ОТ ЛУЧИНЫ ДО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

ОТКРЫТИЕ РУССКОГО ФИЗИКА И ПЕРВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Славная история электрического освещения начинается с трудов замечательного русского физика конца XVIII и начала XIX веков Василия Владимировича Петрова.

В то время, когда жил В. В. Петров, об электрическом токе знали ещё очень мало. Единственным источником тока, с помощью которого можно было изучать это явле­ние, был так называемый «вольтов столб».

«Вольтов столб», названный так по имени его изобре­тателя, итальянского физика А. Вольта, представлял со-

Бой набор гальванических элементов, соединённых друг с другом.

Устройство гальванического элемента очень несложное. Это два разнородных проводника-электрода, помещённые

В водный раствор кислоты, щёлочи или в раствор какой - либо соли.

Электрический ток в таком элементе возникает за счёт химической энергии, выделяющейся при взаимодействии тех веществ, которые входят в состав элемента.

В вольтовом столбе каждый гальванический элемент состоял из медного и цинкового кружков, отделённых друг от друга картонным кружком, смоченным раствором щё­лочи или соли. Весь столб состоял из большого числа этих попарно сложенных кружков.

Один конец вольтова столба заряжен отрицательным электричеством, а другой — положительным.

С помощью этого прибора В. В. Петров и начал изу­чать закономерности электрического тока. Василий Вла­димирович был убеждённым сторонником опыта. «Гораздо надёжнее,— писал он,— искать настоящего источника электрических явлений не в умственных мудрствованиях, к которым доселе только прибегали почти все физики, но в непосредственных следствиях самих опытов».

Для своих опытов Петров построил небывалый по мощ­ности вольтов столб. Он состоял из 4200 медных и цинко­вых кружков, между которыми помещались бумажные прокладки, пропитанные раствором нашатыря. Это была тогда самая мощная электрическая батарея (рис. 9).

Уже через год после того, как батарея была построена, В. В. Петров издал книгу, в которой описал ряд интерес­ных открытий, сделанных с помощью вольтова столба. И среди них самым важным было открытие явления электрической дуги.

Для её получения учёный брал два стерженька из древесного угля, соединял их с полюсами своей батареи и затем приближал друг к другу. Как только угли сбли­жаются вплотную, их концы сильно разогреваются и на­чинают испускать яркий свет. Если теперь угли несколько раздвинуть, то между ними, в воздушном промежутке, возникнет ослепительное пламя белого цвета слегка изо­гнутой формы.

Книга Петрова носила по обычаю того времени длин­ное название: «Известие о гальвани-вольтовских опытах, которые производил профессор физики Василий Петров, посредством огромной наипаче батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков и находящейся при Санкт-Петербургской Медико-хирургической Академии».

Открытие электрической дуги было описано в ней сле­дующим образом:

«Если на стеклянную пластинку или на скамеечку со стеклянными ножками будут положены два или три дре­весных угля... и если потом металлическими изолирован­ными направителями, сообщёнными с обоими полюсами огромной батареи, приближать оные один к другому на расстояние от одной до трёх линий [41]), то является между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя, от кото­рого оные угли скорее или медлительнее загораются и от которого тёмный покой довольно ясно освещён быть может».

Учёный тщательно и всесторонне исследует новое неви­данное прежде явление.

Он пробует заменить один из углей железной проволо­кой и отмечает, что в этом случае также возникает яркое пламя; но от сильной жары «...конец проволоки почти во мгновение ока краснеет, скоро расплавляется и начинает гореть с пламенем и разбрасыванием весьма многих искр по различным направлениям».

Почему же в воздухе между углями, по которым про­ходит электрический ток, появляется такое сильное све­чение?

Уголь — плохой проводник электричества. Частицы ве­щества в угле оказывают текущим по угольному провод­нику электронам большое сопротивление, благодаря чему движение электронов сильно тормозится. Их энергия передаётся частицам проводника, скорость колебаний частиц возра­стает и температура проводника по­вышается.

Таким образом, когда по уголь­ному стерженьку проходит электри­ческий ток, уголь, благодаря боль­шому сопротивлению, нагревается сильнее, чем металлический про­водник.

Но ещё сильнее разогреваются соединённые концы углей. Здесь электрический ток встречает ещё большее сопротивление, так как воз­дух в обычном своём состоянии тока не проводит, а угольные стерженьки соприкасаются только в небольшом числе точек. Концы угольных стер­женьков нагреваются до очень высо­кой температуры (более тысячи гра­дусов) и начинают светиться. При этом угли выделяют раскалённые газы. Кроме того, быстро нагревается воздух между углями. А в та­ком состоянии газы становятся проводником электричества. Поэтому, если теперь угли отодвинуть немного друг от друга, электрический ток не прекратится. Между ними образуется ослепительно яркая электрическая дуга; это светится раскалённый воз­дух, через который идёт электрический ток.

