Шубин Василий Иванович : другие произведения.

Великие преобразователи науки и техники. Страницы истории

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
Школа кожевенного мастерства: сумки, ремни своими руками
Оценка: 2.18*5  Ваша оценка:

Ф.Е. ПАШКОВ, В.И.ШУБИН

Великие преобразователи

науки и техники.

Страницы истории

Учебное пособие для технических университетов.

Днепропетровск

1999 год

УДК 621.3 /07/

   Великие преобразователи науки и техники. Страницы истории. Ф.Е.Пашков, В.И.Шубин.
   Днепропетровск. 1999, 148 с.
  
  
   Данное пособие посвящено истории науки и техники классического периода(18-19вв). Зарождение и развитие представлений в физике и электротехнике изложено авторами сквозь призму личных исканий выдающихся творцов научно-технического прогресса. В силу этого историко-научный и историко-технический материал представляет интерес не только в познавательном, но и воспитательном аспектах. Пособие может быть использовано студентами, аспирантами и преподавателями технических университетов, всеми интересующимися историей науки и техники.
  
  
   Авторы пособия: профессор кафедры философии и социологии В.И.Шубин и доцент кафедры теоретических основ электротехники Ф.Е.Пашков работают в Днепропетровском государственном техническом университете железнодорожного транспорта (ДИИТе).
  
  
  
  
  
  
  
  
  
   Пособие издано при финансовой поддержке Днепропетровского отделения Приднепровской железной дороги.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
   Содержание. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
  
   Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Глава 1. История физики магнетизма и электричества. 7

        -- Первые опыты и находки. Упорство и находчивость в эксперименте.
   У.Гильберт, М.Ломоносов, Г.Рихман, Б.Франклин.
        -- У истоков науки об электричестве и магнетизме. Поиски и обретение
   истины: Л.Гальвани, А.Вольта, В.Петров, Г.Ом, Г.Эрстед, А.Ампер.13
   1.3. Жизнь творцов теории электромагнитного поля как образец
   служения науке: М.Фарадей, Д.Генри, Э.Ленц. . . . . . . . . . . . . 22
        -- Обоснование закона сохранения и превращения энергии как
   интеллектуальный подвиг: Ю.Майер, Г.Гельмгольц, Д.Джоуль. . . 36
   1.5. Величие подвига в теории: Д. Максвелл. . . . . . . . . . . . . . . . 42
        -- Величие подвига в эксперименте: Г.Герц, Г.Лебедев, А.Попов,
   Г.Маркони. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
   Глава 2. История электротехники: 19 столетия. . . . . .56
   2.1. Изобретатели электромагнитного телеграфа: П.Л.Шиллинг и
   Б.С.Якоби. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
        -- Изобретатели источников электрического света: П.Н.Яблочков,
   А.Н.Лодыгин, В.Н.Чиколев. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
   2.3. Из истории электрического освещения в России и на Украине. . . 76
        -- На пути к современной электротехнике:
   М.О.Доливо-Добровольский. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
        -- От изобретений в электротехнике - к предпринимательской
   деятельности: Т.А.Эдисон. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
   2.6. Общая история открытий в электротехнике XIXв. . . . . . . . . . 84
  
   Глава 3. Рождение новой технической цивилизации: развитие
   электрических машин и электроэнергетики. . . . . .91
   3.1. История развития электродвигателя. . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
   3.2. История развития электромагнитного генератора. . . . . . . . . . 95
   3.3. История развития трансформаторов. . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
   3.4. История развития электростанций постоянного и переменного
   однофазного тока. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
        -- История развития линий электропередачи постоянного и переменного однофазного тока. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
   3.6. История развития трехфазной системы тока. . . . . . . . . . . . .107
        -- Рождение нового вида транспорта. . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
  
   Приложение: Единицы измерения, данные в честь
   великих творцов науки и техники. . . . . . . . . . . . . . 113
   Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
   Библиография. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

