СЕМЬ ИСКУССТВ

Сейчас-то каждому школьнику известно, что этой парой металлов были цинк-медь. А ведь сам Вольта этого не знал. Более того, это он (впервые в мире!) систематизировал свои наблюдения. Он расположил в ряд металлы по способности производить электричество (ряд напряжения металлов). Одного этого было достаточно, чтобы прославить своё имя.

Борис Филановский

АЛЕССАНДРО ВОЛЬТА И ГЕОРГ ОМ. ДВА ГЕНИЯ — ДВЕ СУДЬБЫ

Алессандро Вольта

Не думаю, что имя Алессандро Вольта нуждается в рекомендациях. Тем более такого скромного химика, как автор данного очерка. Тем не менее я взял на себя смелость присоединиться к хору похвал учёному, который изобрёл электричество. Трудно переоценить ту роль, которую сыграло в истории человечества изобретение графа Алессандро Вольта. *Вольтов столб* на долгие годы стал единственным источником электричества. Не было бы *Вольтова столба*, люди бы лишились многих привычных нам устройств, таких, например, как мобильные телефоны (да и электромобили не худо бы помянуть). Разумеется, сейчас там совсем другая начинка, но принцип-то старый. И честь открытия электричества принадлежит недооценённому до сих пор итальянскому профессору Вольта.

Автор этого сообщения сам закоренелый химик. Я много лет работаю на химфаке Тель-Авивского университета (ТАУ). Наша кафедра в течение нескольких лет занимается водородной энергетикой. Мы работаем над созданием новых экономичных и долговечных катализаторов. Это большой проект.

Нам хорошо известно, что сэр Гемфри Дэви (да-да, тот самый) использовал *Вольтов столб* для электролиза воды в далёком 1800 году. Дэви решил эту проблему. В принципе. Лорд Дэви одним из первых понял, что водород является идеальным горючим. Естественно, он работал с платиновыми электродами. Платина –идеальный катализатор. Но цена платины сами понимаете какая. С тех пор больше двухсот лет люди бьются над тем, как заменить платину.

И вот лет двадцать назад появилась надежда. Наша кафедра в числе прочих разрабатывает новые катализаторы (не Pt) электролиза воды. Наша цель найти недорогой и долговечный катализатор, способный заменить драгоценный металл в водородной энергетике. Следует заметить, что каких-то результатов мы добились. Но предстоит ещё долгий путь.

Разумеется, мы (как и тысячи химиков) для этой цели используем электрохимические методы. Мы судим о химии межфазных явлений по вольт-амперным характеристикам электрода (подчас в режиме гальвано-стата). При этом необходимо учитывать омическую составляющую. Так что мы, химики, оперируем, (часто даже не задумываясь), всем созвездием великих имён.

2.

Я не преувеличиваю вклад профессора Вольта. Электричество было известно с античных времён. Известно было, если долго гладить кота, полетят искры. На этом принципе были устроены электрические машины. Весь восемнадцатый век учёные конструировали электростатические машины. И добивались впечатляющих результатов. Действительно, речь шла о сотнях тысяч вольт. Электрическая машина вращалась, электроды накапливали заряд, но тока практически не было. В лучшем случае речь шла о микроамперах. А нужны-то были амперы. И *Вольтов столб* стал единственным источником тока с такими характеристиками.

Нам с вами легко оперировать электрическими величинами. Мы знаем, что такое вольт, ампер, ом. Великий итальянец Вольта не знал того, что сейчас каждый школьник знает. Он с молодости занимался тем, что конструировал приборы для регистрации электрических эффектов. Этот прибор назывался электроскопом.

Вот что пишут о нём в интернете. «Свое первое серьезное изобретение он сделал в 1772 г (в 26 лет). Это был так называемый конденсаторный электроскоп с расходящимися соломинками (соединение электроскопа с конденсатором), обладавший гораздо большей чувствительностью, чем прежние электроскопы с подвешенными на нитях пробковыми или бузиновыми шариками».

3.

Алессандро Вольта в какой-то степени был баловень судьбы. Он родился в аристократической семье 18 февраля 1745 г. в родовом имении предков, близ небольшого городка Комо на севере Италии. Его матерью была герцогиня (по другим источникам, графиня) Её звали Маддалена Инзаи. Но она была аристократкой (никак не прачка, как мать Георга Ома). Как тогда было принято, ребёнка отдали кормилице. В детстве ребёнок не отличался от деревенских сверстников. Он поздно начал говорить. Зато потом его развитие пошло необыкновенно быстро. Он заинтересовался физикой. С 1774 по 1779 гг. Вольта — преподаватель физики в Королевском училище в Комо.

