Страница 58 из 120
Известный английский химик и физик, член Лондонского королевского общества (президент с 1820 г.), иностранный почетный член Петербургской Академии наук Гемфри Дэви (1778–1829) был ученым разносторонним, являлся одним из основателей электрохимии. Один из самых мощных в то время вольтовых столбов, которым располагал Дэви в Лондонском королевском обществе, позволил ему воздействовать электрически на поташ (содержащий в своем составе калий) и соду (содержащую натрий), разложить их и выделить металлические калий и натрий. Несколько позднее Дэви также электрическим путем получил амальгамы (от лат. amalgama — сплав) — сплав ртути с другими металлами — кальция, стронция, бария и магния. В 1815 г. Дэви сконструировал безопасную рудничную лампу с металлической сеткой. В книге Дэви «Начала химической философии» (1812) описываются опыты, связанные с получением электрической дуги, открытой, как о том уже сказано, Петровым в 1802 г.
Возвращаясь снова к работам Вольты, следует отметить, что им проведен широкий круг исследований, касающихся воздействия электричества на организмы животных, В этих опытах речь шла не о «животном электричестве», а о влиянии на организмы животных электричества, подведенного к ним извне. Вольта изучал возбудимость нервов животных, их мышц, желудка и кишечника, раздражимость вкусовых органов, зрения и слуха. Его работы имели значение для физиологии.
Вольта сконструировал ряд электротехнических приборов: конденсатор — устройство для накапливания электрических зарядов; электрофор — простейшая электрическая машина для производства электрических зарядов; электрометр — прибор для измерения электрического напряжения (потенциала); электроскоп — прибор, дающий возможность определить, имеет ли тело электрический заряд (обычно по углу расхождения легких листочков судят о величине заряда) (рис. 13). Впоследствии именем Вольты были названы: единица электрического напряжения (вольт) и прибор для измерения электрического напряжения[204] (вольтметр).
Далее события развивались еще быстрее. Большой вклад был сделан известным датским физиком, иностранным почетным членом Петербургской Академии наук Хансом Кристианом Эрстедом (1777–1851), показавшим связь между электричеством и магнетизмом. Эрстед родился в семье аптекаря в г. Кудкёбинге, на датском острове Лангеланн. Окончив Копенгагенский университет, он затем вел педагогическую работу, с 1806 г. стал профессором университета, в котором ранее учился. То, что Эрстед был высокоталантливым человеком, видно из его крупных научных достижений, о которых будет кратко рассказано, но он, кроме того, был первоклассным лектором, умел ясно и увлекательно отвечать на разные вопросы, особенно касающиеся науки. Он организовал Общество для распространения естествознания и активно в нем участвовал.
Как и многие ученые того времени, Эрстед проявлял интерес к различным направлениям науки. Но славу ему принесла физика, точнее сказать, электромагнетизм.
Рис. 13. Электроскоп.
Рис. 14. Опыт Эрстеда.
Как утверждают многие историки науки, самый главный физический опыт Эрстеда явился в значительной мере случайным[205]. Дело обстояло как будто бы таким образом. Эрстед собирался читать лекцию, в ходе которой предполагал показать, что электрический провод накаливается, если он замкнут на электроды батареи, а протекающий по нему ток достаточно велик (т. е. провод должен быть в меру тонким). Это явление (накаливание провода при протекании по нему тока) считалось необычным. На демонстрационном столе находились электрическая батарея и кусок провода, а также, видимо случайно, обычная магнитная стрелка, как всегда, с северным и южным полюсами. Когда электроды батареи были замкнуты электрическим проводом, магнитная стрелка, оказавшаяся вблизи провода, пришла в движение. Сказанное проще всего представить, посмотрев на рисунок, изображающий схему опыта Эрстеда. До того, как электроды батареи были замкнуты проводом, изображенным на рис. 14 в виде кольца, магнитная стрелка находилась в положении, показанном пунктиром (т. е. в одной плоскости с кольцом). Когда электрическая цепь была замкнута, стрелка заняла положение, изображенное на рисунке сплошной линией, перпендикулярно плоскости кольца.
