1816 г. — 1829 г. Телеграф Рональдса, опыт Эрстеда, электродинамика Ампера, закон Ома, трансформатор Генри

1816 г. Рональдс

В 1816 году английский молодой ученый сэр Фрэнсис Рональдс (1788—1873) в своем
поместье Кеймскотт Хаус построил телеграф, по которому на расстояние 8 миль по
электрическому кабелю, заключенному в стеклянные трубки, передал сигнал с помощью
статического электричества. Основная идея Рональдса состояла в том, что на обоих
концах линии были в качестве приемников циферблаты с буквами алфавита и
цифрами – это был первый электростатический телеграф синхронного действия.

Сэр Фрэнсис Рональдс не патентовал свое изобретение, а предложил британскому
правительству, – предложение было отклонено. 11 июля 1816 года Рональдс предложил
свой телеграф в британское Адмиралтейство и рекомендовал свою конструкцию как
средство передачи телеграфных разведывательных сообщений с большой скоростью и
точностью – и получил ответ, что телеграфы любого рода в настоящее время не
нужны. Изобретатель не стал более проявлять настойчивости и уехал в Европу, он
занимался метеорологией и в 1843 году стал суперинтендантом метеорологической
лаборатории, в 1844 году сэр Фрэнсис Рональдс стал членом Королевского общества как
изобретатель различных электрических и механических метеорологических инструментов.
До создания телеграфа Морзе оставалось 20 лет.

1817 г. Лампадиус

В 1817 году профессор Горной академии во Фрайберге, Саксония, (в этой академии в
18-м веке учился Ломоносов) Вильгельм Лампадиус (1772—1842) выпустил первый
учебник по электрохимии: « Grundriß der Elektrochemie», Verlag Craz und Gerlach,
Freiberg, 1817. Термин «электрохимия» именно в этом учебнике предложен Лампадиусом.
1820 г. Эрстед, Швейгер, Ампер, Араго, Био и Савар

В 1820 году, 21 июля, непременный секретарь Датского королевского общества,
профессор университета в Копенгагене Ханс Христиан Эрстед (1777—1851) опубликовал
небольшую работу о своих экспериментах по влиянию гальванической цепи на
магнитную стрелку. Легенда о фундаментальном открытии Эрстеда приписывает это воле
случая – якобы на его лекции кто-то заметил, что при замыкании профессором Эрстедом
электрической цепи происходит отклонение магнитной стрелки. В короткой, но очень
содержательной работе Эрстеда нет никакого упоминания об этом. Свой мемуар Эрстед
по традиции тех времен разослал во все известные физические общества, известным
физиками и в редакции научных журналов.

Эрстед пишет в самом начале работы: «Prima experimenta circa rem, quam illustrare
aggredior, in scholis de Electricitate, Galvanismo et Magnetismo proxime-superiori hieme a
me habitis instituta sunt. His experimentis monstrari videbatur, acum magneticam ope
apparatus galvanici e situ moveri; idque circulo galvanico cluso, non aperto, ut frustra
tentaverunt aliquot abhinc annis physici quidam celeberrimi».
Т.е. (авторский сокращенный перевод с латыни): «Первые эксперименты по этому
предмету на занятиях по электричеству, гальванизму, магнетизму я начал
показывать зимой. Эти эксперименты демонстрировали, что магнитная стрелка
реагировала на гальванический аппарат, при этом гальваническая цепь была
закрыта, а не открыта, что ранее пробовали делать многие видные физики ».
Главное свое открытие профессор Эрстед видел именно в том, что на магнитную
стрелку действует замкнутая гальваническая цепь — « cluso, non aperto».
Кроме того, Ханс Эрстед обнаружил удивительный факт — удаленный провод цепи,
перпендикулярный к плоскости магнитного меридиана, на стрелку не действует (!!!)
(«Si filum conjungens perpendiculare ad planum meridiani magnetici, vel supra vel infra
acum ponitur, hæc in quiete permanet» [35]), — это опровергало труды и постулаты всех
предшественников Эрстеда, в т.ч. великого Исаака Ньютона – идея о тождественности
законов взаимодействия электрических и магнитных «зарядов» рухнула.

