61735 (762836), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

И все-таки наука была его главным призванием. Он любил науку. Об этом свидетельствуют его записки о других ученых.

Вот как он охарактеризовал А. Вольту: «Смелый и быстрый ум, большие и верные мысли, мягкий и искренний характер – таковы были основные качества знаменитого профессора. Никогда честолюбие, жадность к деньгам, дух соперничества не повелевали его действиями. Единственная страсть, которую он испытывал, была любовь к исследованиям». Как слова о жадности к деньгам актуально прозвучали в наш постперестроечный период. Актуально или нет?

А вот почти поэтические строки о российском академике. «Эйлер, – говорит Араго, – вычислял с необыкновенной легкостью, вычисления были его стихиею; так человек дышит воздухом и орел поднимается в высшие слои атмосферы».

Араго раздавал научные идеи другим ученым и при необходимости приходил к ним на помощь. Здесь можно вспомнить о Х. Дэви и О. Френеле. А вот какая история дошла до наших дней.

«Когда Ампер зачитал свой доклад об электродинамических действиях токов, один из его коллег по окончании чтения спросил: «Но что же, собственно, нового в том, что вы нам сказали? Само собой ясно, что если два тока оказывают действие на стрелку, то они оказывают действие также и друг на друга». Ампер, захваченный врасплох, не знал, что ответить. Но ему на помощь пришел Араго. Он вынул из кармана оказывает действие на стрелку, однако же они никак не действуют друг на друга».

Ученый и политик обладал редким качеством объяснять сложные вещи очень просто. Им написан целый ряд научно-популярных сочинений. Помимо упомянутых биографий и книги по атмосферному электричеству это «Исторические заметки о паровых машинах» и «Общепонятная астрономия» в 4-х томах. Эти книги также переведены на русский язык и изданы в Санкт-Петербурге в 1861 году.

По-государственному подошел он и к вопросу о только что изобретенной фотографии. Один из создателей процесса фотохимической фиксации изображений Л.Ж. Дагерр ознакомил Араго со своим изобретением. Ученый сразу же понял его значимость и 7 января 1839 г. на заседании Парижской Академии наук доложил о новых принципах получения и консервации изображений. Этот день официально и считается днем рождения фотографии. Приведем несколько строк из его доклада.

«С точки зрения легкости изготовления снимков дагерротипия не заключает в себе ни одного приема, которого не мог бы выполнить любой человек. Она абсолютно не требует умения рисовать, и не требуется особой ловкости. Если точно придерживаться определенных, весьма простых и немногочисленных правил, то нет ни одного человека, который не мог бы сделать дагерротип с такой же уверенностью и так же хорошо, как делает снимки сам г-н Дагерр». По предложению

Араго «секреты» изобретателя были закуплены французским правительством и стали достоянием широкой общественности.

Это один из немногих случаев, когда история изобретения и изобретателя заканчивается, как сказка со счастливым концом. Одно из выдающихся открытий ХIХ века быстро вошло не только в быт, но и в науку, культуру и историю. «Дагерр стал национальной гордостью Франции», – констатировал историк фотографии И.А. Головня.

Национальной гордостью Франции стал и ученый-физик Франсуа Доминик Араго. Кроме всего прочего он оказался и крестным отцом фотографии.

Араго принимается за электричество

Первые годы своей академической деятельности Араго выполняет работы во Французском Бюро долгот и изучает вопросы физической оптики. Вместе с Гей-Люссаком он издает научный журнал под названием «Анналы химии и физики», где сообщается о новейших достижениях в области этих наук.

Летом 1820 г. он посещает Женеву, где проходит съезд европейских естествоиспытателей. На этом форуме 19-летний швейцарский физик Артур де-ля-Рив демонстрирует опыт Эрстеда, описание которого только что пришло из Дании, благо для этого не нужно было обзаводиться серьезной аппаратурой.

По возвращении в Париж уже в сентябре на заседании Академии наук Араго заявляет коллегам: «Господа, профессору в Копенгагене Эрстеду удалось сделать прекрасное открытие ... которое чревато такими последствиями, которые сейчас еще не в состоянии предусмотреть пытливый, но ограниченный человеческий ум...» [8]. Примечательно, что это сказал человек, пророчески написавший о вольтовом столбе такие словаьшим количеством жидкости, составляет снаряд, чуднее которого человек никогда не изобретал, не исключая телескопа и паровой машины».

