Василий Владимирович Петров - явление электрической дуги1

Замечательный русский ученый Василий Владимирович Петров известен своими выдающимися трудами в области электротехники и широкой педагогической и просветительской деятельностью. Весьма важно напомнить о приоритете В.В. Петрова в открытии явления электрической дуги, а также об огромном значении его научных исследований, явившихся основой становления и развития многих направлений электротехники и других наук.

¹ По материалам статей: Товей Г.Л. Академик Василий Владимирович Петров (К 100-летию со дня смерти)//Электричество, 2004, №8. С.68-72; 1934, №15

Василий Владимирович Петров родился 8 июля 1761 г. в уездном городке Обояни Кур­ской губернии. Первоначальное образование он получил в Харьковском коллегиуме, откуда в 1785 г. перешел в Учительскую семинарию в С.-Петербурге. По окончании ее Петров в 1788 г. был учителем физики и математики в г. Барнауле и, наконец, в 1795 г. был приглашен преподавате­лем физики и математики во вновь преобразо­ванную Медико-хирургическую академию. Здра­вый смысл В.В. Петрова удержал его от увлече­ния различными химерическими системами, гос­подствовавшими в то время, и вместо того чтобы погрузиться в мечтательную философию, Петров решил проверить действительными опытами те явления, о которых ему приходилось читать или слышать, а также те мысли, которые зародились в его голове под влиянием ознакомления с новей­шими открытиями науки.

"Поелику опыты над гальванизмом сделались весьма достопримечательны в различных отно­шениях, а между всеми учебными пособиями, на­ходящимися при здешней Медико-хирургической академии, доселе еще нет вовсе никаких прибо­ров, относительных к сему предмету, - писал он в своем рапорте, - то нужно приобрести такой гальванический прибор, посредством которого можно было бы производить самые новые физи­ко-химические опыты, которыми многие евро­пейские физики теперь начинают заниматься гораздо с большим против прежнего рачением".

Благодаря настояниям и энергии Петрова фи­зический кабинет академии сделался одним из лучших, обогатившись купленной у Бутурлина коллекцией физических приборов, рядом новых приборов, заказанных по указанию Петрова, и приборами его собственного изобретения, между прочим, "огромной - наипаче баттареи, состояв­шей иногда из 4200 медных и цинковых круж­ков".

Это оборудование дало возможность Петрову заняться экспериментальным разрешением инте­ресовавших его вопросов и выпустить в 1801 г. свой первый печатный труд "Собрание физи­ко-химических новых опытов и наблюдений". Эта книга принесла ему звание ординарного про­фессора Медико-хирургической академии и зва­ние члена-корреспондента С.-Петербургской ака­демии наук.

В этой книге Петров ввел в русский язык упо­требление слова «температура» без перевода на русский язык: "поелику соединяемые с сим тер­мином понятия надлежало бы во многих случаях изъяснять посредством перифразиса или описа­ния, которого, вероятно, избегая, французские, немецкие и других просвещенных европейских наций физики оставляют также сие слово без вся­кого перевода на свои языки".

Большая часть этого "сочинения" Петрова в 563 страницах относится к спору флогистиков, т.е. сторонников гипотезы флогистона, и антифлогистиков, их противников, к числу которых принадлежал и Петров.

Решение этих вопросов опытным путем была задача, поставленная перед собой Петровым, к разрешению которой он получил возможность приступить после 1797 г., когда физический каби­нет академии обогатился значительным числом новых приборов.

Хотя Петров получил сгорание многослож­ных твердых тел "наипаче прозябаемого растите­льного и животного царств" даже в "торрицелиевом" или совершенном безвоздушном простран­стве и также в различных таких "гасах", от со­прикосновения с которыми горящие тела иногда мгновенно погасают, но эти результаты не поко­лебали его антифлогистических убеждений, и по­следующие опыты подтвердили, что простые тела, а такими антифлогистическими признавали чистые металлы, не могут превращаться "в из­весть или какие бы полукислоты, ни фосфор, ни горючая сера в кислоты своего рода, без соедине­ния с оными кислотворного вещества атмосфер­ного воздуха (кислорода), от которого также за­висит неоспоримо и прибыль веса, получающая­ся от горения всех тел в закрытых содержащих воздух сосудах".