К 30 годам он получил известность как изобретатель электрофора. Этот прибор переносил заряд. Как пишут в интернете, «Электрофор — прибор, позволяющий получать мощные разряды статического электричества. Вольта извлекал из него «искры в десять или двенадцать толщин пальцев и даже более…».

В 1779 Алессандро Вольта стал профессором университета в Павии. Размеренную профессорскую жизнь прервало сообщение профессора анатомии Луиджи Гальвани о «животном электричестве» (1791 год, Болонья). Анатом был уверен, что он нашёл источник животного электричества. Ещё бы, лапка лягушки, которая коснулась электрической машины, судорожно сокращалась. Гальвани был в курсе последних достижений науки. В 70-х годах ХV111 века получил известность венский врач Франц Анто́н Ме́смер. Месмер прославился открытием «животного магнетизма». Этот феномен так и назвали по имени автора — *месмеризм*. Чего ещё желать. *Животный магнетизм* явлен миру с лёгкой руки доктора Месмера. *Животное электричество* будет носить имя — *гальванизм*.

Любопытно, что идеи Месмера получили развитие в России. После незабываемого 1991 года в России появилась целая череда кудесников, которые на глазах изумлённой публики с помощью пассов заряжали воду. Помнится, был такой фотогеничный блондин Алан Чумак. Трудно забыть нахмуренное чело Кашпировского. Дамы, а также простые тётки, исправно падали в обморок, потрясённые чудесами науки. В те суровые дни наука по-настоящему принадлежала народу. \

3а.

Но вернёмся к открытию Вольты. Сохранились свидетельства, что физик Вольта поначалу был горячим сторонником открытия анатома Гальвани. Он повторяет опыты Гальвани и 3 апреля 1792 г. пишет последнему: «…с тех пор, как я стал очевидцем и наблюдал эти чудеса, я, пожалуй, перешел от недоверия к фанатизму.» А уже 14 мая 1792 года на лекции он показал студентам опыт, в котором лягушачья лапка была только индикатором (гальванометром — Луиджи Гальвани тоже обессмертил своё имя). Ток производила пара металлов, погружённая в солевой раствор. Сейчас-то каждому школьнику известно, что этой парой металлов были цинк-медь. А ведь сам Вольта этого не знал. Более того, это он (впервые в мире!) систематизировал свои наблюдения. Он расположил в ряд металлы по способности производить электричество (ряд напряжения металлов). Одного этого было достаточно, чтобы прославить своё имя.

4.

Но он пошёл дальше. И разработал так называемый «Вольтов столб». Для завершения этой работы ему потребовалось 8 лет. Сам Вольта первоначально предлагал назвать свой прибор, или снаряд, или инструмент «искусственным электрическим органом». Как у некоторых рыб. О своем открытии Вольта сообщил в письме от 20 марта 1800 года президенту Лондонского Королевского общества Джозефу Бэнксу. В сообщении «Об электричестве, возбуждаемом простым соприкосновением простых проводящих веществ» он пишет:

«… Я … имею удовольствие сообщить о некоторых поразительных результатах, полученных мною. Главный из этих результатов … создание прибора, который действует непрерывно …, создает неуничтожаемый заряд, дает непрерывный импульс электрическому флюиду».

И тут начинаются мои вопросы. Читая описания конструкции Вольтова столба, (а интернет полон такими описаниями), я не смог толком понять, как работает изобретение великого итальянца. Такое непонимание может быть и было причиной написания моей заметки.

В интернете о творении Вольта пишут, например, «Он впервые поместил пластины из цинка и меди в кислоту, чтобы получить непрерывный электрический ток, создав первый в мире химический источник тока («Во́льтов столб», 1800 год). Этот первый гальванический элемент стал прародителем современных батарей.

А ведь Алессандро Вольта впервые в мире пришла в голову идея создать высоковольтный (увы, тавтология) источник электричества. Идея была гениально проста. Он соединил источники тока последовательно. Медной проволочкой. И именно это позволило создать из элементов напряжением один вольт источник тока на сотни вольт. Недаром международной единицей напряжения стал вольт. Только немногие учёные заслужили честь, чтобы их имена писались с маленькой буквы.

Остаётся только добавить, что профессор физики в конце жизни получил заслуженный почёт и уважение. История так распорядилась, что почести великому физику исходили от Наполеона. Вспомним знаменитый Итальянский поход Бонапарта. Наполеон завоевал Италию. И сердца учёных. Полководец любил науку.

Отношение Наполеона к науке может иллюстрировать такой исторический анекдот. Великому французскому математику Лапласу Наполеон присвоил титул графа и назначил министром. Когда Лаплас успешно провалил работу министра, Наполеон не бранил его, а ласково сказал: «Идите, Лаплас, и займитесь настоящим делом».

