Алессандро Вольта Биография и материалы
Алессандро Вольта (1745 — 1827) был итальянским физиком и химиком, пионером электричества и энергии, изобретателем электрической батареи, которая была первым источником постоянного электрического тока. Его экспериментальная работа в области химии и электричества и его теоретический вклад в дискуссии восемнадцатого века по тем же вопросам привели к крупным достижениям в области физики и электромагнетизма..
Из-за важности его научного вклада и влияния, которое они оказали на жизнь простых людей, Вольта был в то время высоко признанным ученым. Его не только отмечали поэты и музыканты, но и высоко ценили правительства.
Помимо своего научного вклада, Вольта успешно занимал весьма важные политические посты. Настолько, что им восхищался Наполеон Бонапарт, который высоко ценил его за его работу.
- 1 Биография
- 1.1 Первые исследования
- 1.2 Первые изобретения
- 1.3 Выводы о текущей и животной ткани
- 1.4 Благодарности
- 1.5 Научная проверка и назначения
- 1.6 Смерть
- 2.1 Электрический аккумулятор или аккумулятор
- 2.2 Электрохимия
- 2.3 Законы электрификации при контакте
- 2.4 Изобретение оборудования
- 2.5 Открытия и экспериментальные процессы
биография
Алессандро Вольта, полное имя Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта, родился 18 февраля 1745 года в Комо, Италия. Его семья имела благородный характер, что облегчало ему получение образования с раннего возраста.
Мать Алессандро была благородной, а отец был причастен к так называемой высокой буржуазии. Когда ему было всего 7 лет, его отец умер, а это означало, что ему не хватало этой фигуры с самого начала.
Первые исследования
Алессандро проявил интерес к явлениям природы в детстве; тем не менее, первое образование, которое получило — основное и среднее — носило скорее гуманистический характер. Его первой школой был один из иезуитов, который был в его городе..
Говорят, что учителя этой школы хотели мотивировать его продолжить обучение в религиозной сфере. Со своей стороны, его семья заставила его посвятить себя профессии юриста, поскольку в этой семье это была традиционная карьера..
Оказавшись в гуще этих трудностей, Алессандро остался тверд в своих интересах и выбрал научную подготовку, как только начал свое высшее образование..
Первые изобретения
Согласно историческим записям, известно, что Вольта ответил на его интерес к электрическим явлениям, когда он был молодым, учитывая, что, когда ему было 18 лет, он начал общаться по почте с различными электрологами, проживающими в Европе..
Уже с 1767 года Вольта начал делиться своими представлениями об электричестве; в этом случае он сделал это с Джован Батиста Беккариа, который был профессором в городе Турине.
В 1774 году Вольта был предложен в качестве профессора физики в Королевской школе Комо; там он начал свою педагогическую деятельность. Почти параллельно с этим назначением, в 1775 году Volta выпустила свое первое электрическое изобретение; это был электрофор, артефакт, через который можно было производить статическую энергию.
В дополнение к генерации статической энергии большое преимущество этого изобретения состояло в том, что оно имело длительный характер; то есть вам нужно было только зарядить его, чтобы он мог передавать энергию разным объектам.
Всего два года спустя Вольта обнаружил еще одно важное открытие, в данном случае в области химии: Алессандро Вольта смог определить и изолировать газообразный метан. Вольта продолжил свою преподавательскую деятельность, а с 1779 года он начал работать профессором физики в Университете Павии..
Выводы о текущей и животной ткани
С 1794 года Вольта интересовался производством электрического тока через металлы без использования тканей животных, что было популярным понятием в то время..
Луиджи Гальвани, еще один известный ученый и друг Вольты, провел несколько экспериментов в этой области за несколько лет до этого, в 1780 году. Согласно экспериментам, проведенным Гальвани, было возможно генерировать электрический ток, когда два металла с различными характеристиками контактировали с мышцей. лягушки.
В этом случае Вольта повторил эти эксперименты и получил аналогичные ответы, но не был полностью убежден в результате.
Затем, с помощью различных экспериментов, проведенных в 1794 году, Вольта смог подтвердить, что ткани животных не были необходимы для генерации электрического тока. Это означало революционное утверждение для времени.
С этого момента они начали поиски Вольты, чтобы проверить свою гипотезу и получить одобрение научного сообщества. Вольта провел несколько экспериментов, и, наконец, в 1800 году появилась первая электрическая батарея..
Аккумулятор, созданный Volta, состоял из 30 металлических колес, отделенных друг от друга влажными тканями. Наконец, Вольта обнародовал свое изобретение перед Королевским лондонским обществом, которое после различных проверок отдает должное Вольте, которая изобрела первую электрическую батарею..
подтверждени
Конечно, это изобретение было очень влиятельным в то время, так как оно оказалось инструментом, который изменил многие процессы, создав несомненные лучшие.
Власти того времени признали это важное открытие, поэтому Алессандро Вольта был вызван в различные академические учреждения, чтобы рассказать о своем изобретении и последствиях, которые он имел.
Одной из личностей, которая особенно интересовалась изобретением Вольты, был Наполеон Бонапарт. В 1801 году этот стратег пригласил Вольта в Париж, чтобы отправиться в Институт Франции, чтобы объяснить особенности этой электрической батареи..
