Васи́лий Влади́мирович Петро́в (8/19 июля 1761, Обоянь (ныне — Курская область) — 22 июля/3 августа 1834, Санкт-Петербург) — русский физик-экспериментатор, электротехник-самоучка, академик Петербургской АН (с 1809 года; член-корреспондент с 1802 года).
Содержание
Биография
Василий Петров родился в семье священника. Учился в Харьковском коллегиуме, затем в Санкт-Петербургской учительской семинарии.
В 1788 году Петров был назначен учителем математики и физики в колыванско-воскресенское горное училище в Барнауле. Откуда в 1791 году переведен в Санкт-Петербург на должность преподавателя математики и русского стиля в инженерном училище при Измайловском полку. В 1793 году Василий Петров был приглашен Санкт-Петербургской медицинской коллегией преподавать математику и физику в Санкт-Петербургском медико-хирургическом училище при военно-сухопутном госпитале. В 1795 году, при преобразовании этого училища в медико-хирургическую академию, Петров получил звание экстраординарного профессора. В течение нескольких лет создал богатый для того времени физический кабинет на базе коллекции физических приборов Бутурлина, купленной в Москве.
Первый печатный труд Петрова, «Собрание физико-химических новых опытов и наблюдений», появился в 1801 году. Большая часть работы посвящена описанию опытов с горением — целью было доказать несостоятельность учения о флогистоне. Немалый научный исторический интерес представляют и статьи о свечении фосфоров животного и минерального царства. Петров определяет предельную температуру, при которой фосфор не светится уже в чистом атмосферном воздухе, а разнообразными опытами над плавиковыми шпатами доказал, что причина свечения их иная, нежели у фосфора. Этими опытами он критиковал теорию Макора и Шеле.
За первый ученый труд Петров был удостоен звания ординарного профессора. Открытия Гальвани и Вольта побудили русского ученого провести серию самостоятельных оригинальных опытов, описанных им подробно в книге «Известие о гальвани-вольтовских опытах посредством огромной батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков» (Санкт-Петербург, 1803). Самыми замечательными результатами этих опытов представляются описания электролиза окислов металлов (ртути, свинца, олова), растительных масел, алкоголя и т. п. Электролиз воды от одной медно-цинковой пары, в случае медных электродов; получение электрического света и белого пламени (электрическая дуга) между двумя кусками древесного угля, от которого «темный покой достаточно ярко освещен быть может»; влияние на длину искры упругости окружающего воздуха.
Петров отмечает, что длина искры от вольтова столба в безвоздушном пространстве значительно короче, чем при разрядах электрических машин. Он обращает внимание на мгновенное заряжение огромных лейденских батарей посредством небольшого вольтова столба, и на медленное заряжение тех же батарей сильными электрическими машинами. Во время своих опытов Петров исследует влияние изолировки проводников электрического тока и размеров их (сопротивления) на действие вольтова столба.
В 1804 году Петров издал свой третий труд, «Новые электрические опыты», посвященный исследованию электричества от трения. Все указанные работы поставили Петрова в ряд выдающихся русских ученых XIX века. В 1803 году он был избран корреспондентом Академии Наук, а в 1807 году, по предложению академика Крафта, избран членом академии (его преемником в 1834 году был назначен Э. Ленц). Многочисленные физические, химические и метеорологические исследования Петрова опубликованы в изданиях Академии Наук («Memoires de l’Academie», тт. I, II, III, IV, VI, VII, VIII, IX и X; «Умозрительные исследования», тт. I, II, III и V; «Труды Академии», ч. I, II). Под редакцией Петрова в 1807 году издан перевод физики Шрадера («Начальные основания физики для употребления в гимназиях»). Этим учебником пользовались до начала 1830-х годов. По отзывам современников, Петров был прекрасным лектором и одарённым руководителем.
Наряду с преподаванием в медико-хирургической академии Петров много лет читал физику и математику в Академии художеств и во Втором кадетском корпусе. Прослужив в медико-хирургической академии 40 лет, Петров «сверх всякого чаяния» был в феврале 1833 года уволен с пенсией 5000 рублей в год.
