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.
Опыты Гальвани и Вольты (1790—1800). Гальвани заметил, что препарированные ноги лягушки, находясь вблизи электрической машины, всякий раз приходили в движение, когда из машины была извлекаема искра, а мускулов и нервов касались в то же время металлическим предметом. Из описания этого явления, сделанного самим Гальвани, можно думать, что даже не он сам, но кто-то другой в его присутствии заметил необходимость извлечения искры из электрической машины для возбуждения мускульного движения лягушки. Явление могло происходить от электрической индукции; но Гальвани, к счастью для науки, стал искать причину явления в другом направлении и, производя много опытов при различных обстоятельствах, высказал в своем сочинении «De viribus electricitatis in motu musculari» («Comment.» Bonon, VIII, 1791, в немецком переводе Dr. Joh. Mayer, Прага, 1794) предположение, что причина движений лягушки, происходивших при вышеописанных обстоятельствах, есть электричество, развивающееся в самом животном, металл же служит только проводником электричества. В то время были известны электрические рыбы, и Гальвани распространил этот факт на организм лягушки.
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 (1793). 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).
Вольтов столб. Не имея возможности следить здесь за всеми перипетиями этой знаменитой ученой борьбы между двумя гипотезами, во время которой Гальвани умер, остановимся на 1799 г., когда Вольта устроил первый столб, прообраз всех нынешних гальванических батарей. В письме 20 марта 1800 г. из Комо к председателю Лондонского королевского общества, Джозефу Бенксу, Вольта описал действие первого столба, состоявшего из серебряных и цинковых кружочков, сложенных в известном порядке, каждая пара отделялась от другой картонными или кожаными кружочками, пропитанными щелочным раствором (см. Гальванические элементы, черт. 1 в тексте). Оконечности столба были названы полюсами: на одном из них обнаруживалось положительное электричество, на другом — отрицательное. Николсон и Карлейль, узнавшие от Бенкса о новом открытии, тотчас же принялись за повторение опытов Вольта и, устроив столб, вскоре заметили новое явление — отделение пузырьков газа из капли воды, через которую проходил ток. Вольта построил ранее вольтова столба свой прибор еще в другой форме, которую однако считал менее удобной; это был венец из чашек (corona di tazze). В конце 1800 г. Вольта в двух чтениях во французском институте изложил свое изобретение, показав, что электричество столба не отличается от электричества, получаемого трением. Учреждена была комиссия под председательством Био, которая занялась проверкой работ Вольта и в докладе институту, читанном 1 декабря 1801 г., вполне подтвердила все заключения изобретателя. По предложению Бонапарта, институт назначил 2 премии: одну большую (60000 франков) за дальнейшие, особенно важные открытия в области гальванизма, и другую ежегодную малую (3000 франков).
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 [1]). 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 [2]) 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.
Электромагнетизм и электродинамика. Датский физик Эрстедт в 1820 г. заметил, что проводник, по которому проходит гальванический ток, действует на магнитную стрелку, отклоняя ее из первоначального положения («Experimenta circa efficacium conflictus electrici in Acum magneticam», Hafniae, 1820). Впоследствии некоторые итальянские писатели старались доказать, что их соотечественник Романьози гораздо ранее заметил действие тока на стрелку; но если бы и в самом деле это было так, то во всяком случае Романьози не понял важности замеченного им факта. Да и Эрстедт сначала полагал, что проволока для действия на магнитную стрелку должна быть раскалена током, так что Мунке первый убедился, что это действие обнаруживается не только при сильном токе (от 106 пар), но и при слабом (от одной пары); к тому же заключению пришел вскоре и сам Эрстедт. В том же 1820 г. Швейгер устроил первый гальванокоп — мультипликатор (см. Гальванометр) для слабых токов. В том же году Ампер (1775—1836) дал правило, известное ныне под его именем, для определения направления отклонения магнитной стрелки в зависимости от её положения относительно проводника. Вообще в этом периоде Ампер занимает выдающееся место: он показал, что существует взаимодействие проводников, по которым проходит ток, что проводник, которому дана форма винтовой линии (соленоид), обладает при прохождении через него тока многими свойствами магнита. Взаимное действие соленоидов между собой и между соленоидами и магнитами привело Ампера к гипотезе, объяснявшей намагничивание и связывавшей явления электричества и магнетизма. Он первый предложил разделить учение об электричестве на электростатику и электродинамику и закончил свои работы классическим сочинением — математической теорией электродинамики («Théorie des phénomènes electrodynamiques uniquement déduite de l’expérience», в «Mém. de l’Acad.», 1823). Эрстедт тоже пытался установить теорию действий тока на магнитную стрелку, но неполно и неясно. Открытые Фарадеем явления вращения проводника около магнита, объясненные им особенной гипотезой, вполне объясняются и по теории Ампера. Однако физики того времени восстали против гипотезы Ампера относительно существовании токов, кружившихся около частиц магнитных металлов, так как она исключала существование двух магнитных жидкостей. Био почти приравнивал гипотезу Ампера к Декартовым вихрям (см. Декарт) и, со своей стороны, придумал гипотезу, по которой ток, проходя по проводнику, сообщает ему поперечное намагничивание, вследствие чего проводник и действует на магнитную стрелку. Шмидт, Альтгауз, Прехтль, Зеебек, Поль — все объясняли замеченные явления подобным же образом, но мало-помалу гипотеза Ампера заняла подобающее ей место. Малопонятная по существу, как вечное движение электричества, и неудобная для математического анализа, она тем не менее связывала столь разнородные на первый взгляд явления, как электричество и магнетизм. Через несколько лет после соленоида Ампера появились электромагниты. Брюстер и Стурджен впервые устроили их, первый — даже электромагнит подкововидной формы. Вскоре за тем стали устраивать электромагниты таких размеров, что они могли притягивать якорь с грузом в несколько центнеров и даже в целую тонну.
