БНБ "БРОКГАУЗ И ЕФРОН" (121188) - Photogallery - Естественные науки - Математика - Технология
|
ГальванизмОпределение "Гальванизм" в словаре Брокгауза и Ефрона
Гальванизм — отрасль учения об электричестве. Название гальванизм произошло от имени итальянского (болонского) анатома Гальвани (Алоизий или Луиджи Гальвани, (1737—1798), опыты которого впервые указали на новый для его времени случай возбуждения электричества. Однако верное толкование факта, замеченного Гальвани, принадлежит его знаменитому современнику и ученому противнику Александру Вольта, который показал, что соприкосновение разнородных металлов приводит их в электрическое состояние и что от присоединения к ним жидкости, проводящей электричество, образуется непосредственное течение электричества. Ток, получающийся в названном случае, называется гальваническим током и само явление гальванизмом, но ныне полное учение о Г. рассматривает не только явление соприкосновения, но и другие, от них зависящие, а также явления соприкосновения, соединенного с нагреванием или охлаждением и т. п., так что сюда относятся и электромагнетизм, индуктированные токи, термоэлектрические токи и другие отделы этого учения, рассматриваемые по своим особенностям в отдельных его главах. В настоящей статье рассматривается исторически открытие гальванизма, знаменитый в науке спор между Гальвани и Вольта, изобретение Вольтова столба и развитие главнейших сторон учения об электрических токах. Статья разделена на части с нижепоименованными заглавиями, из которых 1—5 суть названия открытий, составляющих главнейшие эпохи в истории учения о гальванизме. Эти заглавия суть: 1) опыты Гальвани и Вольта: 2) Вольтов столб; 3) электромагнетизм и электродинамика; 4) формула Ома; 5) индуктированные токи: 6) теории гальванического тока.
Впрочем, Гальвани нашел весьма существенный и важный новый факт, что лишь прикосновение двумя металлами к лягушке наверное производит в ней движения, один же металл или совсем ничего не обнаруживает, или же производит только очень слабые движения. Мнение Гальвани о животном электричестве вскоре было поддержано Валли, но Вольта заявил сомнения в правильности объяснения, данного Гальвани. Он показал, что прикосновением двух металлов к языку производится вкусовое ощущение, кислое или щелочное, смотря по тому, какой из двух взятых металлов будет прикасаться к кончику языка (распространение старого опыта Зульцера), а также, что если наложить на глазное яблоко оловянный листок, а в рот взять серебряную ложку, то прикосновение какой-нибудь проволоки к олову и серебру сопровождается световым ощущением в глазу. Не находя в этих явлениях ничего говорящего в пользу животного электричества и переходя путем разнообразных опытов от явления к явлению, Вольта в 1794 г. наконец решительно отверг гипотезу животного электричества и приписал замеченные Гальвани явления именно соприкосновению двух разнородных металлов, причем на одном обнаруживается электричество одного рода (например положительное), а на другом — другого (отрицательное). Препарированная же лягушка является только более чувствительным указателем электричества, чем какой-либо электроскоп (того времени). На основании всех соображений Вольта предложил заменить название "животное электричество" названием "металлическое электричество". Испытанные им металлы Вольта расположил в ряд, который имел такое свойство, что наиболее отстоящие один от другого металлы наиболее сильно электризуются от соприкосновения. Всякая неоднородность частей металлического предмета, например, закаливание одной части, дает способность такому проводнику действовать как два разнородных металла, только в гораздо слабейшей степени. В тех случаях, когда в опытах Гальвани были замечены движения лягушки при употреблении одного проводника, вероятно, части проводника были неоднородны. Однако Гальвани и приверженцы его гипотезы, в особенности Альдини, продолжая ее поддерживать, доказали путем новых опытов, что можно произвести движения в препарированной лягушке, вовсе не употребляя металлических проводников и составляя замкнутое целое (цепь) лишь из частей самого животного (17 9 3). Вольта же, со своей стороны, пользуясь конденсатором, который им был впервые применен к электроскопу, получил совершенно явно электричество из металлов. Тогда мнения ученого мира приняли двоякое направление: немецкие физики склонялись в пользу животного электричества, а Алекс. Гумбольдт даже допускал в явлениях, замеченных Гальвани, проявление особой жизненной силы, но не электричества, — английские же, как Монро и Кавалло, признавали в них тождество с электрическими. Фоулер хотя и думал одинаково с немецкими учеными, тем не менее, повторяя опыты, даже составил столбик из серебряных и цинковых кружков, который будто бы действовал сильнее одной пары. Нельзя видеть в этом столбике предшественника знаменитого вольтова столба, так как для сходства между обоими недоставало весьма существенного, а именно жидкости. Фаброни открыл, что соприкосновение разнородных металлов в воде сопровождается скорым их окислением (химическое действие тока).
