Электроэволюционист

От янтарной палочки к первой лампочке

Из уроков истории и начальной физики нам известно, что с электричеством человек знаком многие тысячи лет. Например, древние египтяне страшились «громовержцев Нила» (электрических рыб), а естествоиспытатели античного мира эффектными пассами янтарных палочек, потертых о шерстяные ткани, «магически» притягивали легкие предметы. Но прошли долгие столетия, прежде чем самые пытливые умы своего времени ухватили суть этого физического явления.

Электрическая батарея из лейденских банок

Дать человечеству новое знание пытались Уильям Гилберт (в 1600 году ввел в науку термин «электричество» – от др.-греч. ἤλεκτρον [янтарь]), Отто фон Герике (в 1663-м создал электростатическую машину, которая позволила наблюдать эффект притягивания и отталкивания металлических предметов), Стивен Грей (в 1729-м впервые передал электричество на расстояние 800 футов (чуть более 243 метров. – Прим. авт.) и исследовал электропроводимость материалов), Питер ван Мушенбрук (в 1745-м сконструировал «лейденскую банку» – первый электрический конденсатор), Бенджамин Франклин (в 1747-м описал природу положительного и отрицательного зарядов, изобрел молниеотвод и доказал электрическую природу молний), а также русские ученые Георг Вильгельм Рихман (трагически погиб в 1753 году во время грозы при испытании своего «электрического указателя» – прототипа гальванометра) и Михаил Ломоносов (на основе совместных опытов с Рихманом сформулировал научную теорию атмосферного электричества).

На рубеже XIX века естествоиспытатели перестали гоняться за «случайными милостями природы» и рискнули создать искусственный источник электричества.

В 1800 году итальянский ученый Алессандро Вольта изобрел первый гальванический элемент, работа которого была основана на химической реакции цинковой и медной пластин в кислотной жидкости.

В 1803 году бесстрашный русский физик Василий Петров собрал «вольтов столб» из 4200 медных и цинковых кругов, нарастив суммарное напряжения до 1700 вольт. Используя свой прибор, Петров отрыл «вольтову дугу», которую использовали при создании первых неприродных осветительных приборов русские инженеры Павел Яблочков («электрическая свеча Яблочкова») Александр Лодыгин (лампа накаливания), а также Томас Эдисон (коммерческий вариант электрической лампочки).

Генератор идей и электричества

Открытием поистине планетарного масштаба стали опыты с электричеством Майкла Фарадея.

В 1820 году датский физик Ганс Эрстед доказал, что протекающий по проводнику электрический ток индуцирует (возбуждает, способствует появлению, усиливает. – Прим. авт.) магнитное поле. Этот опыт всецело захватил мысли Фарадея. Итогом его теоретических расчетов стала рабочая гипотеза: если электричество порождает магнетизм, то и магнитное поле должно создавать электрическое.

«Превратить магнетизм в электричество», – записал в 1822 году в своем дневнике Майкл и почти на 10 лет (!) погрузился в гущу бесконечных опытов.

Теория подтвердилась на практике только в конце лета 1831 года, когда Фарадей решил подключить усовершенствованный «вольтов столб» к железному кольцу, оплетенному двумя изолированными проводниками. И как только он замкнул цепь через гальванометр, его стрелка на мгновение сдвинулась в сторону и вернулась к нулевой отметке. Вначале он подумал, что нарушились соединения контактов. Но нет – все крепежи держались идеально, а стрелка больше не реагировала на магнит. С досады Майкл сорвал провода и в этот момент стрелка опять дернулась…

Впервые в истории человек сумел превратить электрическую энергию в механическую.

Опыт с цилиндрическим магнитом

Понимая, что нашел дорожку к будущему открытию, ученый-изобретатель еще с десяток раз «возбудил» невидимым магнитным полем индикатор гальванометра, однако как действовать дальше, не понимал.

Еще один месяц экспериментов привел Фарадея к опытам с постоянными магнитами и медной спиралью, которая намагничивалась при соединении с «вольтовым элементом».

«Я взял цилиндрический магнит и ввел его конец внутрь спирали, соединенной с гальванометром. Потом я быстрым движением втолкнул магнит внутрь спирали, и стрелка испытала толчок. Затем я так же быстро вытащил магнит из спирали, и стрелка опять качнулась, но в противоположную сторону. Эти качания стрелки повторялись всякий раз, как магнит вталкивался или выталкивался», – эту очередную историческую запись Майкл Фарадей сделал в своем дневнике 1 октября 1831 года.

Он наконец понял, что разгадал великую загадку: электрический импульс индуцируется не сменяемыми положениями магнита, а его постоянным движением относительно проводника или наоборот.

Униполярный генератор (диск Фарадея)

Доказанная теорема легла в основу изобретения, которое навсегда изменило жизнь человечества. 28 октября Фарадей установил между полюсами подковообразного магнита вращающийся медный диск, запустил его и при помощи скользящих контактов «собрал» постоянное электрическое напряжение.

«Диск Фарадея» – первый электрический генератор постоянного тока.

Значимость этого изобретения невозможно переоценить. Великий Альберт Эйнштейн назвал учение Майкла Фарадея об электромагнитном поле самым важным достижением науки со времен Исаака Ньютона.

Сын кузнеца – отец экспериментальной физики

Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в Ньюнгтон-Баттсе (ныне Большой Лондон). В отличие от большинства первых изобретателей, например, уже знакомых нам Филиппо Брунеллески и Николая Кузанского, он был выходцем из очень бедной семьи. Скудные заработки отца-кузнеца не позволили ему получить полноценное образование. Вместо учебы он уже в 13 лет начал работать разносчиком газет, а затем, по счастливой случайности, устроился переплетчиком в книжную лавку.

Жадный до знаний, Майкл любую свободную минуту проводил за чтением книг. Особенно его увлекала научная литература. Когда получилось сэкономить первые деньги, сразу купил химические препараты и начал нехитрые опыты, еще не подозревая, к каким великим свершениям его приведет детское увлечение.

Памятник Майклу Фарадею в Лондоне

…Ближе к 30 годам Майкл оставил химию и увлекся экспериментальной физикой. Вот где действительно пригодились его природные трудолюбие, четкая последовательность опытов, скрупулезность при создании испытательных устройств, а также одержимость в стремлении докопаться до самой сути исследуемой проблемы.

Все свои опыты Фарадей аккуратно записывал в научный дневник. Всего он провел около 30 000 (!) экспериментов: можно сказать, Майкл жил в своей лаборатории.

Открыватель электромагнитной индукции ввел в научный оборот термины «катод», «анод», «электролит», «ион», «диэлектрик», «диамагнетизм», «парамагнетизм» и другие. В честь Фарадея названа единица измерения электрического заряда.

…С момента исторических опытов английского ученого в октябре 1831 года прошло почти 200 лет. Но от века к веку искра фарадеевского гения становится только заметнее – при производстве электромобилей, роботизированной техники, ветрогенераторов, беспроводных гаджетов и еще многих и многих других высокотехнологичных атрибутов повседневной жизни современного человека.

Источники:
https://elektroznatok.ru/info/people/michael-faraday;
https://biography.wikireading.ru/227406;
https://www.litmir.me/br/?b=13186&p=50;
https://video-praktik.ru/generatory_tok_postoyannyj.html;
https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/25355.