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.
Формула Ома. Таким образом наука об электрических токах постоянно обогащалась, но недоставало еще количественных законов, которые определяли бы силу тока при различных условиях его действия. Уже Деви при работах над химическим действием тока знал, что проволока представляет току сопротивление, пропорциональное её длине, обратно пропорциональное её поперечному сечению, и даже расположил металлы в ряд по степеням их электропроводности, но Георг-Симон Ом (1787—1854) первый теоретически и экспериментально показал связь между силой тока, электровозбудительной силой батареи и сопротивлением всех частей цепи. Непостоянство действий тогдашних гальваническнх батарей заставило Ома для опытов пользоваться преимущественно термоэлектрическими элементами. Его сочинение («Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet») вышло в 1827 г., и его формула, выражавшая, что сила тока пропорциональна электровозбудительной силе и обратно пропорциональна сопротивлению (см. Гальванический ток) была подтверждена опытами Фехнера и тогда же повсеместно принята в Германии. Во Франции же плодотворный закон Ома оставался неизвестным до 1839 г.; смутные понятия о количестве электричества (quantité) и его напряженности (tension) в батареях заменяли этот закон [3]). Пулье (1790—1868) познакомился с работой Ома в неполном извлечении, из которого заключил, что выводы, сделанные Омом, требуют пополнения. Опыты Пулье привели его к тем же результатам, которых достиг Ом. В Англии королевское общество присудило Ому медаль Коплея (1841); но, несмотря на то, только в 1843 г. Витстон обратил общее внимание на важность закона Ома. Во всяком случай работа Пулье, считавшегося некоторое время во Франции за первого открывателя сказанного закона, была очень полезна: она содержит определение сопротивления жидкостей и установила электрохимическую меру силы тока, которой численная величина заменена в настоящее время другой. К большой заслуге Пулье должно быть отнесено устройство им приборов измерителей силы тока (гальванометры, см. это сл.), хотя он имел уже в этом предшественника — Нервандера.
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).
Индуктированные токи. Работы Фарадея (1791—1867) открывают блестящий период в истории электричества и магнетизма вообще и в частности — электрических токов. Уже в 1822 г. он указал несколько любопытных случаев электромагнитных движений, но исключительно занятиям электричеством отдался с 1831 г. Здесь не место говорить о совокупности его работ, продолжавшихся до 1855 г. и изложенных автором в 30 сериях, содержащих 8000 параграфов; уже первая серия заключает в себе открытие гальванической индукции, которое если бы и было единственным, дало бы Фарадею место в ряду великих ученых. Оригинальность замысла и смелость его исполнения почти не имеют себе равных в истории научных открытий. Сущность открытия Фарадея заключалась в необходимости и достаточности движения проводника в присутствии другого, по которому проходит ток, чтобы в первом обнаружился (индуктировался) кратковременный ток. Развивая этот основной закон явлений индукции, Фарадей нашел целый ряд категорий индуктированных токов. Характер этих явлений был до того нов, неожидан и необыкновенен, что слух о них прежде всего порождал сомнение, рассеивающееся лишь при личном присутствии на повторении опыта. Открытие индукции сразу объяснило, как уже упомянуто выше, магнетизм вращения. Частный случай индукции — самоиндукции — послужил для объяснения различия между искрой весьма яркой при прерывании тока и едва заметной искрой при замыкании той же цепи. Сначала способ, употребленный Фарадеем для отделения индуктирированного тока от индуктирующего, проходящего в той же проволоке, возбудил сильнейшие возражения, но потом существование этих токов (экстратоков, по Фарадею) было признано несомненным.
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.