Тщательным анализом опытов Бойля и дру­гих физиков над горением или сжиганием много­сложных твердых и некоторых жидких тел в без­воздушном пространстве, а также посредством собственных чрезвычайно тщательно произве­денных опытов Петров приходит к результату, что для горения таких сложных тел необходимо достаточное количество "кислотворного гаса" и наличие достаточно высокой температуры. При этом он пришел также к заключению, что горе­ние в безвоздушном пространстве происходит за счет кислорода, заключенного в телах, над кото­рыми производились опыты сжигания. В случае же его недостатка происходила сухая перегонка тел, подверженных действию тепловых лучей, со­средоточенных на теле посредством зажигатель­ных стекол или зеркал; размеры стекол доходили до 12 дюймов в диаметре и зеркала - до 18 дюй­мов.

Остальная часть книги заключает в себе ста­тьи: "о невоспламеняемости некоторых весьма горючих тел от калильного жара; о не горении простых тел и невозможности происхождения из них как кислот, так и металлических известий или несовершенных кислот в безвоздушном месте; о сожигании зажигательными стеклами и зер­калами различных многосложных горючих тел в таких гасах, в которых горящие тела мгновенно погасают; о фосфорах прозябаемого (раститель­ного) царства и об истинной причине свечения гнильных дерев; о фосфорах животного царства и о причине их свечения; о различных давно из­вестных, а наипаче о новых превосходнейших фосфорах из царства ископаемого и о непости­жимой причине их свечения; о свечении многих минералов, прозябаемых, может быть, всех и жи­вотных твердых тел, разгоряченных или нагре­тых только до надлежащей степени".

Петров приходит к заключению, что свечение плавиковых шпатов и, весьма вероятно, всех про­чих минеральных фосфоров не происходит от медленного сгорания флогистона, существование которого в фосфорических телах признавали Маккер, Шееле и др.; также не от соединения ка­ких-нибудь составных их частей с кислотворным веществом атмосферного воздуха, как это пред­полагалось по антифлогистической системе, но окончательного ответа, объясняющего причину свечения, Петров не находит, несмотря на всю тщательность исследования.

Насколько велика была его начитанность в вопросах физики, можно заключить из списка "авкторов", приведенного в первой части кни­ги - 104 имени, начиная с Иосифа, историка иудейского, Плиния и кончая Фуркруа, Лавуазье и Робертом Бойлием (Бойль).

Следующим трудом Петрова было «Известие о гальванивольтовских опытах, которые произ­водил профессор физики Василий Петров посред­ством огромной наипаче батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков и на­ходящейся при Санкт-Петербургской Медико-хи­рургической академии». Под таким довольно громоздким заглавием вышел в 1803 г. отчет об опытах, которые занимали Петрова с 1800 г. Это было первым сочинением на русском языке о яв­лениях гальванического тока или, как называл его Петров, о "Гальвани-Вольтовской жидко­сти".

Кроме описания самих опытов и явлений, на­блюденных во время их осуществления, книга со­держит весьма тщательное и подробное описание устройства батареи, правил обращения с ней и способов изготовления, "наипаче для пользы тех читателей, которые живут в отдаленных от обеих столиц местах и которые не имели случая приоб­рести нужного понятия о сих предметах".

При постройке столь грандиозной батареи Петровым впервые было применено горизонта­льное расположение столба, так как длина этой величайшей в мире вольтовой батареи достигла 40 футов. Даже будучи расположена в четыре па­раллельных ряда с последовательным соединени­ем концов батарея заняла ящик длиной в десять футов, т.е. свыше 3 м. При таком расположении батареи каждый столб имел по концам два ме­таллических кружка. Петров нашел, что один из них, крайний, является только кондуктором тока, и влияния на силу батареи не имеет. Поэтому кружки эти были им отброшены "без приметной перемены в действиях батареи" - обстоятельст­во, ускользнувшее от внимания современных Петрову заграничных исследователей.

Размер батареи изменялся Петровым в преде­лах от одной пары до 4200 кружков в зависимо­сти от обстоятельств и характера производимых опытов. Следующие более замечательные из них подробно описаны им в названной выше книге.