Память
После смерти учёного Конференция Академии, памятуя его многолетнюю преподавательскую деятельность и учёные заслуги, выразила желание почтить его память установкой надгробного памятника. Но это решение было забыто. Только в 1892 году, при обустройстве Императорской военно-медицинской академией центрального электромашинного здания для электрического освещения Конференция с Высочайшего соизволения посвятила все сооружение электрического устройства памяти Петрова и установила по этому случаю в машинном зале особую мраморную доску с соответственной надписью.
29 мая 1802 года русский ученый, основоположник электрометаллургии Василий Владимирович Петров первым в мире открыл явление электрической дуги XVIII столетие отмечено двумя важнейшими открытиями в области физики, и оба они связаны с получением электрического тока. В 1729 году в Англии проведены первые опыты по передаче электрического заряда на расстояние. В 1745 году изобретение голландскими учеными «лейденской банки», первого электрического конденсатора, послужило настоящим прорывом в изучении электричества. Оно позволило получать, накапливать и хранить сравнительно большие электрические заряды.
Третий важнейший шаг в области изучения и освоения электричества был сделан в столице Российской империи профессором физики из Санкт-Петербургской медико-хирургической академии Василием Владимировичем Петровым.
О русском педагоге, ученом и изобретателе Василии Петрове известно не так много — после его смерти остались лишь труды, написанные хорошим литературным языком высокообразованного человека._
С юных лет он обучался в церковной школе, готовясь, как и его отец, стать священнослужителем. Но Василию очень нравилось учиться, он проявил настойчивую тягу к знаниям. И в 1785 году сын священника продолжил обучение в учительской семинарии Санкт-Петербурга, готовившей педагогов для школ и училищ по всей стране.
В 1788 году 26-летнего учителя направляют в Барнаул на практику к студентам горного училища. Всего за два года Петров качественно изменил всю систему обучения. Талантливый педагог не только с успехом проводил занятия по математике, физике, грамматике и латыни, но и организовывал экскурсии на рудники и в заводские цеха.
По окончании двухлетней педагогической практики Василий Петров возвращается в Санкт-Петербург, где его успехи получают заслуженное признание. Он становится преподавателем математики и физики в Инженерном училище, а затем в Медико-хирургической академии.
В стенах этих учебных заведений Василий Петров смог реализовать себя не только как талантливый педагог, но и как ученый-исследователь. Ознакомившись с трудами итальянских ученых Луижди Гальвани и Алессандро Вольта, Петров начинает ставить собственные эксперименты с электричеством, подробно описанные в его книге «Известие о гальвани-вольтовских опытах». Уникален его анализ электролиза окислов таких металлов, как ртуть, свинец и олово, а также растительных масел, алкоголя и воды._________________
Одновременно Петров занимается получением модного в то время «холодного свечения» — электрического света. Для проведения опытов Василий Владимирович смоделировал не имеющий аналогов специальный физический кабинет при Медико-хирургической лаборатории в Петербурге, в котором он работал практически до конца своих дней.
В конструкцию созданного итальянскими учеными источника тока, так называемого вольтова столба, Василий Петров внес серьезные усовершенствования. Батарея Петрова была гораздо мощнее, она состояла из 4200 медных и цинковых пластин, между которыми помещались бумажные прокладки, пропитанные нашатырем. Важно было расположить эти элементы горизонтально, для этого Петров поместил трехметровую конструкцию в ящик из красного дерева._____________________________
Такая гальваническая батарея давала напряжение до 1700 вольт, что позволило русскому ученому сделать свое самое значительное открытие, исследовав ранее неизвестное науке явление — электрическую дугу.
Изучая свойства электрического тока, Василий Петров присоединил медной проволокой к полюсам батареи два угольных стержня и сблизил их концы, между которыми тут же появилась яркая, похожая на молнию «огненная» дуга, ярко осветившая лабораторию. Когда ученый стал вводить в нее кусочки металлов, они очень быстро плавились.
Явление электрического разряда между концами слегка разведенных угольных стержней ученый-экспериментатор наблюдал как в воздухе, так и в других газах и вакууме. Это и была так называемая электрическая дуга, являющаяся частным случаем четвертой формы состояния вещества — плазмы.
Таким образом, открытие электрической дуги принадлежит русскому ученому Василию Владимировичу Петрову. Свои опыты по получению электрической дуги он впервые публично продемонстрировал в экспериментальном кабинете 29 мая 1802 года.
