Очерки по истории электротехники
Главная   >>   Очерки по истории электротехники

Очерки по истории электротехники

3.4. Открытие электрической дуги. Электрохимические исследования

Наибольший интерес из всех работ Петрова представляет от­крытие им в 1802 г. явления электрической дуги между двумя угольными электродами, соединенными с полюсами «огромной» батареи. Создание Петровым источника высокого напряжения явилось необходимым условием для получения устойчивой элект­рической дуги при небольших токах. Указывая на возможность широкого практического применения электрической дуги, Петров писал, что пламенем дуги «темный покой довольно ясно освещен быть может», что в пламени дуги различные «металлы иногда мгновенно расплавляются, сгорают..., что «посредством огня» ду­ги он превращал окислы различных металлов в «металлический вид». Следовательно, опыты Петрова давали прямое указание на возможность применения электричества для целей освещения, плавки металлов и восстановления металлов из их окислов.

Широкая практическая реализация этих прогрессивных идей Петрова началась лишь спустя 75—80 лет. Но ни изобретатель первой широко распространенной дуговой электрической лампы ("электрической свечи") П. Н. Яблочков, ни изобретатели элехтросварки и электроплавки металлов Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов ничего не знали о трудах В. В. Петрова, имя которого — как уже отмечалось, многие годы умышленно замалчивалось. А открытие электрической дуги приписывалось X. Дэви и она была известна под названием «вольтовой дуги», хотя Вольта к её открытию не имел никакого отношения.

До В. В. Петрова никто так ясно и четко не указывал на возможность практического применения электричества. Поэтому В. В. Пет­ров является одним из основоположников электротехники. Предшественники Петрова не могли наблюдать явления душ, так как они употребляли небольшие гальванические батареи, состоявшие большей частью из 100—200 элементов. ЭДС таких батарей были недостаточны для получения устойчивой дуги при огромных внутренних сопротивлениях батарей того времени. Известному английскому ученому Хэмфри Дэви (1778—1829 гг.) удалось получить электрическую дугу только в 1808 г., когда им была построена большая гальваническая батарея, состоявшая из 2000 элементов.

Подробное описание явления электрической дуги Дэви дал в 1812 г., при этом он сам ни в какой степени не претендовал на первенство в открытии этого явления.

В. В. Петровым было положено начало всестороннему исследо­ванию явлений электрического разряда в вакууме (рис. 3.6). Он установил зависимость этих явлений от материала, формы и по­лярности электродов, расстояния между ними и степени вакуума. Позднее эти выводы получили подтверждение и развитие в трудах других ученых, в частности М. Фарадея.

Пропуская электрический ток через разные жидкости и тела, Петров внимательно исследовал влияние материала и формы электродов на протекающие процессы; он применял самые разно­образные электроды: железные, серебряные, медные, оловянные, золотые, древесноугольные, графитовые, марганцевые и др. Петровым была правильно определена степень электропроводности некоторых веществ (древесного угля, льда, серы, фосфора, расти­тельных масел) и выявлены их физико-химические свойства.

Петров впервые применил параллельное соединение электро­дов для демонстрации явления электролиза в нескольких трубках с водой, происходящего одновременно при пропускании электри­ческого тока через жидкости (рис. 3.7).

Работа Петрова с источником тока высокого напряжения неизбежно привела его к выводу о важном значении изоляции проводов. Им было предложено изготовлять электрические проводники покрытые сургучом или воском. Разработанный Петровым принцип изоляции проволочных проводников, заключающийся в покрытии их поверхности изолирующим слоем, нашел дальнейшее развитие в производстве кабельных изделий. Петров пришел правильному выводу о высоких электроизоляционных свойствам жирных (растительных) масел.

Петров явился одним из первых физиков, высказавших правильный взгляд об общности и различии в проявлениях статического и гальванического электричества. Он сделал попытку выявить сущность электрических явлений, установить причину образования электричества, однако при современном ему уровне знаний такую задачу решить было невозможно. Заслуживает внимание мысль Петрова о том, что электрические явления обусловлены определенными физико-химическими процессами.

В своем труде В. В. Петров пытается решить вопрос о скорости направлении движения электрического тока.

Отдельная глава книги посвящена действию тока «на тела живых особливо животных» и даются рекомендации для врачей. Использование гальванических батарей дает новый толчок развитию электромедицины (рис. 3.8).

Труды Петрова были хорошо известны его современникам и изучались русскими физиками первой трети XIX в., что не могло не оказать заметного влияния на развитие науки об электричестве, на расширение практических применений электричества. Среди учеников Петрова были талантливый физик и химик С. П. Власов, академик И. X. Гамель, профессор И. Е. Грузинов, С. В. Большой и др.

Первые электрохимические опыты, произведенные вскоре по­сле изобретения вольтова столба, вызвали значительный интерес к этим вопросам. Специальному исследованию электрохимиче­ских явлений были посвящены труды английского ученого X. Дэ­ви, имевшие важное значение для практики. Дэви доказал своими опытами несостоятельность мнений, господствовавших в то время среди ученых, что при электролизе воды на одном полюсе получается кислота, а на другом основание. Он показал, что кислоты и основания, получаемые при электролизе, являются продуктами последующих вторичных реакций. Повторив опыты разложения воды в разных условиях (стеклянные, агатовые и золотые сосуды; в воздухе и в атмосфере водорода), Дэви доказал, что пресная вода разлагается при электролизе только на кислород и водород, причем объем водорода, образующегося при этом, вдвое больше объема кислорода. Он установил, что химически чистая вода не поддается электролизу и что электрический ток только разлагает соединения, но не создает никаких новых соединений. Дэви одним из первых высказал правильные взгляды на то, что электрический ток, полученный от вольтова столба, возникает в результате химических процессов между металлами и электролитом.