Введение

  
   В настоящее время всё чаще подчёркивается необходимость внедрения в учебный процесс историко-научной и историко-технической проблематики. Технократическое мышление само по себе не исчезает. Одним из средств, противодействующих его сохранению, является изложение естественнонаучных и инженерных дисциплин в контексте личных исканий творцов науки и техники, в связи с эпохой, противоречия которой обуславливали определённый интеллектуальный климат, с выявлением мировоззренческих и методологических проблем.
   Изучение истории науки и техники не должно быть отторгнутым от личности её творцов, и сводиться лишь к констатации законов и формул. Наследие великой личности шире роли учёного или инженера, оно содержит не только интеллектуальный, но и нравственный потенциал, обладает огромным гуманистическим дальнодействием. Открытие является всегда продуктом научного и инженерного творчества. В индивидуальном плане научный поиск может быть результативным лишь в том случае, если субъекту исследования присуща ориентация на новизну, стремление выйти за рамки наличных концепций. Но для этого учёный или изобретатель должен обладать творческим интеллектом, на что не раз обращали внимание сами авторы открытий. Стало быть, творческий стиль мышления выступает как условие эвристического процесса. Каковы же его основные признаки, к выработке которых должен стремиться будущий инженер и научный работник?
   Первым из них, несомненно, является гибкость ума, противоположность ей будет косность мышления, несовместимость с чувством новизны. В личном плане она может порождаться неуверенностью в себе, своих силах и способностях, что приводит к устойчивой ориентации на чужое мнение и авторитеты, на традиционные стереотипы в науке. И наоборот, смелость, независимость, решимость выступить против сформировавшегося в предшествующем опыте шаблона благоприятствует творческим устремлениям. Разумеется, учёный в этом случае рискует быть непонятым своими коллегами или даже современниками. История науки изобилует такими факторами. Достаточно напомнить случай с Ф.Бэконом, который не принял коперниковскую систему, не оценил её революционного характера.
   Другая черта творческого стиля - широта мышления, то есть способность вырваться из узкого круга идей, осознать конечность той проблемы или круга проблем, которыми занимается исследователь. Противоположными данному свойству будут заскорузлость мышления, его убогость, ограниченность. Широкий кругозор является спутником научного поиска. Непременным условием широкого кругозора является высокая работоспособность. В.И. Вернадский, например, владел всеми славянскими, романскими и германскими языками. Поразительной работоспособностью обладал владевший 20 языками Н.И.Вавилов, работавший по 18-20 часов в сутки.
   Широта мысли, поиска ничего общего не имеет с заглядыванием во все области знания, что характерно для дилетантизма, а предполагает целеустремлённость, поиск оптимального варианта в исследовании. Идея оптимума подсказана природой. На принципе оптимальности покоятся все законы науки: например, принцип наименьшего действия в механике. Книга природы написана точным и экономным языком, и читая её, учёные пришли к осознанию того, что оптимальными могут быть не только формы пчелиных сот, но и само мышление, сам научный поиск. Принцип экономии мышления ("бритва Оккама") как раз и заключается в том, что число предложений, используемых для построения теории, должно быть наименьшим. И если при объяснении одного и того же явления возникают конкурирующие теории или гипотезы, то критерий простоты служит надёжным ориентир для сообщества учёных при выборе одной из них. Так, система Коперника в своё время была стройнее и проще в сравнении с птолемеевской и, тем более, с неуклюжей и громоздкой системой Тихо Браге.
   Следующая черта творческого подхода в науке - самостоятельность, противоположным ей является эпигонство. Гибкость и широта мысли, целеустремлённость в поиске неизбежно предполагают самостоятельную постановку и решение научной или инженерной проблемы. Самостоятельность же предполагает критичность, которая проявляется не только в стремлении осмыслить чужие гипотезы, но и свои собственные идеи.
   Главный признак самостоятельной мысли - решимость пойти на ломку традиций и устоявшихся канонов в науке. Обычно, когда говорят о рождении новых научных идей, ссылаются на эмпирические данные и их теоретические интерпретации. Например, говоря об открытии Эйнштейна, ссылаются на опыты Майкельсона и Морли, а также преобразования Лорэнца; открытие же законов электродинамики связывается с опытами Фарадея, Герца и уравнениями Максвелла. Однако дело обстоит сложнее. Само по себе открытие новых фактов, их описание и объяснение не всегда приводят к новым идеям. Ведь обязательно возникает искушение втиснуть их в рамки старых концепций.
   Когда новый экспериментальный материал не укладывается в рамки наличных теоретических схем и в науке возникает проблемная ситуация, решающее значение приобретает творческий стиль мышления. Обладающие им учёные проявляют решительность замахнуться на якобы достроенное здание науки, поколебать устоявшиеся концепции, и их новаторский подход вызывает в науке смену парадигм. "Наибольшая трудность открытия, - справедливо писал Дж.Бернал, -- заключается не столько в проведении необходимых наблюдений, сколько в ломке традиционных идей при их толковании".
   И ещё одна оговорка. Научный поиск предполагает бескорыстие. "Опыт показывает, - писал Резерфорд, - что самые значительные для человечества открытия в целом вытекали из исследований, которые имели единственную цель: обогатить наше знание о природных процессах". Прекрасной иллюстрацией к данным словам является деятельность Фарадея, решившего задачу превращения магнетизма в электричество. Для него не существовало ничего, кроме науки, она была его всепоглощающей страстью. Он мог бы стать миллионером, эксплуатируя свои открытия, но охладевал к ним, когда открытиями заинтересовывались промышленники. Фарадей родился, жил и умер в бедности, но занятия наукой были ему лучшей наградой в жизни.
   Таким образом, интуиция, творческое озарение не вяжутся с прагматической установкой и не порождаются ею. Обыденное знание непосредственно приложимо к практике, и это является его основной ценностью. Научное же знание утилитарно не приложимо; другой вопрос, что оно может стать общественно значимым, но для учёного его дело - служение истине, а перед истиной все равны. Таков первый этический норматив науки, сформировавшейся ещё в античную эпоху.
   Другое требование к науке - ориентация на новизну, без этого она превращается в информационный шум. Поиск же нового вдохновляет на творчество, а оно возможно лишь, когда исследователь стремится к новому без всякого расчёта, ибо для того, чтобы служить производству, наука вначале должна служить истине. Последнее же всегда подвиг. Ведь всё дело в том, что успехи-то никто и не гарантирует, поскольку неудачи - тоже постоянный спутник исследователя, и никто не может сказать наперёд, напрасными ли окажутся жертвы, положенные на алтарь науки. "Я теперь занимаюсь опять электромагнетизмом, - писал Фарадей в частном письме, - думаю, что попал на удачную вещь, но не могу ещё утверждать это. Очень может быть, что после моих трудов я в конце концов вытащу водоросли вместо рыбы".
   Перечисленные особенности творческой личности являются гарантом тех "озарений", которые на языке гносеологии именуются интуицией. В своё время Кант обосновал учение о "продуктивном воображении", которое "служит для выражения понятия без ущерба для его всеобщности". В последнее время интерес к проблемам творчества и творческой интуиции резко возрос, ибо творческая личность - продуктивная личность. Достаточно напомнить такие факты: Ч. Дарвин имел 119 публикаций, А. Эйнштейн -- 248, А. Пуанкаре -- 500 статей и 30 книг. Но дело не в количестве, а в способности к открытию нового, к смене парадигм, в наличии определённых психологических и интеллектуальных факторов, которые способствуют продуктивной деятельности и развитию творческой интуиции. Луи де Бройль подчёркивал, что "... человеческая наука, по существу рациональная в своих основах и по своим методам, может осуществлять свои наиболее значительные завоевания лишь путём опасных внезапных скачков ума, когда проявляются способности,... которые называются воображением, интуицией, остроумием".
  