Масштабы открытия заинтересовали Бонапарта таким образом, что Бонапарт стал очень вовлеченным в переговоры, данные Вольтой, и рекомендовал ему получить самые большие почести, которых он считал этим ученым заслужить..
Научная проверка и назначения
После этого именно Национальный институт наук проверил функциональность изобретения Вольта и признал, что это действительно замечательное изобретение, поэтому он был номинирован на получение золотой медали за научные заслуги — высшее отличие в область науки в то время.
Со своей стороны Бонапарт продолжал демонстрировать восхищение Алессандро Вольта, вплоть до того, что он был назван Рыцарем Почетного легиона и назначил ему ежегодную пенсию.
Вольта также получил другие назначения от других личностей: он носил титул Рыцаря Королевского итальянского ордена Железной Короны и был графом Италии, через год после того, как исполнял обязанности итальянского сенатора..
Признание последовало, и в 1815 году, через 15 лет после создания первой электрической батареи, университет Падуи — один из самых важных в Италии — назначил его директором своего философского факультета..
кончина
В общем, Алессандро Вольта был охарактеризован как человек спокойного, центрированного, остроумного и верующего характера. После обнаружения электрической батареи, его последующие исследования касались проводимости и интенсивности.
В последние годы своей жизни Вольта жил на ферме, расположенной в непосредственной близости от Комо, его родного города; его поселение было в Камнаго. Он умер 5 марта 1827 года, когда ему было 82 года.
Основные вклады
Электрическая батарея или аккумуляторная батарея
В марте 1800 года Вольта внес свой самый большой вклад, изобрел электрический аккумулятор. Это изобрело революцию в концепции источников энергии навсегда, сделав впервые доступным портативный источник постоянного тока.
Электрическая батарея позволяла генерировать ток из колонки дисков разных металлов с вкраплениями картона, смоченного в солевом растворе.
Этот вклад Вольты привел к разработке приложений, таких как электролиз воды или производство электрической дуги между двумя углеродными полюсами. Кроме того, это изобретение позволило продемонстрировать связь между магнетизмом и электричеством..
электрохимия
Алессандро Вольта считается одним из отцов электрохимии как дисциплины. Вольта разделяет этот титул с Луиджи Гальвани, который сделал важные разработки в области электричества для животных.
Основной вклад Вольты в эту дисциплину был сделан с помощью экспериментов с лягушками, которые он провел для оценки электрических явлений, описанных Гальвани..
Различные интерпретации, данные Вольтой и Гальвани к этим явлениям, позволили истинному развитию электрохимии.
Некоторые авторы считают Вольту истинным основателем электрохимии из-за экспериментальной природы, которая дала эту отрасль науки.
Контактные законы электрификации
Вольта поднял знаменитые законы контактной электрификации, теорию, которую он разработал, чтобы объяснить источники электрических зарядов. Впоследствии теория Вольта о контактном электричестве оказалась неполной и ошибочной в нескольких аспектах..
Несмотря на ошибки, теория Вольта длилась много лет и послужила основой для развития экспериментального изучения электричества и для важных теоретических дискуссий на эту тему..
изобретение из аппаратные средства
Среди менее известного вклада Вольты в мир науки большое количество оборудования, некоторые из которых используются до сих пор..
Вольтовое изобретение, такое как электрический конденсатор, который используется для накопления энергии. Он также изобрел конденсаторный электроскоп, аппарат, который сочетает в себе функции электроскопа и конденсатора..
Кроме того, он усовершенствовал электрофор, команду, изобретенную Йоханом Вилке и которая служит генератором статического электричества..
Открытия и экспериментальные процессы
Алессандро Вольта сделал важный экспериментальный вклад в свое время. Среди них он, как известно, открыл органическую природу биогаза.
С другой стороны, Вольта также провел важные эксперименты в области атмосферного электричества, такие как воспламенение газов электрическими искрами в закрытых контейнерах..
Вклад Вольты в научный мир продолжался до 1803 года. После этого года и до даты своей смерти в 1827 году он не вносил новых вкладов..
От электричества до телевидения. 1775-1800
В 1775 Алессандро Вольта изготовил «электрофор» — интересный маленький лабораторный прибор, позволяющий создавать электрический заряд через индукцию. Сила «электрофора» именно в его простоте и доступности — электрические машины были крупными, дорогими и недоступными — а Вольта получал электричество с помощью блюдечка, пластинки, кусочка меха, пузырька и железной кружки с ручкой. Простота удивляла! Вольта сообщил о своем изобретении многим физикам, электрофором заинтересовались люди далекие от науки.
Как всегда нашлись и зубоскалы, полушутя полусерьезно называвшие электричество глупостями.
Именно в 1775 вышла бессмертная комедия Бомарше «Севильский цирюльник», где герои со сцены абсолютно серьезно говорили:
Всегда браните вы наш бедный век…
Прошу простить за дерзость.
