В середине XIX века западный мир вступил в эпоху неудержимой индустриализации, основы которой были заложены на полвека ранее и которая продолжалась затем еще полвека. Изобретение телеграфа стало одним из первых практических применений электричества.
Мать Эдисона, Нэнси Элиот, лично занималась его образованием. Книга о физике и химии, которую она подарила ему, помогла Эдисону найти свое призвание.
Фотография юного Эдисона в те времена, когда он работал продавцом газет.
Дом Эдисонов в Майлене, штат Огайо.
Первые телеграфные провода протянулись по тем линиям, которые уже были намечены раньше: вдоль железных дорог, использующих паровую тягу. И те и другие бурно распространялись, покрывая все большие пространства своими сетями, сокращая, как казалось, расстояния и изменяя при этом такие категории, которые в течение веков оставались практически незыблемыми — время и скорость.
О статическом электричестве было уже давно известно, но его использование оставалось весьма ограниченным. Такое электричество невозможно было генерировать и передавать в достаточном количестве и в достаточной мощности, чтобы оно смогло приводить в движение какие-нибудь устройства. То есть для практического применения статическое электричество было непригодно, оставаясь до того времени исключительно лабораторным явлением. Изобретенная в 1745 году двумя профессорами — немцем Эвальдом Георгом фон Клейстом (1700-1748) и голландцем Питером ван Мюссенбруком (1692-1761) — «лейденская банка» представляла собой первый электрический конденсатор, с помощью которого можно было накапливать большое количество энергии в виде статического заряда.
В 1753 году в журнале «Скоте Мэгазин» вышла статья о телеграфии, подписанная «аноним», автором которой был, по всей видимости, шотландский физик Чарльз Моррисон. Она содержала подробное описание первого телеграфного аппарата, основанного на статическом электричестве. Система состояла из стольких пар металлических проводов, сколько букв насчитывается в английском алфавите, то есть 26 пар изолированных друг от друга проводов. Каждая пара заканчивалась шариком, вырезанным из сердцевины бузины, который, электризуясь, притягивал листок с изображением соответствующей буквы, когда на другой конец проводов подавался электрический разряд, вырабатываемый электростатической машиной. Телеграф Моррисона являлся весьма несовершенным механизмом: он был способен передавать сообщения лишь из одной комнаты дома в другую — из-за малой мощности и плохой управляемости статического электричества. Во второй половине XVIII века и в начале следующего столетия многие исследователи предпринимали попытки передавать сообщения с помощью электрического сигнала, идущего по проводам.
ЭЛЕМЕНТ ВОЛЬТА
Заинтересовавшись открытиями, сделанными в 1791 году анатомом Луиджи Гальвани (1737-1798) и связанными с электрическими импульсами в мышцах животных при их контакте с разными металлами, Вольта решил, что причина кроется в протекающей в мышечных тканях определенной химической реакции. Он начал свои эксперименты с поисков комбинаций веществ, вырабатывающих электричество. Вольта ставил опыты с различными сочетаниями металлов, обеспечив контакт между ними не через мышечные ткани, а через различные растворы. Ученый помещал металлические элементы в банки с раствором поваренной соли или кислотой. Чтобы жидкость не разливалась, банки он заполнял чередующимися дисками из меди и цинка, которые разделялись пропитанными электролитом дисками из картона или войлока. Вольта открыл, что такие пачки-батареи дисков производят непрерывный электрический ток благодаря протекающей в электролите (жидком элементе) окислительно-восстановительной реакции, при которой электроны от электрода-восстановителя переходят к электроду-окислителю. Гальванические батареи стали первым в истории устройством, вырабатывающим электрический ток.
Электростатические генераторы производили электричество путем трения (например, кожи о стекло), но они не могли выработать достаточное количество энергии для использования ее в промышленных целях. По этой причине требовалось найти способ надежной и постоянной генерации электричества.
РИСУНОК 1: Эффект Эрстеда.
Когда компас помещают возле провода, по которому течет электрический ток, его стрелка отклоняется и принимает положение, перпендикулярное проводу.
РИСУНОК 2: Ампер открыл, что намотанный на цилиндрическую катушку провод, по которому пропущен ток, ведет себя как магнит. Катушка с обмоткой из изолированного провода называется соленоидом.
Появление электрической батареи Алессандро Вольты (1745-1827) в 1800 году дало новый импульс электрической телеграфии. Батарея Вольты производила постоянный электрический ток, в первых моделях — низкой мощности, но в количестве значительно большем и в гораздо более удобном для использования виде, чем статическое электричество, применявшееся ранее. Сразу же такие батареи стали основным источником электричества для ученых и изобретателей. Тем не менее, чтобы сконструировать полностью работоспособную телеграфную систему связи, необходимо было сделать еще несколько важных научных открытий. Как только стал доступен эффективный источник энергии, возникла еще одна проблема: при передаче электричества часть его терялась, проходя по проводнику. Ее решение стало намечаться, когда английский физик Джеймс Прескотт Джоуль (1818-1889) обнаружил потери электроэнергии в виде выделения тепла. Но даже и после открытия этого эффекта науке и технике не сразу удалось справиться с его негативными последствиями.
И вот в 1811 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851) открыл явление, свидетельствующее об определенной связи между электричеством и магнетизмом: протекающий по проводнику электрический ток отклонял стрелку компаса, которая представляла собой не что иное, как магнит (см. рисунок 1). Француз Андре-Мари Ампер (1775-1836) продолжил исследования Эрстеда. Он обнаружил, что провод, через который проходит электрический ток, ведет себя подобно магниту: два параллельных провода, через которые ток протекает в одном направлении, притягиваются, а если ток в них течет в противоположных направлениях, то они отталкиваются. Французский ученый выяснил, что провод, намотанный на цилиндрическую катушку, по которому пропущен электрический ток, ведет себя как намагниченный брусок: он притягивает или отталкивает намагниченные предметы (см. рисунок 2). Все особенности магнитных явлений могут быть объяснены с помощью взаимных сил, возникающих при движении электрических зарядов.
