающихся друг от друга по своему характеру. Так, приводя в движение с известным усилием инструмент, рабочий сообщает ему потребное для совершения работы количество механической энергии, вырабатываемой в его мышечной системе. Это – первая, энергетическая, функция, которую выполняет рабочий в процессе производства.

Однако если поставить на работу у верстака физически развитого человека, способного отдать инструменту более чем достаточное количество энергии, вся эта энергия может пойти на выработку брака, если данный человек не знаком с технологическим процессом, слагающимся из комплекса специальных операций. Знание этого комплекса и умение его осуществлять дает рабочему возможность выполнять вторую – технологическую функцию производственного процесса.

Затрата энергии необходима также при перемещении предмета труда или полученного из него готового продукта, представляющего собой особую, транспортную функцию производства.

Необходимость наблюдения, контроля и управления за течением технологического процесса, выражающаяся при ручном труде в периодическом использовании контрольно-измерительных устройств, определяет четвертую функцию процесса труда – контрольную.

Наконец, процесс труда требует выполнения наиболее сложной – логической – функции, коренным образом отличающей труд человека от бессознательной деятельности животных.

Расчленение процесса труда на отдельные функции позволяет понять внедрение машин, поскольку машины заменяют человека не вообще, а в выполнении отдельных функций.

Получаем машины энергетические, обеспечивающие процесс труда необходимым количеством энергии; машины технологические, обеспечивающие протекание технологических процессов изменения формы, структуры, состава предмета труда; машины транспортные, осуществляющие перемещение материалов и продуктов труда; машины контрольные, автоматически контролирующие и направляющие течение производственных процессов, и, наконец, машины, выполняющие заданные им логические функции, машины управляющие и информационные, ЭВМ, компьютеры и т. д.

Удовлетворяя потребность во все большем и большем потреблении на душу населения, техника в своем развитии находит пути увеличения производительности труда преимущественно за счет передачи машинам выполнения энергетических, технологических, контрольных, транспортных и логических функций человека в процессе труда.

Однако производительность труда является не единственным показателем качественного уровня развития техники. С развитием техники человек все более интенсивно использует материалы, различные физические и химические процессы. В связи с этим увеличивается количество конечной или промежуточной продукции, получаемой с единицы веса, длины, площади, объема разнообразных энергетических и технологических машин. В самом общем смысле такой показатель качественного состояния техники можно назвать показателем интенсивности ее использования.

Наконец, поскольку техника использует познанные законы природы, то одним из показателей ее уровня развития может служить результат сопоставления реального эффекта того или иного технического объекта с идеальным эффектом. Эти показатели – разнообразные коэффициенты полезного действия, широко распространенные в современной технике.

Приведенные три вида показателей уровня развития техники – производительность труда, интенсивность использования технических объектов и технологических процессов и коэффициенты полезного действия – имеют свои тенденции развития. Так, производительность труда со временем растет ускоренно. Растет и интенсивность использования техники, хотя характер этого возрастания различен для различных элементов техники. Что же касается коэффициентов полезного действия, то они имеют тенденцию замедленного роста. Изучение динамики изменения коэффициентов полезного действия имеет большое значение как объективный показатель необходимости создания новой техники в тех случаях, когда дальнейший рост к. п. д. при использовании какого-либо закона природы лимитируется рамками этого закона, а потребность в продукте, получаемом на основе этого закона, растет.

Процесс развития техники – процесс, полный разнообразных противоречий. Наиболее общий вид противоречия, характерного для развития техники, – это противоречие между потребностями общества в материальных благах и возможностями удовлетворить эти потребности на базе существующей техники.

Так, потребность во все большем количестве продукции текстильной промышленности в Англии в середине XVIII в. вошла в противоречие с возможностями ручного производства, разрешившееся изобретением ряда прядильных и ткацких машин. Это и ему подобные противоречия являются конкретной формой проявления основной движущей силы развития техники как существенного элемента производительных сил общества – потребности общества в материальных благах.

В отдельных случаях социальный заказ на новые формы техники проявляется в исключительно отчетливой форме, перерастающей в конкретное техническое задание. Так, потребность в металле и угле поставила перед изобретателями в совершенно конкретной форме задачу создания двигателя, приводящего в движение насосную штангу. Задача об универсальном тепловом двигателе была также поставлена перед изобретателями в совершенно конкретной форме создания двигателя с вращательным движением.

