В один из вечеров 1790 года профессор медицины Болонского университета Луиджи Гальвани у себя дома читал лекцию своим ученикам. У камина сидела его жена и, слушая, одновременно стальным скальпелем снимала кожу с лягушек, предназначенных для ужина. Последняя очищенная лягушка лежала на оловянной тарелке. В это время синьора Гальвани, заслушавшись, уронила скальпель. Стальной нож упал на лапку лягушки, а другим концом коснулся оловянной тарелки. И в тот же момент лапка дернулась так, будто мертвая лягушка хотела выпрыгнуть из тарелки.
Бесстрашная синьора теперь уже умышленно повторила опыт и, когда ученики ушли, рассказала о нем мужу.
Выслушав ее, Гальвани воскликнул:
— Жена! Я сделал великое открытие: я открыл животное электричество — первичный источник жизни.
Таков один из многочисленных вариантов удивительной истории (а может быть, тоже сказки) о том, как была открыта первая страница в изучении биологического электричества и как одновременно с этим началось создание искусственных источников электрической энергии.
Луиджи Гальвани ошибался (не он первый, не он последний!). Животное электричество существует, но, чтобы его обнаружить, надо иметь дело не с мертвым, а с живым организмом.
Что же в действительности произошло с лягушечьей лапкой? Эту задачу начал разгадывать итальянский физик Алессандро Вольта. Он не верил в таинственную «жизненную энергию» мертвой лягушки и в знаменитых опытах Гальвани отвел ее лапке довольно скромную роль. Он понял, что причина возникновения электрического тока связана с взаимодействием различных металлов скальпеля и тарелки, и показал, что, поместив два различных металла в жидкость, можно получить источник электрической энергии. Лягушечья лапка играла роль такой жидкости, а мышцы на этой лапке сокращались под действием не животного электричества, а внешнего электрического тока. Но эта истина была понята не так быстро и просто, как мы описали.
Много лет длился спор двух выдающихся ученых. Гальвани до самой смерти отстаивал свою точку зрения на животное электричество, а Вольта в развитие своего открытия изобрел в 1800 году «вольтов столб», первую в мире электрическую батарею — источник электрического тока. Скромный, как большинство выдающихся ученых, он назвал свое изобретение в честь Гальвани — гальваническим элементом, а электрический ток, вырабатываемый этим элементом, — гальваническим током.
Прошло свыше сорока лет со времени опытов Гальвани. В 1831 году Майкл Фарадей, английский физик, уже свыше десяти лет работавший в области изучения электрических явлений, открыл явление электромагнитной индукции. Оказалось, что если двигать друг относительно друга магнит и замкнутый электрический проводник, то в последнем возникает — индуктируется — электрический ток. Чтобы двигать магнит или проводник, нужно затратить механическую энергию. Она преобразуется в электрическую, текущую по проводнику.
Сделав это открытие, Фарадей, как пишут историки, в течение одиннадцати дней построил первый механический генератор электрического тока — динамо-машину.
Совсем немного времени понадобилось инженерам и ученым, чтобы понять, что с помощью машины можно выполнять также и обратное преобразование энергии, то есть превращать электрическую энергию в механическую. Несколько лет спустя русский физик и электротехник Борис Якоби изобрел электродвигатель с вращающимся ротором — прообраз всех современных электрогенераторов и электродвигателей, вырабатывающих и потребляющих непрерывный поток электроэнергии.
Еще не один десяток лет продолжалось усовершенствование электрических машин. Поначалу казалось, что они вообще не найдут себе применения. Но вот в 1879 году замечательный американский изобретатель Томас Эдисон создал первую практически пригодную электрическую лампочку, а спустя еще три года пустил в эксплуатацию первую в мире электростанцию общественного пользования. Для этой электростанции он сконструировал самые мощные по тем временам электрогенераторы.