Опыт Эрстеда имел огромное значение для дальнейшего развития физики. Было доказано, что электричество и магнетизм взаимосвязаны. Весьма важная роль принадлежала последующим исследованиям французского ученого Андре Ампера (1775–1836), построившего первую теорию (гипотезу) магнетизма, основу которой составляло представление о магнитных взаимодействиях как взаимодействиях круговых электрических токов, другими словами, практически сведшего магнетизм к электродинамике; немецкого математика и физика Карла Гаусса (1777–1855), с именем которого связаны новые представления в теории электричества и магнетизма и именем которого названа единица магнитной индукции — гаусс; немецкого физика Георга Ома (1787–1854), установившего носящий его имя закон, связывающий значения трех величин — разности потенциалов на концах рассматриваемого участка цепи, его электрического сопротивления и силы тока[206].
Развитие теории электричества и магнетизма будет рассмотрено в следующей главе. Сейчас, помимо сказанного, необходимо заметить только следующее. Опыт Эрстеда представляет очень большой интерес еще с одной точки зрения. Как помнит читатель, силы притяжения всемирного тяготения так же, как и силы притяжения или отталкивания электростатики и магнетизма, подчиняющиеся закону Кулона, всегда направлены вдоль воображаемой линии, соединяющей взаимодействующие тела. В опыте Эрстеда, как раз наоборот, сила, действующая на магнитную стрелку (когда электрический контур замкнут), направлена перпендикулярно движению тока по кольцевому проводу. Как сказали бы во времена Эрстеда, сила, действующая на магнитную стрелку, перпендикулярна направлению движения электрической жид-кости.
Сначала на эту сторону опыта Эрстеда не было обращено должного внимания, но во второй половине XIX в. опыт Эрстеда вместе с другими не менее важными открытиями привел к заключению, что невозможно с механической точки зрения объяснить все наблюдаемые в природе явления.
Французский астроном, математик и физик, член Парижской академии наук и иностранный почетный член Петербургской Академии наук Пьер Симон Лаплас (1749–1827) был разносторонним ученым. Он родился в семье мелкого фермера в г. Вомонан-Ож (Нормандия). В том же городе Лаплас окончил школу и в возрасте 17 лет приехал в Париям. Через некоторое время он получил место профессора Военной школы, в чем немалую помощь ему оказал известный французский математик, механик и философ-просветитель Жан Лерон Д’Аламбер. Лаплас принял активное участие в организации Нормальной и Политехнической школ в Париже, имевших большое значение в системе образования Франции, вел преподавательскую работу в Нормальной школе, а в 1790 г. был назначен председателем Палаты мер и весов, вводившей в это время метрическую систему.
Лаплас участвовал в политической жизни Франции, но, будучи большим честолюбцем, проявил на этом поприще беспринципность и неустойчивость. В начале своей политической деятельности оп был активным республиканцем, но после прихода к власти Наполеона примкнул к нему и даже некоторое время занимал пост министра внутренних дел, а затем был назначен Наполеоном в сенат, ему был присвоен титул графа и оказаны всяческие другие почести. Однако в 1814 г. Лаплас превратился в противника Наполеона, а в 1817 г. был возведен Людовиком XVIII в звание маркиза и пэра Франции.
Большая работа была проделана Лапласом в области математики. В его книге «Аналитическая теория вероятностей» (1812) было рассмотрено так называемое преобразование Лапласа, с помощью которого функция действительного переменного переводится в функцию комплексного переменного, т. е. такого переменного, которое состоит из суммы действительного числа и произведения действительного числа на так называемую мнимую единицу (число, квадрат которого равен —1)[207]. Преобразование Лапласа выражается интегралом Лапласа[208].
204
электродвижущей силы, эдс.
205
Бернал Дж. Наука в истории общества, с. 339.
206
С именем Ома связано также наименование единицы электрического сопротивления — Ом.
207
Комплексное переменное: x+iy, где х и у — действительные числа, a i — мнимая единица.
208
Интеграл Лапласа
где р — комплексное переменное.