Но что он дал нам, чтоб хвалить его?Лишь глупости всякого рода:
свободу мыслить,
тяготенье,
электричество,
веротерпимость,
хину, «Энциклопедию»
и театральные драмы?»В 1777 профессор из Геттингена Георг Лихтенберг при экспериментах с «электрофором» конструкции Вольта обнаружил, что электричество, истекающее с металлического острия в направлении смоляной пластинки, формирует смоляной порошок на его поверхности особым образом. Эти фигуры, отражающие в некоем смысле линии электрического поля, стали называть «лихтенберговыми».
Справка от автора.
Лихтенберг, Георг Кристоф (Lichtenberg, 1742—1799) — выдающийся немецкий ученый и публицист; род. в 1742. г. близ Дармштадта в семье деревенского пастора. В детстве у него образовался горб, остановивший его рост и сделавший его навсегда болезненным. Был проф. физики и астрономии в Геттингене и членом спб. акд. наук. Как ученый, Л. прославился лекциями по экспериментальной физике, которые пояснял опытами при помощи им самим усовершенствованных аппаратов, и открытием электрических фигур, названных его именем (лихтенберговые).
В 1780 заведующий кафедрой университета в Болонье Луиджи Гальвани (1737 — 1798) начал работы, которые привели его к открытию животного электричества.
6 ноября 1780 года он производит знаменитый опыт с лягушечьей лапкой.Вопрос измерения силы электрического взаимодействия с 1750 приобретает большое значение. Экспериментаторы предлагали все более и более совершенные электрометры.
В 1779 Кавалло поместил электрометр Кантона (см. 1754) в стеклянную банку для исключения влияния воздуха, в 1781 Вольта изготовил чувствительный соломенный электрометр. Новую измерительную конструкцию в 1784 предложил французский физик Шарль-Огюстен Кулон (1736—1806) — он изобрел крутильные весы.
Долгие опыты с маленькими металлическими шариками привели Кулона в 1785 к «закону Кулона» о силе взаимодействия точечных зарядов. Закон Кулона — это один из фундаментальных законов электродинамики и теории поля.
В 1786, 26 апреля, Луиджи Гальвани при помощи лягушечьей лапки и проволоки обнаруживает приближение грозы. И представьте он сделал это на 109 лет раньше россиянина Александра Попова (см. 1895).
Биологический грозоотметчик Гальвани фактически и был первым "радио", но весьма своеобразным!
Французский физик Шарль-Огюстен Кулон завершает печать мемуаров об опытах с крутильными весами. Он провел опыты с намагниченными шариками и обнаружил, что их взаимодействие очень похоже на взаимодействие заряженных шариков.
В 1789 Кулон был принят в члены Парижской академии наук, но вскоре революция уничтожила все старые общественные институты Франции, академия закрылась. На время развитие науки во Франции, а затем и в Европе затормозилось.
Алессандро Вольта повторяет опыт Луиджи Гальвани с лягушечьей лапкой и обнаруживает явление электризации через соприкосновение разнородных металлов.
В 1791 году Луиджи Гальвани публикует работу «Трактат о силах электричества при мышечном движении» и начинает новую страницу в науке об электричестве.
В 1794 Алессандро Вольта в письме профессору Вассалли предлагает ряд металлов, расположенных по создаваемой электрической силе — «ряд Вольта».
«Новая статья о животном электричестве в трех письмах, написанных синьору аббату Антону Мариа Вассалли профессору физики в королевском университете в Турине».
«Письмо первое 10 февраля 1794 г.»
«Что Вы думаете о так называемом животном электричестве? Что касается меня, то я давно убежден, что все действие возникает первоначально вследствие прикосновения металлов к какому-нибудь влажному телу или к самой воде. В силу такого соприкосновения, электрический флюид гонится в это влажное тело или в воду от самих металлов, от одного больше, от другого меньше (больше всего от цинка, меньше всего от серебра). При установлении непрерывного сообщения между соответствующими проводниками этот флюид совершает постоянный круговорот.»
«Если вместо двигательных нервов в круг входят вкусовые нервы верхушки или краев языка, или же зрительные нервы, то соответственно возникает ощущение вкуса или света; и эти ощущения и движения тем сильнее, чем дальше отстоят друг от друга примененные два металла в том ряду, в каком они нами поставлены здесь: цинк, оловянная фольга, обыкновенное олово в пластинках, свинец, железо, латунь и различного качества бронза, медь, платина, золото, серебро, ртуть, графит. К ним следует прибавить, наконец, некоторые древесные угли, т. е. именно те, которые оказываются почти такими же проводниками, как металлы; другие же не годятся или плохи.»
В 1797 году в Олбани, США, родился Джозеф Генри — знаменитый физик.
Справка от автора.
ГЕНРИ (Henry) Джозеф (17.12.1797, Олбани, — 13.5.1878, Вашингтон), американский физик. С 1832 проф. Принстонского колледжа, с 1846 секретарь и директор Смитсоновского ин-та, с 1868 президент Нац. АН США; первый президент Философского об-ва в Вашингтоне (с 1871). Осн. труды по электротехнике. В 1828 впервые построил электромагниты большой силы, применив многослойные обмотки из изолированной проволоки. Г. открыл явление самоиндукции (1832) и колебательный характер разряда конденсатора (1842). Его именем названа единица индуктивности в системе СИ — генри. Г. принадлежат также работы по метеорологии.