   ГЛАВА I . История физики магнетизма и электричества.
  
   Знакомство с творчеством выдающихся деятелей науки и техники является важным средством гуманитаризации инженерного образования. Воспитание всегда требует образца, то есть такой личности, которая может быть авторитетом, примером для подражания. В этом отношении биографии выдающихся представителей науки и техники всегда были и будут притягательными. В настоящей главе предпринята попытка на примерах жизни и деятельности творцов науки об электричестве и магнетизме показать не только их роль в развитии науки, но и представить каждого из них как личность.
  

1.1.Первые опыты и находки. Упорство и находчивость в эксперементе: У.Гильберт, М.Ломоносов, Г.Рихман, Б.Франклин

  

Уильям Гильберт (1544-1603)

  
   У.Гильберт - английский физик. Родился в г. Колгстере. Учился в Кембридже и Оксфорде. Был придворным врачом королевы Елизаветы. В 1600 г. издал сочинение под названием `'О магните, магнитных телах и большом магните - Земле...", в котором описал свои исследования (более 600 опытов) магнитных и электрических явлений и построил впервые концепции электричества и магнетизма. Гильберт установил, что магнит всегда имеет два полюса - северный и южный и что, распилив магнит, никогда нельзя получить магнит с одним только полюсом; что одноименные полюса отталкиваются, разноименные притягиваются, что железные предметы под влиянием магнита приобретают магнитные свойства (магнитная индукция); обнаружил явление усиления природного магнетизма с помощью железной арматуры. Изучая магнитные свойства намагниченного шара с помощью магнитной стрелки, ученый пришел к выводу, что они соответствуют магнитным свойствам Земли, т.е. последняя является большим магнитом, и, исходя из этого, объяснил наклонение магнитной стрелки,
   У.Гильберт является основоположником науки об электричестве. До 1600 г. учение об электрических явлениях оставалось практически на уровне знаний Фалеса Милетского, открывшего электрические свойства натертого янтаря. Благодаря Гильберту учение об электричестве обогатилось рядом открытий, наблюдений, приборов. С помощью своего " версора " (первого электроскопа) он показал, что способность притягивать легкие тела (соломинки) обладают не только натертый янтарь, но и алмаз, сапфир и другие тела, которые он назвал электрическими. После Гильберта электрические и магнитные явления изучались очень медленно и на протяжении более 100 лет почти не было сделано других открытий.
   Самой значительной заслугой Гильберта явилось то, что он впервые в истории, до Бекона считавшегося родоначальником "индуктивного" метода в науке, провозгласил опыт критерием истины и все положения проверял в процессе специально поставленных экспериментов. Понятие об эксперименте как основе исследования было в то время неизвестно. Признавалась лишь аристотелевская созерцательная наука. Написать в те времена трактат об электричестве и магнетизме, да еще утверждать, что Земля-магнит, да еще проверять все теоретические построения на опыте, исходить из него - это было действительно научным подвигом.
   Изготовив из магнитного железняка шар "терреллу" (землицу), Гильберт заметил, что этот шар по магнитным свойствам очень напоминает Землю. У "терреллы" так же, как и у "терры" ( Земли ), оказались северный и южный полюсы, экватор, изолинии, магнитное наклонение. Это позволило Гильберту провозгласить Землю "большим магнитом".
   До Гильберта о магнетизме Земли никто не подозревал и притяжение южного черного конца магнитной стрелки к северному полюсу Земли объяснялось в середине века тем, что "железо" направляется к северным звездам, так как ему сообщена сила полярных звезд, подобно тому, как за солнцем следуют растения, например подсолнечник. Гильберт сделал гениальную догадку о том, что действие магнита распространяется подобно свету.
   Гильберт много сделал и открыл. Но почти ничего не смог объяснить... Все его объяснения носят схоластический и наивный характер. Вот пример. Разъяснение Гильберта относительно природы магнетизма сводится к тому, что всему причиной является душа магнита.
   Заслуга Гильберта в выяснении "взаимоотношений" между магнитом и электричеством. Само слово "электричество" введено в науку Гильбертом. Именно в его книге "О магните" впервые встречается слово "электрический". "Электрические тела - те, которые притягивают таким образом, как и янтарь ". ( Гильберт "О магните", глава "Объяснение некоторых слов).
   Гильберт отделил электрические явления от магнитных. Он пришел к выводу: притяжение магнита и янтаря имеет разную природу. Таким образом, Гильберт разделил магнитные и электрические явления на два класса, которые с этих пор стали исследоваться отдельно. Более чем через 200 лет усилиями многих ученых они снова будут воссоединены, но уже на новой основе.
   Гильберт открыл магнитное поле Земли, а использование земного магнетизма в целях навигации (компас) было первым в истории цивилизации практическим применением магнитных свойств. И хотя строгие критерии оценки важности изобретений, к сожалению, отсутствуют, по-видимому, все согласятся, что компас -- свободно вращающаяся магнитная стрелка -- одно из важнейших человеческих изобретений.
   Толченый магнит у средневековых лекарей считался сильным слабительным. Может быть, экскурсы Гильберта в природу магнетизма и были порождены желанием узнать, является ли магнит лекарством или нет.
  

