§4. Первые источники электрического тока

От исправления ошибки Гальвани до создания первых источников электрического тока Вольтá оставалось сделать только один шаг. И он сделал его.

Вольтá А. ( 1745-1827 )

Вольтá Алессандро - итальянский физик, химик и физиолог. Изобрел источник электрического тока. Открыл явление контактного электричества. Построил электроскоп, конденсатор, электрометр. Научные исследования в области электричества.

Алессандро Вольтá родился в г. Комо. Учился в школе ордена иезуитов, но еще в ранние годы увлекся естественными науками. В 1774 - 79 гг. преподавал физику в гимна-

зии в Комо, с 1779 - профессор Павийского университе­та, в 1815 - 19 гг. - директор фило-

софского фа­культета в университете г. Падуя.

Заинтересовавшись опытами Л. Гальвани с «животным» электричеством, в 1792 г.

начал их повторять и вскоре пришел к выводу, что причиной появления кратко­временного электрического тока в мышцах лягушек является не свойственное им «жи­вотное» электри

чество, как считал Гальвани, а наличие цепи из двух разнородных металлов.

В 1795 г. открыл явление, суть которого состояла в том, что при контакте разнород

ных металлов от одного металла к другому начинает протекать ток. Пользуясь современ-

ной терминологией, можно сказать иначе: между разнородными металлами возникает т.н. контактная разность потенциалов или, иначе, контактная ЭДС.

После длительных экспериментов, для усиле­ния эффектов, возникающих при соеди

нении нескольких разнородных проводников, скон­струировал в конце 1799 первый источ-

ник длительного гальванического (электрическо­го) тока - вольтов столб.

Первый вольтов столб состоял из 20 пар медных и цинковых кружочков, разделен

ных суконными кружоч­ками, смоченными соленой водой.

Построил смоляной электрофор (1775), чувствительный электроскоп с соломинка-

ми (1781), конденсатор (1783), электро­метр и другие приборы, описал проект теле­графа.

Создание Вольта первых источников постоянного тока навсегда вписало его имя в

мировую историю, т.к. открыло широкую дорогу для проведения дальнейших исследова-

ний в области электротехники.

В его честь названа одна из самых распостранённых единиц электротехники – еди-

ница напряжения ( ЭДС ) – вольт.

В последующие годы эти исследования привели к открытию фундаментальных за-

конов электротехники, а именно – законов Ома, Кирхгофа, Эрстеда, Лоренца и др.

§5. Электрический ток способен создать магнитное поле

Длительное время, по крайней мере, до описываемых ниже событий, два явления природы – электричество и магнетизм, существовали по отдельности друг от друга.

И лишь чрезмерная наблюдательность одного из студентов привела к открытию, перевернувшему мир. Случилось это на лекции датского профессора Ханса Христиана Эрстеда.

Эрстед Х.Х. (1777-1851 )

Эрстед Ханс Христиан - датский физик. Работы посвящены электричеству, акус-

тике, молекулярной физике. Обнаружил ( 1820 ) действие электрического тока на магнит-

ную стрелку, что привело к возникновению новой области физики – электромагнетизма. Высказал ( 1821 ) мысль, что свет представляет собой электромагнитные колебания. По-

строил первый термоэлемент ( 1822-1823 ).

Эрстед Х.Х. родился в г. Рудкёбинге (о. Лангелани). В 20 лет окончил университет в столице Дании - Ко­пенгагене. С 1806 г. - профессор этого университет, с 1829 г. одно-

временно директор политехнической школы в Копенгагене.

В 1820 году на практических занятиях у Эрстеда один из любопытных студентов заметил, что при пропускании ученым электрического тока через проводник рядом распо-

ложенная магнитная стрелка начинала поворачиваться ( рис. 3.4 ).

Рис. 3.4. Действие электрического тока на магнитную стрелку

Когда Эрстед поменял направление тока в проводнике, стрелка повернулась на 180º. Тогда Эрстед сделал вывод: ток в проводнике способен создать вокруг себя магнит-

ное поле.

Кроме того, он обратил внимание на то, что магнитная стрелка всегда располага-

лась по касательной к окружностям, опоясывающим проводник с током ( на рис. 3.4 ось стрелки перпендикулярна оси проводника ).

И Эрстед сделал единственно правильный вывод: вокруг проводника с током воз-

никает магнитное поле.

Несколько позднее было введено понятие «магнитные силовые линии». Для провод

ника с током эти линии представляли собой концентрические окружности со стрелкой, на-

правление которой определялось по правилу буравчика.

Позднее Фарадей открыл противоположное явление: когда он перемещал провод-

ник в магнитном поле, в проводнике появлялась электродвижущая сила и протекал ток.

Тогда Фарадей сделал вывод: магнитное поле способно создавать ток в проводни-

ке.

Сейчас это явление, открытое Фарадеем, называется явлением электромагнитной индукции.

Таким образом, Эрстед и Фарадей сделали два противоположных по смыслу откры-

тия: Эрстед открыл, что электрический ток способен создавать магнитное поле, а Фарадей

- магнитное поле, при движении проводника в нём, способно создавать ЭДС в проводнике и ток в нем ( если проводник замкнут на электрическую цепь ).

Явления, обнаруженные Эрстедом и Фарадеем, лежат в основе принципа действия двигателей, генераторов, трансформаторов и многих других электротехнических уст-

ройств

Направления научной деятельности Эрстеда были весьма разносторонними.

Для научного творчества Эрстеда была характерна идея взаимосвязи между различ-

ными явлениями природы.

В частности, в 1821 г. он один из первых высказал мысль, что свет представляет со-

бой электромагнитные явления.

В 1822 - 23 гг. термоэлектрический эффект и построил первый термоэлемент. Суть эффекта состояла в том, что при нагреве места спая двух разнородных металлов возникает т.н. термоЭДС, значение которой зависит от свойств самих металлов и температуры нагре

ва спая.

В настоящее время термоэлементы используются для получения электроэнергии в

отдалённых местах ( на высокогорных метеостанциях, пастбищах ) и для разного рода из-

мерений.

Например, на судах для измерения температуры выпускных газов дизелей исполь-

зуется т.н. ТДК ( термодизельный комплект ), в состав которого входят термоэлементы

( по числу цилиндров ) и измерительное устройство – вольтметр постоянного тока, шкала которого проградуирована в градусах Цельсия.

Эрстед экспери­ментально изучал сжимаемость и упругость жидкостей и газов.

В 1822 г. изобрел пирометр – оптический прибор для бесконтактного измерения температуры непрозрачных тел по их излучению в оптическом диапазоне спектра.

В настоящее время пирометры используются, например, для определения темпера-

туры расплавленной стали в доменных печах.

Эрстед проводил исследования по акустике, в частности пытался обнаружить воз-

никновение электрических явлений за счет звука.

Позднее было открыто явление магнитострикции – изменения геометрических раз-

меров ферромагнетиков под воздействием внешнего электромагнитного поля. Именно это явление вызывает гудение сердечников трансформаторов при их работе – пластины, из

которых набираются сердечники, изменяют свои размеры и при этом трутся друг о друге.

Это явление полезно используется в эхолотах – приборах для измерения глубины под килем судна.

Эрстед был блестящим лектором и популяриза­тором, организовал в 1824 г. Обще-

ство по рас­пространению естествознания. Создал пер­вую в Дании физическую лаборато-

рию, способствовал улучшению преподавания фи­зики в учебных заведениях страны.

Почетный член многих академий наук, в частности Петербургской Академии наук (1830).