Квинтэссенция. Книга первая - Ирина Львовна Радунская
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Итак, продолжим повествование.
Причина, связывающая отклонение стрелки с вращением диска, представлялась весьма таинственной. Гипотезы, придуманные для объяснения опыта Араго, не выдерживали критики. К этой тайне мы еще возвратимся.
Француз Ж. Пельтье, бывший до тридцати лет часовщиком, а потом увлекшийся физикой, в 1835 году задумался над вопросом: как распределяется температура при прохождении электрического тока через границу двух металлов? Оказалось, что в местах спаев температура резко изменяется.
К его удивлению один и тот же спай изменял свою температуру в зависимости от направления тока.
Если спай при одном направлении тока нагревался сильнее, чем соседние участки металлов, то при изменении направления тока спай охлаждался. Наибольший эффект наблюдался для спаев висмута с сурьмой.
Многие физики усомнились в открытии Пельтье. Ведь результат противоречил твердо установленному факту нагревания проводников при прохождении электрического тока. Может быть такое отношение было связано с тем, что Пельтье был в физике самоучкой?
Лишь через четыре года немецкий физик Погендорф бесспорно подтвердил правоту Пельтье. Его путь в науку тоже был долгим. В течении восьми лет он был аптекарем, лишь в двадцать четыре года поступил в университет и, будучи студентом первого курса, изобрел гальванометр — измеритель слабых токов, успешно доживший до наших дней. Через пять лет он изобрел «зеркальную шкалу», узкую зеркальную дугу, помещаемую под стрелку измерительного прибора, под его шкалу и помогающую наблюдать стрелку без параллакса. При этом нужно «держать» глаз всегда строго над стрелкой.
Сейчас широко распространены терморегуляторы, основанные на эффекте Пельтье. Изменяя силу и направление тока, с их помощью добиваются выделения или поглощения тепла или поддержания температуры на заданном уровне. Они с успехом работают в качестве охладителей или терморегуляторов электронной техники, в медицине и в некоторых бытовых приборах.
Наряду с открытием неожиданных эффектов, связанных с прохождением электрического тока через проводники, в течение долгого времени оставались неясными законы и «механизмы», приводящие к нагреванию обычных проводников, лишенных спаев.
Лишь в 1841 году англичанин Д. П. Джоуль, бывший пивовар, начал экспериментировать, основываясь на представлении о течении электрического флюида и предполагая, что теплота выделяется при соударении частиц флюида с частицами проводника. Он писал: «… я подумал, что действие тока должно изменяться при изменении силы электрического тока, как квадрат силы тока. Ясно, что в таком случае сопротивление должно изменяться в двойном отношении: из-за увеличения количества проходящего электричества в данный промежуток времени, а также из-за увеличения самой его скорости».
Сколь ни наивным кажется нам это рассуждение, эксперимент подтвердил ожидания Джоуля. Открытый им закон, наряду с проведенными исследованиями процесса выделения тепла за счет механической работы, легли в основу фундаментального закона сохранения энергии.
Этот важнейший физический закон впервые сформулирован немецким врачом Ю. Р. Майером. Непонимание современников оказалось причиной того, что судьба Майера была трагичной.
Участвуя в качестве корабельного врача в плавании на остров Яву, Майер заметил, что цвет венозной крови человека в тропиках значительно светлее, чем в северных широтах. Он понял, что существует связь между реакцией окисления питательных веществ в организме человека и выделением тепла. Он предположил, что теплота и механическая работа, на которую расходуется окисляемая пища, способны к взаимному превращению. Майер в 1845 году впервые установил закон сохранения энергии и вычислил механический эквивалент теплоты.
Выдающееся открытие не получило признания. Брошюра с изложением его исследований, изданная им на собственные средства, осталась почти неизвестной. Первооткрывателем закона стали называть Джоуля.
Попытки Майера защитить свой приоритет привели к недобросовестным нападкам на него, перешедшими в настоящую травлю. Это привело его в сумасшедший дом и к преждевременной смерти.
ПУТЬ ФАРАДЕЯ
В начале плодотворных двадцатых годов позапрошлого века в науку вошел сын кузнеца, переплетчик — самоучка М. Фарадей, лишь в двадцать шесть лет ставший ассистентом знаменитого химика Дэви. Руководящей мыслью Фарадея с самого начала его научной деятельности стала идея единства физических сил. В 1821 году он впервые осуществил вращение магнита вокруг проводника с током и проводника с током вокруг магнита. Это были, по существу, первые модели электрических двигателей. Здесь ясно продемонстрирована взаимосвязь электрических и магнитных сил, электрических и магнитных явлений.
Возродилась и вновь вошла в науку «поворачивающая сила», открытая Эрстедом. Но теперь не только ток поворачивал магнит, но и магнит поворачивал проводник с током. В том же 1821 году Фарадей поставил перед собой цель — превратить магнетизм в электричество.
Иногда говорят, что открытие — результат наития. Бывает и так. Но чаще — открытие возникает из глубокого обдумывания результатов эксперимента. Еще чаще — открытие рождается упорным систематическим трудом, тщательным проведением опытов, сопоставлением получаемых результатов с существующими теориями, выявлением неувязок, настойчивым стремлением к ясности.
Так Фарадей пришел к своему величайшему открытию. Десять лет упорного труда и глубоких размышлений привели его к пониманию явления электромагнитной индукции и получению электричества из магнетизма. Основные результаты получены при помощи простейшего приспособления: спирального проводника, присоединенного концами к гальванометру, и прямого постоянного магнита.
Стоит ввести магнит одним из концов внутрь спирали, как стрелка гальванометра отклонится. Если теперь извлечь магнит из спирали, стрелка гальванометра отклонится в противоположную сторону. Движение магнита порождает в проводнике электрический ток. Направление тока зависит от направления движения магнита.
Можно обойтись без постоянного магнита. Достаточно намотать на сердечник из мягкого железа две проволочные спирали. Концы одной из них нужно присоединить к гальванометру. Стоит присоединить концы второй спирали к электрической батарее, как стрелка гальванометра отклонится. При отключении батареи стрелка отклонится в противоположную сторону.
Здесь нет движущихся частей. Ток, порожденный батареей, проходя по второй спирали, превращает сердечник в магнит. В свою очередь этот магнит порождает электрический ток в первой спирали, о чем свидетельствует отклонение стрелки гальванометра. При отключении батареи сердечник размагничивается. Размагничивание сердечника порождает ток, направленный противоположно возникающему при намагничивании.
В этом случае тоже происходит двойное преобразование: ток, возникающий во второй спирали, намагничивает сердечник. Намагничивание сердечника порождает ток в первой спирали. Двойное преобразование сопровождает и выключение батареи.
Открытие электромагнитной индукции привело Фарадея к пониманию загадочного опыта Араго.
Он пришел к выводу о том, что вращение медного диска в магнитном поле Земли вызывает появление в диске индуктивных электрических токов. Магнитное поле этих токов отклоняет стрелку компаса.
Для доказательства правильности этого объяснения Фарадей поместил вращающийся медный диск между полюсами магнита. Затем присоединил гальванометр одним проводом к оси вращающегося диска, а другим к краю этого диска. Гальванометр показывал наличие электрического тока, величина которого изменялась в
