Первые успехи гальванизма

Триумфальное шествие вольтова столба началось ещё до того, как появилось о нём печатное сообщение. Бенкс, получив письмо Вольта, показал его своему другу Карлейлю (1768-1840). Карлейль совместно с Никольсоном построили столб из 17 элементов и осуществили разложение воды током. Опыт с разложением воды был повторен и усовершенствован Дэви в Англии, Риттером в Германии и Петровым в России. Дэви, собирая отдельно газы, выделявшиеся при разложении, сконструировал первый вольтаметр.

Рис. 188. Вольтаметр Дэви

В трубки А и В (рис. 188), запаянные сверху, были введены золотые проволочки, соединявшиеся с полюсами сооруженной им большой батареи^*, трубки погружались открытыми концами в сосуд с водой. Дэви удалось доказать, что водорода выделяется вдвое больший объём, чем кислорода.

^* (Отголоском первых опытов Гальвани был у Дэви способ соединения проволочек с полюсами посредством свежих мышечных волокон.)

Риттер (1776-1810) осуществил электролиз не только воды, но и других жидкостей, в частности выделял медь из раствора медного купороса. Разложением солей занимался Крюикшенен, который показал, что металлы собираются на катоде, кислоты на аноде. В 1802 г. преподаватель музыки в Париже Готро заметил резкое вкусовое ощущение от золотых листочков, погруженных в воду и присоединённых к полюсам вольтова столба после того, как ток был пропущен через воду и листочки отсоединялись от полюсов. Опыт Готро повторил Риттер, показавший, что полярность листочков переменилась, т. е. что вкус от листочка, соединённого с положительным полюсом батареи, будет щелочным, а не кислым. Риттер получил далее вторичный вольтов столб из сорока медных кружков, разделенных влажными кружками, который заряжался от батареи, состоящей из 100 элементов. Вольта объяснил действие этих вторичных источников, показав, что разность потенциалов обусловлена разложением воды и выделением на катоде водорода и на аноде кислорода. Этим объяснением вопрос был исчерпан, и вторичные элементы, или аккумуляторы, открытые вскоре после вольтова столба, были забыты.

Дэви

Наиболее существенные и интересные результаты были получены знаменитым английским химиком Дэви. Гемфри Дэви (Humphry Davy) родился 17 декабря 1778 г. в семье резчика по дереву. После смерти отца он поступил в ученики к врачу и по обязанности должен был помогать ему в приготовлении лекарств. В этом занятии и обнаружились его химические способности. Он с увлечением отдался химическим экспериментам, изготовлял краски, производил далеко не безопасные опыты со взрывчатыми веществами.

Химические дарования Дэви, замеченные его друзьями, дали ему возможность поступить к доктору Бедо (Bedoes), открывшему Пневматический институт. Здесь Дэви приобрёл большую популярность в связи с открытыми им свойствами закиси азота ("веселящий газ"). Поэтому, когда в 1801 г. Румфорд организовал так называемый Королевский институт в Лондоне с целью развития естественных наук, то ему рекомендовали в качестве профессора химии Дэви. В институте Дэви прославился как блестящий лектор. Его лекции слушал молодой переплётчик Михаил Фарадей, что, как известно, решило судьбу будущего великого учёного. Занятия Дэви гадьванизмом привели его к важным открытиям в электрохимии, изложенным в двух знаменитых Бекеровских лекциях в 1806 и 1807 гг.

В первой лекции Дэви разбивает господствовавшее тогда воззрение, что при электролизе чистой воды на одном полюсе получается кислота, на другом - основание. Он показывает, что кислоты и основания являются продуктами вторичных реакций. Дэви развивает здесь теорию движения ионов и электрическую теорию химического сродства.

Во второй лекции излагаются опыты Дэви по электролизу едкого калия и натрия, приведшие его к открытию щелочных металлов калия и натрия. Эти знаменитые открытия Дэви создали ему славу величайшего химика Европы. Дэви получает в 1812 г. титул баронета, женится на богатой вдове, отказывается от службы в институте, чтобы перейти на "независимый" образ жизни, т. е. сделаться рабом света и поставить себя в зависимость от причуд своей жены. В 1813-1815 гг. Дэви с женой в сопровождении Фарадея путешествует по Европе. По возвращении из Европы по заказу рудничных компаний изобретает безопасную лампу для углекопов, и это изобретение умножило славу Дэви.

Рис. 189. Титул книги Петрова

Однако творческие силы Дэви были уже истощены, а светский образ жизни всё более и более удалял его от науки. Здоровье Дэви также серьёзно ухудшилось; он предпринял поездку на юг Европы и во время путешествия 28 мая 1829 г. скончался.

