Покоренная плазма

Дуга Василия Петрова

В одной из книг, вышедших в России в начале прошлого века, было помещено описание физического явления, ранее не известного науке.

Оно описывалось так:

«…Если на стеклянную плитку или на скамеечку со стеклянными ножками будут положены два или три древесных угля… и если металлическими изолированными направлятелями… сообщенными с обоими полюсами огромной батареи, приближать оные один к другому на расстояние от одной до трех линий, то является между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются и от которого темный покой довольно ярко освещен быть может…»

Книгу эту издал профессор физики Военно-медико-хирургической академии в Петербурге, а впоследствии академик Василий Владимирович Петров. Приведенные выше слова были первым в мире описанием электрической дуги.

Тогда многие увлекались опытами с электричеством, подобно тому как сейчас увлекаются радиолюбительством. Опыты эти были несложны: люди брали цинковые и медные кружочки, между ними прокладывали суконную ткань, смоченную в уксусе, — и источник электричества готов. По имени изобретателя его называют вольтовым столбом.

Это уже не электростатическая машина с вращающимися янтарными шарами, способная на мгновение зажечь искру, — вольтов столб может создавать в электрической цепи постоянный непрекращающийся ток. Этот ток можно почувствовать, если проводами от вольтова столба прикоснуться к кончику языка. Язык начинает щипать, и чем больше взято металлических кружков, тем сильнее щиплет язык. А если сделать большой вольтов столб, то можно получить искры — более яркие, более «жирные», чем у электростатической машины.

Однако тогда было немного людей, которые в этих опытах видели не только забаву. Среди них был и Василий Петров. Дни и ночи возится он с вольтовыми столбами. Еще не изобретен вольтметр, и ученый, срезав кожу с пальцев, сам становится вольтметром, определяя по силе электрических «уколов» достоинства собранных им батарей.

Академик Петров решается провести особенный опыт. Он превращает в кружочки все свои запасы меди и цинка и собирает столб небывалой длины. Ученый торопится: стоит просохнуть хотя бы одной из четырех с лишним тысяч прокладок, и придется все начинать сначала.

Опыт ученого блестяще удался. Не отдельные искры, а яркое пламя вспыхнуло между угольными электродами. Этот сплошной, слегка изогнутый жгут плазмы позднее был назван дугой.

Работы Петрова были опубликованы только на русском языке, иностранные ученые о них не знали. Поэтому долгое время открытие дугового разряда приписывалось английскому ученому Дэви.

Академик Петров был верным последователем Ломоносова. Как и его великий учитель, он прежде всего думал о том, как и где применить открытое явление.

Поражаешься прозорливости ученого. Создав дуговой разряд, он указал, где его можно применить для освещения.

А когда вместо древесных углей он не поставил ничего, а просто сблизил провода, расплавив их, то добавил: можно использовать и для плавки металлов!

Сейчас посмотрим, что представляет собой плазма дугового разряда. Дуга — это короткое замыкание электродов жгутиком плазмы. Для ее возникновения нужен более мощный источник тока, чем тот, с помощью которого получают электрические искры.

Благодаря высокой температуре внутри шнура плазмы образование заряженных частиц — ионов и электронов — происходит главным образом за счет соударений молекул газа между собой. Удары так «крепки», что оканчиваются отрывом электронов от атомов.

В последние десятилетия широкое применение получил дуговой разряд при пониженном давлении газа. Такая низковольтная дуга очень похожа на тлеющий разряд, но имеет большую плотность тока.