Явление электрической дуги описано Петровым в его книге «Известие о гальвани-вольтовских опытах», вышедшей в 1803 году. Об этом же появилась публикация в газете «Санкт-Петербургские ведомости» от 29 (17 по ст. ст.) ноября 1803 года. Русский ученый рассказал про получение электрического света и «белого пламени» (электрической дуги) между двумя кусками древесного угля, от которого «темный покой достаточно ярко освещен быть может».
Таким образом, к концу 1803 года открытие русским ученым явления электрической дуги стало общеизвестным фактом, о котором лицам, интересовавшимся вопросами электричества или, как тогда говорили, «гальванизма», трудно было не знать. Между тем в научной литературе на Западе в разное время открытие электрической дуги приписывалось английскому ученому Хэмфри Дэви, который только в 1808 году всего лишь повторно описал дуговой электрический заряд между двумя угольными стержнями, ранее уже изученный Петровым. Имя русского первооткрывателя либо совсем не упоминалось в зарубежной литературе, либо значение работ Петрова не раскрывалось, а в отдельных случаях оно даже подвергалось искажению.
Однако история расставила все по местам. И мы ныне знаем, что благодаря открытию талантливого русского ученого мир получил возможность использовать высоковольтное электричество во многих сферах жизни. В наши дни мы можем наблюдать явление электрической дуги, открытой более двух веков назад Василием Петровым, и в мощных дуговых лампах для освещения, и в плавильных металлургических печах, и при электросварке металлов.
Курский Ломоносов: физик из Обояни стоял у истоков российской электротехники
Центральная площадь города Обояни носит имя Василия Петрова. Однако далеко не всем известно, кто этот человек. Между тем еще на стыке XVIII–XIX веков физик-экспериментатор, самоучка, выходец из Курской губернии стал основоположником отечественной электротехники. Некоторые исследователи ставят Василия Владимировича в один ряд с таким прославленным российским ученым, как Михаил Васильевич Ломоносов.
Курянина Василия Петрова ставят в один ряд с Михаилом Ломоносовым
Сегодня электричество привычно входит в нашу жизнь, о его природе детям рассказывают еще в школе. Двести же лет назад оно казалось чем-то из разряда фантастики.
Заинтересовавшись изобретением Алессандро Вольта, создавшего в 1800 году первый гальванический элемент – электрическую батарею, Петров 29 мая 1802-го первым в мире открыл и описал явление электрической дуги. Кроме того, курянин обнаружил зависимость силы тока от площади поперечного сечения проводника, изучал физико-химические явления, эффект холодного свечения тел, метеорологию, гидротехнику и люминесценцию.
Академик Петр Капица считал его первым физиком мира: «Для меня нет никакого сомнения, что по своим научным открытиям Василий Владимирович Петров должен был бы занять одно из самых первых мест не только в нашей, но и в мировой науке как крупнейший физик-экспериментатор».
«Повелитель» электричества
Василий Петров родился 8 (19 по новому стилю) июля 1761 года в Обояни, на тот момент относившейся к Белгородской провинции, в семье приходского священника. Начальное образование получил дома и в церковно-приходской школе. Затем учился в Харьковском коллегиуме и Санкт-Петербургской учительской семинарии.
Трудовую деятельность начал в Барнауле учителем математики и физики в горном училище, откуда в 1791-м был переведен в Санкт-Петербург преподавателем математики и русского стиля в инженерное училище при Измайловском полку.
Затем был приглашен преподавать математику и физику в Санкт-Петербургское медико-хирургическом училище, которое вскоре было преобразовано в академию. С этого времени началась обширная научная и педагогическая деятельность Петрова, которая продолжалась в Медицинской академии в течение 40 лет. В 1800 году он становится ординарным профессором.
За несколько лет Василий Владимирович создает богатый для того времени физический кабинет на базе коллекции приборов Бутурлина, купленной в Москве. Первый печатный труд Петрова «Собрание физико-химических новых опытов и наблюдений» появился в 1801 году. Немалый научный исторический интерес представляют и статьи о свечении фосфоров животного и минерального царств.