Опыт Никольсона и Карлейля, указавший на химическое действие тока, имел большую важность, хотя и прежде было известно, что искры электрической машины выделяют газы из воды. Крюйкшанк (в Англии) и Риттер (в Германии) в том же 1800 г. убедились в разложении вольтовым столбом многих солей и осаждении металла (меди) из медной соли. Тогда же и знаменитый Гумфри Деви (Davy) начал свои электрохимические исследования, впоследствии приведшие его к замечательнейшим результатам. Любопытно, что под влиянием идей Гальвани Деви в первых своих исследованиях, употребляя два стакана с жидкостью с опрокинутыми над ними сосудами для собирания кислорода и водорода, выделяющихся из воды, соединил жидкости этих стаканов волокнами мускулов; впрочем, вскоре он убедился, что мускулы исполняют в этом случае лишь роль проводника . [Для разложения воды в двух сосудах и отделения кислорода в одном, а водорода — в другом, опускают в один пластинку не окисляющегося металла соединенную проволокой с одним полюсом столба, и другую пластинку от противоположного полюса столба — в другой стакан, и накладывают пучок смоченных нитей на края стаканов в виде соединительного для жидкостей канала; для того же может служить согнутая стеклянная трубка c водой.]. Вообще, движение, сообщенное науке изобретением вольтова столба, составившего блестящую эпоху в истории физики и химии, было так сильно, что открытия последовали одно за другим. Открытия начинались иногда мелочным фактом, который вел к большим последствиям, обнаруживавшимся часто через большой промежуток времени. Так, в 1803 г. некто Готеро заметил, что две золотые проволоки, служившие в приборе для разложения воды, будучи потом приложены к языку, давали слабые вкусовые ощущения. Это, вероятно, случайное наблюдение, сделанное к тому же учителем музыки, привело, однако, через несколько десятков лет к устройству особенного рода гальванических элементов и батарей, ныне с такой пользой употребляемых, а именно аккумуляторов. Наблюдение Готеро произвело большое впечатление на Риттера (1776—1810), который, повторяя и разнообразя только что названный опыт, додумался до устройства столба из пластинок только одного металла (меди), перемежающихся смоченной фланелью или сукном. Пропуская через такой столб, состоявший из 40 медных кружков, ток от вольтова столба в 100 пар, Риттер убедился, что его медный столб после того сам был заряжен, т. е. стал обнаруживать все электрические действия, какие производит обыкновенный столб, только в слабейшей степени и в продолжение более короткого времени, по истечении которого можно было, однако, по-прежнему заряжать его, повторяя это произвольное число раз. Действию этих вторичных столбов Риттер дал неудачное объяснение, но Вольта указал, что электричество происходит оттого, что медные кружки, вследствие разложения воды действием первичного тока, покрываются с одной стороны водородом, а с другой — окисляются кислородом, что и делает их достаточно разнородными (поляризует их) для того, чтобы они сами служили возбудителями электричества. Так произошло открытие явления гальванической поляризации. Второстепенные столбы Риттера, остававшиеся долгое время без внимания, в ближайшее к нам время усовершенствованы Планте, который устроил элементы из свинца, получившие недавно окончательную форму аккумуляторов (см. Гальванические элементы). Нет возможности даже и в подробном историческом изложении, а тем менее здесь, перечислить и разнообразные и многочисленные повторения опытов с вольтовым столбом. В целях исторического беспристрастия следует упомянуть об опытах Василия Петрова, профессора медицинской академии в Петербурге, мало известных у нас и совсем неизвестных в Западной Европе. В своем сочинении, ныне составляющем порядочную редкость ("Известия о гальвани-вольтовских опытах", СПб., 1803), В. Петров описывает, между прочим, что построенный им вольтов столб, состоявший иногда из 4200 пар, давал сильный ток, который мог проходить через воздух между концами проводников, образуя световое явление, впоследствии названное вольтовой дугой. Стр. 175 этого сочинения содержит следующие строки: "когда свечение продолжалось около получаса в безвоздушном колоколе, то не только при впущении в оный малых количеств воздуха... оное светоносное явление не прекращалось; но даже и по восстановлении совершенного равновесия плотности воздуха в колоколе продолжалось иногда около четверти часа, однако после опять совершенно прекращалось и уже не иначе возобновлялось, как по изрежении воздуха и т. д.". Повторение опыта с описанием цвета явления помещено на стр. 178. На стр. 180 сообщено об обугливании дерева и бумаги этим способом в безвоздушном пространстве. В статье V — o поглощении кислорода из воздуха действием вольтова столба (стр. 139 и след.). В это время стали отдавать предпочтение чашечному аппарату Вольты, видоизменяя частности его устройства (см. Гальванические элементы). Деви, пользуясь подобной батареею