Рис. 5.2. «Станок» Ампера:

1 – подвижная рамка; 2 – неподвижный проводник

Ампер не только дал глубокий анализ наблюдавшихся явлений, но сумел теоретически обобщить их, выведя формулу, позволяющую определить силу взаимодействия токов, а также создал приборы для определения этой силы. В Германском музее шедевров науки и техники хранятся оригиналы этих приборов, как «драгоценнейшие документы музея». Как писал один из биографов, это был «немеркнущий вклад, оставшийся на все времена в сокровищнице науки».

Ампер, несмотря на серьезную сердечную болезнь, неустанно трудился, надеясь претворить в жизнь свои идеи. Одной из наиболее революционных была его идея о молекулярных токах, утверждавшая, что «все магнитные явления… сводятся к чисто электрическим действиям». Теория о круговых молекулярных токах, отвергала наличие «особых» электрических и магнитных жидкостей. Его фундаментальный труд «Теория электрических явлений, выведенная исключительно из опыта», получил высочайшую оценку великого Максвелла, назвавшего Ампера «Ньютоном электричества».

Имя ученого известного всему миру было увековечено в 1893 г. на Международном конгрессе электриков в Чикаго, давшем единице силы тока название «ампер». Он был членом академий все крупнейших стран Европы, в 1830 г. Ампер был избран почетным иностранным членом Петербургской академии наук.

Рис. 5.3. Схема «электромагнитных вращений» (по рисунку Фарадея):

7, 2 – чаши с ртутью; 3 – подвижный магнит; 4 – неподвижный магнит; 5 – неподвижный проводник; 6 – подвижный проводник

Первым, кто, проявив незаурядные способности экспериментатора, претворил в жизнь идеи Ампера, был великий английский физик Майкл Фарадей (1791-1867), тогда еще никому неизвестный своими исследованиями. В 1821 г. Фарадей создает оригинальный прибор, демонстрирующий вращение проводника вокруг магнита и магнита вокруг проводника (рис. 5.3). При подключении к источнику тока в левом сосуде со ртутью подвижный магнит 3 вращается вокруг неподвижного провода 5, а в правом – подвижный проводник 6 вращается вокруг неподвижного магнита 4. По признанию Фарадея, думая о своем приборе, «он долго ломал себе голову… даже ночами просыпался и думал». Прибор Фарадея наглядно иллюстрировал возможность создания электродвигателя. По утверждению одного из ученых «…одно лишь открытие Фарадеем «электрического вращения» оставило бы ему мировую известность».

Анализ истории развития электрических машин показывает, что первым практическим устройством был электродвигатель. Это объясняется тем, что в связи с развитием промышленности все более возрастала потребность в компактном и экономичном электродвигателе, вместо широко распространенной паровой машины. Что же касается электрогенератора, то в течение первой трети XIX в было создано много разновидностей электрохимических батарей, которые получили широчайшее практическое применение.

Первый практически пригодный электродвигатель был создан петербургским профессором Борисом Семеновичем Якоби (1801-1874) в 1834 г. Б.С. Якоби принадлежал к числу тех иностранных ученых, которые по приглашению приехали в Россию и связали с ней свою творческую жизнь. Мориц Герман Якоби принял русское имя и прожил в России 39 лет до конца своих дней. Сначала он работал в Дерпте (ныне Тарту), а потом в Петербурге, с 1839 г. «состоял в Петербургской академии наук», а с 1865 г. был избран академиком по физике.

Еще накануне приезда в Россию Якоби в 1834 г. послал в Парижскую академию наук сообщение об изобретенной им «магнитной машине». Первый электродвигатель Якоби работал по принципу притяжения и отталкивания двух комплектов электромагнитов, один из них располагался на неподвижной деревянной раме, другой – на подвижной (рис. 5.4). Источником питания служила батарея гальванических элементов.

Направление тока, а следовательно, полярность неподвижных электромагнитов не изменялась, а для изменения полярности подвижных электромагнитов Якоби создал оригинальный коммутатор.

С помощью коммутатора полярность подвижных электромагнитов изменялась 8 раз за один оборот вала, и они поочередно притягивались и отталкивались неподвижными электромагнитами. Мощность электродвигателя составляла примерно 15 Вт, и Якоби, конечно, понимал, что нужно найти пути для увеличения мощности, чтобы – как он писал в записке президенту Академии наук и министру просвещения – «…Нева раньше Темзы или Тибра покрылась судами с магнитными двигателями».

Рис. 5.4. Внешний вид двигателя Якоби

Сначала он пошел по пути увеличения числа электромагнитов, но это только делало машину более громоздкой. Непрерывно работая над совершенствованием двигателя, Якоби узнал, что в 1837 г. американский техник Т. Девенпорт также построил электродвигатель, в котором взаимодействовали подвижные электромагниты с неподвижными постоянными магнитами. Двигатель Девенпорта был более компактным благодаря расположению подвижных и неподвижных частей в одной горизонтальной плоскости.

Талант инженера и ученого помог Якоби найти наиболее рациональную конструкцию двигателя, чтобы при увеличении его мощности размеры машины возрастали в вертикальном направлении. Якоби отказался от неподвижных постоянных магнитов – громоздких и ненадежных.