В 1799 Алессандро Вольта, профессор естественной философии в университете итальянского города Павия, пришел к окончательному выводу, что «животного электричества» (в том виде как его в те времена трактовали) не существует, а основными причинами открытия Луиджи Гальвани (см. 1780) были две разных металла — стальной нож и оцинкованная пластина (жесть), — на которой лежала лягушка. Различные металлы, составляли пару из предложенного Алессандро Вольта ряда (см. 1794), а разделение их влажными тканями лягушки привело к выработке электричества.
В следующем году 20 марта 1800 Вольта извещает о великом открытии — создании «электрического органа» — «вольтова столба» — гальванической батареи.
1800. ВОЛЬТА, НИКОЛСОН И КАРЛАЙЛ, ДЭВИ
На рубеже 19-го века, предположительно в декабре 1799, итальянец Алессандро Вольта изготовил 1-ю электрическую батарею, которая представляла собой столбик из чередующихся медных и цинковых кружков, разделенных кружочками сукна или войлока вымоченного в слабом водном растворе серной кислоты. Первое сообщение об этой батарее, которую Вольта называет «снарядом, слабо заряженным, но действующим непрерывно, подобно лейденской банке», последовало в 1800, 20 марта, в письме от Вольта к президенту Лондонского Королевского общества Джозефу Банксу (Джозеф Банкс — знаменитый английский ботаник и путешественник, участник экспедиции Кука, президент Королевского общества в 1778—1820).
Письмо содержит описание и рисунки Вольта, и рекомендации по применению в батарее разных металлов. «Вольтовы столбы» великого итальянца сохранились, впрочем, он позднее от них отказался, т. к. сукно под тяжестью металлических кружков быстро высыхало, и стал применять последовательно соединенные «чашечные приборы» — в этой конструкции медные и цинковые пластинки, соединенные проволокой, помещены в чашки со слабой серной кислотой (см. рис. далее).
На иллюстрации рисунок «снаряда» из письма Вольта к Банксу, фото батареи, сделанной Вольта, рисунок Вольта с «чашечным прибором»
В 1800 французы окончательно победили армию европейской коалиции в Италии, 23 июня 1-й консул Франции Бонапарт открыл университет города Павия и назначил в нем Алессандро Вольта профессором экспериментальной физики.
В ноябре 1800 года профессор Вольта читал доклады в Париже в Институте Франции, где объяснил принцип действия своих приборов, в декабре 1801 года Вольта был награжден золотой медалью Института Франции и премией первого консула Франции. Карьера Алессандро Вольта продолжилась, но не как изобретателя, а как политика, он стал и членом Почетного легиона и сенатором Италии. Умер великий изобретатель и инженер Алессандро Вольта в 1827 году — «вольтов столб» его последняя значительная работа.
«Вольтов столб» вызвал большой интерес у европейских физиков, и надолго стал единственным прибором для получения электричества, но с точки зрения конструкции он не был новостью. За 7 лет до Вольта, в 1793, английский врач Ричард Фоулер (1765—1863) опубликовал в Эдинбурге статью по своим опытам с «животным электричеством» «Experiments and Observations on the Influence lately discovered by M. Galvani, and commonly called Animal Electricity», в которой как приложение было письмо некоего Робайсона — последний сообщал, что он складывал в столбик кусочки цинка, величиной с шиллинг, вперемежку с серебряными шиллингами, и сбоку этот столбик «пробовал на язык» — «раздражение оказывалось очень сильным и неприятным».
Идея Вольта разделить в столбике цинк и медь сукном, пропитанным слабой кислотой, позволила получить электричество без «пробы на язык», но Вольта ставил своей целью только электрическое соединение металлов из своего ряда, а не получение электричества в результате химической реакции (цинк реагирует с кислотой и выделяется водород). (Знал ли Вольта о конструкции Робайсона — неизвестно).
Углубленные научные опыты после 1800 года, как я и писал выше, Вольта не проводил, но по его пути немедленно пошли многие естествоиспытатели:
30 апреля 1800 английский химик Уильям Николсон (1753—1815) и его напарник хирург Энтони Карлайл (1768—1840) изготовили «столб Вольта» и полностью проверили его работоспособность. Николсон в ходе опыта для улучшения контакта верхней проволоки с цинковым кружком налил на него немного воды и случайно обнаружил, что на этой проволоке, выделяются пузырьки — экспериментатор по запаху (!) предположил, что это водород. Николсон и Карлайл провели новый эксперимент — в пробирке с водой, в которую через пробки были введении проволоки от «столба Вольта», они впервые разложили воду с помощью электричества на водород и кислород. Водород исследователи собрали, а кислород определили по тому, как он окислил медную проволоку.
В сентябре 1800 немецкий физик Иоганн Риттер (1776—1810) сообщает о своем опыте по разложению воды, при этом ему удалось собрать кислород.
В 1800 будущий великий английский химик Хэмфри Дэви (1778—1829) начал серию опытов по химическому действию электрического тока. Дэви не удовлетворился опытами предшественников, он использовал золотую проволоку, золотые сосуды, откачивал воздух, применял дистилляцию воды — боролся со всякого рода примесями и побочными эффектами, и сделал вывод:
«Таким образом, по видимому, не подлежит никакому сомнению, что химически чистая вода разлагается электричеством исключительно на газообразные вещества — на кислород и водород.»Промежуточные итоги повествования и дальнейшие пути.