Теории гальванического тока. Мы видели, что идеи Вольта о происхождении электричества от соприкосновения металлов привели его к устройству вольтова столба и чашечного прибора, из которых развились все позднейшие гальванические батареи. По его мнению, жидкость играла в образовании электричества лишь пассивную роль. Фаброни, Волластон, Риттер считали, что химическое действие жидкости на металл есть необходимое условие возбуждения тока. Паррот, Авг. Деларив и позднее Беккерель (Antoine Cesar) построили целые системы, принимая в основание, что химическое действие есть основная причина постоянного возбуждения электричества. Фарадей (1840) высказывался вполне за химическую теорию образования тока как априорическими рассуждениями, так и разнообразными опытами. В первый период разработки этого вопроса изобретение сухого столба Замбони на время решило спор в пользу гипотезы Вольта; но впоследствии обнаружились химические явления и в сухом столбе. Но так как существование электрического направления при соприкосновении разнородных тел несомненно и без химического действия, то Шенбейн после продолжительных работ высказал взгляд на происхождение тока, примиряющий обе гипотезы, а именно допуская, что соприкосновение разнородных тел в батарее действительно приводит их в электрическое состояние и возбуждает первое электрическое напряжение и распределение, чем возбуждается химическая деятельность между жидкостями и металлами, которая и становится с этого момента дальнейшим источником электрического тока. Подобное мнение поддерживает и Гельмгольц («Ueber die Erhaltung der Kraft», 1847). Особенно прочную опору химической гипотезе дал открытый Фарадеем электролитический закон, что вода разлагается током в количествах, пропорциональных проходящему через нее электричеству (см. Вольтметры, Гальванопроводность), а другие сложные тела (расплавленные — хлористое олово и хлористый свинец) разлагаются одинаковыми количествами протекающего электричества в эквивалентных между собой и с водой весовых количествах. Этот закон был подтвержден в обобщен трудами Беккереля, Деларива и других ученых; разработка его продолжается и поныне, о чем будет изложено в статье «электрохимия». Так как химические явления суть несомненные изменения вещества, сопровождаемые вдобавок тепловыми явлениями, то, казалось, было полное основание допустить, что электричество есть следствие химизма, и трудно было бы отыскать другой источник, за счет которого могло бы происходить беспрестанное возбуждение электричества, взамен протекающего и постоянно как бы уничтожающегося. Однако немного времени спустя была высказана гипотеза (Горэ, Бути и в особенности Горвег, 1880), что при соприкосновении разнородных тел происходит уравнивание происходящих в них тепловых движений, которое может производить молекулярные изменения, влекущие за собой приведение тел в электрическое состояние. Возбужденное электричество, находясь в движении, производит химические изменения в составных частях батареи, из-за чего опять выделяется теплота, необходимая для нового возбуждения электричества. По этому взгляду все вольтовы токи суть термотоки.
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 Zurückführung 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 гипотезе Вебера о противоположных течениях двух электричеств предположение о течении одной жидкости, как достаточное для объяснения явлений электродинамики. Упоминаем о вихревом движении по Ганкелю, Рейнару, Мутье о натяжении среды по Фан-дер-Флиту и т. п. У Клаузиуса однако появились противники: Лорберг выступил в защиту теории Вебера, и хотя Клаузиус не оставил возражений Лорберга без ответа, но ни тот, ни другой автор, говоря о действии электричества на расстоянии, еще не принимают во внимание влияния промежуточной среды (диэлектрик — по Фарадею), а следовательно и времени, необходимого для передачи действия. Эдлунд (1871) допускает одну жидкость, световой эфир, которой приписывает некоторые свойства, не стоящие в противоречии с оптическими явлениями. Гальванический ток состоит в движении эфира от одной точки проводника к другой; сила тока пропорциональна количеству эфира, протекающего в единицу времени. В сильных токах скорость течения достигает тысяч километров, в слабых — нескольких метров в секунду. Эта теория объясняет явления сопротивления, электролиз, действия на расстоянии и в числе их индукцию. Формула Эдлунда для электровозбудительной силы индукции найдена по сравнении её с прямыми опытами Сунделя верной. Эдлунду противоставляет свои опыты Ройти, который, воспользовавшись методом Физо для увлечения светового эфира движением жидкости, думал доказать неизменяемостью явлений дифракции при пропускании электрического тока по направлению движения жидкости или противному, что течение электричества не представляет свойств течения эфира. Это заключение не было оставлено Эдлундом без возражения. Максвелл, опираясь на представления Фарадея о роли среды в передаче действия сил на расстояние, развил полную математическую теорию распространения электрических и магнитных действий, принимая, что всякая среда в присутствии наэлектризованных тел приходит в состояние натяжения. Эта весьма важная теория не подлежит краткому анализу, возможному в настоящей статье; её значение, равно как и теория Гельмгольца, которую здесь только называем, будет определено в словах «Максвелл» и «Электродинамика». Максвелл вывел формулы, выражающие распространение магнитных и электрических действий, сближающие причины происхождения этого рода явлений с явлениями света; таковы же результаты теории Гельмгольца (см. «Свет, теории»). В ближайшие к нам годы идеи о колебаниях эфира, как производящих электрические и магнитные действия на расстоянии, были приняты в ученом мире с большим энтузиазмом, который был особенно усилен недавними опытами Герца (см. Герц). Источниками для составления этой статьи служили: «Physikalisches Worterbuch» von Gehler; «Die Geschichte der Physik» von Rosenberger; «Die Lehre von der Electricität» von Wiedemann; «Resumé de l’histoire de l'électricité et du magnetisme» par Becquerel.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ Перевод сочинения Ома на французский язык сделан Гогеном в 1860 г.