Поиск

Впервые…

Неизвестный художник. За опытом (портрет Василия Владимировича Петрова?). Акварель. Конец XVIII векаВ. В. Петров и рождение электрической дуги
В апреле 1802 года в Санкт-Петербурге профессор физики Медико-хирургической академии Василий Владимирович Петров (1761-1834), проводя в оборудованном им физическом кабинете опыты с током высокого напряжения, впервые в истории мировой науки получил устойчивый электрический разряд, озаривший все вокруг ослепительно ярким светом. Впоследствии это явление получило название «электрическая дуга». С полным правом она может называться «дугой Петрова».
В конце XVIII — начале XIX века наука об электричес­ких явлениях находилась в процессе становления, а таких терминов, как «электрический ток», «сила тока», «электродвижущая сила», «напряжение» еще не существовало. Само электричество считалось особой формой жидкой материи. Поэтому в труде «Известие о гальвани-вольтовских опытах» (1803), где Петров описал свое открытие, электричес­кий ток назывался «гальвани-вольтовской жидкостью», а устройство, с помощью которого был получен ток высокого напряжения, — «гальвани-вольтовской батареей».
В 1791 году итальянский ученый-анатом Луиджи Гальвани высказал мысль о существовании «животного электричества». Позже (1799) его соотечест­венник физик Алессандро Вольта предложил новую теорию «контактного электричества», согласно которой электрический ток возникает при соприкосновении двух разных металлов, и создал простейший генератор постоянного тока — «вольтов столб» из цинковых и медных пластин, переложенных суконными кружками, пропитанными кислотой. Установка для воспроизведения опытов В. В. Петрова с электрической дугой
Петров, узнав об изобретении итальянского физика, сразу же понял, что действие вольтова столба основано на химическом взаимодействии между металлами и кислотой (говоря современным научным языком, электродами и электролитом), а также то, что опыты с большим вольтовым столбом должны привести к новым важным открытиям. Уже в начале 1801 года он обратился к начальству с просьбой о выделении денег «для изготовления огромной величины батареи» (впервые употребив это слово на русском языке) и проведения в Медико-хирургической академии новых физико-химических опытов, а в ноябре 1801-го приступил к изготовлению самой крупной на тот момент в мире гальвани-вольтовской батареи, названной им «в честь как Гальвани, так совокупно и Вольты, усовершенствовавшего оный чрезвычайно важный физико-химический инструмент».
Вольта и другие зарубежные физики употребляли небольшие батареи с числом пластин не более 200. Василий Владимирович использовал для своей «огромной батареи» 4200 медных и цинковых кружков диаметром около 35 миллиметров и толщиной около 2,5 миллиметра. Между каждой парой металлических кружков прокладывались бумажные, пропитанные раствором нашатыря. Если такой батарее придать вертикальное положение, ее высота достигнет почти 12 метров, и в нижней части столба под тяжестью металла произойдет выдавливание раствора из бумажных кружков. Русский ученый нашел новаторское решение: он расположил «столб» не вертикально, а горизонтально, уложив кружки в четыре ряда в деревянном ящике, длина которого равнялась 3 метрам, ширина — 30 сантиметрам, глубина — 5 сантиметрам. Конструкция оказалась настолько надежной, что в 1840-1860-х годах батареи Петрова применялась в войсках русской армии гальваническими командами.
Одна из конструкций электростатических машин В. В. ПетроваВ. В. Петров был первым ученым, обратившим внимание на значение изоляции при проведении опытов с электрическим током. Дно и боковые стенки ящика он покрыл сургучным лаком и промасленной бумагой. Чтобы не причинить вреда экспериментатору и не разрядить батарею случайным прикосновением к окружающим предметам, Василий Владимирович впервые применил изоляцию соединенных с различными полюсами батареи металлических проводников расплавленным сургучом.
Свой труд «Известие о гальвани-вольтовских опытах» Петров написал не на латинском (как практиковалось в то время), а на русском языке. В нем подробно рассказывается об устройст­ве батареи. Однако ее электротехнические характеристики по этому описанию определить невозможно: тогда еще не была принята система соответствующих единиц4 и не существовало приборов для измерения силы тока, напряжения и так далее. Только в 1951 году в результате опытов, проведенных в Московском энергетическом институте с применением метода моделирования, удалось установить, что электродвижущая сила батареи В. В. Пет­рова составляла около 1600-1700 вольт, сила тока короткого замыкания — от 0,1 до 0,2 ампера, мощность — от 65 до 100 ватт. Таким образом, Петров был первым в мире ученым, создавшим источник постоянного тока высокого напряжения, работа с которым привела его к целому ряду выдающихся результатов в области теоретической физики и электротехники.
Например, изучая электропроводимость веществ разного химического состава, он впервые употребил современный термин «сопротивление». Почти за тридцать лет до немецкого физика Г. Ома В. В. Петров заметил, что толстые провода более эффективны, чем тонкие, установив тем самым зависимость силы тока от площади поперечного сечения проводника.
Во время опытов по электролизу воды и других жидкостей русский ученый обратил внимание на различные свойства полюсов батареи — «медного» (отрицательного) и «цинкового» (положительного) и за 20 лет до француза А. Ампера поставил вопрос о необходимости «определить направление движения гальвани-вольтовской жидкости».
При прохождении электрического тока через масло В. В. Петров обнаружил «ряд светоносных явлений». Тогда и родилась гениальная идея: пропустить ток высокого напряжения через воздух. В этом эксперименте Василий Владимирович впервые в мире наблюдал элект­рическую дугу, которую, однако, до сих пор называют вольтовой дугой. Положив на стеклянную подставку два электрода из древесного угля, соединенные с полюсами батареи, и приблизив их друг к другу, ученый увидел «весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого темный покой довольно ясно освещен быть может». Петров не случайно употребляет слова «яркий свет» и «пламя» — этим он подчеркивает исключительные световые и тепловые свойства электрической дуги, возможность практического использования которых в самых различных областях он впервые доказал экспериментально. Уже 17 мая 1802 года Петров проводил публичные опыты по освещению посредством электрической дуги. Позже (1876) наш соотечественник Павел Николаевич Яблочков изобретет дуговую угольную лампу. «Свеча Яблочкова», или «русский свет», покорит европейские столицы и откроет дорогу лампе накаливания Александра Николаевича Лодыгина и другим источникам электрического освещения, пионером которого был В. В. Петров.
Впечатленный высокой температурой, достигавшейся в электрическом разряде, Василий Владимирович проводит многочисленные опыты, подвергая его действию куски листового олова, серебра, золота и цинка, отчего «сии металлы иногда мгновенно расплавляются, сгорают также с пламенем какого-нибудь цвета и превращаются в оксид». Так ученый открыл еще одну сферу применения электрической дуги — плавку металлов. Пройдет 80 лет, и замечательные русские изобретатели Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов, развивая идею В. В. Петрова, впервые в мире разработают и внедрят в производство дуговую электросварку.
В современной электрометаллургии используется и другое открытие Петрова — восстановление металлов из их окислов (оксидов) путем воздействия на последние все той же электричес­кой дуги. По утверждению известного отечественного электротехника М. А. Шателена, «эти опыты Петрова можно считать исследованиями, положившими начало современной электрометаллургии в дуговых печах».

Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов — Николай Николаевич Бенардос
изобретатели дуговой электрической сварки

Николаю Николаевичу Бенардосу (1842-1905) принадлежит около 200 самых разных изобретений и проектов, многие из которых не утратили своего значения и сегодня. Однако наиболее значимым достижением Бенардоса, принесшим ему мировую славу, была впервые осуществленная им дуговая электрическая сварка металлов, которую он назвал «электрогефест». Название символическое. Многие годы металлы соединяли путем ковки. Процесс очень трудоемкий и длительный (металлы сначала нагреваются до состояния пластичности, затем сковываются в местах соединения), а главное — не всегда осуществимый. В этом Бенардос и сам убеждался не раз при строительстве парохода-вездехода собственной конструкции в мастерских его усадьбы Привольное неподалеку от города Лух (конец 1870-х годов). В процессе работы изобретателю приходилось соединять друг с другом много крупных металлических деталей. Больших нагревательных печей в мастерских у него не имелось; для нагрева соединяемых ударами молота участков металла пришлось воспользоваться электрической дугой. При этом было замечено, что металл, оплавляясь в некоторых местах, со­единялся еще до ковки. Тогда-то у Бенардоса и возникла идея — объединить в одно целое все три этапа: нагрев, плавку и соединение металлов в расплавленном состоянии.
Перед изобретателем стояли две непростые задачи: во-первых, найти источник тока для сварочной дуги и приспособить существовавшее тогда электрооборудование для питания энергией сварочных аппаратов, во-вторых, разработать технологию, позволяющую максимально использовать тепло электрической дуги для соединения металлов.
Бенардос специально сконструировал батарею аккумуляторов, выдерживающую резкие скачки силы тока, происходящие при дуговой электросварке. Созданные им аккумуляторные батареи оказались очень надежными. Например, на московском заводе «Серп и молот» сварочная установка Бенардоса прослужила более 30 лет и была разобрана только в 1931 году.
Столь же блестяще решил Николай Николаевич чисто техническую проблему, разработав способ использования тепла элект­рической дуги для соединения (сварки) и разъединения (резки) металлов — тот самый «электрогефест». Аналогичные попытки предпринимались в разных странах и до этого. Однако никто не догадался включить в электрическую установку сам обрабатываемый предмет. Бенардос же поступил именно так, положив в основу метода «непосредственное образование вольтовой дуги между местом обработки металла, составляющим один электрод, и подводимой к этому месту рукояткою, содержащую другой электрод». Металл расправлялся и в жидком состоянии самопроизвольно соединялся без применения какого бы то ни было механического воздействия.

Для получения полной версии статьи обратитесь в редакцию