Дуга в воздухе
Открытия Гальвани и Вольта побудили русского ученого провести серию самостоятельных оригинальных опытов, описанных им подробно в книге «Известие о гальвани-вольтовских опытах посредством огромной батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков» (Санкт-Петербург, 1803 год), где разъяснил свои открытия. Самыми замечательными результатами представляются описания электролиза окислов металлов (ртути, свинца, олова), растительных масел, алкоголя, воды, получение электрического света и белого пламени между двумя кусками древесного угля.
Василий Петров в 1802 году сконструировал большую гальваническую батарею с электродвижущей силой около 1700 В. Она состояла из 4200 медных и цинковых кружков диаметром около 35 миллиметров и толщиной около 2,5 мм, между которыми были размещены бумажные, пропитанные раствором нашатыря, впервые была применена изоляция (с помощью сургуча). Исследуя свойства этой батареи как источника тока, ученый показал, что действие её основано на химических процессах между металлами и электролитом. Известный ученый Шателен отмечал, что «опыты Петрова можно считать исследованиями, положившими начало современной электрометаллургии в дуговых печах».
Он отметил, что от этого «темный покой достаточно ярко освещен быть может», то есть впервые в мире выдвинул идею освещения электричеством, им же впервые в мире и реализованную. В начале XIX века не было известно ни одного технического приложения электроэнергии, даже самого элементарного, тем более освещения или плавки в пламени дуги!
Если бы Петров писал на латинском языке, как это было принято в то время в научных кругах, его имя стало бы известно во всем мире. Но книга была издана на русском и осталась незамеченной зарубежными учеными. Более того, долгое время открытие электрической дуги приписывалось английскому химику Дэви, который получил ее в своих опытах только в 1810-м, то есть на восемь лет позже курянина.
Светоносная дуга Петрова работает в прожекторах, в том числе войсковых, установках для спектроскопии, кварцевых лампах, светильниках дневного света, газосветных трубках, используемых в рекламе. Кроме того, она используется при электросварке металлов и для выплавки стали.
Первым употребил термин «сопротивление»
Открытие явления электродуги и доказательство возможности ее практического применения для целей плавки, сварки металлов, восстановления их из руд и освещения стало одним из выдающихся успехов курянина. Изучая электропроводимость различных веществ, Петров впервые употребил термин «сопротивление» как физическую величину, характеризующую свойства вещества препятствовать прохождению электротока. В опытах по электролизу он первым обратил внимание на различные свойства полюсов батареи, поставив вопрос: «определить направление движения гальвани-вольтовской жидкости».
В 1804 году Петров издал свой третий труд «Новые электрические опыты», посвященный исследованию электричества от трения. Все указанные работы поставили уроженца Обояни в ряд выдающихся русских ученых XIX века.
В 1803 году он был избран корреспондентом Академии наук, а в 1807 году по предложению академика Л. Ю. Крафта избран членом академии (его преемником в 1834 году был назначен Э. Х. Ленц). Многочисленные физические, химические и метеорологические исследования Петрова публиковали издания Петербургской Академии наук. Под редакцией Петрова в 1807 году издан перевод учебника физики Шрадера («Начальные основания физики для употребления в гимназиях»). Этим учебником пользовались до начала 1830-х годов. По отзывам современников, Петров был прекрасным лектором и одарённым руководителем.
Академик Василий Владимирович Петров одним из первых интересовался физическими свойствами снега. Ему принадлежит открытие возгонки, или сублимации, снега и формулировка экспериментальных законов сублимации снега и льда.
Часто имя Петрова связывают с его главной работой – открытием электрической дуги, но это неправильно. Замечательны опыты Василия Владимировича над электризацией металлов и исследования о происхождении электрических явлений в пустоте и различных газах, о природе свечения тел, в частности, люминесценции. Он первым произвел опыты по разложению воды и других веществ. Открытие Петровым явления электролиза позволяет считать его предшественником Деви и Фарадея в электрохимии.
Наблюдения над проводимостью металлических проводников, о которой он писал: «Я заметил, что при всех прочих одинаковых обстоятельствах происходит великое различие в следствиях опытов тогда, когда гальвани-вольтовская жидкость протекает по металлическим проводникам большего или меньшего состава», – предвосхищают открытый спустя 30 лет закон Ома.
