Алессандро Вольта и его деятельность

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступление

Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта родился 18 февраля 1745 г. в Комо (итальянская провинция Ломбардия). Умер 5 марта 1827 там же.

Итальянский естествоиспытатель, физик, химик и физиолог. Его важнейшим вкладом в науку явилось изобретение принципиально нового источника постоянного тока, сыгравшее определяющую роль в дальнейших исследованиях электрических и магнитных явлений. В честь него названа единица разности потенциалов электрического поля - вольт.

1. Первые годы жизни

Алессандро Вольта был четвёртым ребенком в семье падре Филиппо Вольты и его тайной супруги Маддалены. История их замужества была чрезвычайно романтичной: Филиппо похитил из ломбардского монастыря 19-летнюю красавицу послушницу, дочь графа Джузеппе Инзаге.

Вольта родился в родовом владении, где предки его жили в течение многих веков. Отец запустил дела, будучи человеком весьма легкомысленным. Мать Вольта, герцогиня родила семь детей. Один Алессандро развивался ненормально как физически, так и умственно.

Маленького Вольта родители сдали на руки кормилице, жившей в деревне Брунате и «забыли» о нём на целых тридцать месяцев. Малыш, вольно росший на лоне природы, получился бойким, здоровым, но диковатым: рассказывали, что слово «мама» он произнес только к четырём годам, а нормально заговорил лишь лет в семь. Но был весёлым, добрым и чутким ребёнком. Большая перемена произошла в его жизни в 1752, когда, потеряв отца, он оказался в доме дяди Александра, соборного каноника.

За воспитание племянника дядя принялся всерьёз: много латыни, история, арифметика, правила поведения и т.д. Плоды воспитательных усилий сказались незамедлительно и были поразительными. Юный Вольта менялся на глазах! Он восторженно воспринимал знания, становился всё общительнее и остроумнее, его всё больше интересовало искусство, особенно музыка. Ребёнок был очень впечатлителен. Десятилетнего Вольта потрясли известия о катастрофе в Лиссабоне, и он поклялся разгадать тайну землетрясений.

Энергия переполняла Алессандро, и однажды это едва не привело к роковым последствиям. Когда ему было 12 лет, мальчик пытался разгадать «тайну золотого блеска» в ключе возле Монтеверди (как оказалось потом, блестели кусочки слюды) и, упав в воду, пошёл ко дну. Поблизости не оказалось никого, кто бы мог его вытащить. К счастью, один из крестьян сумел спустить воду, и ребёнка откачали. «Родился вторично», - говорили о нём.

Дядя, который делался ему всё ближе, видя жадный интерес способного юноши к наукам, старался снабжать его книгами. По мере их выхода, в доме появлялись и изучались тома Энциклопедии. Но Алессандро охотно учился и работать руками: навещая мужа своей кормилицы, он перенимал у него пригодившееся впоследствии искусство изготовления термометров и барометров. В ноябре 1757 Алессандро отдают в класс философии коллегии ордена иезуитов в городе Комо. Но уже в 1761 дядя, поняв, что Вольту намереваются завербовать в иезуиты, забирает мальчика из коллегии.

В эти годы произошли события, сыгравшие в жизни Вольты заметную роль. В 1758, как и было предсказано, вновь появилась комета Галлея. Это не могло не поразить пытливого юношу, мысли которого обратились к трудам великого Ньютона. Вообще Вольта всё более отчётливо осознавал, что его призвание - не гуманитарная область, а естественные науки. Он увлекается идеей об объяснении электрических явлений ньютоновской теорией тяготения, даже посылает знаменитому парижскому академику Ж.А. Нолле (1700-1770) свою поэму вместе с рассуждениями о различных электрических явлениях. Но одних рассуждений ему мало.

Узнав о работах Бенджамина Франклина, Вольта в 1768, поразив жителей Комо, устанавливает первый в городе громоотвод, колокольчики которого звенели в грозовую погоду.

То время вообще было отмечено бурным всплеском интереса общества к электрическим явлениям. Демонстрации электрических опытов, особенно после изобретения лейденской банки (рис1), проводились даже за плату. Некто Бозе высказал даже желание быть убитым электричеством, если об этом потом напишут в изданиях Парижской академии наук. Если это можно отнести к разряду курьёзов, то были и действительно трагические эпизоды. В Петербурге академик Рихман погиб от удара молнии во время опыта.

Рис. 1

Алессандро Вольта суждено было сыграть существенную роль в изучении электричества. Но это в недалёком будущем. Пока же все чаще и острее встает вопрос о выборе дальнейшего пути.

