В первом предложении текста всегда важно заинтересовать читателя так, чтобы он остался до последней точки. Но как это сделать, если речь пойдет, кажется, о самой скучной вещи в мире – изобретении аккумуляторов? Хотя можно попробовать! Знаете ли вы, что за свой мобильный телефон вам нужно благодарить дергающиеся лапки лягушек? Вроде достаточно интригующе. Можно продолжать.
Иллюстрация: BlackValor pinterest.ru/ BlackValorIllustration
Сейчас сохранение электрической энергии нас мало беспокоит – телефон легко заряжается от повербанков, а номер электротехника доступен по первой же ссылке в Гугле. Но такая доступность далась человечеству с трудом. В XVIII веке европейские ученые имели больше вопросов, чем ответов, и открывали само явление электричества на ощупь. Иногда даже буквально – проводя опыты на себе. А началось все и правда с лягушачьих лапок.
На YouTube можно найти десятки видеороликов, повторяющих знаменитый опыт Луиджи Гальвани. Но сам итальянский физиолог был крайне удивлен, когда всего двести с лишним лет назад, в 1791 году, препарировал мертвую лягушку, а она вдруг начала дергаться. Ученый назвал это проявлением животного электричества – решил, что все дело в лягушке, способной вырабатывать ток, наподобие ската. А сокращение мышц от электрической стимуляции еще долго называли гальванизмом. Но на самом деле Гальвани ошибся: в тот самый момент, когда лапки лягушки дернулись, он открыл возможность возникновения электрического тока при контакте разных металлов. Ведь лягушка была подвешена на медных крючках, а ученый касался ее тела стальным скальпелем. Таким образом Гальвани создал электрическую цепь – это был настоящий электрохимический процесс, который впоследствии привел к появлению батареек и аккумуляторов.
Прослышав о чудо-лягушке, другие ученые стали повторять тот же опыт, и разгадка была все ближе и ближе. Дальше всех зашел Алессандро Вольта – об этом можно догадаться по его фамилии, единицу измерения в честь абы кого не назовут! Он проводил серию экспериментов, чтобы понять, прав был Гальвани или нет. После десятков успешных и неуспешных опытов Вольта заявил, что мышцы сократились не из-за «способностей» амфибии, а из-за соединения разных проводников в жидкости, находящейся в теле лягушки. Чтобы доказать свою правоту, он начал проводить опыты уже без живности. В судьбоносном для него и всего мира 1800 году он впервые поместил пластины из цинка и меди в банку с кислотой и соединил их проволокой. Цинковая пластина быстро начала растворяться, а на медной стали выделяться пузырьки газа. Вольта предположил, что по проволоке протекает электрический ток, и доказал это, приложив к ней электроскоп. Так он понял, что химический источник тока можно собрать самому, и вскоре создал первый гальванический элемент – Вольтов столб. Он состоял из медных и цинковых пластин и кусочка сукна, пропитанных кислотой. Нанизав на проволоку несколько таких элементов, Вольта сделал первую в мире батарею, вырабатывающую электричество. Очевидно, физик понимал, что совершил революционное открытие, потому что сразу же отправил письмо о нем в Лондонское королевское общество. Он написал, что в его опыте «проводник второго класса (жидкий) находится в середине и соприкасается с двумя проводниками первого класса из двух различных металлов… вследствие этого возникает электрический ток того или иного направления». Письмо произвело сенсацию в научном мире, а новости о первой батарее облетели все страны. Впечатлились не только ученые умы – когда об открытии узнал император Наполеон I, он пригласил Вольту в Париж в Институт Франции, чтобы тот лично продемонстрировал ему опыт. Не откладывая дело в долгий ящик, Вольте присвоили титул графа и сенатора, а его гальванический элемент назвали аккумулятором Вольта. Сейчас он считается первым шагом в истории батарей.
После открытия Вольты наступила эра изучения электричества, и в один прекрасный день она привела к тому, что у нас появились смартфоны, которые можно заряжать на ходу от портативного аккумулятора. Бум «электрических» открытий произошел в начале XIX века. Отличившиеся находились в совершенно разных странах. В Российской империи, например, спустя два года после Вольтова столба физик Василий Петров создал самую большую в мире гальваническую батарею – он соединил 4200 медных и цинковых кружков диаметром около 35 мм и толщиной около 2,5 мм, между которыми разместил бумажные слои, пропитанные раствором нашатыря. Такая батарея могла давать напряжение 1500 В. В то же время в другой части Евразии шотландец Уильям Крюйкшенк создал электрическую батарею, которая давала более стабильный ток и могла работать чуть дольше своих предшественников. Крюйкшенк спаял медные листы с цинковыми и упаковал их в деревянный ящик, изолировав цементом. Внутрь заливался электролит (вода или разбавленная кислота), и такая батарея вырабатывала ток на протяжении большего времени. Но у всех этих попыток был один общий и существенный недостаток – аккумуляторы могли отдать энергию лишь раз, без возможности перезарядиться и работать снова. А значит, ученым предстояло понять, как сделать аккумуляторы «многоразовыми».
Одновременно с шотландцем Крюйкшенком немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер создал свой «зарядный столб». Его устройство тоже состояло из 50 медных пластин и картонных дисков, пропитанных поваренной солью. В чем новшество, спросите вы? Прибор подключался к Вольтову столбу, состоящему из 100 медно-цинковых элементов. Ток проходил «от Вольта к Риттеру», медные пластины поляризовались, столб Риттера заряжался и даже после отключения от Вольтова продолжал отдавать электричество. Хотя работал такой аккумулятор недолго, это все равно был вторичный источник тока, и стало понятно, что у него та же природа, что и у Вольтова столба. Таким образом, Риттер открыл принцип работы аккумуляторов. После этого их история – это постоянные попытки улучшить характеристики: конструкцию, срок работы, емкость и другие.
История эта долгая и имеющая много этапов – самые умные люди со всего мира работали над тем, чтобы дать человечеству постоянный источник энергии, который можно заряжать N количество раз. В 1899 году швед Вальдемар Юнгнер создаст никель-кадмиевые аккумуляторы, а после них появятся никель-гидридные. В 2019 году Нобелевскую премию по химии присудят трем ученым (Акиро Ёсино, Майклу Уиттингему, Джону Гуденафу) за создание литий-ионных аккумуляторов, и это снова станет прорывом, каким когда-то был Вольтов столб. Аккумуляторы начнут применяться везде: в фотоаппаратах, телефонах, часах, ноутбуках, автомобилях и ракетах. А ведь все началось с лягушачьих лапок…
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