Производя опыты с электродами из различных металлов, Петров получает то же яркое пламя, «от которого сии металлы иногда мгновенно расплавляются, сгорают также с пламенем какого-нибудь цвета и превращаются в оксид», а «когда тонкая железная проволока. сообщенная с одним полюсом огромной батареи, будет употреблена для опыта и поднесена к углю. то которого конец проволоки почти во мгновение ока краснеет, скоро расплавляется и начинает гореть с пламенем и разбрызгиванием весьма многих искр по различным направлениям». В этом сообщении академика Петрова о впервые произведенном расплавлении металлов электрической дугой содержится не только первое указание на возможность такого расплавления, но и описывается в точности явление дуги, которое мы наблюдаем при сварке металлов.
Наряду с преподаванием в медико-хирургической академии Василий Петров много лет читал лекции по физике и математике в Академии художеств и во Втором кадетском корпусе, а также в Технологическом институте. Прослужив в медико-хирургической академии 40 лет, Петров «сверх всякого чаяния» был в феврале 1833 года уволен с пенсией 5000 рублей (2,5 миллиона рублей в ценах 2017 года) в год.
После смерти ученого Конференция Академии, памятуя его многолетнюю преподавательскую деятельность и ученые заслуги, выразила желание почтить его память установкой надгробного памятника. Но это решение было забыто.
Только в 1892 году при обустройстве Императорской военно-медицинской академией центрального электромашинного здания для электрического освещения Конференция с Высочайшего соизволения посвятила все сооружение электрического устройства памяти Петрова и установила по этому случаю в машинном зале особую мраморную доску с соответствующей надписью.
Центральная площадь города Обояни, родины Василия Владимировича Петрова, носит его имя.
Электротехник, самоучка физик-экспериментатор, лектор; преподаватель курса физики и математики в Академии художеств и во 2-м Кадетском корпусе, заслуженный профессор и заведующий кафедрой физики Императорской медико-хирургической академии, академик Петербургской АН и Медико-хирургической академии, почетный член Эрлангенского физико-математического общества и ряда других ученых обществ; создатель и руководитель физического кабинета; действительный статский советник — Василий Владимирович Петров (1761—1834) является одним из первых русских исследователей в области электротехники и практического применения электричества.
Первым в мире наблюдал дуговой разряд и открыл электросварку.
В XVIII—XIX вв. Россия напоминала прихожую, сквозь которую научные открытия проходили в горницу Европы не задерживаясь. Стоило русским ученым вдруг заявить о своем приоритете, Европа каждый раз недоумевала так, точно эти открытия не к ней зашли через переднюю, а от нее вышли в свет.
Открытие В.В. Петровым электросварки прекрасно иллюстрирует сей казус.
«Трагедия изоляции от мировой науки работ Ломоносова, Петрова и других наших ученых-одиночек и состояла только в том, что они не могли включиться в коллективную работу ученых за границей, так как они не имели возможности путешествовать за границу. Это и есть ответ на вопрос — о причине отсутствия влияния их работ на мировую науку… Работы ученого, происходящие вне коллектива, обычно остаются незамеченными» (П.Л. Капица).
Время, а еще больше старания министра просвещения С.С. Уварова, питавшего к Василию Владимировичу за его независимость суждений личную неприязнь, убрали из памяти потомков имя и дела Петрова (не сохранился даже портрет ученого, и была заброшена его могила).
Во всяком случае, русские физики, а тем более европейские во второй половине XIX в. не имели никакого представления о великих трудах электротехника. В 1886 г. на глаза одному студенту случайно попалась работа Петрова «Известие о гальвани-вольтовских опытах посредством огромной батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков» (1803 г.), о которой тот поведал научной общественности.
Русскому ученому был возвращен приоритет открытия электросварки, принадлежавший английскому физику Г. Дэви, который, кстати, вовсе и не претендовал на первенство. Англичанин, хорошо наслышанный об экспериментах Петрова, в 1808 г. лишь повторил их.
Что же это были за опыты? Если коротко, уникальные и преждевременные. Наука и экспериментальная база еще не были готовы к ним. Посему исследователь действовал больше по наитию, но ведомый своим гением.