вольта физик источник ток

2. В королевской школе в Комо

После настойчивых хлопот 22 октября 1774 Вольта получает назначение сверхштатным интендантом-регентом королевской школы в городе Комо. Это уже определённое общественное положение, хотя должность без жалования, работа тяжёлая, условий для занятий наукой почти никаких. Но 29-летний Вольта полон идей и энтузиазма, и уже через год ему удаётся добиться крупного успеха: он изобретает электрофор - «вечный электроносец» (elettrophoro perpetuo, постоянный носитель электричества). В электрофоре использовался принцип электростатической индукции, и с него можно было многократно снимать электрический заряд.

Рис. 2. Схема, объясняющая работу электрофора Вольты

Идея этого прибора может показаться теперь очень простой: если к заряженному телу приблизить заземленный проводник, а затем убрать провод заземления, то на этом проводнике останется индуцированный заряд, который можно, например, передать лейденской банке. Повторяя эту операцию множество раз, можно «добыть» сколь угодно большой заряд. Электрофорная машина состояла из металлической пластины, покрытой эбонитом, и второй изолированной металлической пластины. При вращении одной пластины относительно другой, на пластине с эбонитом накапливался отрицательный заряд. Электрофор был значительно эффективнее электростатических машин трения. С его помощью можно было получать мощные заряды статического электричества. Электрофор Вольты послужил основой для создания целого класса индукционных электрофорных машин.

Весть об электрофоре принесла его изобретателю заслуженную славу. Это отразилось и на его положении в школе: к идеям молодого энергичного регента, старавшегося улучшать и преподавание, и научную работу, стали прислушиваться, и 1 ноября 1775 Вольта был назначен штатным профессором (учителем) школы.

Наблюдательность и изобретательность Вольта вскоре проявились ещё раз. Плавая по озеру на лодке, он установил, что газ, поднимающийся со дна от шеста, прекрасно горит. Вскоре Вольта уже демонстрировал не только газовые горелки, но и пистолеты, в которых вместо пороха взрывался газ метан, поджигаемый электрической искрой. В 1776 г. молодой ученый изобрел газовый пистолет - «пистолет Вольты».

Замечательно, что тогда же он первым выдвинул идею о линии сигнальной электропередачи на расстояние по проводам Павия - Милан. На основе электрофорной машины в 1777 г. Вольта предложил систему электрического телеграфа.

Понимая настоятельную необходимость научного общения, Вольта добился поездки в Швейцарию, где ему удалось посетить Вольтера. Ещё одним важным знаком признания заслуг Вольта явилось его назначение в ноябре 1778 профессором экспериментальной физики университета в Павии и избрание его членом Лондонского Королевского общества. Приятной новостью было также увеличение зарплаты.

В 1781 г. создаёт электроскоп с расходящимися соломинками, более чувствительный, чем прежние - с подвешенными на нитях пробковыми или бузиновыми шариками.

В 1782 г. он сконструировал конденсаторный электроскоп, прикрепив к головке электроскопа плоский конденсатор. Изменяя расстояние между пластинами конденсатора, ученый пришел к пониманию взаимосвязи между емкостью (С), потенциалом (V) и зарядом (Q), которая в современной записи выражается формулой V=Q/C.

3. Признанный учёный

Вольта идет четвёртый десяток лет, он признанный учёный. Его электрофором пользуются во многих лабораториях. Быстро разносится и известие об изобретённом им электрометре с конденсатором - чувствительнейшем приборе. В 1782 Вольта на стажировке в Парижской академии наук, и вскоре он избирается её членом-корреспондентом. Знакомства с ним ищут в Австрии, в Пруссии и даже в далекой России. В 1785 году его избирают членом-корреспондентом академии наук и литературы в Падуе, а вскоре (на 1785-1786 учебный год) - ректором университета в Павии, с 1791 Вольта - член Лондонского Королевского общества.

Но не эти успехи и почести стали главными в жизни Вольта в этот период, а дискуссия между ним и Луиджи Гальвани.

4. «Животное электричество» и «Вольтов столб»

В 1791 в Болонье вышло в свет сочинение профессора анатомии Луиджи Гальвани, в котором автор поведал об удивительных результатах 11-летних экспериментальных исследований. Всё началось с того, писал Гальвани, что, препарировав лягушку, «…я положил её без особой цели на стол, где стояла электрическая машина. Когда один из моих слушателей слегка коснулся нерва концом ножа, лапка содрогнулась как бы от сильной конвульсии. Другой из присутствовавших заметил, что это случалось только в то время, когда из кондуктора машины извлекалась искра». Впоследствии было замечено, что сокращение лапок наблюдается во время гроз и даже просто при приближении грозового облака.