В своей работе Ханс Эрстед не избежал и ошибки – он считал, что на стрелку
действует только накаливающаяся проводящая проволока, в то время как накаливание
было следствием большого тока, а не причиной действия тока на стрелку.

Неожиданное и прорывное открытие широко не известного датского физика Эрстеда
внесло смятение с умы европейских физиков. Некоторые даже пытались оспорить его
первенство – назывались имена итальянцев Альдине, Можоне, Романьози, эксперименты
которых состояли в намагничивании игл при помощи гальванизма, либо попытке показать
влияние магнитного поля Земли на столб Вольта (столб подвешивали горизонтально на
шелковых нитях и т.д.), но физики, в первую очередь французские, дружно признали
— первенство в открытии электромагнетизма принадлежит профессору Хансу Эрстеду.

После изучения физиками работы Эрстеда открытия в области электричества и
магнетизма посыпались в 1820 году как из рога изобилия:

1. 16 сентября 1820 г. профессор университета в Галле Иоганн Швейгер (1779—1857)
на съезде естествоиспытателей в Галле впервые показал « мультипликатор» —
первый измеритель силы тока, основанный на отклонении магнитной стрелки
компаса в поле провода, свитого в виде катушки из нескольких (т.е. «мульти»)
витков, через который пропускается измеряемый ток. Швейгеру принадлежит
термин « гальванометр», его прибор называли « мультипликатор Швейгера», в
настоящее время потомок этого прибора обычно называется « амперметр».
Швейгер независимо от Земмеринга и Шиллинга применил изоляцию витков
навитого провода, первоначально он делал это воском и сургучом, а затем стал
применять обвивку шелком — этот способ Швейгера-Земмеринга стал повсеместно
распространен.

2. Профессор Политехнической школы Парижа Андре Ампер (1775—1836) в 1820 году
повторил опыты Эрстеда и серьезно их развил:

 18 сентября в Парижской академии он сделал первое сообщение о проверке
опытов Эрстеда и о своих опытах. Андре Ампер первым применил термин
« электрический ток», он дал некоторую теорию взаимодействия магнитной
стрелки и тока, сформулировал правило отклонения стрелки ( правило пловца);

 25 сентября на втором докладе в Парижской академии Ампер сообщил об открытии
взаимодействии (притяжении и отталкивании) токов в проводах, т.е. он заложил
основы электродинамики (магнит в этих опытах Ампера отсутствовал), и
взаимодействии токов в проволоках навитых спиралью и по винтовой линии вокруг
стеклянной трубки – тем самым он первым создал прототип индуктивного
дросселя;

 2 октября он представил в академию резюме двух своих докладов, в котором дал
четкое определение понятий « электрическое напряжение» и «электрический
ток»;

 30 октября он доложил об открытии действия магнитного поля Земли на ток;

 4 декабря Ампер опубликовал теоретическую работу о законах взаимодействия
элементарных токов.

3. Коллега Ампера профессор Политехнической школы Доминик Араго (1786—1853)
20 сентября на заседании в «Бюро долгот» доложил о своем открытии и первым
продемонстрировал намагничивание и притяжение железных опилок проволокой,
по которой протекает ток;

4. 30 октября французские физики Жан-Батист Био (1774—1862) и Феликс Савар
(1792—1841) на заседании Парижской академии доложили о проверке работ Эрстеда
и своем открытии опытным путем закона о действии гальванического тока на
магнит; этот закон известен как «закон Био-Савара-Лапласа».