МИХАИЛ ВАСИЛЬЕВИЧ ЛОМОНОСОВ (1711-1765)

  
   М.В. Ломоносов -- выдающийся русский ученый, мыслитель-материалист. Родился в с. Денисовка Архангельской губернии (ныне с. Ломоносово Архангельской области).
   В 1731-1735 гг. Ломоносов учился в Славяно-греко-латинской академии в Москве, в 1735-1736 гг. -- в университете при Петербургской Академии наук, в 1736--1741гг. за границей в г. Марбурге и Фрейбурге. Возвратившись в Россию, был избран в 1742г. адьюнктом, а в 1745г. --академиком Петербургской Академии наук.
   По своему мировоззрению Ломоносов был материалистом. Он считал, что материя и движение существуют вечно, отрицал допускавшийся Ньютоном "первотолчок".
   М.В. Ломоносов является автором закона сохранения материи и движения. В письме к Эйлеру он писал в 1748г.: "Все встречающиеся в природе изменения происходят так, что если к чему - либо нечто прибавилось, то это отнимается у чего-то другого. Так, сколько материи прибавляется к какому-либо телу, то столько же теряется у другого, сколько часов я затрачиваю на сон, столько же я отнимаю у бодрствования. Так как это всеобщий закон природы, то он распространяется и на правила движения: тело, которое своим толчком возбуждает другое к движению, столько же теряет от своего движения, столько же сообщает другому, двинутому им".
   Вместе с Г.В. Рихманом Ломоносов проводил исследования в области электричества, в частности, атмосферного. С этой целью он использовал изобретенный Рихманом "электрический указатель", который был прообразом электрометра. Разработал теорию образования атмосферного электричества, происхождение которого связывал с восходящим и нисходящими потоками воздуха. Ломоносов пытался создать общую теорию электрических явлений, суть которых он видел в движении эфира. Ломоносов мечтал написать грандиозную корпускулярную философию природы, которая объясняла бы все явления органической и неорганической природы с единой точки зрения. Ученый был более последовательным материалистом, чем Декарт и Ньютон; он строго руководствовался основной идеей: "Природа крепко держится своих законов и всюду одинакова". В исследованиях Ломоносов широко использовал закон сохранения материи и движения. Природа, по Ломоносову, "состоит в действии и противодействии". Своими воззрениями ученый стремился преодолеть метафизику и, прежде всего, отрыв материи от движения. Хотя под движением он понимал только механическое движение, но его высказывания, "что тела не могут ни действовать, ни противодействовать взаимно без движения; природа тел состоит в движении и, следовательно, тела определяются движением", свидетельствует об огромной высоте, на которой стоял Ломоносов и в этом вопросе.
   Ломоносов много сделал для развития науки, культуры и образования в России. В 1755г. по инициативе и по проекту Ломоносова был открыт Московский университет, носящий ныне его имя. Ломоносов был основателем естествознания в России. Он был не только выдающимся ученым, известным далеко за пределами России, но и человеком необычайно разносторонним. Очень трудно назвать такую отрасль науки, куда не проникали его интересы, где он не сказал своего собственного слова. Ломоносов занимался, как он сам говорил, искусствами (говоря современным языком являлся прекрасным инженером), был талантливым поэтом и живописцем. Вот как охарактеризовал Ломоносова в 1772г. известный просветитель Н.И.Новиков (1744-1818): "Сей муж был великого разума, высокого духа и глубокого знания. Сколь отменна была его охота к наукам и ко всему человечеству полезным знаниям, столь мужественно и вступил он в путь к достижению желаемого им предмета". И далее: "...нрав имел веселый, говорил коротко и остроумно и любил в разговорах употреблять острые шутки. Отечеству и друзьям своим он был верен, покровительствовал упражняющимся в словесных науках и ободрял их; в обхождении был он по большей части ласков, к искателям его милости щедр; но при всем при этом был горяч и вспыльчив"
   М.В.Ломоносов был величайшим ученым, имя которого стоит рядом с именами Ньютона и Франклина.
  