Поражённый этими явлениями, Гальвани пришёл к выводу о существовании особого рода «животного электричества», подобного тому, что уже было известно у электрических рыб, например, у скатов. Не всем опытам Гальвани мог дать объяснение. Так, оставалось непонятным, почему лапки препарированных лягушек по-разному сокращались в зависимости от того, дужкой из какого металла соединяли их позвоночники с нервами на лапке (наибольший эффект получался, если эта дужка была составлена из кусочков различных металлов). В следствии чего Гальвани пишет трактат «О силах электрических при мышечном движении». Согласно его теории, мышца и нерв лягушки представляют собой как бы лейденскую банку, где нерв служит выводом. При замыкании нерва и мышцы происходит разряд, который заставляет сокращаться мышцу.

Но интерес всё это вызывало тем больший, что электричество вообще «вошло в моду» и даже начало признаваться целебным.

Естественно, что Вольта, заинтересовавшись опытами Гальвани, проверил их, но пришёл к принципиально новым выводам. Сначала Вольта повторил опыты Гальвани, а затем решил проверить, как будут себя вести мускулы лягушки, если через них пропустить не («животное электричество»), а электричество, полученное каким-либо из известных способов. При этом он обнаружил, что мускулы лягушки так же сокращались, как и в опыте Гальвани.

Вольта понял, что ни о каком «животном электричестве» говорить не приходится, и что лапки лягушек (как и многие другие ткани животных) выступали лишь в роли чувствительных электрометров. Он доказал на опыте, что электризация происходит при соприкосновении различных веществ, в том числе, и металлов. Конечно, во времена Вольта ещё почти ничего не было известно о строении веществ, в частности, металлов. Это сегодня физики уже знают, что есть такая величина - работа выхода, т.е. та энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы вырвать его из вещества. Для цинка, например, эта работа выхода меньше, чем для меди, и поэтому при соприкосновении цинковой и медной пластинок некоторому количеству электронов «энергетически выгодно» переходить из цинка в медь, отчего первая заряжается положительно, а вторая отрицательно.

Рис. 3

Рис. 4. Виды гальванических элементов, изображенных Вольтой в письме к Бэнксу: вверху - чашечная батарея, внизу - варианты «вольтовых столбов»

Вольта всего этого знать не мог, но проницательность и умение понимать язык природы позволили ему почти на два столетия опередить своё время и даже указать, как нужно расположить металлы в ряд, построенный таким образом, чтобы наибольший эффект соответствовал металлам, более удалённым друг от друга. Серия уникальных экспериментов по измерению контактной разности потенциалов (КРП) завершилась составлением известного «ряда Вольты», где металлы располагаются в определенной последовательности. Силу, возникающую при контакте двух металлов, Вольта назвал «электровозбудительной» или «электродвижущей».

Вольта установил, что разность потенциалов между металлами зависит от их взаимного расположения в ряду. Например, серебро / медь - 1, а серебро / цинк - 12. Ряд Вольты явился прообразом современного ряда химической активности металлов и их нормальных потенциалов. Знание потенциала металла по отношению к среде, с которой он контактирует, используется в теории и практике защиты от коррозии подземных и подводных металлических сооружений. Это было огромной заслугой Вольта, но даже она не была главной. Заметив, что прослойка из влажной ткани (особенно если пропитать её раствором соли, или кислоты) может усилить электризацию пары различных металлов, Вольта пришел к своему самому важному изобретению (рис. 3). Поняв, что из пар металлов, разделённых такими прослойками, можно составлять эффективные цепочки, он положил начало новой эпохе не только в физике, но и в технике. После долгого периода, когда имелись только электростатические источники зарядов и токов, появился принципиально новый источник; его называют теперь гальваническим, хотя термин «вольтов столб» исторически более оправдан. Новый источник открывал невиданные ранее возможности создания токов различных типов (к примеру, «вольтова дуга», долгое время бывшая одним из самых ярких осветительных приборов). О результатах своего открытия он известил письмом от 20 марта 1800 г. президента Лондонского Королевского общества: «…Главный из этих результатов… это создание прибора, который действует непрерывно… создает неуничтожаемый заряд, дает непрерывный импульс электрическому флюиду».

Действие своего столба Вольта объяснил в двух докладах Французскому национальному институту (Академии наук) 7 и 21 ноября 1800 г. Особая комиссия подтвердила достоверность опытов Вольты.