1821 г. Дэви, Волластон, Фарадей

Как мы помним в 1820 году, 21 июля, руководитель датской науки секретарь Датского
королевского общества Ханс Эрстед опубликовал работу, которая знаменовала переворот в
науке об электричестве, сравнимый разве что с созданием Вольта в 1800 году своего
столба. А месяцем ранее, 19 июня 1820 года в Англии умер президент Лондонского
королевского общества Джозеф Банкс, который возглавлял британскую науку 42 года.

Временно президентом был избран Уильям Волластон (1766—1828) (наиболее известен
как первооткрыватель палладия и родия), который 20 ноября 1820 года уступил свое место
Хэмфри Дэви. Честолюбие Дэви было удовлетворено, но дополнительного авторитета он
не снискал, ибо уже был известен в научном мире как великий химик.

В 1821 году Дэви, заинтересовавшийся работами Эрстеда, сделал свое последнее
крупное открытие — он обнаружил, что «вольтова дуга» отклоняется магнитом, о чем
5 июля 1821 года доложил на заседании королевского общества. «В тот самый день,
когда в Лондоне стала известна работа Эрстеда, Дэви принес в лабораторию
Королевского института экземпляр статьи и вместе с Фарадеем приступил к опытам
Эрстеда, проделывая их согласно описаниям автора.» .

В 1826 году Хэмфри Дэви серьезно заболел, в 1827 году он оставил пост президента и
29 мая 1829 года умер в Женеве – эпоха великого химика Дэви завершилась.

В апреле 1821 года Волластон, также заинтересовался работами Эрстеда и Ампера, и
первым высказал мысль, что движение магнитной стрелки у проводника с током
можно превратить в непрерывное вращение. Волластон провел серию экспериментов в
лаборатории королевского института, но практического результата не достиг.

Вскоре работы Волластона без извещения последнего продолжил талантливый
помощник Хэмфри Дэви самоучка Майкл Фарадей (1791—1867), который узнал об идее
Волластона из его разговора с Дэви. Уже в 1821 году Фарадею первому удалось создать
взаимное электромагнитное вращение – он показал, что и проводник с током может
вращаться вокруг магнита и намагниченные иглы могут вращаться вокруг проволоки с
током. В декабре 1821 года Фарадею удался опыт с вращением проволоки с током в
магнитном поле Земли. Все эти достижения проходили на фоне скандала с украденной
Фарадеем у Волластона идеи о создании вращения – многие ученые обвинили Фарадея в
плагиате. Проблема состояла и в том, что Фарадей опубликовал отчет о своих работах без
упоминания заслуг Волластона. Первым кто осудил действия Фарадея был его учитель
Дэви, и он оставался в своем мнении до конца. Фарадей объяснился с Волластоном, и
знаменитый химик простил 30-летнего физика. Фарадей впоследствии сделал много
выдающихся открытий, но не будем забывать и его некрасивый поступок в 1821 году.

1822 г. Ампер, Зеебек

Андре Ампер наиболее глубоко проник в суть открытия Эрстеда и первым провел
новые оригинальные эксперименты. В 1822 году, 4 сентября, на заседании Парижской
академии он доложил о своем успешном опыте по притягиванию магнитом подвешенного
замкнутого витка плоской медной немагнитной проволоки, который находился в витке
проволоки с током, — тем самым он первым пришел к выводу, что электрический ток,
проходя близ тел способных проводить токи, способен возбуждать в них
электричество и вызывать движение. Сообщение Ампера было воспринято с
недоверием – некоторые ученые решили, что медная проволока у Ампера содержала
примесь железа и именно поэтому притягивалась магнитом, в то время как это было новое
большое открытие. [11]. На эффекте, открытом Ампером в 1822 году, и поныне работают
все электродвигатели, более того чем чище медь провода у обмоток двигателя – тем выше
качество работы электродвигателя.