Такова природа этого замечательного явления.

Открытие В. В. Петрова было очень скоро незаслу­женно забыто.

Этому в немалой степени способствовали учёные-ино­странцы, занимавшие тогда все начальственные места в русской Академии Наук.

Когда через девять лет, в 1811 году, английский учё­ный Дэви снова получил в своей лаборатории ослепитель­ное пламя электрической дуги, он был сразу же признан первооткрывателем этого явления[42]).

Электрическая дуга (она была названа вольтовой) заинтересовала многих изобретателей: нельзя ли исполь­зовать её для создания новых, электрических источников света? Какие это были бы яркие светильники!

Но нелегко оказалось осуществить это на практике. Изобретатели новых, электрических ламп столкнулись с рядом серьёзных затруднений.

Первое, главное затруднение заключалось в самом источнике электрического тока. Ведь для получения электрической дуги необходим довольно сильный ток. В. В. Петров получал такой ток от «наипаче огромной» батареи. Обычные же, небольшие батареи гальванических элементов давали очень слабый ток.

Другим серьёзным затруднением было то обстоятель­ство, что при горении электрической дуги угли постепенно сгорают и расстояние между ними всё увеличивается. Между тем дуга хорошо горит только при неизменном расстоянии между углями. Если это расстояние будет уве­личиваться, дуга погаснет.

Первое затруднение было устранено с изобретением динамомашийы, которая даёт ток большой мощности. Но оставалось ешё второе затруднение.

Для изобретателей с самого начала было ясно одно: чтобы обеспечить постоянное горение электрической дуги, надо каким-то образом поддерживать одно и то же рас­стояние между горящими углями.

Как это можно сделать?

Очевидно, надо придумать какие-то механизмы, кото­рые сдвигали бы угли между собой по мере их сгорания. Ведь не сдвигать же их просто руками?! Это ненадёжно и неудобно.

Надо придумать механизм.

И вот, более полувека после того, как петербургским физиком была открыта электрическая дуга, изобретатели всего мира старались создать удачную конструкцию первой электрической лампы. Было предложено очень много самых различных решений этой задачи. Предла­галось регулировать угли с помощью пружин, различных грузов, часового механизма и т. д. Но лишь немногие из них можно было назвать удачными.

Первая дуговая лампа — так были названы лампы с электрической дугой — появилась на улицах Петербурга в 1849 году. Известный русский академик Б. С. Якоби, изобретатель электрического двигателя, установил её на башне Адмиралтейства. Лампа Якоби излучала такой сильный свет, что была названа «электрическим солнцем» (рис. Л). Но она была ещё далеко не совершенна.

В 1856 году русский изобретатель А. Шпаковский со­здал уже более усовершенствованные дуговые электриче­ские лампы — с механическим регулятором, поддержи­вающим необходимое расстояние между углями. Но был у них и большой недостаток. Они были очень сложны и очень дороги. Угли регулировались часовым механизмом.

Поэтому как ни заманчиво было широкое использова­ние электрической дуги для освещения, дуговые лампы применялись очень редко, от случая к случаю. Только на каких-либо празднествах или при опытной проверке можно было увидеть новые источники света.

Дальнейшее усовершенствование дуговых ламп свя­зано с именем известного русского электротехника прош­лого века В. Н. Чиколева. Чиколев заменил сложный лам­повый регулятор с часовым механизмом регулятором, состоящим из двух электромагнитов. Такой «дифферен­циальный регулятор», как он был назван, работал уже более чётко; он «внимательнее следил» за необходимым расстоянием между углями, чем старые регуляторы с ча­совым механизмом.

Особенно удобным регулятор Чиколева оказался для прожекторов, где, как известно, применяются мощные ду­говые лампы (рис. 12).

В. Н. Чиколев установил также, что угли в дуговой лампе горят ярче, если их помещать не на одной линии друг против друга, а так, чтобы оси угольных стержней были несколько смещены одна относительно другой. Этот принцип также был использован в прожекторах.

Однако задача широкого использования электрической дуги Петрова для освещения этими изобретателями ре­шена не была.

Помимо большой стоимости новых источников света, было ещё одно обстоятельство, которое не могло не влиять на судьбу нового освещения. Каждая дуговая лампа тре­бовала для себя отдельный источник электрического тока! «Дробить электрический свет», т. е. распределять электри­ческий ток от одного источника между многими лампами, электротехники ещё не умели.