Алессандро Вольта был избран членом Парижской и других академий (в том числе Петербургской). Наполеон сделал его графом и сенатором Итальянского королевства. Граф Вольта скончался в 1827 году в своём имении Камнаго. За его выдающиеся заслуги место его погребения переименовали в Камнаго-Вольта.

Георг Ом

Современность в неменьшей степени, чем графу Вольта, обязана скромному учителю *математики и геометрии* (так написано) Георгу Ому. Ом открыл обманчиво простую связь между напряжением, силой тока и сопротивлением. Формула закона Ома была так проста, что ему не поверили. До сих пор учёные с умным видом проверяют закон Ома (см., например, Nat. Inst. of Stand. USA, 2006)

Сравним судьбу сына рабочего Георга Ома с судьбой аристократа Алессандро Вольта. Не так благосклонна была судьба к сыну слесаря Георгу Симону Ому. Ом родился в 1789 году в городе Эрланген, Германия. Мать рано умерла, отец остался один с тремя детьми. Чтобы сводить концы с концами, отцу приходилось браться за любую работу. Но отец тем не менее отказывая себе во всём, дал сыновьям образование. Георг Ом окончил в 1805 году гимназию и поступил в университет. Через три семестра он вынужден был оставить университет. Биографы молчат, но скорее всего причиной были финансовые проблемы. Георг Ом устраивается учителем *математики и геометрии* в частную школу в швейцарском городке Готтштадт.

В 1811 году Георг Ом вернулся в Эрланген и окончил университет, получив степень доктора философии. Сразу же ему была предложена должность приват-доцента кафедры математики этого университета. Увы, жалованья не хватало, и доктор философии вынужден был снова искать место. Вскоре Георгу Ому предложили место учителя в иезуитской коллегии Кёльна. Там он смог наконец заняться не только преподаванием, но и опытами с электричеством. Для этого он усовершенствовал электрический прибор Кулона.

К слову, закон Кулона мы все проходили, но не все знают, что аристократ Шарль Огюстен де Кулон стал полковником революционной армии Наполеона и за научные заслуги получил генеральский чин. Наполеон любил учёных.

5.

Но вернёмся к Ому. Ему фатально не везло. Вольтов столб не давал необходимой для тонких опытов стабильности. Он, как говорят электромонтёры, *подсаживался*. В поисках стабильного источника тока Ом обратился к недавно открытому эффекту Зеебека. Не будем утомлять читателя техническими деталями. Скажем только, что молодой учёный нашёл решение. Оно оказалось настолько простым (U=IxR, уж проще некуда), что общественность возмутилась. «По личному указанию министра образования Ом был уволен с работы в школе за публикацию своих открытий в области физики» («Википедия», биография Георга Ома). Остаётся только добавить, что министр не скрывал своего мнения. Он писал, что эта работа есть только «болезненная фантазия, принижающая математикой достоинства природы».

6.

И действительно, в подходе к электрическим явлениям двух великих учёных наблюдается драматическая разница. Почтенный итальянский профессор с устоявшейся репутацией публикует результаты своего многолетнего труда. Он предлагает новую технологию. И устройство. Первый в мире источник тока. «Вольтов столб» действительно совершил революцию. Это был провыв. Шутишь, первый в мире настоящий источник электричества. Высоковольтный.

Быть может в отношении к итальянскому изобретательному профессору здесь сыграла роль личность Наполеона. Бонапарт был не только (и не столько) генерал. Он был деятель государственного масштаба (к слову, математик). Наполеон сам был избран академиком в 1797 году, (существует даже «теорема Наполеона»). И с его покровительством связан расцвет науки в Европе. Например в 1801 г. он приказывает … выдать Вольте, находившемуся в бедственном положении, 6000 франков.

Как бы то не было, но результаты научной революции не замедлили сказаться. Лорд Гемфри Дэви сразу в 1800 году (это у него начинал молодой Фарадей, увы, слугой) сконструировал по рекомендациям итальянца высоковольтную батарею. И разложил воду на водород и кислород (с помощью платинового катализатора). А затем с помощью того же Вольтова столба впервые получил щелочные металлы — калий и натрий. Да и в далёкой России физик Василий Петров наблюдал Вольтову дугу с помощью *Вольтова столба*.

7.

Иное дело немецкий школьный учитель. Он в 1828 году публикует работу с какими-то закорючками ([S = ω × (du / dx)]— учитель, как-никак). Да и результат получился крайне простой, можно даже казать — простоватый. Всего-навсего:

I=U/R.