сначала в 100 пар, а позднее другой в 250 пар, разложил едкие щелочи и заметил отделение пламени в жидкости. Результатом исследования (1807) [В 1810 г. Деви мог пользоваться уже батареей в 2000 пар, подаренной королевскому институту в Лондоне. Тогда он заметил и изучил вольтову дугу, описание которой он обнародовал в 1812 г. Деви плавил в дуге, имевшей около 100 мм длины, платину, кварц, известь; осколки алмаза и кусочки графита, по-видимому, улетучивались.] было открытие металлов калия и натрия, чрезвычайно важное как само по себе для развития химии, так и тем, что в связи с этим находилась возникшая идея (Деви, 1806) о происхождении химических и электрических притяжений от одной причины. Особое развитие этому взгляду дал Берцелиус, создавший полную электрохимическую систему, которая потом долго господствовала безраздельно (до сороковых годов). Движение составных частей разлагаемого током тела — одних к положительному полюсу, а других к отрицательному — оставалось без всякого удовлетворительного объяснения до появления гипотезы Гротгуса (1805 г.), которая объяснила, каким образом совершается кажущееся движение кислорода и водорода при разложении воды. Электрохимические работы, о которых было упомянуто, и многие другие привели к мысли, что химическое родство, а не прикосновение разнородных тел, есть первая причина возбуждения электричества. В числе первых распространителей этой идеи видим имена Фабброни, Риттера, Паррота; но развитие её и поныне еще не закончено; далее увидим историю работ, стремившихся к разъяснению основных причин, возбуждающих электричество при соприкосновении. Частое употребление вольтова столба, а именно процедура его заряжания и разряжания, сопровождавшаяся значительным механическим трудом, заставило искать улучшения его формы. Крюйкшанк, Вилькинсон, Чилдрен, Волластон оказали первые услуги в этом отношении (см. Гальванические элементы); в сущности ими сделаны улучшения не в вольтовом столбе, а в чашечном приборе Вольты. Облегчение манипуляций с вольтовым столбом косвенным образом содействовало развитию науки; однако для успешного пользования гальваническим током недоставало способов измерения его силы; средства к тому были найдены в новом периоде течения науки, начинающемся с 1820 г.
То десятилетие (1820—30) было богато открытиями: кроме того, что было выше перечислено, в 1821 г. Зеебек открыл термоэлектричество, в 1825 г. Араго — явление, названное (несвойственно) магнетизмом вращения. Ом — знаменитый закон, касающийся измерения силы тока. Две, соприкасающиеся концами, пластинки разнородных металлов не могут образовать течения электричества при соединении их свободных концов какими бы то ни было проводниками; но если соприкасающиеся концы будут нагреваемы или охлаждаемы, то во все это время происходит ток. Зеебек, видя при этом действие на магнитную стрелку, описал это явление под названием "термомагнетизма", объясняя и земной магнетизм, как возбужденный нагреванием. Иелин, Эрстедт и Фурье занялись исследованием термоэлектрического тока, условиями изменения его силы в зависимости от числа взятых пар и внешних сопротивлений; заметили химические действия этого тока, который и назвали термоэлектрическим, но Зеебек еще два года держался гипотезы о термомагнетизме. Он первый для усиления термоэлектрических явлений составил столб или столбик из нескольких пар, который впоследствии в руках Меллони послужил не источником электричества, а чувствительным указателем весьма слабых нагреваний. Много лет спустя (1836) Антинори и Линари построили из висмута и сурьмы столбик, который мог заряжать конденсатор и давать искры, а в ближайшее к нам время Маркус и в особенности Ноэ и Кламон устроили термоэлектрические батареи, которые обещали одно время быть полезными для некоторых второстепенных технических приложений, например, для гальванического золочения и т. п. В научном же отношении было доказано, что термоэлектричество и термоэлектрический ток ничем не отличаются от электричества, добываемого трением и током вольтова столба. В конце этого десятилетия (1820—30) А. С. Беккерель внес значительное усовершенствование в гальванические батареи, устроив медно-цинковый элемент с двумя жидкостями; подобный же, но более удобной формы элемент построил (значительно позже) Даниэль (1836); еще позже появился элемент Грове и за ним Бунзена (см. Гальванические элементы). Араго заметил, что металлическое тело, приведенное во вращательное движение вблизи подвижного магнита, действует на этот последний, как будто оно само получило магнитные свойства, обнаруживающиеся в нем лишь во время вращения; отсюда и название этого явления — магнетизмом вращения. Зеебек, Нобили, Дж. Гершель и Баббедж подвергли подробному изучению это явление, но объяснение причины его было дано только впоследствии Фарадеем, доказавшим, что образование индуктированных токов в металлических телах, вращающихся вблизи магнита, есть причина воздействия этих тел на магнит.