Рассказ участника съезда настолько заинтересовал слушателей, что немедленно к опытам приступают академики А. Ампер, Гей-Люссак, Ж. Био, Ф. Савар и многие другие менее известные исследователи. Начинает экспериментировать и сам Араго.

Вот описание сделанных им опытов: «Приделав тонкую медную проволоку к одному из концов вольтанической батареи, я заметил, что в то мгновенье она притягивала опилки мягкого железа, как это сделал бы настоящий магнит.

Когда проволока была погружена в опилки, они приставали к ней со всех сторон, так что она благодаря этому достигала толщины, почти равной обычному диаметру трубки пера» [9]. Напомним, что речь идет о гусиных перьях, которыми писали тогда не только поэты и писатели, но и ученые.

Счастливой находкой исследователя было применение в опытах вместо компаса железных опилок. В магнитном поле опилки располагаются в виде цепочек, дающих картину линий этого поля. Правда, Араго эту картину не замечает. Это сделает Т. Зеебек в следующем 1821 г. (рис. 2). Однако Араго делает значимое наблюдение: «Как только связь соединительной проволоки с обоими полюсами батареи прекращалась, опилки отделялись и падали». То есть отпадание происходило при прекращении электрического тока. Отсюда можно было сделать удивительный вывод, что МАГНИТНОЕ ПОЛЕ – ЭТО ОБЯЗАТЕЛЬНЫЙ СПУТНИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА. Чтобы подтвердить это, исследователь пользуется проволокой из различных материалов: латуни, серебра, платины и т. д. Результат неизменный.

Попытка же намагнитить стальную проволоку, пропуская по ней электрический ток, ни к чему не приводит. «Когда гальванический ток, – пишет Араго, – проходил по стальным проволокам в продольном направлении, я неизменно находил, что стальная проволока, если последняя совершенно прямая, не получает никакого магнетизма».

Удивительным же было то, что обыкновенная швейная игла в опытах вела себя совершенно иначе. Она намагничивалась! Секрет этого феномена был открыт позже. Дело в том, что для того, чтобы удержать иголку в электрической цепи, экспериментатор подводящей медной проволокой намагничивал ее концы! Возможно, именно этот факт подсказал Амперу следующую идею, как пишет Араго, – «что более сильная намагниченность получится, если вместо прямой соединительной проволоки, какой пользовался я, взять проволоку, согнутую по ВИНТОВОЙ ЛИНИИ».

Проверка этой мысли Ампера превзошла все ожидания. «После нескольких минут пребывания внутри винта стальная стрелка получила достаточно сильную дозу магнетизма. Положение магнитных полюсов вполне соответствовало результату, который заранее был выведен Ампером». (Правило пловца.) Так была создана первая электромагнитная катушка, впоследствии названная Ампером СОЛЕНОИДОМ. Тут же и был разгадан феномен поведения швейной иглы. В местах контакта иглы соединительн

Араго начинает проверку действия соленоидов одинаковых размера и формы, но с различным направлением навивки провода (как правая и левая резьба на болтах). Результат не меняется. Отсюда делается важнейший вывод: «Если гальванический ток циркулирует вдоль витков винта, то всегда можно заранее предвидеть, где будут находиться северный и южный полюсы». Эта фраза позволяет считать Ф.Д. Араго создателем первого электромагнита.

Первый французский физик наблюдает удивительное и необъяснимое явление. Как сейчас становится понятным, это явление самоиндукции. Объяснить его он не мог, потому что до открытия электромагнитной индукции Фарадеем оставалось несколько лет, а до открытия самоиндукции еще больше. Но мы зафиксируем это наблюдение Араго. «Медная соединительная проволока обладает весьма интенсивной магнитной силой, поскольку она соединена с обоими полюсами батареи. Иногда мне удавалось находить у нее следы этого свойства еще спустя НЕСКОЛЬКО МГНОВЕНИЙ, после того как сообщение между обоими полюсами было прервано. Но это явление было крайне мимолетным, и я не мог воспроизводить его по произволу».

Предшественник Фарадея

Самым выдающимся открытием великого физика М. Фарадея считается открытие им электромагнитной индукции. Известно, что он отличался большой скромностью и порядочностью, поэтому на первой странице его же работы, посвященной образованию электричества из магнетизма, можно прочитать следующее. «Целый ряд действий, вызываемых индукцией электрических токов, был найден и описан ранее», и среди этих действий упоминаются «замечательные опыты Араго» [11].

Что это за опыты?

