Параллельно с М.В. Ломоносовым проводил опыты с «небесным электричеством» в Америке Б. Франклин ученый, поэт, дипломат, который внес большой вклад в изучение электрических явлений и в 1752 г. изобрел громоотвод (вернее бы его назвать молниеотвод).
Молниеотвод от шаровых молний был изобретен русским инженером Б. Игнатовым в XX в.
В 1759 г. академик Российской Академии Ф. Эпинус (1724 –1802) открыл и объяснил электрическую поляризацию, существование силовых магнитных линий, взаимодействие электрических и магнитных масс.
Из перечисленного выше невольно напрашивается жизненно важный вывод (над которым мы редко задумываемся): первые и очень важные открытия в любой области знаний нередко совершают
специалисты других разделов науки или деятельности.
Подтвердим это высказывание еще некоторыми примерами.
Итальянец Луиджи Гальвани (1737-1798) (рис. 20), заведующий кафедрой анатомии, в 1791 г. опубликовал труд ”Трактат о силах электричества при мышечном движении”.
Он открыл существование электрических токов внутри живых существ, препарируя железным скальпелем лежащую на медном блюде лягушку ( разные металлы!).
Это открытие через 121 год дало толчок исследованиям человеческого организма с помощью биоэлектрических токов. Обнаруживались больные органы при исследовании их электрических сигналов. Работа любого органа (сердца, мозга) сопровождается биологическими электрическими
сигналами, имеющими для каждого органа свою форму. Если орган заболевает, сигналы изменяют свою форму, и при сравнении «здоровых» и «больных» сигналов обнаруживаются причины заболевания.Опыты Гальвани натолкнули на изобретение нового источника электричества профессора Тессинского университета Алессандро Вольта (1745-1827) (рис. 21).
В 1800 г. А. Вольта объявил Лондонскому Королевскому обществу об изобретении вольтова столба. Свой источник электричества он назвал в честь Гальвани гальваническим элементом. Это был источник электричества более мощный, чем генератор Герике. Этот источник состоял из большого количества малых элементов, каждый из которых содержал две пластинки из пары разных металлов: медь – свинец или серебро – цинк, между котоыми находилась пористая, пропитанная кислотой (или щелочью), прокладка.
Набирая следовательно большое количество таких элементов, Вольта получал электрохимический источник электричества напряжением до 2 кВ. Этого было уже достаточно для исследования электричества, получения электрической дуги, электродуговой свечи, сваривания металлов и т.п. А. Вольта в это время было 56 лет. Наполеон за это открытие вручил ему в 1801 г. Большую Золотую медаль. Батарейки, которыми мы сейчас пользуемся в часах, приемниках и др. – это те же, но усовершенствованные, вольтовы столбики – гальванические элементы.
В 1821 г. был изобретен еще один источник электричества – термоэлемент. Профессор Т.И. Зеебек (1770-1831) обнаружил, что, если один спай двух разнородных металлов A и B (например, медь-константан) нагреть (Tг), а второй спай охладить (Tх), или просто не нагревать, то возникает термоэлектродвижущая сила.
k n
U A B = ln A (T г ?T х ) ,
qnB
где k – постоянная Больцмана, q – заряд электрона, n – плотность электронов.
Ж. Пельтье (1785-1845) открыл противоположное явление в 1834 году. Если к одному из спаев двух разнородных проводников приложить постоянное электрическое напряжение, то один из спаев будет нагреваться, а другой охлаждаться.
QП = ПI ? ,
где QП – теплота Пельтье, П – коэффициент пары металлов, I –ток, ? – время.
С изобретением каждого нового источника электричества ученыес интересом обнаруживали, что таинственное электричество возникает под действием совершенно разнородных сил, например, тепла, химических реакций, механического трения, света и т.п. Лишь проникновение в структуру вещества, в атомную и молекулярную природу материи позволило позднее понять, что объединяет эти столь различные внешние явления.
Начальный период использования электричества.
Гальванопластика, освещение и электротермия
Гальванопластика. Одним из первых практических применений электричества была металлизация – осаждение тонкого слоя металла на поверхность изделия с помощью электрического тока.
Эту идею высказал в середине XVIII века М.В. Ломоносов, а применил практически через 100 лет, в 1847 г., Б.С. Якоби (1801-1874). С тех пор гальванопластика стала широко внедряться в промышленность. Б.С.Якоби, талантливый инженер и ученый, физик, электротехник, изобрел и создал электрический двигатель с вращательным движением, создал гальванотехнику, несколько типов электромагнитных телеграфов, применил электричество в минном деле и др.
Электрическое освещение – первое массовое энергетическое применение электрической энергии – сыграло исключительно важную роль в становлении электроэнергетики и превращении электротехники в самостоятельную отрасль техники. Электрическое освещение явилось одной из первых областей применения электричества после гальванопластики.
