3-24. История электрических измерений
Электромагнитный телеграф был первым практическим применением электричества, и телеграфисты первые почувствовали необходимость точно измерять электрические явления.
Как сравнить между собой две телеграфные линии? На одном конце линии находится батарея гальванических элементов, на другом телеграфный аппарат. Чем длиннее линия, тем большая батарея нужна, чтобы привести в действие телеграфный аппарат. Но зато чем толще проводники линии, тем меньшей батареи хватает для работы аппарата.
Телеграфная линия оказывает сопротивление электрическому току, и это сопротивление зависит и от длины линии, и от толщины ее проводников. Электрическое сопротивление — это была первая электрическая величина, которую понадобилось практически измерять.
Измерять можно, лишь сравнивая неизвестную величину с каким-то образцом — эталоном. И вот во всех странах, где только применялся электрический телеграф, стали готовить свои эталоны, образцы или, как говорят теперь, единицы сопротивлений. Всюду предлагалось за единицу брать сопротивление отрезка медной проволоки, только в разных странах устанавливали разную длину и разное сечение этого отрезка. Большое распространение получила единица сопротивления академика Якоби, предложенная им в 1848 г.
Образцовое сопротивление Якоби было выполнено из медной проволоки длиною в 25 футов (7,62 м) и диаметром около 2/3 мм. Точную величину диаметра измерять трудно, и Якоби предложил поэтому узаконить вес образца. Диаметр должен быть таким, чтобы весь отрезок проволоки весил 345 гран.
Медная проволока — не очень хороший материал для эталона. Во-первых, электрическое сопротивление меди сильно зависит от температуры. Затем оно зависит от чистоты меди. Различные примеси увеличивают ее электросопротивление. Взамен медного эталона стали предлагаться образцовые сопротивления, сделанные из ртути. Этот металл легче получить химически чистым. Кроме того, при одинаковой длине и сечении сопротивление ртутного проводника в 57 раз больше, нежели сопротивление медного. Поэтому ртутный эталон может быть меньших размеров. Разные ученые предлагали как образцы сопротивлений ртутные столбики разной длины.
Но измерить сопротивление — это еще не все, что требуется. Разные гальванические элементы будут прогонять через это сопротивление разные токи. Следовательно, надо еще иметь единицу для измерения электрического напряжения. Долгое время в качестве такой единицы брали один из наиболее распространенных элементов — медно-цинковый элемент.
Все эти единицы были произвольные — такие, как аршин, локоть, и сравнивать измерения, проведенные различными исследователями в разных странах, было очень неудобно,
На первом метре, изготовленном 150 лет назад, был выгравирован гордый девиз: «На все времена всем народам». И последующий опыт действительно показал, какие огромные удобства несет с собой единая система мер.
По мере развития практической электротехники необходимость установления единообразия измерений становилась все более и более насущной.
3-25. Установление единства системы
В 1881 г. в Париже была открыта Международная электротехническая выставка и состоялся Первый международный конгресс электриков, на котором был обсужден вопрос о международных единицах измерений.
В числе делегатов от России на этом конгрессе был А. Г. Столетов.
На этом конгрессе решено было связать электрические единицы с общей системой мер и весов, с системой грамм-метр-секунда.
Чтобы связать электрическую систему измерений с общей системой измерений, надо было сравнить силы электрические и силы тяготения. Для этого были построены специальные весы.
К чашке весов подвешивается одна катушка. Другая катушка, неподвижная, крепится на ящике, в котором стоят весы. Через катушки пропускался электрический ток. Тогда они притягивались одна к другой. Сила притяжения катушек уравновешивалась гирьками, которые клались на другую чашку. Так производились точные эталонные измерения токов. Но весы с чашками — это не самый удобный инструмент для измерений. В наши дни ведь и в торговле весы с чашками все больше вытесняются весами пружинными со стрелкой.
И для электрических измерений силу тока стали уравновешивать маленькой пружинкой — так утвердилась общепринятая теперь конструкция электрического измерительного прибора.