18-й век ознаменовался большими достижениями в области электричества и некоторым прогрессом в области магнетизма. Гауксби, Бозе и их последователи построили удачную электрическую машину, серию смелых опытов с атмосферным электричеством провел Франклин, он же изобрел громоотвод, теории электричества предложили Дюфе, Франклин, Эпинус, Симмер, фундаментальные соотношения открыли Лагранж и Кулон. Последние десятилетия 18-го века прошли под знаком итальянской науки — «животное электричество» открыл Гальвани, открыл ряд активности металлов и приблизился к созданию гальванического элемента Вольта. Открытие итальянца Вольта в начале 19-го века переведет электричество из разряда диковин в двигатель человеческого прогресса.
19-й век человечество начинало в напудренных париках, на золоченых каретах запряженных лошадьми и деревянных парусниках, бегущих по воле ветра и волн, а закончило в деловых, вполне современных костюмах и пальто, на автомобилях, в железнодорожных вагонах и на пароходах.
Прогресс в изучаемой нами отрасли в 19 веке был грандиозен!
Электрическая и магнитная энергии были «обузданы» усилиями ученых и инженеров и стали важнейшей частью цивилизации. Физиками, химиками, электротехниками (появилась такая профессия) были проведены удивительные эксперименты, открыты разнообразные эффекты. Скудность технических сведений 16—18-го веков сменилась необъятностью информационного материала. Но мы будем следовать по нашей «информационной дороге» — от электричества к телевидению, оставляя «на обочине» важнейшие открытия и достижения не связанные напрямую с заданной темой — электрохимию, гальванику, электрометаллургию, электросварку, электрические машины, электрические генераторы, и т. д. и т. п. — в этих разделах будут упомянуты только первооткрыватели.
Электричество и батарея Вольта
Электрическая батарея Вольта стала первым источником постоянного электрического тока. Этому изобретению предшествовали два века догадок и опытов, открытий и сомнений. Масштаб изобретения Вольта, появившегося в Век паровых машин, оценили уже через 30 лет, и тогда электричество, этот новый вид энергии, совершило переворот в технике и открыло следующий этап развития цивилизации — Век электричества.
Путь на ощупь
Люди с древности сталкивались с электрическими явлениями, но не могли их правильно объяснить. Греческий философ VII в. до н. э. Фалес, заметив, что потёртый о шерсть янтарь притягивает лёгкие предметы, объяснил это свойством самого янтаря, не ведая, что и другие вещества могут обладать такими «способностями».
Наблюдение Фалеса, так и не получив внятного толкования, было забыто и воскресло только в 1600 г. в опытах английского физика Уильяма Гильберта. Гильберт обнаружил, что одни тела, подобно янтарю, после натирания притягивают лёгкие предметы, а другие — нет. Гильберт назвал эту притягивающую силу «электричеством» (от лат. electricus — «янтарный») и впервые твёрдо заявил о существовании в природе некого неведомого явления, требующего изучения.
Электрофор Герике
В 1650 г. внимание публики к электричеству привлёк немецкий физик Отто фон Герике, тот самый, кто потом проделал опыт с магдебургскими полушариями. Герике придумал электрофор (электростатическую машину), наглядно показавшую существование электричества и открывшую новые возможности для его изучения. Герике изготовил шар из серы и вставил в него железную ось. Вращаясь вокруг неподвижной оси, шар от трения о железо наэлектризовывался и начинал притягивать лёгкие предметы, например пёрышко. Пёрышко следовало за шаром при его перемещении и само начинало притягивать к себе пылинки или притягиваться к крупным предметам, например к протянутой руке. Так Герике доказал, что электрическое состояние может передаваться от предмета к предмету. Прилипнув к шару, пёрышко потом резко отталкивалось от него. Так было открыто явление электрического отталкивания.
Накопление знаний
В 1729 г. английский физик С. Грей, проводя опыты по передаче электричества на расстояние, обнаружил, что вещества проводят электричество по-разному. Хорошо проводящие электричество вещества позднее были названы проводниками, а не проводящие электричества — диэлектриками (изоляторами). Французский физик Ш. Дюфе в 1733 г. сделал другое открытие: натерев смолу (янтарь) шерстью, а стекло шёлком, он обнаружил, что пары — стекло и смола, стекло и шёлк, смола и шерсть, шёлк и шерсть — притягиваются друг к другу, а стекло и шерсть, шёлк и смола — отталкиваются. Из этого Дюфе заключил, что есть два вида электричества — «стеклянное» и «смоляное», причём и то, и другое передаётся — заряжает разные проводники.
Предметы, заряженные «стеклянным» и «смоляным» электричеством, взаимно притягиваются, но отталкивают от себя одноимённо заряженные материалы. Американский учёный Б. Франклин в 1740 г. вместо «стеклянного» и «смоляного» электричества ввёл понятия, соответственно, положительного («+») и отрицательного («-») зарядов. При трении один из наэлектризовывающихся материалов всегда получает заряд «+», а другой «-».