Разложение или, как он пишет, «разрешение» воды, алкоголя и выжатых масел определялось разницей полюсов батареи. Но до определения положительного и отрицательного полюсов Пет­ров не дошел, указав лишь, что газ всегда обра­зуется у полюса, присоединенного к концу с рас­положением: медь, цинк, бумага или, короче, у "медного" полюса.

Изменяя расположение кружков в части стол­ба на противоположное, Петров заметил, что ба­тарея перестала действовать, когда число круж­ков с противоположным направлением дошло до половины всего числа кружков, составляющих батарею: ток одного направления уравновесил ток обратного направления, или получились две батареи равной силы, но взаимно противополож­ного направления.

Вопрос об определении направления "движе­ния Гальвани-Вольтовской жидкости" также ин­тересовал Петрова, но определенного решения он, по-видимому, не получил, хотя влияние пере­мены полюсов было отмечено вполне отчетливо.

Производя опыты над действием тока на тела животных, Петров несколько раз пропускал че­рез себя ток батареи, состоявшей из 4000 слиш­ком металлических кружков, ощущая «подлинно неприятное чувствование или впечатление». Хотя это никаких вредных последствий для него и не имело, но повторять такого рода опыты с бата­реей такой мощности другим он не советует. Как экспериментатор он рассматривал себя как прибор, необходимый для его опытов. Чтобы повы­сить чувствительность, он прибегал к такой мере, как снятие бритвой тонкого слоя кожи с концов пальцев, заметив, что сухая толстая кожа являет­ся плохим проводником.

Наиболее интересными являются опыты рас­плавления и сжигания металлов и превращение металлических "оксидов" в металлы посредством "Гальвани-Вольтовской жидкости". Помещая ку­сочки угля, «способного для произведения свето­носных явлений посредством "Гальвани-Воль­товской жидкости", на стеклянную плитку или скамеечку со стеклянными ножками, он соединял их изолированными проводниками с полюсами «огромной» батареи на расстояние 2,5-7,5 мм. Сближая угольки друг с другом, Петров получал между ними «весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого темный покой довольно ясно освещен быть может», т.е. вольтову дугу, опере­див на семь лет Хемфри Дэви, которому приписы­вается открытие вольтовой дуги в 1809 г. Следует отметить, однако, что сам Дэви, описывая полу­ченное им явление, допускал возможность полу­чения дуги другими исследователями и до него.

Заменив один уголек конусом, припаянным к концу изолированной проволоки, Петров прила­гал к нему влажный тонкий листок олова, сереб­ра или золота. Приближая конец проволоки к угольку, лежащему на упомянутой стеклянной плитке, он вновь получил "яркое пламя, от кото­рого сии металлы иногда мгновенно расплавля­лись, сгорали с пламенем какого-нибудь цвета и превращались в оксид". Кроме того, Петров за­жигал различные тела огнем, полученным от "Гальвани-Вольтовской жидкости". Здесь он подчеркивает, что опыты получались скорее и удачнее при употреблении толстых изолирован­ных проводов, соединенных с обоими полюсами огромной батареи, отмечая таким образом и пре­имущество изоляции (явление, не отмеченное Фаулером, применявшим изолированные проводни­ки для опытов с лягушками и получившим кон­вульсии "такие же, как и при непокрытых прово­локах") и влияние размеров на проводимость, почувствовал, так сказать, закон Ома приблизи­тельно за тридцать лет до его окончательной формулировки самим Омом.

Наконец, он пробовал восстановить свинцо­вый, ртутный и оловянный "оксиды", смешивая их с угольным порошком, салом и выжатыми маслами и сжигая их посредством "огня, сопро­вождающего течение Гальвани-Вольтовской жидкости". При этом "оксиды" принимали настоя­щий металлический вид, но ртутных шариков из-за летучести металла оказывалось гораздо ме­ньше, нежели свинцовых и оловянных частиц различной формы.

Таким образом, Петров является духовным отцом современной электрической металлургии, в особенности того вида, где применяется дуга, в частности электросварки.