ГЕОРГ ВИЛЬГЕЛЬМ РИХМАН

(1711-1753)

   Г.В.Рихман -- русский физик, родился в г.Пярну (Эстония). Окончил академический университет при Петербургской Академии наук. С 1741г. профессор кафедры физики Петербургской Академии наук. В 1745 г. изобрел первый электрический измерительный прибор (электрический указатель) и широко применял его в своих исследованиях по электричеству. Экспериментально изучал электризацию и электропроводность тел, открыл в 1748--1751гг. явление электростатической индукции. В 1752-1753 гг. исследовал атмосферное электричество, устроив у себя дома "Громовую машину".
   Величайшей исторической заслугой Рихмана явилось то, что он был одним из первых, если не первым, кто превратил электричество в точную науку.
   Все явления приходилось описывать лишь качественно. Так, Ломоносов разработал своеобразную шкалу качественной оценки электричества: "синеватые искры", "ясные синеватые", "весьма красные", "вишневые". Такой способ оценки "силы электричества" не годился. Электричеству для его дальнейшего изучения нужно было уже число.
   Особенно широкий размах приобрели исследования летом 1753 г. На 6 сентября того года назначено было ежегодное публичное собрание Академии наук, на котором Ломоносов и Рихман должны были выступить с докладами по атмосферному электричеству. Времени оставалось мало, ученым нельзя было пропускать ни одной грозы. Вот почему, едва только 26 июля с севера поднялась большая грозовая туча, оба ученых заспешили к своим инструментам. Туча была гигантской, внутри нее грохотали громы, она черной стеной надвигалась на Васильевский остров, где жили Ломоносов и Рихман. Стояла страшная духота. Дождя не было. Все жители захлопывали ставни, спасаясь от возможных ударов молнии.
   Рихман побежал домой, завидев первые признаки грозы. Он захватил с собой гравера Соколова, который должен был зарисовать опыт. Прибежав домой и не переменив даже парадного костюма, Рихман устремился к своей установке. Шелковинка электрометра была вертикальной, т.е. в таком именно положении, в котором она и должна была быть по представлениям Рихмана: молнии еще не было, а "гром еще далеко отстоял". "Теперь еще нет опасности, -сказал Рихман Соколову -- однако, когда туча будет близко, то может быть опасность". Он повернулся к электрометру и тут прямо в лоб его ударил голубоватый огненный шар. Раздался страшный грохот, и оба - Рихман и Соколов, -- первый на сундук, второй - на пол. Жена Рихмана, услышав грохот в сенях, вбежала туда и увидела мужа бездыханным, а Соколова - оглушенным. Кликнуты были люди и посланы бегом за лекарем и Ломоносовым. Ломоносов писал в последствии: "Прибывший медицины и философии доктор Х.Г. Кратценштейн растер тело ученого унгарской водкой, отворил кровь, дул ему в рот, зажав ноздри, чтобы тем дыхание привести в движение. Тщетно. Вздохнув признал смерть...".
   Смерть Рихмана произвела сильное впечатление на ученых того времени. Характерно письмо Ломоносова к графу Шувалову. Он писал: "Милостивый государь Иван Иванович!
   Что я нынче к Вашему превосходительству пишу, за чудо почитайте, для того, что мертвые не пишут. Я не знаю еще или по последней мере сомневаюсь, жив ли я или мертв. Я вижу, что господина профессора Рихмана громом убило в тех же точных обстоятельствах, в которых я был в то же самое время... Между тем умер господин Рихман прекрасною смертью, исполняя по своей профессии должность. Память о нем никогда не умолкнет. Между тем, чтобы случай сей не был протолкован противу приращения наук, всепокорнейше прошу миловать науки".
  

БЕНЖАМИН ФРАНКЛИН

(1706-1790)

  
   Б.Франклин -- американский физик, политический и общественный деятель. Родился в г. Бостоне. Образование получил самостоятельно.
   В 1727г. основал в Филадельфии собственную типографию и издавал "Пенсильванскую газету". Основал первую в США публичную библиотеку, Американское философское общество, Пенсильванский университет. Сыграл значительную роль в борьбе северо-американских колоний за независимость, принимал участие в составлении "Декларации независимости" и выработки конституции США, выступал против угнетения негров и рабства. Член Лондонского Королевского общества (1756) и Петербургской Академии наук (1789).
   Основные научные работы в области электричества: в 1746-1754 гг. осуществил ряд экспериментальных исследований, принесших ему широкую известность; объяснил действие лейденской банки, построил первый плоский конденсатор, состоящий из двух параллельных металлических пластин, разделенных стеклянной прослойкой, изобрел молниект.
   В 1750г. Франклин разработал теорию электрических явлений, так называемую "унитарную теорию", согласно которой электричество представляет собой тонкую жидкость, пронизывающую все тела. В каждом незаряженном нейтральном теле всегда содержится определенное количество "электрической жидкости". Если по каким-либо причинам в теле появляется ее излишек, то тело заряжается положительно, когда ее недостаток -- отрицательно.
   В этой теории Франклина впервые было введено понятие положительного и отрицательного электричества (заряда) и их обозначения "+" и "-". Исходя из своей теории, объяснил наблюдаемые им явления.
   В унитарной теории Франклина содержался закон сохранения электрического заряда. Свои исследования Франклин изложил в письмах (1747-1754) к члену Лондонского королевского общества П. Коллинсону, который опубликовал их. Письма стали широко известны и имели большой успех в Европе. Франклин первым доказал, Что молния и искра, полученная с помощью лейденской банки - это одно и то же явление. Только в разных масштабах, что "вещество молнии" и "вещество электричества" тождественны.
   Вот что он писал в 1749г.: "Электрическая жидкость имеет с молнией следующее сходство: 1) дает свет; 2) тот же цвет света; 3) ломаное направление; 4) быстрота движения; 5) проводится металлами; 6) создает треск и шум при взрыве; 7) встречается в воде и во льду; 8) разрывает предметы, через которые проходит; 9) убивает животных; 10) плавит металлы; 11) зажигает легко -- воспламеняющиеся вещества; 12) серный запах" .
   Когда стала ясна электрическая природа молнии, Франклин смог осуществить главное изобретение своей жизни - громоотвод. После того как Франклин в 1760 г. установил первый громоотвод на доме купца Веста в Филадельфии, Европа и Америка разделились на два лагеря - ярых приверженцев громоотвода и столь же ярых противников его. В Париже в те годы даже женские шляпы изготовлялись с громоотводами. В Филадельфии в 1782 г. было установлено 400 громоотводов. Крыши всех общественных зданий, за исключением гостиницы французского посольства, были увенчаны металлическими штырями. Во время сильной грозы 27 марта 1782г. именно в дом-исключение ударила молния. Гостиница была частично разрушена, а живший в ней французский офицер убит. После этого случая громоотводы были установлены на всех зданиях.
  