Изложенные общие определения, закономерности и тенденции развития техники дают возможность аналитического рассмотрения исторического материала, критического отбора наиболее характерных фактов и явлений, определения влияний и взаимосвязей.


^ 1. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И ИЗУЧЕНИЕ ЕГО СВОЙСТВ


1.1. Первые наблюдения гальванических явлений


В течение многих столетий вплоть до последней четверти XVIII в. были известны только явления статического электричества. Промышленный переворот XVIII в. дал мощный толчок развитию различных отраслей науки, в том числе науки об электричестве. Изучение электрических явлений все более расширяется, им начинают заниматься не только физики, но многие естествоиспытатели и в особенности врачи, пытавшиеся применять электричество для лечебных целей. Поэтому не случайными явились опыты итальянского анатома Л. Гальвани, приведшие к наблюдению новых проявлений электричества.

П
Луиджи Гальвани

(1737 – 1798)
ервые опыты Гальвани относятся к 1786 г. Они стали широко известны физикам после выхода в свет сочинения Гальвани «Трактат о силах электричества при мышечном движении» (1791 г.). Во время одного из своих опытов Гальвани вел наблюдения над препарированной лягушкой, подвешенной на железные перила балкона, причем через спинной мозг лягушки проходил медный крючок. Прижимая другой конец этого крючка к железным перилам балкона, Гальвани обнаружил, что сокращение мышц происходит совершенно независимо от каких-либо внешних электрических явлений. Положив в своей лаборатории препарат на железную пластинку и прижав к этой пластинке медный крючок, продетый через спинной мозг лягушки, Гальвани наблюдал очень сильные сокращения ее мышц. Подобных сокращений он не замечал при замене одного из металлов непроводником. Гальвани сделал правильное предположение о том, что причиной, вызывающей сокращения мышц лягушки, является действие электрических сил. Но нужно было решить очень важный вопрос: как и где во всех этих опытах возникает электричество?

Ни железная пластинка, ни медный крючок, соприкасавшиеся с телом лягушки, не могли – по представлениям физиков того времени – служить источником электричества, так как на металлы смотрели только как на проводники, считая, что они могут становиться «электрическими» лишь через прикосновение к другим наэлектризованным телам; тогда оставалось предположить, что таким источником является сама лягушка. Все это создавало почву для представлений о существовании особого – «животного» электричества; такую мысль и высказал Гальвани для объяснения наблюденных им фактов. Этому предположению Гальвани придал форму теории, изложенной в упомянутом «Трактате о силах электричества при мышечном движении». Тело животного являлось согласно взглядам Гальвани своеобразной лейденской банкой, способной на непрерывное повторное действие.

Опыты Гальвани вызвали большой интерес. Среди физиологов стала еще больше, чем ранее, укрепляться мысль об электричестве как удивительном новом средстве для исцеления. Что касается физиков, то их взгляды на явления, наблюденные Гальвани, разошлись. Одни соглашались с Гальвани и считали, что «гальваническое», или «животное», электричество имеет совершенно иную природу, чем электричество трения, другие отождествляли оба вида электричества; наконец, третья группа физиков оспаривала вообще существование «животного» электричества. К этой группе принадлежал профессор физики в Павии Алессандро Вольта.


1.2. Создание первого источника электрического тока


В
Рис. 1.1- Вольтов столб

Алессандро Вольта

(1745 – 1827)
течение 1792 – 1795 гг. Вольта исследовал те явления, которые Гальвани назвал «животным» электричеством. Он установил, что даже очень незначительные электрические силы способны вызывать сильные содрогания всех членов лягушки, особенно лап. «Электрическая сила, – писал Вольта, – не могущая дать ни малейшей искры, не оказывающая действия на чувствительные беннетовы электроскопы, производит сильнейшее содрогание в лапках. Лягушка, приготовленная по способу Гальвани, есть чувствительнейший электрометр». Этим Вольта правильно указал на то, какую роль играла лягушка в опытах Гальвани. Источником электричества, по мнению Вольта, является контакт двух разнородных металлов.

Таким образом, Вольта создал теорию «контактного» электричества. Эта теория утверждала, что при соприкосновении различных металлов происходит разложение их «естественного» электричества; при этом электричество одного знака собирается на одном металле, а другого – на другом. Силу, возникающую при контакте двух металлов и разлагающую их «естественное» электричество, Вольта назвал электровозбудительной или электродвижущей силой; эта сила «перемещает электричество так, что получается разность напряжений» (между металлами).