Другие опыты Петрова над свечением в без­воздушном пространстве ставят его в ту же сте­пень духовного родства с современным электри­ческим освещением. Сближая под колоколом воздушного насоса концы проволок, присоеди­ненных к полюсам огромной батареи, к одному из которых была прикреплена иголка, Петров не мог заметить появления света до тех пор, пока расстояние между частями, соединенными с про­волоками, не дошло до одной линии. Тогда поя­вилось «светоносное вещество или пламя крупно с теплотворным веществом», и иголка раскали­лась по всей длине. При впуске воздуха свечение совершенно прекращалось, но при возобновле­нии разрежения появлялось вновь. Оставляя на одной проволоке иголку и присоединяя к другой большой древесный уголь при надлежащей степе­ни разреженности, Петров получал как от конца иголки, так и от угля "сильнейший прежнего свет" с таким количеством теплотворного веще­ства, что от него вся иголка "делалась раскален­ной", но горения угля обнаружено не было. С впуском воздуха свечение прекращалось и во­зобновлялось при выкачивании воздуха, причем свет был тем сильнее, чем выше получался ваку­ум. При замене иголки медным шариком между ним и донышком опрокинутого серебряного ста­кана, соединенного с другим проводником, появ­лялся свет белого цвета у шарика, фиолетового у стакана и красноватого - в промежутке.

Эти опыты, а также другие, произведенные Петровым с гальваническим током, вполне за­служивают, чтобы сбылась надежда, выраженная Петровым в конце его книги, что "просвещенные и беспристрастные физики, по крайней мере, не­когда согласятся отдать трудам моим ту справед­ливость, которую важность сих последних опы­тов заслуживает".

В 1804 г. выходит новая книга под заглавием: "Новые электрические опыты" профессора физи­ки Василия Петрова, которыми оный доказыва­ет, что "изолированные металлы и люди, а премногие только нагретые тела могут соделываться электрическими от трения, наипаче же стегания их шерстью, выделенных до нарочитой мягкости мехов и некоторыми другими телами".

В 1807 г. появляется первая часть «Начальных оснований физики, изданных Главным правлени­ем училища для употребления в гимназиях Рос­сийской империи». Петров редактировал этот пе­ревод учебника физики Шрадера и внес в него значительные дополнения. В 1808 г. появилась вторая часть этого сочинения. Этот перевод слу­жил учебником физики до тридцатых годов.

Во время этой работы он получил приглаше­ние от академика по предмету физики Вольфган­га-Лудвига Крафта занять должность помощника и тогда же был избран адъюнктом Академии наук. Первыми его работами были метеорологи­ческие наблюдения за время с 1807 по 1811 гг. включительно. Обработанные сводки их были представлены конференции академии в 1814, 1816, 1818, 1819 и 1820 гг. и напечатаны в томах VI-IX мемуаров Академии наук. Кроме того, Петров обработал и отредактировал метеороло­гические наблюдения Иноходцева за 1801-1806 гг., напечатанные в томах II-VI мемуа­ров Академии наук и редактировал метеорологи­ческие наблюдения за период 1811-1819 гг.

В 1809 г. Петров получил звание экстраорди­нарного академика, успев за бытность свою адъ­юнктом представить лишь одно сочинение: "О горении или сожигании различных много­сложных твердых тел и некоторых жидкостей в безвоздушном месте", напечатанное в I томе "Умозрительных исследований Императорской Санкт-петербургской академии наук" в 1808 г. Эта диссертация, явившаяся по существу повто­рением и дальнейшей разработкой соответствую­щей статьи с тем же заглавием первой книги Пет­рова, подтверждает, что для горения тел необхо­димо присутствие "кислотворного гаса или, по крайней мере, его основания кислотворного ве­щества" при содействии только такой температу­ры, которая способна вызвать горение.

Дальнейшая разработка вопросов горения по темам: "О невоспламеняемости некоторых твер­дых воздухообразных и многих жидких весьма горючих тел и их паров от калильного жара"; "О негорении твердых простых горючих тел и не­возможности происхождения из них кислот, так и металлических оксидов или известей в безвоз­душном месте"; "Некоторые опыты и наблюде­ния над фосфором, деланные еще до 1801 г. " и "О сожигании зажигательными зеркалами и стеклами различных многосложных твердых горючих тел в таких гасах, в которых горящие тела мгно­венно погасают" была отражена в тех же "Умо­зрительных исследованиях Императорской Санкт-петербургской академии наук" в период времени 1810-1815 гг. Тогда же было представле­но академии (в 1813 г.) и напечатано в 1819 г. "Исследование причины разрывания камней от клиньев из сухого дерева, смоченных водой, так­же разрывания металлических трубок с водой от гороховых или бобовых зерен, положенных в оныя и потом крепко запертых (с присовокупле­нием новых опытов к прежним)".