Что такое электричество?
До конца XIXв. и учёные, и простые люди, уже пользуясь электричеством, мало знали о его природе. Лишь с открытием электрона, материального носителя электричества, картина стала проясняться. Сейчас мы знаем, что электричество, или электрический ток — это направленный поток заряженных частиц, которыми чаще всего бывают отрицательно («-») заряженные электроны. Электроны вращаются вокруг положительно («+») заряженного ядра атома, удерживаясь этим ядром на своих орбитах и составляя его оболочку. Но некоторые электроны отрываются от своих атомов и свободно и хаотично движутся между ними. При некоторых условиях, например при подключении тела к источнику электрической энергии, свободные электроны в теле начинают двигаться в одном направлении — возникает электрический ток, и вокруг тела образуется своё электрическое поле. Направление тока от «+» к «-» противоположно направлению движения электронов. Когда электрическая «подпитка» извне прекращается, электроны в теле возвращаются к хаотичному движению.
Банка для электричества
Электрофор Герике, ставший настольным прибором физиков, производил электричество, но не конденсировал (не накапливал) заряд, и для многих опытов электричества не хватало. Конденсатор (накопитель) электричества в 1745 г. создал голландский физик Питер Мушенбрук из г. Лейдена. Банку из стекла (диэлектрика), служившего изолятором, он наполнил проводником — водой, и другим проводником — металлическим стержнем, соединил воду с серным шаром электрофора. Электроны от шара по стержню поступали в воду, откуда не могли уйти, не пропускаемые стеклом-изолятором. Так в банке накапливался заряд. Проверяя, зарядилась ли банка, Мушенбрук потрогал её стержень, когда банка стояла на столе. Не получив электрического удара, он счёл, что опыт не удался. Но его ученик Кюнеус, держа банку в руках, коснулся стержня и получил сильнейший удар. Так состоялось открытие — Мушенбрук изобрёл кондесатор, лейденскую банку, долгие годы служившую главным источником электричества для науки.
Заряд лейденской банки был довольно велик. В одном опыте электрический удар лейденской банки разом почувствовали 180 державшихся за руки гвардейцев, первый из которых держал банку, а последний касался её стержня. Считается, что после этого опыта систему из соединённых проводников стали называть электрической цепью.
Ошибка, ставшая открытием
В 1786 г. итальянский медик Луиджи Гальвани, препарируя лягушку, закреплённую на столе медными крючками, дотронувшись до неё стальным скальпелем, заметил, что у мёртвой лягушки сократились мышцы лапок. Гальвани решил, что так проявляется «животное электричество». Вывод Гальвани опроверг его соотечественник Алессандро Вольта, доказав, что лапка лягушки показала наличие электричества, полученного от контакта двух разнородных металлов, меди и стали, с жидкостями тела лягушки. Вольта погрузил соединённые проволокой медную и цинковую пластинки в кислоту. Цинк стал растворяться в кислоте, на меди образовались пузырьки, а по проволоке пошёл электрический ток, который Вольта обнаружил, приложив к ней электроскоп — прибор, показывающий наличие электричества.
Столб силы
Поняв, что электричество можно производить химическим путём, Вольта собрал гальванический элемент: медный и цинковый кружочки и суконный кружок с кислотной пропиткой меж ними. Нанизав на проволоку несколько таких элементов, Вольта сделал прибор — батарею (столб), вырабатывающий электричество. Соединяя концы проволоки, в электрическую цепь и в батарею запускали электрический ток. Чем длиннее была батарея, тем больше была сила тока. Батарея Вольта — прототип всех современных батареек.
Развитие идеи
Открытие Вольты немедленно дало результаты — в 1800 г. английские физики В. Никольсон и А. Карлайл с помощью катода и анода осуществили электролиз воды, разложив её молекулы на атомы кислорода и водорода. Так стали получать кислород и водород для нужд науки, медицины и техники. В 1802 г. русский физик В. Петров сделал мощнейшую батарею из 2100 гальванических элементов. Её напряжение более чем в 100 раз превышало напряжение электрической сети в наших домах. При сближении концов проволоки своей батареи Петров создал разряд такой силы, что он «пробил» воздух — диэлектрик, не проводящий электричество. В месте «пробоя» воздух ионизировался, перейдя в состояние плазмы, способной проводить ток. Плазменная дуга светилась и нагревалась до очень высокой температуры. Так была открыта электрическая дуга.
В русской армии таким дуговым разрядом стали запаливать порох и взрывчатку. Электрический запал был первым практическим применением работы электричества.
Алессандро Вольта — изобретатель первого источника постоянного тока
Алессандро Вольта (1745-1827) – итальянский учёный-физик, один из авторов учения об электричестве, известный физиолог и химик. Открытое им «контактное электричество» создало глубокую предпосылку для изучения природы тока и поиска направлений его практического использования.
Алессандро Вольта (Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Gerolamo Umberto Volta)
Детство и юность
Алессандро Вольта появился на свет 18 февраля 1745 года в итальянском городишке Комо, расположенном рядом с Миланом. Его родители Филиппо и Маддалена были представителями среднего класса, поэтому могли создать ребенку хорошие условия жизни. В раннем детстве воспитанием мальчика занималась кормилица, уделявшая мало внимания развитию ребенка. Будущий ученый начал разговаривать только в четыре года, с трудом произнося звуки. Тогда все свидетельствовало об определенной умственной отсталости ребенка, произнесшего первым слово «Нет».