«Отец русской электротехники», как любят называть сейчас Петрова историки науки, прекрасный педагог, в стенах Медико-хирургической академии, где он заведовал кафедрой, оборудовал лучший в России (да и, быть может, в мире) физический кабинет, оснастил его приобретенными у графа Д.П. Бутурлина, а также в Лондоне физическими приборами, и по 14 часов в день с упоением занимался физическими и химическими опытами.
Эксперименты давали физику ответ на многие вопросы теории, почерпнутые им в т.ч. и из книг и журнальных статей европейских ученых, после чего он демонстрировал их студентам на занятиях. Собственно, это «хобби» и привело ученого к его открытиям. Одним из постоянных увлечений Петрова было электричество.
Заинтересовавшись открытиями Л. Гальвани и А. Вольта, особенно «вольтовым столбом» — гальванической батареей, сооруженной Вольта в 1800 г., представлявшей собой прибор из нескольких десятков чашек, заполненных соленой водой и объединенных металлическими дугами из меди и цинка, Петров решил сконструировать такую же. Что и сделал, но воистину в российских масштабах — увеличил число элементов батареи сразу на два порядка!
Соединив последовательно 2100 пар медных и цинковых кружков, которые изолировались друг от друга бумажными кружками, смоченными электролитом — водным раствором нашатыря, физик собрал огромную гальваническую батарею, электродвижущая сила которой достигала 1700 вольт, и получил на ней мощный источник электрического тока.
Если эти тысячи элементов выстроить в столб, как их собирал Вольта, они достигли бы длины 12 метров, и с ними вряд ли можно было бы проводить какие-либо опыты. Однако ученый сумел уложить все эти «кружочки» в достаточно компактный трехметровый ящик, явивший собою воистину инженерное чудо.
(Через 150 лет в Московском энергетическом институте была воссоздана 1/20 часть гальванической батареи, на которой повторили эксперимент, давший точные характеристики аппарата Петрова. — Я.А. Шнейберг).
Проводя на батарее разнообразные эксперименты, Петров прикрепил к ее полюсам две проволоки с прикрученными кусочками древесного угля, соединил электроды, потом развел их — и получил ослепительную вспышку белого пламени. Это и была электрическая дуга, названная позднее «вольтовой».
Многократно повторив опыты, ученый издал в 1803 г. великолепную во всех смыслах книгу «Известие о гальвани-вольтовских опытах», не нашедшую, к сожалению, должного сочувствия к ней в министерстве просвещения и в научных кругах.
В этом труде, написанном «наипаче для пользы тех читателей, которые. живут в отдаленных от обеих столиц местах и которые не имели случая приобрести нужные понятия в сих предметах», ученый описал свою уникальную батарею и обстоятельно изложил исследования свойств электрической дуги.
Петров убедительно показал, что действие дуги основано на химических процессах, происходящих между металлами и электролитом, а также предложил использовать электрическую дугу для освещения, плавления и варки металлов, восстановления металлов из их окислов.
На этой и других установках академик изучал электропроводность и физико-химические свойства разных веществ — древесного угля, льда, фосфора, серы; исследовал электрические явления в различных газовых средах; впервые произвел опыты электролиза (разложения посредством электрического тока) жидкостей — воды, алкоголя, растительных масел, окислов металлов (ртути, свинца, олова); вел изучение «действия Гальвани-Вольтовской жидкости на тела живых, особливо животных», а также свечение фосфоров животного и минерального царства (люминесценцию); впервые применил изоляцию сургучом проволочного проводника и параллельное соединение электрических цепей; первым в мире исследовал электрические явления с наэлектризованными телами в разреженном пространстве (электрический разряд в вакууме, статическое электричество, электризация тел); за 25 лет до Г.С. Ома установил зависимость силы постоянного тока от площади поперечного сечения проводника, чем «предвосхитил закон Ома»; ввел в электротехнику термин «сопротивление…
Надо сказать, что многие труды Петрова стали не только фактом истории, но и по сию пору представляют научный интерес.
Академик С.И. Вавилов, например, относил работы Петрова по люминесценции чуть ли не к последнему слову науки.
Президент АН вообще отвел Василию Владимировичу неоспариваемое никем место: «В истории русской физики до половины XIX в. В.В. Петров не только хронологически, но и по своему значению непосредственно следует за М.В. Ломоносовым».