В 1807 г. Дэви впервые получил электролитическим путем ще­лочные элементы калий и натрий, ранее не известные в чистом виде; в 1808 г. им были также получены магний, бор, барий, стронций и кальций. Эти открытия наглядно иллюстрировали практическую ценность электролиза и еще больше усилили инте­рес ученых к химическим действиям тока.

В 1802—1807 гг. ряду ученых, в том числе профессору Московского университета Петру Ивановичу Страхову (1756—1827 гг.), удалось установить опытным путем, что земля и вода являются проводниками тока (рис. 3.9). Этим открытием была создана воз­можность применения земли и воды в качестве обратного (второ­го) провода при осуществлении установок и устройств для передачи электрического тока от генератора к приемникам.

В 1807 г. профессор Московского университета Федор Федорович Рейс (1778—1852 гг.) обнаружил явление, получившее впоследствии название электроосмоса. Явление электроосмоса Рейс обнаружил при следующем опыте (рис. 3.10): в стеклянную U-образную трубку диаметром около 1 см и общей длиной 18 см была залита вода, а самый изгиб трубки заполнялся порошкообразным; нерастворимым веществом (тертым камнем или песком), так что между обоими коленами трубки получалась пористая перегородка. В калена трубки вводились платиновые электроды и погружались в воду. Посте присоединения этих электродов к полюсам вольтова столба около них начинали появляться пузырьки газов 9 результате разложения воды на кислород и водород. При этом во­да начинала сразу подниматься в колене, соединенном с отрицательнымполюсом столба, и опускаться в другом колене, проходя под действием тока сквозь пористую перегородку.

При отключении вольтова столба вода вновь устанавливалась на прежнем уровне. В своих выводах из этих опытов Рейс указывает, что под действием электричества жидкость может переноситься сквозь пористые тела. Явление электроосмоса в современной технике получило практическое применение, в

частности при осушке намывных плотин (электродренаж).

Широкое применение вольтовых столбов и других источников электрического тока не могло не усилить интереса к вопросу о том, в результате каких действий в них появляется электрический ток. Все яснее становилось, что химические явления в гальванических элементах являются первичными, а появление тока есть их следствие, т.е. явление вторичное. Контактная теория Вольта становилась малоубедительной, и ей все энергичнее стала противопоставляться химическая теория гальванизма, согласно которой возникновение электричества определяется химическими процессами. Эта теория впервые на­иболее четко была разработана петербургским академиком Георгом Парротом (1767—1852 гг.), считавшим, что явления в вольтовом столбе и других гальванических элементах происходят исключительно посредством окисления металлов, т.е. за счет измерения одного из веществ элемента. М. Фарадей также выступал против контактной теории электричества, указывая, что нет такого случая, даже при ударах электрического угря и ската, когда электричество получалось бы без затраты какого- либо другого вида энергий.

Многочисленные опыты по электролизу различных жидкостей вскоре привели к необходимости объяснения механизма электролиза, вызвали потребность в теоретических обоснованиях прощ ходящих явлений.

Теории электролиза были предложены рядом ученых: литовским профессором Гротгусом, шведским химиком Берцеллиусом и др. Наиболее приближающейся к современным воззрениям на процессы электролиза явилась теория электролиза Теодора Гротгуса (1785—1822 гг.), которая была по существу первой ионной теорией электролитических явлении Гротгус в 1805 г. опубликовал «Мемуар о разложении при помощи гальванического электричества воды, а также растворенных в ней тел». В этом сочинении он указывал, что в частицах воды кислород и водород вследствие трения или соприкосновения друг с другом заряжаются противоположными по знаку зарядами еще до замыкания цепи. Источник тока Гротгус рассматривал как электрический магнит, имеющий два полюса. При замыкании цепи отрицательный полюс притягивает положительно заряженный водород, а положительный полюс — кислород, имеющий отрицательный заряд.

Прохождение тока через воду, по мнению Гротгуса, сопровождается диссоциацией молекул и протекает следующим образом ближайшая к положительному полюсу частица отдает кислород, который притянется положительным электродом и выделится около него в виде газа; оставшийся водород этой частицы окислится за счет кислорода следующей частицы и вновь отдаст свой кислрод положительному электроду и т.д. Точно так же частицы водорода будут притягиваться отрицательным электродом и выделяться около него в виде газа.

Важными особенностями теории Гротгуса явилось, во-первых, указание на то, что частицы воды поляризуются еще до замыкания цепи, и, во-вторых, объяснение разложения нейтральной молекулы воды на положительные и отрицательные ионы.

Теория Гротгуса была передовой для своего времени, она продержалась в науке более 70 лет, уступив место теории электролитической диссоциации. Известные законы электролиза были сформулированы М. Фарадеем в 1833—1834 гг. Им же были предложены термины электрод, анод, катод.

 



ремонт стиральных машин на дому Самара, lg ardo.