В 1822 году появились сообщения об открытии в 1821 году членом Берлинской
академии уроженцем города Ревель Томасом Зеебеком (1770—1831) явления
« термомагнетизма», которое позднее стали называть « термоэлектричеством» или
« эффектом Зеебека» — состоявшем в появлении электрического напряжения у пары
металлов под действием теплоты. Работа Зеебека об его открытии «Magnetische
Polarisation der Metalle durch Temperaturdifferenz» вышла в Берлине в 1825 году.
«Положив друг на друга две пластинки из меди и висмута, он присоединил их к
обороту мультипликатора; при этом он заметил, что каждый раз, когда он прижимал
рукой концы проволок мультипликатора к пластинкам, магнитная стрелка
отклонялась на несколько градусов. При этом влажность руки не играла никакой
роли, так как, нажимая на проволоки через мокрую бумагу, Зеебек вовсе не получал
отклонений, тогда как продолжительное нажимание руками через стекло или металл
тоже давало отклонение. Последнее обстоятельство навело Зеебека на счастливую
мысль, что действующим агентом в данном случае является теплота руки, — что
разность температур в местах соприкосновения металлической цепи является
источником освобождающегося магнетизма, причиной магнитных действий.
Находясь под влиянием господствовавших тогда представлений о совместном
существовании в проволоке цепи электричества и магнетизма, Зеебек описал
найденные им явления под названием термомагнетизма. Понятно, что позднее, когда
было открыто явление гальванической индукции и в связи с этим за теорией Ампера
была признана окончательная победа, приведенное выше название было заменено
более подходящим термином — термоэлектричество.». [11].

На «эффекте Зеебека» в настоящее время работают разнообразные термопары,
широко применяющиеся во всей мировой промышленности для измерения температуры.
Термопары применяют в приборостроении, металлургии, нефте-газодобыче, авиации,
космонавтике, медицине и еще в сотнях отраслей. Цены термопар занимают диапазон от
очень дешевых — для бытовых мультиметров, до очень дорогих для космонавтики. И все
это многообразие основано на открытии уроженца Эстонии Томаса Зеебека.

1823 г. Эрстед и Фурье

В 1823 году датские физики Эрстед и Фурье на основании устных сообщений о
работах Томаса Зеебека 1821—1822 г.г. построили первый термоэлектрический столб –
соединенные последовательно элементы из сурьмяно-висмутовых пластинок. На этом
столбе датчане продемонстрировали электрохимическое действие путем разложения
медных солей. Свою работу Эрстед и Фурье опубликовали в Дании в 1823 году, и
предложили Зеебеку его эффект называть термоэлектрическим – на что Томас Зеебек
возражал. Окончательно электрическая природа эффекта Зеебека была экспериментально
показана в 1836 году, когда физики Антинори и Линари получили электрическую искру от
столба из 25 сурьмяно-висмутовых элементов.

1825 г. Стёрджен

В 1825 году английский изобретатель военный преподаватель Уильям Стёрджен
(1783—1850) продемонстрировал свой первый электромагнит. «Первый в мире
электромагнит, продемонстрированный Вильямом Стердженом 23 мая 1825 года
Британскому обществу искусств, представлял собой согнутый в подкову
лакированный железный стержень длиной 30 см и диаметром 1,3 см, покрытый
сверху одним слоем неизолированной медной проволоки. Питался он от химического
источника тока. Весил электромагнит 200 Г, а удерживал на весу 3600 Г. Этот магнит
значительно превосходил по силе природные магниты такого же веса. Это было
блестящее по тем временам достижение.». [39].