1.2. У ИСТОКОВ НАУКИ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ И МАГНЕТИЗМЕ.

ПОИСКИ И ОБРЕТЕНИЕ ИСТИНЫ: Л.ГАЛЬВАНИ, А.ВОЛЬТА, В.ПЕТРОВ, Г.ОМ, Г.ЭСТЕРД, А.АМПЕР

  

ЛУИДЖИ ГАЛЬВАНИ

(1737-1798)

   В конце 1780 г. профессор анатомии в Болонье Л.Гальвани занимался в своей лаборатории изучением нервной системой отпрепарированных лягушек.
   Столкнувшись с необъяснимым явлением, Гальвани счел за лучшее особо позаботиться о детальном воспроизведении опытов. "Я разрезал лягушку, -- писал он, -- и положил ее безо всякого умысла на стол, где на некотором расстоянии стояла электрическая машина. Случайно один из моих ассистентов дотронулся до нерва лягушки скальпелем, и в тот же момент мускулы лягушки содрогнулись как бы в конвульсиях. Другой ассистент, обыкновенно помогавший мне в опытах по электричеству, заметил, что явление это происходило лишь тогда, когда из кондуктора машины извлекалась искра. Пораженный новым явлением, я тотчас же обратил на него свое внимание...".
   Гальвани решил, что все дело тут в электрических искрах. Для того, чтобы получить более сильный эффект, он вывесил несколько отпрепарированных лягушачьих лапок на медных проволочках на железную садовую решетку во время грозы. Однако молнии -- гигантские электрические заряды -- никак не повлияли на поведение отпрепарированных лапок. Что не удалось сделать молнии, сделал ветер. При порывах ветра лягушки раскачивались на своих проволочках и иногда касались железной решетки. Как только это случалось, лапки дергались. Гальвани, однако, отнес это явление на счет грозовых электрических разрядов.
   "После успешных опытов во время грозы я пожелал, -- пишет Гальвани, -- обнаружить действие атмосферного электричества в ясную погоду. Поводом для этого послужило наблюдение, сделанное мною над заготовленными лапками лягушки, которые, защемленные за спинной нерв медным крючком, были подвешены на железную решетку забора моего сада: лапки содрогались не только во время грозы, но иногда, когда небо было совершенно ясно. Подозревая, что эти изменения происходят вследствие изменения атмосферы в течение дня, я предпринял опыты. Я производил опыт с разными металлами в различные часы дня в разных местах - результат был один и тот же, разница была только в том, что содрогание лапок было более сильным при одних металлах, чем при других. Затем я испытал различные тела, которые не являются проводниками электричества, например, стекло, смолу, резину, камень и сухое дерево. Явлений не было...".
   Гальвани приписывал металлам лишь пассивную роль проводников электричества. Поэтому вывод его абсолютно логичен: если при прикосновении к лапкам непроводников эффекта нет, стало быть, источник электричества находится где-то внутри лягушки.
   Трактат Гальвани "Об электрических силах в мускуле" вышел в 1791 году.
  

АЛЕССАНДРО ВОЛЬТА (1745-1827)

   А.Вольта -- итальянский физик, химик, физиолог. Прочтение им трактата Гальвани "Об электрической силе в мускуле" явилось причиной его обращения к электричеству. А. Вольта нашел в трактате то, что ускользнуло от внимания самого автора, -- упоминание о том, что эффект содрогания лапок наблюдается лишь тогда, когда лапки соприкасаются с двумя различными металлами. Вольта решает поставить видоизмененный опыт, но не на лягушке, а на самом себе.
   Признаюсь, писал он, -- я с неверием и с очень малой надеждой на успех приступил к первым опытам: такими невероятными казались они мне, такими далекими от всего, что нам доселе было известно об электричестве. Ныне я обратился, сам был очевидцем, сам производил чудное действие и от неверия перешел, может быть к фанатизму!". Он брал две монеты - обязательно из разных металлов и ...клал их себе в рот - одну на язык, другую - под язык. Если после этого монеты или кружечки Вольта соединил проволочкой, он чувствовал солоноватый привкус; тот самый привкус, но гораздо слабее, мы можем почувствовать, лизнув одновременно два контакта батарейки. Из предыдущих опытов Вольта знал, что такой вкус вызывается электричеством. Поставив друг на друга свыше 100 металлических (цинк и серебро) кружков, разделенных бумагой, смоченной соленой водой, Вольта получил довольно мощный источник электричества -- вольтов столб. Сразу вслед за этим Вольта сделал еще одно изобретение - электрическую батарею, пышно названную "короной сосудов" и состоящую из многих последовательно соединенных цинковых и медных пластин, опущенных попарно в сосуды с разбавленной кислотой, -- уже довольно солидный источник электрического тока.
   Умер Вольта в 1827 году. В 1875г. антропологами был исследован его череп, он был крупным и напоминал черепа древних римлян, объем мозга был в значительной степени выше среднего.
   О жизни Вольта, особенно личной, известно очень мало: он был любящим сыном, мужем, отцом. Всем была известна его безукоризненная честность, бескорыстность, высочайшая нравственность ученого. Он прожил долгую и счастливую жизнь. К сожалению, почти все его личные вещи, приборы, а так же 11 громадных папок его трудов сгорели во время пожара. Но Вольта вечен в вольте -- единице электрического напряжения.
   Создание первого источника электрического тока сыграло огромную роль в развитии науки об электричестве и магнетизме.
   Современник Вольта французский ученый Ф.Арго считал "вольтов столб" самым замечательным прибором из когда -- либо изобретенных людьми, не исключая телескоп и паровую машину.
  

ВАСИЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ ПЕТРОВ

(1761-1834)

   В.В.Петров -- русский физик и электротехник. Родился в г. Обояни Курской области.
   Во всех трудах В.В. Петрова видны самостоятельность, оригинальность, стремление дойти в исследованиях до конца. Петров был, прежде всего, экспериментатором. Он придавал решающее значение опыту. Петров всю жизнь сочетал учебную профессорскую деятельность с исследовательской, придавая этому сочетанию особое значение.
   Две книги В.В. Петрова касаются, главным образом, его опытов в области электричества, хотя и в них он много говорит о горении и окислении. Одна из его книг для электриков представляет наибольший интерес, так как в ней изложено основное открытие Петрова -- открытие электрической дуги. Деятельность Петрова в Медико-хирургической академии только что начиналась и работы его по организации физического кабинета были в самом разгаре, когда до него дошла весть об изобретении итальянского физиком Вольтом нового электрического генератора, получившего название "вольтов столб". Для пытливого ума молодого профессора физики Петрова это известие представляло огромный интерес и, конечно, вызвало желание самому заняться столь интересным и, казалось необъяснимым явлением.
   Уже в 1801 г. Петров обращается в Конференцию Медико- хирургической академии с рапортом, в котором пишет о необходимости иметь в физическом кабинете Академии вольтов столб. Ходатайство В.В. Петрова было удовлетворено и Конференция признала нужным заказать "Гальванический прибор" из 100 цинковых и 100 медных кружков в диаметре не менее 10 дюймов каждый, из которых всякий будет весить больше фунта. Но столб из 200 кружков не удовлетворил Петрова и он занялся сооружением столба гораздо больших размеров. Ужу в апреле 1802г. новый вольтов столб был изготовлен. Это был самый мощный вольтов столб из существовавших в то время во всем мире. С ним Петров производил свои исследования, описанные в книге "Известие о гальвани-вольтовских опытах", которые привели к открытию явления, получившего впоследствии название электрической дуги. Характеризуя наблюдаемые им явления, Петров говорит, что свет является по большей части в виде искр различной величены и яркости. Он уделял особое внимание световым явлениям, происходящим между угольными электродами из древесного угля. Если в качестве одного из электродов взята железная проволока, то между углем и железной проволокой является также более или менее яркое пламя, а конец проволоки почти в мгновение ока краснеет, скоро расплавляется и начинает гореть с пламенем и разбрызгиванием весьма многих искр по различным направлениям. В пересказанных выдержках из книги Петрова содержится полностью описанные явления, названного потом "вольтовой" или электрической дугой, которое Петров воспроизводил не только с угольными электродами, но и с металлическими.
   Приведенных выдержек из книги, изданной в 1803 году, совершенно достаточно, чтобы закрепить за Петровым первенство в открытии явления электрической дуги.
   Большой интерес для электротехников представляют сведения, почерпнутые из работ ученого по восстановлению под действием дуги металлических окислов. Посредством огня, сопровождающего течение гальвани-вольтовской жидкости, при употреблении огромной батареи он пытался превращать красные свинцовый и ртутный, а так же сероватый оловянный оксиды в металлический вид; следствия этих же опытов были такие, что упомянутые оксиды, смешанные с порошком древесных углей, салом и выжатыми маслами, при сгорании этих горючих тел иногда с пламенем принимали настоящий металлический вид.
   Эти опыты Петрова в нашем изложении можно считать исследованиями, положившими начало современной электрометаллургии.
   Работы с электрической дугой составляют только небольшую часть исследований Петрова. Его работы захватывают целый ряд других областей физики кроме электричества и химии.
   Вообще за свою долгую жизнь Петров сделал чрезвычайно много. Его работы были опубликованы частью в отдельно изданных книгах. Частью в различных изданиях Академии наук.
   Все работы Петрова показывают, что в его лице Россия имела выдающегося ученого, искуснейшего экспериментатора и глубокого мыслителя.
   В истории русской физики I половины 19 века В.В. Петров не только хронологически, но и по своему значению непосредственно следует за М.В. Ломоносовым. Имя и дело этого замечательного ученого, организатора русской физики и ее преподавателя, должно быть прочно сохранено в памяти отечественных физиков и техников. Такова оценка значения научной деятельности В.В. Петрова, данная ему академиком С.И. Вавиловым в предисловии к книге "Академик Петров".
   Своими великими открытиями Петров отверг консервативную идею о том, что в физике в основном все законы открыты и никакого существенного открытия не предвидится.
   В открытиях Петрова можно проследить одну очень важную деталь: увеличив количество кружков в батарее и тем самым увеличив ее емкость, великий исследователь получил электрическую дугу.
  