Энергия потекла по проводам в каком угодно направлении, ее можно было передавать на большие расстояния. Для этого не надо было длинных и тяжелых металлических валов, не надо было громоздких паропроводов. По проволоке «в мгновение ока» ее можно было подвести к любой машине. Бесшумный, равномерно вращающийся электродвигатель превращал электричество в механическую энергию, нужную, чтобы привести машину в движение. В разных местах машины стало возможным устанавливать 2, 3, 10, 20 двигателей, располагая их как угодно; тонкий, гибкий провод, извиваясь, подводит к ним энергию по самому замысловатому пути.
Когда были оценены эти чудесные свойства электроэнергии и электродвигателя, перестало казаться смешным, что сначала — на электростанции — нужно механическую энергию превратить в электрическую, а затем электрическую энергию опять превращать в механическую. В борьбе за энергию был сделан следующий гигантский шаг.
В 1900 году электрическая энергия составляла всего лишь несколько процентов всей энергии, потреблявшейся промышленными предприятиями. А теперь тысячи и десятки тысяч типов и конструкций электрических машин мощностью от тысячных и сотых долей ватта до десятков и сотен тысяч киловатт вырабатывают электроэнергию и приводят в движение бесчисленное множество машин на заводах и фабриках всего мира.
Проводя свои опыты, Фарадей совершенно не думал, к чему они в конце концов приведут. По его собственным словам, он собирался «превратить магнетизм в электричество». Эту задачу, над которой ломали голову его предшественники, ему блестяще удалось решить, а попутно заметить, что и движение тоже можно превратить в электричество.
Маленький обрывок проволоки, который он двигал относительно полюсов слабенького магнита, превратился в огромный ротор со сложнейшими обмотками, вращающийся в пространстве между полюсами гигантских магнитов. И непрерывным потоком электрическая энергия идет на фабрики и заводы, улицы и в дома.
Электродвигатель очень быстро вытеснил паровую машину с фабрик и заводов, но не смог вытеснить двигатель внутреннего сгорания с транспортных машин — самолетов и автомобилей. Самолет или автомобиль не могут тянуть за собой электрический провод, а беспроволочная передача больших энергий — проблема пока еще не сегодняшнего дня.
Мощность двигателя внутреннего сгорания, который братья Райт поставили в 1903 году на свой самолет, составляла всего 8 лошадиных сил. Спустя тридцать лет самолеты летали в 10 раз быстрее, а мощность авиационных двигателей возросла в 100 раз.
Еще через двадцать лет они летали в 20 раз быстрее, чем самолет Райтов, и им была нужна в 1000 раз большая мощность. Чтобы получить такую мощность, на самолетах устанавливали 2, 3, 4 двигателя внутреннего сгорания. Каждый из них вращал воздушный винт-пропеллер. Лопасти ввинчиваются в воздух, как ввинчивается гребной винт в воду, как ввинчивается штопор в пробку. Ввинчиваясь в воздух, пропеллер тянет за собой самолет. Скорость его стала переваливать за 1000 километров в час. Но и этого было мало; люди мечтали о полетах со скоростями намного большими. Ставший обычным, поршневой двигатель для этого не годился так же, как не годился воздушный винт.
Возьмите воздушный шарик, надуйте его и, не полностью завязав отверстие, отпустите. Упругая резиновая оболочка, сжимаясь, будет выталкивать воздух из отверстия, а он будет толкать шарик. В результате струя воздуха и опадающий шарик будут двигаться в противоположных направлениях. Этот опыт дает представление о принципе реактивного движения и о способе действия реактивного двигателя, который пришел на смену поршневому двигателю, когда самолеты начали летать на высоте 10, 15, 20 километров со скоростью большей, чем 1200–1500 километров в час, уже превышающей скорость звука.
В реактивном двигателе химическая энергия топлива превращается в кинетическую энергию раскаленного потока газов. Этот поток непрерывно выталкивается из двигателя с гигантской скоростью и сам при этом толкает двигатель, а с ним и самолет в противоположную сторону.