1826 г. Ом

В 1826 году уроженец Эрлангена (сын слесаря) доктор математики и приват-доцент
математики в Кёльне Георг Симон Ом (1787—1854) путем экспериментов установил
формулу своего впоследствии знаменитого и простого «закона Ома» V = IR, которая
связывала электроскопическую силу V, ток I, и сопротивление (у Ома проводимость) R.
В 1827 году в Берлине Георг Ом опубликовал работу «Die Galvanische Kette,
Mathematisch Bearbeitet», в которой представил свой, впоследствии, фундаментальный
закон, но эта работа прошла незамеченной. Непризнанный гений Георг Ом вынужден был
в 1828 году покинуть кафедру в Кёльне и 6 лет на собственные скудные средства вести
научную и экспериментальную работу самостоятельно без чьей-либо поддержки. В 1833
году Георг Ом получил должность профессора физики в Нюрнберге, но его закон все еще
не был признан во всем научном мире. В Германии знали о работах Ома и относились к
ним с большим уважением, в то время как в Англии и Франции работы Георга Ома «не
замечали». Только в 1837 году, когда французский физик Клод Пулье (1798—1868)
«переоткрыл» закон Ома под своим именем (Пулье чуть было не стал автором «закона
Пулье», но в 1845 году в письме признался, что читал работы Георга Ома по
гальванической цепи и считает его автором приоритета от 1827 года), и в 1839 году, когда
один из изобретателей гальванометра Поггендорф показал, что исследования в области
гальванических батарей, получаемые в эксперименте с большим трудом, весьма просто
следуют из «закона Ома» — англо – франко — итальянский научный мир со скрипом признал
фундаментальный приоритет немецкого математика. В 1841-60 гг. работа Ома была
переведена на английский, итальянский, французский языки, в 1841 году Лондонское
королевское общество опомнилось и наградило Георга Ома медалью.

1827 г. Ампер

В 1827 году математик и физик Андре-Мари Ампер завершил публикацию своих
работ по магнетизму и электричеству фундаментальной работой по электродинамике
«Théorie mathématiques des phénomènes électro-dynamiques, uniquement déduite de
l'expérience», [40], которая поначалу была встречена учеными неоднозначно, но затем
принесла автору всемирную славу. «Математика, механика и физика обязаны А.
важными исследованиями; его электродинамическая теория стяжала ему
неувядаемую славу. Его взгляд на единую первоначальную сущность электричества
и магнетизма, в чем он по существу сходился с датским физиком Эрштедтом,
превосходно изложен им в «Recueil d'observations électrodynamiques» (Париж, 1822), в
«Précis de la theorie des phénomènes électrodynamiques» (Париж, 1824 г.) и в «Theorie
des phénomènes électrodynamiques».».

В 1827 году наблюдатель Бюро долгот и помощник Андре Ампера в его исследованиях
Феликс Савари (1787—1841) первым из физиков отметил колебательный характер
разряда конденсаторов. Савари этому важному для радиотехники явлению не придал
значения.

1829 г. Генри

Ориентировочно в 1829 году американский физик преподаватель Академии в Олбани
Джозеф Генри (1797—1878) начал работы, в ходе которых обнаружил явления индукции и
создал первые прототипы трансформаторов.

Первоначально Генри вызывал ток в катушке, двигая около нее магнит, а затем заменил
этот магнит на катушку и обнаружил, что катушка (поз 3. на рис. 13), подсоединенная к
гальваническому элементу (1) при движении вызывает ток в неподвижной катушке (2), что
и фиксируется электрометром (4). Результаты своих работ Генри не публиковал, т.к. вел их
на любительской основе летом и хотел накопить больше научного материала. Это привело
к тому, что раньше свои эксперименты обнародовал английский физик Фарадей в 1832
году.

Исторический сценарий начала 19-го века в паре Генри – Фарадей весьма схож с
историческим сценарием конца 19-го века в паре Попов – Маркони. Американец Джозеф
Генри не имел своей лаборатории, и использовал для исследований каникулы, когда
превращал один из классов в свой научный полигон, — это привело к закрепленному
публикациями приоритету Фарадея, хотя фактически Генри его опережал. Россиянин
Александр Попов по материальным соображениям вынужден был летом уезжать из
Петербурга, и работать директором электростанции на ярмарке в Нижнем Новгороде (см.
далее), и на этот период его научная деятельность останавливалась, что в итоге привело к
большим достижениям Маркони и отставанию русского первопроходца.