Закон Ома и впоследствии неоднократно подвергался критике, неблагоприятной со стороны Мария-Деви, Депре, Секки, но благоприятной со стороны Кольрауша (1848 и 1849), Кирхгофа (1849), и наконец был подтвержден Гельмгольцом (1851); в заключение комиссия Британской ассоциации (1876) еще раз подтвердила его верность. Кольрауш измерял электрометром напряжения электричества на полюсах незамкнутой батареи, и распределение электричества в замкнутой цепи; Кирхгоф дал новый вывод формулы Ома, заменив неустойчивое в некоторых случаях понятие об электрической напряженности понятием об электрическом потенциале. Гельмгольц вывел выражение для измерения силы неустановившегося тока, показав, что отсюда проистекает закон Ома в его обычной форме, и тем расширил значение последнего. Вопросы о силе тока в разветвленной системе проводников были отчасти обработаны самим Омом, потом Пулье, Витстоном, Поггендорфом, Дюбуа-Реймоном, Вебером и другими, но общее его решение, принадлежащее Кирхгофу (1847), замечательно по простоте и множеству легко вытекающих из него частных приложений (см. Гальванический ток).
Удивительно, что гениальный Фарадей не дошел до формулирования общего закона для явлений индукции и что первый шаг к этому сделал второстепенный ученый Ричи, видевший в них осуществление ньютоновского закона действия и противодействия. Конкретнее сформулировал этот закон Э. X. Ленц, выражая связь между явлениями индукции и взаимными действиями токов и также токов и магнитов. Гипотеза Ампера (вращающиеся элементарные токи) опять с открытием индукции выдвинулась вперед. Оставляя до статьи Индукция изложение явлений и законов этой отрасли электрических явлений, отметим теперь только, что, кроме огромного научного значения этого открытия Фарадея, в нем лежит основание многих современных технических применений, из которых достаточно назвать электрическое освещение и передачу силы на расстояние действием динамо-машины на отдаленный электродвигатель. Попытки воспользоваться большой притягательной силой электромагнитов для устройства двигателей начались с 1830 г. (Даль Негро) и продолжались около 60 лет, пока не получили практическое осуществление после изобретения кольца Грамма (см. Электродвигательные машины и Передача работы на расстояние). Фарадей устроил магнитоэлектрическую машину, состоявшую из медного круга, приводимого во вращательное движение между оконечностями магнита, но Даль Негро, Пикси (Pixii), Ричи, Клерк, Сакстон, Штерер (1844) придумали другой тип машины, состоявший из магнитов и якорей электромагнитов. Ближе к нашему времени большие магнитоэлектрические машины французской компании L'Alliance, приводимые в движение паровой машиной, производили сильные токи, примененные между прочим к накаливанию углей в электрических лампах на маяках. Гальванические батареи стали постепенно получать второстепенное значение, понизившееся еще более со времени изобретения и постепенного улучшения динамо-машин, представляющих собой видоизмененные магнитоэлектрические машины. Если вращать электромагнитной формы якорь между оконечностей большого электромагнита, по которому в это время не проходит ток, то вследствие всегдашнего присутствия слабого магнетизма в железе от сказанного движения в проволоках якоря индуктируется ток, который, будучи пропущен в проволочную обмотку неподвижного электромагнита, усиливает в нем развитие магнетизма, так что после нескольких десятков оборотов якоря динамо-машина образует сильный электрический ток. Изобретение динамо-машин, постоянно ныне совершенствуемое, отодвинуло на второй план не только гальванические (гидроэлектрические) батареи, но и магнитоэлектрические машины. Теория возбуждения электричества может пополняться лишь с прояснением взгляда на самую сущность того, что называется движением электричества, или током; вообще, в этом обширном и трудно разрешимом вопросе есть много взаимнозависящих частей, постепенное изучение которых идет, как видно из исторического изложения их развития, не в