У истоков освещения с помощью электричества стоял Василий Владимирович Петров (1761-1834), профессор медицинско-хирургической Академии в Петербурге. Он был преемником и продолжателем трудов М.В. Ломоносова.
Исследуя световые явления, вызываемые электрическим током, В.В.Петров сделал свое знаменитое открытие – электрическую дугу, сопровождающуюся появлением яркого свечения и высокой температуры. Это произошло в 1802 г. и имело огромное историческое значение. Наблюдения и анализ Петровым свойств электрической дуги легли в основу создания электродуговых ламп, ламп накаливания, электросварки металлов и многого другого.
В 1803 г. В.В. Петров первым в мире показал возможность применения электротока (электродуги) в металлургии. Петров исследовал электропроводимость различных жидких и твердых тел, высказал мысль о возможности разложения воды электрическим током, открыл реакцию окисления и восстановления металлов, открыл принцип аккумулирования электричества.
В 1875 г. Павел Николаевич Яблочков (1847-1894) (рис. 31), создает электрическую свечу, состоящую из двух угольных стержней, расположенных вертикально и параллельно друг другу, между которыми проложена изоляция из каолина (глины). Чтобы горение (свечение) было более продолжительным, на одном подсвечнике помещалось четыре свечи, которые горели последовательно (во времени).
В 1876 г. свеча П.Н. Яблочкова получила признание за границей; он становится миллионером. Улицы Парижа, театры Лондона стали освещаться «русским светом». Только после этого свечи Яблочкова стали внедряться в России.
Александр Николаевич Лодыгин (1847-1923) (рис. 32), в 1872 г. предложил вместо угольных электродов в свече Яблочкова использовать нить накаливания (сначала уголь ную, а затем из тугоплавкого металла), которая при протекании электрического тока ярко светилась. Это было безопасное для людей, яркое и дешевое освещение посредством электричества.
А.Н. Лодыгин писал, что электрический свет должен быть единственным искусственным светом как по своей силе и ровности, так и по безопасности и дешевизне.
Список изобретений А.Н. Лодыгина очень велик. В него входят электрические индукционные печи и печи сопротивления, сварочные аппараты, аккумуляторы, электрические приборы, извлечение из руд талюминия и других металлов, электровертолет, скафандр и многое, многое другое.
Дмитрий Александрович Лачинов (1842-1902) изобрел много различных приборов: регулятор напряжения, оптический динамо-метр, способ центробежной отливки рефлекторов. В 1880 г. Д.А. Лачинов написал книгу “Электромеханическая работа”, которая содержала исследование работы электрических машин; в ней было приведено математическое доказательство, что на большие расстояния может передаваться любое количество электроэнергии путем увеличения электрического напряжения.
Вопрос передачи электрической энергии по проводам на большие расстояния поставил впервые в 1760 году М.В. Ломоносов; Д.А. Лачинов и М. Депре провели теоретические разработки электропередачи; Ф.А. Пироцкий и Фонтен впервые осуществили передачу с помощью изолированных проводов и используя обычные рельсовые пути.
Томас Эдисон (1847-1931) (рис. 33), талантливый американский инженер-электротехник, изобретатель, который свои идеи и идеи других быстро претворял в жизнь. Им была усовершенствована лампа накаливания Лодыгина (откачал из баллона лампочки воздух, придумал цоколь с винтовой нарезкой и т. п.); заводы Эдисона стали выпускать лампы накаливания миллионами штук во всем мире.
Александр Ильич Шпаковский (1823-1881) создает в 70-х годах XIX в. дуговую лампу с электромагнитным и механическим регулированием, а в 1864 году создает первый автоматический регулятор давления пара прямого действия.
Владимир Николаевич Чиколев (1845-1898) (рис. 34), создает регулятор для стабилизации горения электрической дуги. Он же применил систему дробления света дуги, раздробив свет дуговой лампы в 3000 свечей на 60 источников света с помощью системы линз, зеркал и трубок с отражающими внутренними стенками – световодами. С помощью такого устройства был освещен Охтинский пороховой завод. В.Н.Чиколев усовершенствовал прожекторы, применив кольцеобразные стекла и зеркала. Он является основоположиком отечественной светотехники, применения фотографии для определения скорости полета снарядов и многого другого. Принимал активное участие в создании первых электростанций.
Николай Николаевич Бенардос (1842-1905) применил электрическую дугу для сварки металлических листов, резки металлов, отверстий. Разработал технологии сварки в среде защитных газов и точечной сварки.
Николай Гаврилович Славянов (1854-1897) (рис. 35), создал конструкции электрических машин и аппаратов, динамомашин и регуляторов электрической дуги. Использовал электрод и как средство для создания электрической дуги, и как носитель металла для создания шва при сваривании листов или деталей. Он же применил электроподогрев металлических отливок для равномерного остывания по всему объему.