Анатолий Томилин - Рассказы об электричестве

На первом этапе наибольший успех выпал на долю профессора химии Лондонского королевского колледжа Даниэля. В стеклянную банку с медным купоросом он поместил согнутый в цилиндр металлический лист. Внутрь вставил глиняный сосуд с пористыми стенками, заполненный разбавленной серной кислотой. В кислоту был помещен цинк. Водород проходил через поры глиняного сосуда, вытеснял медь из купороса. Несколько синих кристалликов, брошенных на дно банки, пополняли убыль меди…

Поляризация была побеждена! Однако у элемента Даниэля нашлись другие недостатки. Так, он имел пониженную электродвижущую силу. Часть электрической энергии тратилась внутри самого элемента на разложение медного купороса.

Соотечественник Даниэля Вильям Грове решил заменить медный купорос азотной кислотой. А чтобы она не разъедала медный электрод, заменил медь платиной… Все получилось в соответствии с ожиданиями: электродвижущая сила возросла. К сожалению, возросла и стоимость такого источника тока: платина — металл дорогой. Правда, Грове и его последователи делали электроды из тончайших листков, согнутых для прочности буквой S. Несмотря на высокую стоимость, элементы Грове нашли довольно широкое распространение в лабораториях многих стран.

Может показаться странным, что никто не додумался заменить платину углем. Принципиальная возможность такой замены была уже известна. Но тут мы не учитываем уровня технологии времени. Никто тогда не умел делать плотных углей. А обычный древесный уголь был слишком пористым. Прошло несколько лет, прежде чем немецкий химик Роберт Бунзен описал способ изготовления угольных стержней из прессованного молотого графита, который выделялся при сгорании светильного газа на раскаленных стенках реторт. Стержни стали прекрасным заменителем платины.

Элемент Бунзена приняли «на ура» не только лаборатории физики, но и первые электротехнические предприятия по гальванопластике, речь о которых впереди. И это несмотря на то, что при работе элемент выделял немало удушливых паров азотной кислоты. Правда, Иоганн Поггендорф заменил азотную кислоту хромовой, не выделявшей вредных испарений. Но производство хромовой кислоты было довольно дорогим делом.

Изобретатели старались вовсю. На страницах научных журналов одно за другим появлялись описания все новых и новых элементов. Ими занимались специалисты, ими занимались любители, ими занимались… В качестве курьеза можно упомянуть, что последний французский император Наполеон Третий, прежде чем навсегда подарить свою корону Республике, «осчастливил» мир тоже конструкцией двух элементов, обладавших некоторой оригинальностью.

Впрочем, во второй половине XIX столетия химические источники тока стали изготавливать в специальных мастерских. Главный их потребитель — телеграф — требовал простоты устройства, дешевизны, устойчивости и надежности в работе. За все это телеграфисты соглашались на самые «слабые» токи.

Можно рассказать еще о многих более или менее удачных попытках изобретательства. Наибольший успех выпал на долю парижского химика Жоржа Лекланше. Он наполнил глиняную банку смесью перекиси марганца с кусочками угля из газовых реторт и поместил туда же прямоугольную угольную призму, которая должна была служить положительным электродом. Эта система заливалась сверху варом или смолой и вставлялась в стеклянную четырехугольную банку, заполненную раствором нашатыря, с цинковым электродом. При этом хлор из нашатыря (хлористого аммония), соединяясь с цинком, давал хлористый цинк. Аммоний распадался на растворяющийся аммиак и водород. Вот тут-то и была ахиллесова пята этого превосходного элемента. Перекись марганца окисляла водород медленно и небольшими порциями. А выделение этого газа зависело от силы тока, который отбирается от элемента. Больше ток — больше выделяется и водорода. Водород же поляризует элемент, и последний быстро «устает». Правда, после некоторого «отдыха» он исправно работает снова. Однако лучше всего им было пользоваться при «малых токах» в телеграфии или в системе сигнализации, где между моментами работы существуют значительные перерывы.

Большое неудобство при использовании элементов Лекланше создавали стеклянные банки с жидкостью. Особенно сетовали на этот недостаток компании пассажирских перевозок. Океанские корабли снабжались сложной и разветвленной системой сигнализации, стараясь не уступать в этом отношении большим отелям. Но корабли подвергались качке… Сначала, чтобы не расплескать жидкость из элементов, их банки наполняли опилками, заливая сверху тем же варом. Но под такой «крышкой» образовывались газы, и элементы стали взрываться… Не скоро научились люди изготавливать «сухие элементы», ставшие в наше время такими обычными. Да, бесчисленные батарейки, работающие сегодня в самых разных электрических и электронных устройствах, не что иное, как многократно усовершенствованный и упрощенный «элемент Лекланше». Впрочем, наряду с ним работают и другие системы — миниатюрные и не очень, они обслуживают цепи, в которых используются «слабые токи».

Великим достижением прошлого века, связанным с исследованием работы тех же элементов, явилось открытие возможности последовательного и параллельного их соединения, когда в первом случае удавалось получить от них суммарное напряжение, а во втором — суммарный ток…

Сегодня эти «чудеса» изучают ребята в седьмом классе в курсе физики, и они, как правило, никого не удивляют.

Давайте еще раз ненадолго вернемся к 1800 году, ко времени, когда Алессандро Вольта построил свою первую батарею. Год спустя исследователи заметили, что если два одинаковых металла погрузить в подкисленную воду и соединить их с вольтовым столбом, то через некоторое время эта система заряжается и становится на короткое время источником тока. При этом положительным оказывается тот ее электрод, который был соединен с положительным полюсом вольтова столба.

Это открытие привлекло внимание. А необходимость бороться с поляризацией — бичом первых гальванических элементов — добавила исследователям усердия.

Грове в 1839 году изобретает «газовый элемент», который получил название «вторичного элемента», поскольку давал ток лишь после зарядки его от какого-нибудь постороннего источника. Однако из-за неудобства пользования «газовый элемент» Грове распространения не получил.