К изобретателю пришли почет и слава. Во Франции в его честь чеканится медаль, и первый консул Директории генерал Бонапарт основывает фонд в 200000 франков для «гениальных первооткрывателей» в области электричества и первую премию вручает автору вольтова столба. Вольта становится рыцарем Почетного Легиона, Железного креста, получает звания сенатора и графа, избирается членом Парижской и Петербургской академий наук, членом Лондонского Королевского общества.

5. Последние годы жизни

Наступивший XIX век принёс Вольта новые достижения, признание и почести. В конце июня 1800 Наполеон открывает университет в Павии, где Вольта назначается профессором экспериментальной физики, в декабре он вводится в комиссию Института Франции по изучению гальванизма, а в декабре (опять-таки, по предложению Бонапарта) ему присуждается золотая медаль и премия первого консула.

В 1802 Вольта избирается в академию Болоньи, через год - членом-корреспондентом Института Франции и удостаивается приглашения в Петербургскую академию наук (избран в 1819). Папа назначает ему пенсию, во Франции его награждают орденом Почётного Легиона. В 1809 Вольта становится сенатором Итальянского королевства, а в следующем году ему присваивается титул графа. В 1812 Наполеон из ставки в Москве назначает его президентом коллегии выборщиков.

С 1814 Вольта - декан философского факультета в Павии. Австрийские власти даже предоставляют ему право исполнять обязанности декана без посещения службы и подтверждают законность выплаты ему пенсий почётного профессора и экс-сенатора.

Когда возникает коммуна в Лоззате, Вольта избирается первым ее депутатом.

Многие ученые академии призывали Вольта в свою среду, в том числе и петербургская, но Вольта отвечал постоянным отказом.

В 1819 году Вольта совершенно покинул общественную деятельность и удалился в свой родной город Комо. 28 июля 1823 года апоплексический удар (ему было уже 78) уложил его надолго в постель; от удара Вольта так полностью никогда не оправился. Умер Вольта через четыре года 5 марта 1827 г. в один час с умершим в Париже знаменитым Лапласом в возрасте 82 лет.

Он был похоронен на старом кладбище, где через несколько лет его семья воздвигла над могилой сооружение, напоминающее небольшой замок, украшенный аллегорическими фигурами и горельефами, а также бюстом Вольта, выполненными известным скульптором Комолли.

После изобретения Вольтова столба, родоначальника наших гальванических батарей, Вольта долгое время почти ничего не публиковал. Некоторые биографы Вольта полагают, что он чувствовал, что его позднейшие работы не могут идти в сравнении с открытием Вольтова столба. Только через 17 лет после этого открытия он опубликовал свою теорию града и о периодичности гроз.

6. Личность Вольта

По отзывам современников, Вольта был высокого роста, имел правильное античное лицо со спокойным взором, говорил ясно, просто, легко, иногда красноречиво, но всегда скромно и изящно. Владея сильным и быстрым умом, высказывая верные и широкие идеи, Вольта отличался особенной искренностью и обязательностью. Вольта иногда путешествовал и почти исключительно с целью свидания со знаменитыми современниками. Он был в Фернее у Вольтера, в Швейцарии у Соссюра, в Голландии у Ван-Марума, в Англии он виделся с Пристли, во Франции - с Лавуазье и Лапласом.

Несмотря на высокое свое общественное положение, он всегда был далек от политической жизни. Он был исключительно ученым и общественной деятельностью, никогда не занимался. Он был столь же любящим отцом и мужем, сколь когда-то преданным сыном. Он женился 39 лет на знатной Терезе Пеллегрини и имел от нее трех сыновей: Джованни, Фламино и Луиджи.

Полное собрание мемуаров Вольта.: «Coliezione dell'opera dei Cav. Conte A. Volta» (в 3 томах) было опубликовано в 1816 г. во Флоренции.

Близ деревни Камнаго, откуда произошел род Вольта, ему поставлен великолепный памятник.

7. Значение

Создание вольтова столба стало революционным событием в науке об электричестве. Вольтов столб в первой трети XIX века оставался единственным источником постоянного тока, который успешно использовали для своих опытов и открытий крупнейшие ученые - В. Петров, Х. Дэви, Х. Эрстед, А.-М. Ампер, М. Фарадей.

Научный вклад ученого был высоко оценен современниками - его называли самым великим физиком Италии после Галилея. Память о Вольте была увековечена в 1881 г. на первом Международном электротехническом конгрессе в Париже, где одной из важнейших электрических единиц - единице напряжения - было присвоено наименование вольт (В). Созданием вольтова столба завершилась эпоха электростатики, и было положено начало эпохи электрики. Так, на рубеже XVIII и XIX веков произошел переход от электричества для науки к электричеству для человечества - для промышленности, быта, культуры.

Размещено на Allbest.ru