После смерти акад. Крафта в 1814 г. Петров получил в самостоятельное заведование физиче­ский кабинет академии и сохранил его за собой до 1828 г., когда ему "сверх всякого чаяния" при­шлось оставить академию.

В 1815 г. Петров становится ординарным ака­демиком по предмету опытной физики и продол­жает свои "наблюдения над выпадением снега и льда в тенистом месте при различных градусах холода", представленные академии в два срока - в марте 1815 г. и мае 1816 г. В апреле 1817 г. Пет­ров представляет академии "Наблюдения и опы­ты над потассием".

В 1824 г. Петров представил академии руко­писное сочинение: "О расширении металлов и различных твердых тел от теплотворного вещест­ва, наипаче же от действия чрезвычайно великой силы, с какою разгоряченных металлов частицы, отделенные одни от других, усиливаются опять взаимно соединиться при самом их охлаждении", а в 1826 г. "О свечении многих минералов, прозябаемых, может быть всех, и животных твердых тел, разгоряченных или только нагретых до над­лежащей степени".

Занятия в Академии наук не помешали педа­гогической деятельности Петрова; кроме препо­давания в Инженерном училище и в Академии свободных художеств, где он читал лекции по физике с 1791 г., Петров был приглашен препода­вать физику и математику во Втором кадетском корпусе; занятие, продолжавшееся двадцать пять лет, с 1802 г. по 1827 г., когда Петрову пришлось оставить Корпус вследствие связанных с наступ­лением старости болезней. Но кафедра физики в Медико-хирургической академии оставалась за ним до 1833 г., несмотря на то, что с 1828 г. он был вынужден прекратить всякие научные заня­тия из-за почти полной потери зрения от ката­ракта на обоих глазах. Операция снятия катаракта возвратила ему зрение, но ослабевшее здоро­вье Петрова заставило его в 1833 г. оставить и кафедру в Медико-хирургичекой академии, полу­чив звание заслуженного академика и пенсию в 5000 руб. в год.

Ослабевшее здоровье Петрова не дало ему возможности долго пользоваться заслуженной пенсией и вследствие некоторой дозволенной себе неосторожности; он заболел и скончался 22 июля 1834 г.

Выдающиеся способности экспериментатора и громадный запас знаний по вопросам физики ставят его в первый ряд ученых того времени. Многие русские ученые обязаны своим развити­ем преподавательской деятельности Петрова, продолжавшейся 40 с лишком лет.

Смерть В.В. Петрова была отмечена в годо­вом отчете Академии наук, читанном в Публич­ном заседании 29 декабря 1834 г.

Конференция Медико-хирургичекой академии выразила желание почтить его многолетнюю пре­подавательскую деятельность при академии соо­ружением надгробного памятника, но на следую­щий год приняла другое решение, также оставше­еся невыполненным: увековечить его память ка­ким-нибудь другим образом. Дело кончилось тем, что только в 1892 г. стараниями профессора Ме­дицинской академии Н. Егорова имя Петрова вновь появилось на свет, и его памяти была по­священа центральная электрическая станция, соо­руженная для освещения зданий самой академии и соседних клиник и других казенных зданий.

Надо надеяться, что теперь в связи со столети­ем со дня его смерти наша научно-техническая об­щественность найдет способ увековечить достой­ным образом имя русского ученого, впервые на­блюдавшего вольтову дугу и производившего опыты над свечением раскаленных тел в безвоз­душном пространстве, таким образом положивше­го начало электрического освещения как дугово­го, так и лампочками накаливания и показавшего возможность применения электричества для элект­рометаллургии и, в частности, электросварки. Это было бы тем более уместным еще и пото­му, что станция, сооруженная в 1892 г., которая должна была бы служить увековечением имени Петрова, более уже не существует, уступив место другому источнику тока. Следовательно, опять ирония судьбы лишила Петрова даже этого един­ственного памятника, сооруженного с опоздани­ем в шестьдесят лет и просуществовавшего едва ли половину этого времени.