Уже Никольсон показал со столбом, составленным из 100 монет, возможность получения электрической искры, которую ему удалось наблюдать в темноте. Искры наблюдали Крюикшенен, Симон, Риттер, Дэви, Фуркруа и другие. Симон, Пфафф и Марум обнаружили нагревание проволок током. Дэви расплавил током железную проволоку. Эти сильные действия Дэви получил с построенной им батареей из 2000 элементов. Эта же батарея дала ему возможность получить вольтову дугу и, по сравнению с этим эффектом, как пишет Розенбергер в истории физики, померкли "все эти световые и тепловые действия тока". Но Розенбергер не знал, что уже за несколько лет до Дэви такие опыты были осуществлены в Петербурге профессором медико-хирургической академии, а впоследствии академиком Василием Владимировичем Петровым.

Академик В. В. Петров родился 8 июля 1761 г. в семье священника в г. Обояни, Курской губ. Учился он сначала в Харькове, а затем в Петербурге в Учительской гимназии. После трёхлетнего пребывания в гимназии Петрова направляют в 1788 г. в Барнаул в Колывано-Воскресенскую школу учителем математики и физики. Таким образом, педагогическая деятельность Петрова началась в тех местах, где за четверть века до него разрабатывал свою замечательную идею И. И. Ползунов.

В 1791 г. Петров возвращается в Петербург и работает преподавателем физики сначала в Инженерном кадетском училище, затем во Врачебном училище. В 1795 г. училище было преобразовано в Медико-хирургическую академию, и В. В. Петров после пробной лекции был зачислен экстраординарным профессором. С этого времени началась напряжённая научная, педагогическая и научно-организационная работа Петрова. Уже в первых работах Петров выступает как передовой учёный эпохи, осведомлённый об актуальных научных проблемах современности. В вышедшей в 1801 г. книге "Собрание физико-химических новых опытов и наблюдений" Петров рассматривает проблему горения, и многочисленными опытами защищает теорию Лавуазье, придя в результате к выводу, что "где находится кислотворный газ, или по крайней мере основание его - кислотворное вещество, соединённое с твёрдыми, жидкими или воздухообразными телами, там только и может происходить горение, при помощи такой температуры, которая способна для произведения новых простых или сложных сродств (affinitates), какие могут быть между составными тел частями" (стр. 151).

При этом опыты Петрова по горению в вакууме дали ему возможность подтвердить и закон сохранения масс."... С довольной основательностью предварительно можно заключить, что по сгорении многосложных тел в безвоздушном месте остаток и произведения их должны быть точно такого же веса, каковой имели бы оные тела до опыта: ибо где нет причины, там и действие или произведение быть не может" (стр. 152).

В этой первой работе Петрова, начатой им ещё в 1797 г., когда Петров получил выписанные им в 1795 г. из Лондона на сумму 6000 руб. "преизрядные" приборы, можно отчётливо почувствовать идейную связь Петрова с Ломоносовым. Она уже чувствуется в заглавии работы ("Физико-химические опыты"), в отправлении от Бойля, в антифлогистической направленности, в законе сохранения масс.

Ломоносов предшествовал Лавуазье, Петров шёл по свежим следам гениального химика и был первым русским учёным, воспринявшим, развившим и пропагандировавшим идеи Лавуазье. На примере Петрова, так же как и раньше на примере Ломоносова, можно видеть несправедливость ходячей концепции о "самобытном" провинциализме передовых деятелей русской науки. Как мы видим, Петров отправляется не только от передовых научных идей своего времени, но и борется за создание высокого научного уровня экспериментальных исследований.

Он неустанно заботится о расширении физического кабинета, и вполне понятно, что он требует приобретения вольтовской батареи "поелику опыты над гальванизмом ныне сделались весьма достопримечательными". Не удовольствовавшись приобретенной в 1802 г. небольшой батареей, Петров строит новую "огромную наипаче батарею", составленную из 4200 медных и цинковых кружков. Это была, без сомнения, самая мощная батарея того времени: кружки диаметром 1 ¹/₂ дюйма были расположены в специальном ящике в четырёх горизонтальных рядах по 3,1 м каждый. Петров подробно описывает технику изготовления, монтажа и ухода за батареей. Это описание, равно как и описание произведённых с его батареей опытов, составляет содержание второй работы Петрова "Известие о Гальвани-Вольтовых опытах".

В седьмой главе этой книги мы находим изложение его замечательного открытия: "Есть ли на стеклянную плитку или на скамеечку со стеклянными ножками будут положены два или три древесных угля, способные для произведения светоносных явлений посредством Гальвани-Вольтовской жидкости, и есть ли потом металлическими, изолированными направителями (directores), сообщёнными с обоими полюсами огромной батареи, приближать оные один к другому на расстояние от одной до трёх линий, 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 освещен быть может".

