История электротехники

Рис. 2.6. Схема опыта с параллельным соединением электродов

1 — стеклянные трубки с водой; 2 — металлические проволоки; 3 — батарея

Первые электрохимические опыты, произведенные вскоре после изобретения вольтова столба, вызвали значительный интерес к этим вопросам. Специальному исследованию электрохимических явлений были посвящены труды X. Дэви, имевшие важное значение для практики. X. Дэви доказал своими опытами несостоятельность мнений, господствовавших в то время среди ученых, что при электролизе соды на одном полюсе получается кислота, а на другом основание. Он показал, что кислоты и основания, получаемые при электролизе, являются продуктами последующих вторичных реакций. Повторив опыты разложения воды в разных условиях (стеклянные, агатовые и золотые сосуды; в воздухе и в атмосфере водорода), X. Дэви доказал, что пресная вода разлагается при электролизе только на кислород и водород, причем объем водорода, образовавшегося при этом, вдвое больше объема кислорода. Он установил, что химически чистая вода не поддается электролизу и что электрический ток только разлагает соединения, но не создает никаких новых соединений. X. Дэви одним из первых высказал правильные взгляды на то, что электрический ток, полученный от вольтова столба, возникает в результате химических процессов между металлами и электролитом [1.6].

Рис. 2.7. Схема опыта Страхова. При опускании рук в чаши цепь замыкается и человек ощущает прохождение тока

В 1807 г. X. Дэви впервые получил электролитическим путем щелочные элементы — калий и натрий, ранее неизвестные в чистом виде; в 1808 г. им были также получены магний, бор, барий, стронций и кальций. Эти открытия наглядно иллюстрировали практическую ценность электролиза и еще больше усилили интерес ученых к химическим действиям тока.

В 1802–1807 гг. ряду ученых, в том числе профессору Московского университета Петру Ивановичу Страхову (1756–1827 гг.), удалось установить опытным путем, что земля и вода являются проводниками тока (рис. 2.7). Этим открытием была показана возможность применения земли и воды в качестве обратного (второго) провода при осуществлении установок и устройств для передачи электрического тока от генератора к приемникам [1.6].

В 1807 г. профессор Московского университета Федор Федорович Рейс (1778–1852 гг.) обнаружил явление, получившее впоследствии название электроосмоса. В выводах из своих опытов Ф.Ф. Рейс указывает, что под действием электричества жидкость может переноситься сквозь пористые тела. Явление электроосмоса в современной технике получило практическое применение, в частности при осушке намывных плотин (электродренаж).

Широкое применение вольтовых столбов и других источников электрического тока не могло не усилить интереса к вопросу о том, в результате каких действий в них появляется электрический ток. Все яснее становилось, что химические реакции в гальванических элементах являются первичными, а возникновение тока есть их следствие, т.е. явление вторичное. Контактная теория А. Вольта становилась малоубедительной, и ей все энергичнее стали противопоставлять химическую теорию гальванизма, согласно которой возникновение электричества определяется химическими процессами. Эта теория впервые наиболее четко была разработана петербургским академиком Георгом Парротом (1767–1852 гг.), считавшим, что явления в вольтовом столбе и других гальванических элементах происходят исключительно за счет окисления металлов, т.е. за счет изменения одного из веществ элемента. М. Фарадей также выступал против контактной теории электричества, указывая, что нет такого случая, даже при ударах электрического угря и ската, когда электричество получалось бы без затраты какого-либо другого вида энергии.

Многочисленные опыты по электролизу различных жидкостей вскоре привели к необходимости объяснения механизма электролиза, вызвали потребность в теоретических обоснованиях происходящих явлений. Теории электролиза были предложены рядом ученых, но наиболее приближающейся к современным воззрениям на процессы электролиза явилась теория электролиза литовского профессора Теодора Гротгуса (1785–1822 гг.), которая была, по существу, первой ионной теорией электролитических явлений. Т. Гротгус в 1805 г. опубликовал «Мемуар о разложении при помощи гальванического электричества воды, а также растворенных в ней тел» [1.2; 1.6].

Теория Т. Гротгуса была передовой для своего времени, она продержалась в науке более 70 лет, уступив место теории электролитической диссоциации. Известные законы электролиза были сформулированы М. Фарадеем в 1833–1834 гг. Им же были предложены термины электрод, анод, катод.

2.5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И МАГНИТА