Это в то время, как хитроумные французы решают головоломные дифференциальные уравнения электростатики, применяя методы Лапласа, и только иногда упрощают, раскладывая в ряды Фурье. Конечно людям обидно. Где-то мне приходилось читать (наверно у французов), что только туповатые немцы могут считать природу такой примитивной. На несчастье Георга Ома в Германии не нашлось деятеля масштаба Наполеона.

Состояние учёного в этот период можно почувствовать, прочитав письмо, посланное камраду Швейггеру: «Рождение «Электрических цепей» принесло мне невыразимые страдания, и я готов проклясть час их зарождения…»

8.

Тут-то и обнаруживается драматическая разница. Итальянец предлагает людям аппарат, который сразу можно пустить в дело. И открытия не заставили себя ждать. Вспомним только опыты сэра Гемфри Дэви. Они были бы невозможны, не будь Вольтова столба.

А что предлагает миру скромный (и одинокий) немецкий учитель. Ничего, кроме математики. А какой толк от закона Ома научные работники не сразу поняли. Потребовалось почти полвека, пока народ сообразил, что к чему. Не меньше. Сколько времени потребовалось, чтобы всё расставить по своим местам. Оказалось, что закон Ома долговечнее батареи Вольта. И сейчас без расчётов по основному закону электрической цепи невозможно представить работу даже сверхсовременной атомной электростанции.

9.

Не худо бы сравнить *век нынешний и век минувший*. Несколько слов о внедрении научных результатов в практику. Неторопливый рубеж XV111 — X1X веков. Путешествовали в каретах, на худой конец в бричках (вспомним Чичикова). А вот научные новинки летели по Европе как пожар. Вольтов столб уже через пару лет появился во многих лабораториях Европы.

Сравним с тем, что творилось в наше время. В самой передовой стране мира, в СССР, с кибернетикой, к примеру. Что греха таить, эту науку власти просто запретили изучать в институтах. Кибернетику с высокой трибуны официально объявляли «продажной девкой империализма». Да и историю с генетикой не стоит забывать. Старики ещё помнят «ветвистую пшеницу», которой обещал накормить советский народ академик Лысенко (не к ночи будь помянут). С тех пор Россия ждёт не дождётся этой манны небесной. Ждут пока «ветвистая пшеница» (не хуже, чем развесистая клюква) решит все русские проблемы. Это только несколько примеров того, как успешно советская власть боролась с собственной выгодой.

10.

Проходит время. Много времени. И только в 1842 году (уже признанный всем миром) Майкл Фарадей отдал должное немецкому учёному. В том же году Лондонское Королевское общество избрало Георга Ома своим членом и наградило его золотой медалью. Ом стал лишь вторым учёным Германии, удостоенным такой чести (первым был Карл Гаусс). Но увы, к Георгу Ому признание пришло слишком поздно. Он скончался в 1854 году. И лишь через 27 лет (в 1881) международный форум учёных в Париже единогласно утвердил название единицы сопротивления — 1 ом.

Так имена великого итальянца и не менее великого немца заслужили великую честь писаться с маленькой буквы (это не тавтология — это такой, может и бестолковый, способ передать наше химическое восхищение). Только очень немногие люди заслужили такую честь.

11.

Сейчас, суля по всему, естественные науки переживают не лучшее время. Молодёжь бросилась изучать более практичные дисциплины. Дистрибьютеров, к примеру, давно стало больше, чем электромонтёров. А экономистов много больше, чем экономики. В свете таких тенденций можно задаться вопросом — а на хрена нам сдался тот закон Ома. Прекрасно люди жили и без электричества. Римская империя, например.

На это можно и возразить. Действительно, с появлением электричества принципиально другой стала наша с вами цивилизация. Автор далёк от идей «зелёных». Что надо быть ближе к природе. И что питаться надо кореньями. И стрючками. По мне так надо держаться подальше от дикой природы. Поэтому я и составил этот небольшой литобзор о жизни учёных, результатами чьих трудов мы с вами пользуемся до сих пор.

Которых, кстати, великий Дж. Клерк Максвелл даже не включил в список людей, работавших в области электричества. Судите сами,

«в списке создателей электрической теории по Максвеллу помимо Фарадея названы: Кулон, Кавендиш, Лаплас, Пуассон, Эрстед, Ампер, Фурье, Вебер, Нейман».

Здесь нет не только Гальвани, но и Вольты. А уж про школьного учителя Ома не может быть речи. Куда там (цитата из интернета).

Хорошо, Вольтов столб малость устарел. А куда мы бы заехали без закона Ома. Который проще пареной репы, (если можно так выразиться о законах природы).