Открытие электрической дуги и ее практическое использование
Наибольший интерес из всех работ В. В. Петрова представляет открытие им в 1802 г. явления электрической дуги между двумя угольными электродами, соединенными с полюсами созданного им источника высокого напряжения. Создание источника высокого напряжения явилось необходимым условием для получения устойчивой электрической дуги при небольших токах. Опыты В. В. Петрова указывали на возможность применения электричества для целей освещения, плавки металлов и восстановления металлов из их оксидов.
Широкая практическая реализация этих прогрессивных идей В. В. Петрова началась лишь спустя 75-80 лет. Но ни изобретатель первой широко распространенной дуговой электрической лампы («электрические свечи») П. Н. Яблочков, ни изобретатели электросварки и электроплавки металлов Н. Н. Бернардос и Н. Г. Славянов ничего не знали о трудах В. В. Петрова, имя и труды которого, как уже упоминалось, в течение полувека после его смерти умышленно замалчивались реакционным руководством Министерства просвещения и Российской академии наук. Открытие электрической дуги приписывалось X. Дэви, и она была известна под названием «вольтова дуга», хотя А. Вольта к ее открытию не имел никакого отношения.
До В. В. Петрова никто так четко не указывал на возможность практического применения электричества. Таким образом, В. В. Петров является одним из основоположников электротехники.
До В. В. Петрова физики не могли наблюдать явления дуги, так как они использовали 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) удалось получить электрическую дугу только в 1808 г., когда им была построена большая гальваническая батарея, состоявшая из 2000 элементов. Подробное описание явления электрической дуги X. 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. 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, В. В. Петров исследовал влияние материала и формы электродов на протекающие процессы. Он применял самые разнообразные электроды: железные, серебряные, медные, оловянные, золотые, древесно-угольные, графитовые, марганцевые и др. В. В. Петровым была правильно определена степень электропроводности некоторых веществ (древесного угля, льда, серы, фосфора, растительных масел) и выявлены их физико-химические свойства.
В. В. Петров впервые применил параллельное соединение электродов для демонстрации явления электролиза в нескольких трубках с водой, происходящего одновременно при пропускании электрического тока через жидкости (рис. 2.6).
Работа В. В. Петрова с источником тока высокого напряжения не могла не привести его к выводу о важном значении изоляции проводов; им было предложено изготовлять электрические проводники, покрытые сургучом или воском. Разработанный В. В. Петровым принцип изоляции проволочных проводников, заключающийся в покрытии их поверхности изолирующим слоем, нашел дальнейшее развитие в производстве кабельных изделий. Ученый пришел к правильному выводу о высоких электроизоляционных свойствах жирных (растительных) масел.
В. В. Петров явился одним из первых физиков, высказавших правильный взгляд на общность и различие в проявлениях статического и гальванического электричества. Он сделал попытку выяснить сущность электрических явлений, установить причины образования электричества, однако при состоянии науки того времени такую задачу решить было невозможно. Заслуживает внимания мысль В. В. Петрова о том, что электрические явления обусловлены определенными физико-химическими процессами.
Труды В. В. Петрова были хорошо известны его современникам и изучались русскими физиками первой трети XIX в. Широкое распространение трудов В. В. Петрова в России оказало большое влияние на развитие науки об электричестве, на расширение его практического применения.
В 1807 г. X. Дэви впервые получил электролитическим путем щелочные элементы - калий и натрий, ранее неизвестные в чистом виде; в 1808 г. им были также получены магний, бор, барий, стронций и кальций. Эти открытия демонстрировали 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), опытным путем удалось установить, что земля и вода являются проводниками тока. Этим открытием была показана возможность применения земли и воды в качестве обратного (второго) провода в устройствах для передачи электрического тока от генератора к приемникам [5].
В 1807 г. профессор Московского университета Федор Федорович Рейс (1778-1852) обнаружил явление, впоследствии названное электроосмосом. В выводах из своих опытов Ф. Ф. Рейс указывает, что под действием электричества жидкость может переноситься сквозь пористые тела. Явление электроосмоса в современной технике получило практическое применение, в част-ности 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. Становилось понятным, что химические реакции в гальванических элементах являются первичными, а возникновение тока есть их следствие, т. е. явление вторичное. Контактная теория А. Вольта становилась малоубедительной, и ей все чаще стали противопоставлять химическую теорию гальванизма, согласно которой возникновение электричества определяется химическими процессами. Эта теория впервые наиболее четко была разработана петербургским академиком Георгом Парротом (1767-1852), считавшим, что явления в вольтовом столбе и других гальванических элементах происходят исключительно за счет окисления металлов, т. е. за счет изменения 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 энергии.
Многочисленные опыты по электролизу различных жидкостей вскоре привели к необходимости объяснения механизма электролиза, вызвали потребность в теоретических обоснованиях происходящих явлений. Теории электролиза были предложены рядом ученых, но наиболее приближенной к современным воззрениям на процессы электролиза явилась теория электролиза литовского профессора Теодора Гротгуса (1785-1822), которая была, по существу, первой ионной теорией электролитических явлений. Т. Гротгус в 1805 г. опубликовал «Мемуар о разложении при помощи гальванического электричества воды, а также растворенных в ней тел» [5, 8].
Теория Т. 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».
