Читать книгу «Летопись электричества» онлайн.

С другой стороны, стали известны многие интересные наблюдения, подтверждающие возможность превращения электричества в другие виды энергии: в тепло и свет (вольтова дуга, открытая Петровым и Дэви), в химическую энергию (разложение воды и различных растворов), в звуковую энергию (гром и другие шумы при электрических разрядах). Это были годы бурного расцвета основ науки об электричестве. Открытия следовали одно за другим.

Глава 25.

ЧТО ПОДСКАЗАЛИ РЕЙНСКИЕ ВОЛНЫ

К СОРОКА ГОДАМ своей жизни Георг Ом (он родился 16 марта 1789 года) успел объехать много городов. Весь юго-запад — от Мюнхена до Кельна — был уже хорошо известен ему.

Но Георг Ом не был богатым туристом. Он «путешествовал» по нужде, в поисках работы.

Ом был сыном эрлангенского слесаря. Нужда заставила его бросить высшую школу и заняться преподавательской работой.

Георг Ом любил физику и математику, а должен был преподавать в гимназиях греческий и латинский языки.

Только досуг Ом мог полностью отдавать любимым занятиям по физике. Он знал о новейших открытиях Эрстеда и Ампера.

«Как представить себе электрический ток?» Это был первый вопрос, на который в течение нескольких лет пытался дать ясный ответ уже немолодой физик-любитель.

Учительствуя в Кельне, он любил прогонять усталость прогулкой по Рейну. И кто знает: может быть, здесь па берегах этой реки Георг Ом нашел то, что помогло ему открыть великий закон.

«Что двигает воды Рейна вперед, на север — в Эссен, Голландию и Северное море? Очевидно, различное по высоте положение начала и конца реки. Что же заставляет проходить в цепи электрический ток? Как это представить себе? По-видимому, один из полюсов гальванической батареи представляет собой как бы более высокий уровень электрических зарядов, нежели их уровень у другого полюса. И поэтому электрический ток протекает в цепи, как речная вода, от высоких мест к более низким», так, возможно, рассуждал Ом.

Он знал, что силу водяного потока легко измерить. Для этого нужно узнать количество воды, которое протекает в секунду через поперечное сечение потока.

«А как определить поток электричества?» — думал Ом.

И он снова сравнивал электрический ток с водяным потоком, пользуясь законами старинной науки, гидравлики, науки о законах движения жидкостей.

Очевидно, узнать количество электричества, которое протекает в единицу времени, то есть в одну секунду, через сечение проводника, это и значит определить силу электрического тока.

Как увеличить силу электрического тока? Для этого, по-видимому, нужно пропустить через то же сечение в то же время — в секунду — большее количество электричества.

Если бы русло Рейна было круче, то его воды неслись бы гораздо быстрее. То же, должно быть, происходит и в гальванической цепи. Разность электрических уровней на полюсах батареи — это тот напор, который является причиной движения электрического тока, и от величины этого напора зависит сила электрического тока. Назовем эту разность высот электрических уровней, или этот напор, электродвижущей силой батареи.

В результате ряда рассуждений Ом установил три понятия: 1) силу тока — количество электричества, протекающее через сечение проводника в одну секунду, 2) электродвижущую силу — напор, под которым течет электричество, и 3) сопротивление — противодействие прохождению тока в зависимости от вещества, длины, площади поперечного сечения и физического состояния вещества проводника.

Ом жил в это время в Берлине, занимая должность преподавателя математики Берлинского политехнического института[18]. Он успел основательно ознакомиться с трудами известного физика Фурье, который установил законы теплопроводности и заметил большое сходство явлений теплопроводности и электропроводности. Это ускорило открытие Омом основного закона, названного его именем.

Свои опыты Ом проводил в лаборатории института. Опыты давались не легко. Дело в том, что сила тока гальванической батареи по непонятной Ому причине не оставалась постоянной. Поэтому он с радостью принял предложение физика Поггендорфа использовать для опытов незадолго до того открытый новый источник электричества — термоэлемент. Этот источник давал ток постоянной силы. Термоэлемент имел очень простое устройство, основанное на открытии Зеебека. Между двумя медными проволоками был впаян стержень из висмута. Чтобы получить наибольшую электровозбуждающую силу термоэлемента, Ом опускал в лед один из спаев, а другой держал в кипящей воде.

Для измерения силы тока Ом пользовался мультипликатором. Этот простой и важный прибор изобрел физик Иоганн Швейгер, земляк и друг Ома. Мультипликатор представлял собою магнитную стрелку, расположенную внутри нескольких витков проволоки. Ом наблюдал величину отклонения стрелки мультипликатора, включенного в гальваническую цепь.

Опыты наглядно показали, что стрелка мультипликатора всегда отклоняется сильнее, если короче и толще проводник, замыкающий цепь. Стрелка мультипликатора отклоняется слабее, когда этот проводник длиннее и тоньше. Медная проволока в пять раз большей длины при одном и том же сечении дает в пять раз меньшее отклонение стрелки мультипликатора. Если же, например, вставить медную проволоку с площадью сечения, в десять раз большей, но той же длины, тогда ток возрастет в десять раз. Одинаковые по размерам проволоки различных веществ (из меди, железа и др.) давали различное отклонение стрелки мультипликатора.

В 1827 году было издано исследование под названием «Гальваническая цепь, математически разработанная Г. С. Омом»[19]. В нем был изложен найденный Омом закон:

«Во всякой неразветвленной замкнутой электрической цепи сила тока пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи».

Как это ни странно, в продолжение многих лет о работах Ома не знали ни во Франции, ни в Англии, а когда узнали, отнеслись с недоверием.

Французский физик Клод Пулье и в особенности великий физик Густав Кирхгоф немало сделали для утверждения и распространения открытия Ома. Сам Кирхгоф тоже внес в науку об электричестве неоценимый вклад.

[18] На самом деле в это время Ом работал учителем физики и математики в иезуитской коллегии Кёльна. В Берлин он прибывает, испросив себе годичное освобождение от учебных для занятий научными исследованиями в 1826 году, где и задержался, устроившись на работу в Военной школе Берлина с символической нагрузкой — 3 часа в неделю. В 1833 году ему предложили место профессора физики во вновь организованной политехнической школе Нюрнберга, ректором которой он стал в 1839 году. — прим. Гриня

[19] G. S. Ohm. Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet. (1827) — «Г. С. Ом. Гальваническая цепь, математически обработанная», более подходящий по смыслу перевод, но сейчас часто используют — «Теоретическое исследование электрических цепей». — прим. Гриня