В этой же главе Петров описывает опыты электрической плавки металлов, сжигания различных веществ и, таким образом, опережает аналогичные опыты Дэви, описанные последним в книге "Элементы философии химии", вышедшей в 1812 г. В своих исследованиях "Гальвани-Вольтовской жидкости" Петров выступает как пионер электротехники, и не только русской, но и мировой. Он доказал это не только своим выдающимся открытием, но и решением новой и трудной технической задачи изготовления мощного источника тока.

В 1804 г. Петров опубликовывает "Новые електрические опыты", посвященные электризации трением металлов и других проводников. О значении этих опытов Петрова мы говорили выше, в IX главе. В соответствии с общепринятым мнением Петров различает "электрическую" и "Гальвани-Вольтовскую" жидкости, но интересно, что, говоря о фактах, позволяющих провести сравнение свойств этих агентов, он указывает, что они, эти факты, "доселе ещё показывают большее или меньшее различие между Гальвани-Вольтовской и электрической жидкости", т. е. он считает это различие временным.

Интересно отметить своеобразный параллелизм в исследованиях Дэви и Петрова. В "Новых електрических опытах" Петров описывает опыты плавления льда трением при температуре 15°. Аналогичные опыты были произведены Дэви в 1799 г. Петров в работе 1812 г. показывает справедливость мнения Дэви о сложности едких кали и натрия, а в том же году ученик Петрова Гамель, окончивший Медико-хирургическую академию в 1811 г., докладывает конференции, что он повторил опыты Дэви по разложению окислов щелочных металлов, равно как и опыты Гей-Люссака и Тенара, получивших калий и натрий неэлектрическим способом. Но если Петров был в курсе исследований Дэви, равно как и последующих исследований, то Дэви и другие европейские учёные не могли знать о работах Петрова, писавшего на русском языке.

Важно отметить, что Петров писал на русском языке сознательно. Он свободно владел древними и важнейшими новыми языками: немецким, французским, английским. Однако он считал необходимым познакомить прежде всего русского читателя с новыми опытами, и притом не только столичного читателя, но и провинциального.

"Поелику же, сколько мне известно, доселе никто ещё на Российском языке не издал в свет и краткого сочинения о явлениях, происходящих от Гальвани-Вольтовской жидкости, то я долгом моим поставил описать по-российски и расположить в надлежащем порядке деланные самим мною важнейшие и любопытнейшие опыты посредством Гальвани-Вольтовской баттереи. Но прежде, нежели я приступлю к описанию самых опытов, за нужное почитаю предположить оным сперва изъяснение приготовления и употребления Гальвани-Вольтовских баттерей, а после и самые средства чистить составные их металлические части, с некоторыми примечаниями наипаче для пользы тех читателей, которые живут в отдалённых от обеих столиц местах и которые не имели случая приобрести нужного понятия о сих предметах".

Таким образом, Петров, продолжая великие традиции Ломоносова, выдвигает на первый план интересы просвещения широких слоев русского народа, откуда могут "произойти многочисленные Ломоносовы".

Может быть этим объясняется и то противодействие, которое встретил Петров в Академии наук со стороны немецких учёных, в первую очередь непременного секретаря Фусса и академика по физике Л. Ю. Крафта. Деятельность Петрова в Академии наук, в которой ему пришлось вести напряжённую и самоотверженную работу по реорганизации физического кабинета, поразительно напоминает борьбу Ломоносова. Все начинания Петрова упирались в глухую стену недоверия и скрытого противодействия руководства Академии и Министерства просвещения. Совсем иное отношение встретил сменивший Петрова на должности зав. физическим кабинетом Академии наук академик Паррот. Больной, отставленный как от педагогической работы, так и работы в Академии, измученный физически и нравственно, Петров умер 22 июля 1834 г.

Открытиями Петрова и Дэви завершается первый круг развития гальванизма. Были открыты химические и тепловые действия тока и начаты исследования условий работы источников. Дэви, Вольта и Риттер открыли поляризацию элементов, причём Дэви показал, что причиной "утомления" элементов является выделение водорода, а Риттер и Вольта, как мы видели, открыли вторичные газовые элементы.

Было обнаружено (Риттер, Эрман), что химические действия зависят от расстояния между электродами, от свойств электролитической жидкости. Симон, Пфафф, Штернберг, Риттер и другие показали, что увеличение площади пластин батареи увеличивает силу искры и тепловые действия. Шаг за шагом подготовляется будущее открытие Ома. Однако в понимании сущности открытого явления было ещё много неясного. Открытие электрохимии вызвало спор о природе химических и электрических сил. Дэви и Берцелиус считали, что химические силы имеют электрическую природу. Наоборот, Фабброни, Волластон и Барро выдвинули химическую теорию происхождения электрических контактных сил. В этом споре, в котором принял впоследствии участие и Фарадей, возникло много важных открытий и в частности зародилась будущая электрическая теория материи. Но здесь нам придётся прервать изложение развития учения об электричестве и обратиться к рассмотрению развития физики и химии газов.