Только к семи годам мальчик приобрел полноценную речь, но вскоре потерял отца. На воспитание Алессандро взял родной дядя, который дал возможность получить племяннику хорошее образование в школе ордена иезуитов. Он с усердием изучал историю, латынь, математику, жадно впитывая все знания. Практически сразу выявилась страсть Вольты к физическим явлениям. Ради этого он устроил переписку с известным в то время автором и демонстратором физических опытов аббатом Жаном-Антуаном Нолле.
В 1758 году земляне в очередной раз наблюдали приближение к планете кометы Галлея. Пытливый ум Вольта сразу проявил огромный интерес к этому явлению, и юноша принялся изучать научное наследие Исаака Ньютона. Также он интересовался работами Бенджамина Франклина и по мотивам одной из них соорудил в своем городе громоотвод, оглашавший окрестности звоном колокольчиков во время грозы.
После окончания учебы Алессандро остался преподавать физику в гимназии Комо. Однако роль скромного учителя не соответствовала уровню таланта Вольты и через несколько лет он становится профессором физики одного из старейших университетов в Павии (город на севере Италии в регионе Ломбардия). После переезда сюда Вольта много путешествовал по Европе, побывав со своими лекциями во многих столицах. В этой должности ученый проработает 36 лет, а в 1815 году он возглавил философский факультет университета в Падуе.
Первые открытия
Ещё в годы учительства Вольта всецело предавался науке и активно занимался изучением атмосферного электричества, проводя серию опытов по электромагнетизму и электрофизиологии. Первым заметным изобретением итальянца стал конденсаторный электроскоп, оснащенный расходящимися соломинками. Такой прибор был гораздо чувствительнее своих предшественников с подвешенными на нитке шариками.
В 1775 году Алессандро изобрел электрофор (электрическую индукционную машину), способную вырабатывать разряды статического электричества. В основе работы прибора лежало явление электризации с помощью индукции. Он состоит из двух металлических дисков, один из которых покрыт смолой. В процессе его натирания происходит заряд отрицательным электричеством. При поднесении к нему другого диска последний заряжается, однако если отвести несвязанный ток в землю предмет получит положительный заряд. С помощью многократного повторения этого цикла можно существенно увеличивать заряд. Автор утверждал, что его прибор не теряет эффективности даже через трое суток после зарядки.
Во время одной из лодочных прогулок по озеру, Вольта сумел убедиться, что находящийся на дне газ хорошо горит. Это позволило ему сконструировать газовую горелку и выдвинуть предположение о возможности строительства линии проводной сигнальной электропередачи. В 1776 году ученому удалось создать электро-газовый пистолет («пистолет Вольта»), действие которого основано на взрыве метана от электрической искры.
Вольтов столб
К своему самому известному открытию ученый пришел занимаясь изучением опытов своего соотечественника Луиджи Гальвани, которому удалось обнаружить эффект сокращения мышечных волокон препарированной лягушки в процессе взаимодействия ее вскрытого нерва с двумя разнородными металлическими пластинками. Автор открытия объяснил явление существованием «животного» электричества, однако Вольта предложил другую интерпретацию. По его мнению, подопытная лягушка выступала своеобразным электрометром, а источником тока был контакт разнородных металлов. Сокращение мышц было вызвано вторичным эффектом от действия электролита – жидкости, находящейся в тканях лягушки.
Чтобы доказать правильность выводов Вольта провел эксперимент на самом себе. Для этого он приложил к кончику языка оловянную пластинку и параллельно к щеке серебряную монету. Предметы были соединены небольшой проволочкой. В результате ученый почувствовал языком кисловатый привкус. В дальнейшем он усложнил свой опыт. На этот раз Алессандро положил себе на глаз кончик оловянного листочка, а во рту разместил серебряную монету. Предметы соприкасались друг с другом с помощью металлических острий. Всякий раз при контакте он чувствовал глазом свечение, подобное эффекту молнии.
В 1799 году Александро Вольта окончательно пришел к выводу, что «животного электричества» не существует, а лягушка реагировала на электрический ток возникающий при контакте разнородных металлов.
Этот вывод Алессандро использовал при разработке собственной теории «контактного электричества». Сначала он доказал, что при взаимодействии двух металлических пластин одна приобретает большее напряжение. В ходе дальнейшей серии экспериментов Вольта убедился, что для получения серьезного электричества одного контакта разнородных металлов мало. Оказывается, для появления тока необходима замкнутая цепь, элементами которой выступают проводники двух классов – металлы (первый) и жидкости (второй).
В 1800 году ученый сконструировал Вольтов столб – простейший вариант источника постоянного тока. В его основе лежали 20 пар металлических кружочков, выполненные из двух видов материала, которые были разделены бумажными или тканевыми прослойками, смоченными щелочным раствором или соленой водой. Присутствие жидких проводников автор объяснял наличием особого эффекта, согласно которому в ходе взаимодействия двух различных металлов появляется некая «электродвижущая» сила. Под ее воздействием электричество противоположных знаков сосредотачивается на разных металлах. Однако Вольта не смог понять, что ток возникает как результат химических процессов между жидкостями и металлами, поэтому представил иное объяснение.