Произведя исследование этого вопроса при помощи созданного им весьма чувствительного прибора – электроскопа с конденсатором, Вольта установил, что металлы можно распределить в некоторый ряд, в котором «разность напряжений» между двумя металлами будет тем больше, чем дальше они расположены друг от друга.

С современной точки зрения теория контактного электричества, предложенная Вольта, была ошибочной. Высказав мысль о там, что для получения электрического тока достаточно лишь простого контакта между разнородными металлами, Вольта стал на антинаучную позицию о возможности непрерывного получения энергии в виде гальванического тока без затраты для этого какого-либо другого вида энергии. Однако в начале прошлого века эта теория контактного электричества нашла многих сторонников и на некоторое время удержалась в науке.

Многочисленные эксперименты привели Вольта к выводу, что непрерывный электрический ток может возникнуть лишь в замкнутой цепи, составленной из различных проводников – металлов (которые он называл проводниками первого класса) и жидкостей (названных им проводниками второго класса).

Опыты Вольта завершились построением в 1800 г. первого источника непрерывного электрического тока, составленного из медных и цинковых кружков (пар), переложенных суконными прокладками, смоченными водой или кислотой. Этот прибор известен под названием вольтова столба (рис. 1.1).

Необходимость применения проводников второго класса (суконных кружков, смоченных водой или кислотой) Вольта объяснял следующим: при соприкосновении двух различных металлов электричество одного знака сосредоточивается на одном металле, а электричество противоположного знака – на другом. Если составить столб из нескольких пар различных металлов, например цинка и серебра (без прокладок), то каждая цинковая пластина будет находиться в соприкосновении с одинаковыми серебряными пластинами, и их общее действие будет взаимно уничтожаться.

Для того чтобы действие отдельных пар суммировалось, необходимо обеспечить соприкосновение каждой цинковой пластинки только с одной серебряной. Это осуществляется с помощью проводников второго рода – суконных кружков, смоченных водой или кислотой, разделяющей пары металлов и не препятствующих движению электричества. Таким образом, Вольта, не понимая того, что электрический ток возникает в результате химических процессов между металлами и жидкостями, практически пришел к созданию гальванического элемента, действие которого основывалось именно на превращении химической энергии в электрическую. Хотя Вольта и заметил, что поверхности приведенных в контакт разнородные металлов, составляющих гальваническую пару, подвергаются изменению – окисляются, тем не менее он не придал этому факту никакого значения.

Вольта предложил, кроме столба, еще и несколько иную конструкцию источника электрического тока – так называемую чашечную батарею (рис. 1.2), действие которой, по его мнению, также было основано на контакте между двумя металлами (роль влажной суконной прокладки столба заменяла жидкость). Чашечная батарея представляла собой соединение отдельных элементов, имевших форму банок, наполненных разбавленной серной кислотой, в которую погружались медная 1 и цинковая 2 пластины. Кроме предложенных Вольта конструкций источника электрического тока вскоре были разработаны некоторые другие его модификации.

А
Д. Ф. Араго

(1786 – 1853)
раго, написавший биографию Вольта, называет вольтов столб «самым замечательным прибором, когда-либо изобретенным людьми, не исключая телескопа и паровой машины». В этом определении нельзя усматривать преувеличения. Вольтов столб – это первый источник непрерывного электрического тока, сыгравший громадную роль как в развитии науки об электричестве, так и в расширении его практических приложений.



Рис. 1.2. Чашечная батарея Вольта


Вольтов столб в различных своих модификациях долгое время оставался самым распространенным источником электрического тока, крупнейшие ученые первой половины XIX в. – Петров, Дэви, Ампер, Фарадей – широко применяли вольтов столб для своих опытов.


1.3. Обнаружение и изучение действия электрического тока


Первые же опыты с электрическим током не могли не привести к открытию некоторых присущих ему свойств. Поэтому рассматриваемый период в истории электричества характеризуется главным образом обнаружением и изучением различных действий электрического тока. Исследования электрического тока, производившиеся в большом масштабе в первые годы XIX в., привели к открытию химических, тепловых, световых и магнитных его действий.