В 1824 г. Ф.Д. Араго попытался с помощью обыкновенной компасной магнитной стрелки определить, есть ли вкрапленные железные частички в полосе меди. Неизвестно, нашел он эти кусочки или нет, но обычно долго колеблющаяся стрелка на сей раз быстро успокаивалась.

7 марта 1825 г. после доклада Парижской Академии наук он опубликовал еще более поразительный опыт из этой же серии. Магнитная стрелка отклонялась, когда металлическая немагнитная и не обязательно медная круглая пластинка приводилась во вращение над или под стрелкой. При этом движение стрелки по своему направлению совпадало с вращениями пластинки. Получалось, что немагнитный диск каким-то образом увлекает за собой магнит при вращении. Ряд физиков (Зеебек, Нобили), повторив опыты, предположили, что при вращении диска напротив магнита в диске появляются магнитные диполи, как это происходит в железе при поднесении его к магниту. Эти диполи и привлекают к себе магнитную стрелку.

Данную гипотезу решил проверить первооткрыватель явления. Он подвесил намагниченную иглу к плечу уравновешенных лабораторных весов. Под иглой он стал вращать металлический немагнитный диск. Согласно гипотезе Зеебека стрелка должна была притягиваться к диску. Но увы! Она наоборот отталкивалась! Гипотеза была несостоятельной. Оставалось только предположить, что в природеами приводится рисунок 4 для демонстрации магнетизма вращения. На неподвижной оси вертикально и свободно висит магнитная стрелка с несколько утяжеленной нижней частью для самовозврата. Латунный диск А, никак механически не связанный со стрелкой, имеет ручной привод через зубчатую передачу. Прибор снабжен шкалой В, укрепленной на станине. При вращении ручки прибора начинает вращаться диск, который «увлекает» за собой стрелку. Когда вращение прекращается, стрелка опять устанавливается вертикально. Причем можно наблюдать закономерность: чем БЫСТРЕЕ вращается диск, тем БОЛЬШЕ отклоняется стрелка.

Даже не зная физики процесса, «магнетизму вращения» можно найти применение. Если вращать диск посредством гибкого вала от колеса автомобиля, то шкалу можно разградуировать в значениях скорости ее движения. Так собственно и устроен спидометр автомобиля. Сотни миллионов подобных автомобильных устройств, основанных на «магнетизме вращения», исправно несут службу на автодорогах Земного шара уже более столетия. Правда, нужно отметить, что в настоящее время новейшие цифровые спидометры, устанавливаемые на автомашинах, основаны на других принципах действия.

Разгадка феномена «магнетизма вращения» была в центре внимания многих физиков. И только в ноябре 1831 г. после открытия электромагнитной индукции М. Фарадеем был найден ответ.

При движении токопроводящего диска в магнитном поле компасной стрелки в нем появляются токи, которые создают свое магнитное поле. Взаимодействие двух магнитных полей и дает «магнетизм вращения». «Теперь, – записал в своей рабочей тетради Фарадей, – когда мы знаем о существовании этих токов, явления, открытые Араго, можно объяснить, не приписывая их тому, что в меди образуется полюс, противоположный приближающемуся».

Диск и магнит взаимодействуют независимо от того, вращается ли диск – за ним магнит, либо магнит, а за ним диск.

В 1879 г. Вальтер Байли сделал сообщение в Лондонском Физическом обществе «Об одном способе вращения Араго». Там содержалось такое умозаключение: «Вращение диска происходит вследствие вращения магнитного поля, в котором он помещен, и мы должны ждать, что если подобное вращение поля получится каким-нибудь иным способом, то вращение диска останется прежним» [II].

Байли создал электромагнит, состоящий из четырех катушек, соединенных попарно. При помощи специального коммутатора он от источника питания запитывал эти катушки таким образом, что сначала получала напряжение одна пара катушек, затем все четыре и наконец другая, установленная перпендикулярно первой. Получалась полная имитация вращающегося магнитного поля. Медный диск, установленный над электромагнитами, начинал сразу вращаться (рис. 5). На этом принципе вскоре появится и двухфазный электродвигатель переменного тока.

Развитие электроэнергетики в дальнейшем привело к созданию трехфазных систем, а основным электрическим двигателем в них стал асинхронный электродвигатель переменного тока. Правда, вместо диска буденный токопроводящей, так называемой «беличьей клеткой». Миллионы и миллионы таких электродвигателей исправно несут свою службу: преобразуя электрическую энергию в механическую, вращают насосы, станки, вентиляторы...

Характеристики

Список файлов статьи