Если сложить вертикальный ряд пар различных металлов (например, цинка и серебра без прокладок), то заряженная током одного знака цинковая пластина будет взаимодействовать с двумя серебряными, которые заряжены электричеством противоположного знака. В результате вектор их совместного действия будет обнуляться. Для обеспечения суммирования их действий необходимо создать контакт цинковой пластины только с одной серебряной, что можно достичь с помощью проводников второго класса. Они эффективно дифференцируют пары металлов и не создают помех для движения тока.
Вольтов Столб — гальванический элемент (химический источник постоянного тока). По сути дела — это первая в мире аккумуляторная батарея
О своем открытии в 1800 году Вольта сообщил Лондонскому королевскому обществу. С этого времени источники постоянного тока, изобретенные Вольтой, стали известны всему физическому сообществу.
Несмотря на определенную научную ограниченность выводов Алессандро вплотную приблизился к созданию гальванического элемента, который связан с трансформацией химической энергии в электрическую. В дальнейшем ученые многократно проводили эксперименты с вольтовым столбом, которые привели к открытию химических, световых, тепловых, магнитных действий электричества. Одним из наиболее заметных вариантов конструкции вольтова столба можно признать гальваническую батарею В. Петрова.
В качестве эксперимента, можно создать Волтов столб своими руками из подручных средств.
Вольтов столб своими руками. Между медными монетами находится кусочки салфетки смоченные уксусом (электролитом) и кусочки алюминиевой фольги
Другие изобретения
Иногда Вольту считают создателем прототипа современной свечи зажигания, без которой невозможно представить автомобиль. Он сумел изготовить простую конструкцию, состоящую из металлического стержня, который находился внутри глиняного изолятора. Также он создал собственную электрическую батарею, названную им «короной сосудов». Она состоит из последовательно соединенных медных и цинковых пластин, которые находятся внутри сосудов с кислотой. Тогда это был солидный источник тока, которого сегодня хватило бы на приведение в действие маломощного электрического звонка.
Вольта создал специальный прибор, предназначенный для изучения свойств горящих газов, который получил название эвдиометр. Он представлял собой сосуд, наполненный водой, который в перевернутом виде опускается в специальную чашу с жидкостью. После долгой паузы в 1817 году Вольту публикует теорию града и периодичности гроз.
Семейная жизнь
Супругой итальянского ученого стала графиня Тереза Перегрини, родившая ему троих сыновей.В 1819 году, находящийся в годах ученый, покидает общественную жизнь и удаляется к себе в имение. Алессандро Вольта скончался 5 марта 1827 года в собственном имении Камнаго и был захоронен на его территории. Впоследствии оно получило новое название Камнаго-Вольта.
После смерти судьба сыграла с ученым злую шутку. Во время выставки, посвященной вековому юбилею создания «Вольтова столба» случился большой пожар, практически полностью уничтоживший его личные вещи и приборы, а причиной возгорания была названа неисправность электрических проводов.
Интересные факты
- Находясь в библиотеке Академии, Наполеон Бонапарт прочитал на лавровом венке надпись: «Великому Вольтеру» и удалил из нее две последние буквы, оставив вариант «Великому Вольте».
- Наполеон был хорошо расположен к великому итальянцу и однажды уподобил, изобретенный им «Вольтов столб» самой жизни. Французский император назвал прибор позвоночником, почки положительным полюсом, а желудок отрицательным. Впоследствии по приказу Бонапарта в честь Вольты выпустят медаль, наделят его титулом графа и в 1812 году назначат президентом коллегии выборщиков.
Вольта демонстрирует Наполеону свои изобретения — Вольтов столб и гелиевую пушку
- По инициативе Вольты в науке были утверждены понятия электродвижущая сила, ёмкость, цепь и разность напряжений. Его собственное имя носит единица измерения электрического напряжения (с 1881 года).
- В 1794 году Алессандро организовал опыт под мрачным названием «Квартет мертвых». В нем участвовали четверо человек с мокрыми руками. Один из них правой рукой соприкасался с цинковой пластинкой, а левой прикасался к языку второго. Он, в свою очередь, касался глаза третьего, державшего препарированную лягушку за лапки. Последний прикасался к туловищу лягушки правой рукой, а в левой держал серебряную пластинку, которая соприкасалась с цинковой. В ходе последнего касания первый человек резко вздрагивал, второй ощущал во рту кислый вкус, третий чувствовал свечение, четвертый переживал неприятные симптомы, а мертвая лягушка будто оживала, трепеща своим телом. Это зрелище потрясало до глубины души всех очевидцев.
- Именем Вольта названа научная награда за заслуги ученых в области электричества.
- Вольта скончался в один день и час с известным французским математиком Пьером-Симоном Лапласом.
- Портрет учёного был изображен на итальянской денежной купюре.
Портрет Алессандро Вольты на купюре в 10000 лир. Купюра вышла в обращение в 1984 году