такой тесной и непрерывно-логической связи, какую можно требовать от изложения уже законченной части науки в строгой системе. Ампер установил в своей электродинамике, что взаимодействие двух элементов различной силы токов пропорционально произведению из этих сил и обратно пропорционально некоторой степени расстояния, которая потом оказалась равной 2, на основании некоторых найденных опытом условий равновесия определенных проводников. Вебер задался мыслью слить электростатический закон Кулона с законом Ампера, выводя понятие о силе тока из основных представлений о взаимодействии электрических масс. Допуская два рода электричеств, должно рассматривать взаимодействие двух элементов тока как слагающееся из четырех элементарных электрических действий. Взаимное действие электрических масс в движении зависит не только от величины их и взаимных расстояний, но и от скорости их движения и ускорения. Вывод, достигнутый Вебером из преобразования формулы Ампера, может быть получен и прямо из основных опытов электродинамики. При этом Вебер пришел по некоторым частностям в противоречие с Гроссманом, прежде его занимавшимся электродинамическим законом, а также с теорией индуктированных токов Неймана. Однако в дальнейшей разработке вопроса Вебер сумел устранить сделанные ему возражения, дав своей формуле такой вид, что из нее проистекало математическое выражение не только взаимодействия двух элементов тока, но и общего закона индукции в том виде, как его представил Нейман. Для своих экспериментальных работ Вебер устроил электродинамометр — прибор, употребление которого во многих случаях полезно. Весьма большую заслугу Вебера составляет введение в учение об электричестве абсолютных мер (т. е. мер длины, времени и массы), чем измерения электрические связывались с другими общими измерениями. Сила тока может быть измеряема по его химическим, магнитным и электродинамическим действиям. Вебер определил эти три рода единиц и вывел их численные отношения ("Electrodynamische Maassbestimmungen, insbesondere Zur ückführung auf mechanisches Maass" von W. Weber und R. Koherausch, 1857). Электровозбудительная сила и сопротивление току были также выражены абсолютными мерами. Гаусс еще ранее Вебера дал абсолютную меру магнетизма ("Intensitas vis magneticae ad mensuram absolutam revocata"); но в электрические единицы надо было ввести еще элемент скорости (см. Единицы мер). До тех пор существовали условные единицы сопротивления — Якоби и Сименса (так называемая ртутная единица). Британская ассоциация и королевское общество приняли в принципе веберовскую единицу сопротивления (1861). Практическое определение материальной величины этих мер представляло такие трудности, что только через 20 лет после этого (1881) на электрическом конгрессе в Париже были приняты величины абсолютных мер и то еще только как первое приближение. В этих единицах (ом, вольт, ампер) в основание вместо веберовских миллиметра, секунды, миллиграмма приняты сантиметр, секунда и грамм; все единицы находятся в определенных отношениях с веберовскими. Вопрос о скорости движения электричества многократно разрабатывался путем опыта. Валькер, Митчел, Гульд, Витстон, Физо и Гуннель выразили ее числами, очень различающимися между собой. Гоген и позднее Гагенбах (1886) пришли к заключению, что во всех измерениях этого рода определяется собственно большая или меньшая продолжительность приведения проволоки в электрическое состояние и что эта продолжительность есть и должна быть непостоянной величиной, зависящей от физических условий, в которых находится проводник. Теория Вебера подверглась возражениям, направленным на основные её положения. Между Гельмгольцем и Вебером (1870, 1871) возникла ученая полемика, в которой приняли участие Нейман, Цельнер, Бертран, Роуланд. Об этих вопросах математической физики будет дано понятие в статье "Электродинамика". Клаузиус противопоставил гипо
Статья про "Гальванизм" в словаре Брокгауза и Ефрона была прочитана 1206 раз |
TOP 15
|
|||||||