В марте 1800 г. Вольта сообщил о своих работах президенту Лондонского королевского общества, и вскоре члены этого общества Карлейль и Никольсон произвели ряд опытов с вольтовым столбом, которые привели их к открытию нового явления: при прохождении тока через воду имело место выделение газовых пузырьков; исследовав выделявшиеся газы, они правильно установили, что это кислород и водород. Таким образом, впервые был осуществлен электролиз воды. Вскоре после опубликования работ Карлейля и Никольсона (июль 1800 г.) появилась в немецком научном журнале «Annalen der Physik» статья немецкого физика И. Риттера, также осуществившего разложение воды током. После открытия действия тока на воду ряд ученых заинтересовался вопросом о том, к каким результатам приведет пропускание тока через другие жидкости. В том же 1800 г. голландский химик Крейкшенк, пропуская ток через раствор поваренной соли, получил на отрицательном полюсе едкий натр, не подозревая, что здесь имела место вторичная реакция: поваренная соль разлагалась на Na и С1, причем натрий, жадно соединяясь с водой, образовывал едкий натр.

Указанные эксперименты положили начало исследованию химических действий гальванического тока, получивших впоследствии важное практическое применение.

Тепловые действия тока были обнаружены в накаливании тонких металлических проводников и воспламенении посредством искр легко воспламеняющихся веществ. Световые явления наблюдались в виде искр различной длины и яркости.

В 1802 г. итальянский физик Романьози обнаружил, что электрический ток, протекающий по проводнику, вызывает отклонение свободно вращающейся магнитной стрелки, находящейся вблизи этого проводника. Однако тогда, в первые годы изучения электрического тока, явление, открытое Романьози, имевшее, как впоследствии выяснилось, громадное значение, не получило должной оценки. Только позднее, в 1820 г., когда наука об электричестве достигла более высокого уровня, магнитное действие тока, описанное Эрстедом, стало предметом глубокого и всестороннего изучения.

Среди многочисленных исследований явлений электрического тока, произведенных в первые годы после построения вольтова столба, наиболее выдающимися были труды академика В. В. Петрова, так как в них впервые была показана и доказана возможность практических применений электричества.

В своих трудах по электричеству Петров собрал обширный опытный материал, который им был тщательно проанализирован. Петров глубоко понимал значение эксперимента для всестороннего изучения явлений природы. Он писал: «...гораздо надежнее искать настоящего источника электрических явлений не в умствованиях, к которым доселе только прибегали почти все физики, но в непосредственных следствиях самих опытов».

Будучи хорошо знакомым с опытами, производящимися с вольтовым столбом как в России, так и за границей, Петров пришел к правильному выводу о том, что наиболее полное и всестороннее изучение гальванических явлений возможно только при условии создания большой батареи, т. е. по современной терминологии – источника тока высокого напряжения. Поэтому он добивается перед руководством Медико-хирургической академии, профессором физики которой он состоял, выделения средств для постройки «такой огромной величины батареи, чтобы оною можно было надежнее производить такие новые опыты», каких не производил никто из физиков.

В
Рис. 1.3. Схема расположения и соединения элементов в батарее Петрова: 1 – деревянный ящик; 2 – медный кружок; 3 – цинковый кружок; 4 – прокладка; 5 – медные дужки
апреле 1802 г. батарея В. В. Петрова, состоявшая из 4200 медных и цинковых кружков или 2100 медно-цинковых элементов (Петров называл ее «огромная наипаче батарея»), была готова. Она располагалась в большом деревянном ящике, разделенном по длине на четыре отделения (рис. 1.3). Стенки ящика и разделяющих перегородок были покрыты сургучным лаком. Общая длина гальванической батареи Петрова составляла 12 м – это был крупнейший в мире источник электрического тока. Как показали современные экспериментальные исследования с моделью батареи Петрова, электродвижущая сила этой батареи составляла около 1700 В, а максимальная полезная мощность 60 – 85 Вт. Ток короткого замыкания батареи не превышал 0,1 – 0,2 А. В. В. Петров вначале производил, как он указывал, уже известные опыты других физиков, а после старался производить и такие опыты, «...о которых дотоле не имел... никакого известия».

Свои разнообразные опыты Петров подробно описал в книге «Известие о гальвани-вольтовских опытах», которая вышла в СПБ в 1803 г. (рис. 1.4). Это была первая книга на русском языке, посвященная исследованиям в области гальванизма.

Следует отметить, что и за границей не только до выхода в свет книги Петрова, но и в течение двух ближайших десятилетий не по