ГЕОРГ СИМОН ОМ

(1787-1854)

  
   Г.С. Ом - немецкий физик, член--корреспондент Берлинской Академии наук (1839). Окончил Эрлангенский университет в 1811г., преподавал математику, затем физику в различных гимназиях, с 1833г.- профессор Нюрнбергской высшей политехнической школы (с 1839г.- ректор ее ).
   Экспериментально открыл в 1826 г. основной закон электрической цепи, связывающий между собой силу тока, напряжение и сопротивление (закон Ома).
   В 1827г. вывел его теоретически (для участка в полной цепи), ввел понятие "электродвижущая сила", "падение напряжения и проводимости". В 1831 г. впервые выполнил измерение ЭДС источника тока.
   В своих исследованиях Ом оригинально применил метод Кулона. Над проволокой с током он помещал магнитную стрелку, подвешенную на нити, закручиванием которой удерживал стрелку в положении равновесия. Углом кручения измерялась сила тока. Он установил постоянство силы тока в различных участках цепи, показал, что сила тока убывает с увеличением длины провода и с уменьшением площади его поперечного сечения (этот закон можно применять для всех трубопроводов с водой, газом и т.д.). Он установил ряд из многих веществ по возрастанию сопротивления, подтвердив тем самым результаты опытов Дэви, что говорит об объективности законов и явлений.
   Опыты и теоретические доказательства Ома были описаны в его главном труде "Гальваническая цепь, разработанная математически", вышедшем в 1827г. Уподобляя сознательно движение электричества тепловому потоку или потоку воды и принимая перепад температур или высот за падение напряжения, Ом установил свой знаменитый закон.

ГАНС ХРИСТИАН ЭРСТЕД

(1777-1851)

   Замечательными и интересными в области электромагнетизма представляются труды профессора Ганса Христиана Эрстеда, датского физика и химика.
   Более всего Эрстеда занимала идея о всеобщей связи. Необычная энергия, свойственная ему с детства, вела его к новым и новым поискам. В 1813г. во Франции выходит его труд "Исследования идентичности химических и электрических сил". В нем Эрстед впервые высказывает идею о связи вольтовского электричества и магнетизма. Его соображения были последовательными: электричество рождает свет -- искру, звук -- треск, наконец, оно может производить тепло - проволока, замыкающая зажимы лейденской банки, нагревается. Не может ли электричество производить магнитных действий?
   Идея связи электричества и магнетизма носилась в воздухе, и многие лучшие умы Европы были ею увлечены. Немалый вклад в изучение этих явлений внес французский физик Араго.
   Однажды на Пальмы, главного порта Майорки, появилось поврежденное французское военное судно "Ля Ралейн". Корабль едва дошел своим ходом до причала. Когда команда оказалась на берегу, уступив палубу нескольким именитым французским ученым, в том числе 22-летнему Араго, выяснилось, что корабль был разрушен молнией. Пока комиссия осматривала судно, покачивая головами при виде обгоревших мачт и надстроек, Араго поспешил к компасам и там увидел примерно то, чего ожидал: стрелки компасов показывали в разные стороны.
   Через год, осматривая то, что было (несколько дней назад) генуэзским судном, Араго снова обнаружил, что стрелки компасов размагничены. В кромешной тьме южной туманной ночи капитан, направив по компасу судно к северу, подальше от опасных мест, на самом деле неудержимо двигался к месту, которого старательно пытался избежать: корабль шел к югу, прямо к скалам, обманутый пораженным молнией компасом.
   Все эти разрозненные факты Араго собирал не зря. Они свидетельствовали о связи молнии с магнетизмом. Араго догадался, что он на пороге открытия.
   Как бы проверяя предположение Араго, Эрстед провел серию экспериментов, в результате которых было обнаружено отклонение стрелки компаса от нагретой проволоки. Кроме того Эрстед выяснил еще одну странную вещь, не укладывающуюся в ньютоновские представления о действии и противодействии: магнитный эффект электрического тока имеет круговое движение вокруг него.
   Эрстед, трактуя эксперимент, высказал гипотезу о вихревом характере электромагнитных явлений. "Вихреобразность" процесса, вызывающего в памяти водоворот, вихрь, спираль, долго не находила сторонников, и даже Фарадей поначалу не оценил эту догадку. Он еще долго был убежден, что силы, действующие между проводниками с током и магнитной стрелкой, -- это силы притяжения и отталкивания, подчиняющиеся законам Ньютона.
   Опыт Эрстеда доказывал не только связь между электричеством и магнетизмом. То, что открылось ему, было новой тайной, не укладывавшейся в рамки ньютоновских законов и прямо нарушающей третий из них: направления возмущения силы -- электричества и силы реакции магнетизма были у Эрстеда перпендикулярны. Ученый впервые увидел "противодействие", не противоположное по направлению "действию".
  

АНДРЕ МАРИ АМПЕР (1775-1836)

  
   Андре Мари Ампер родился 22 января 1775 г. Еще 14-летним мальчиком Ампер прочитал с большим увлечением двадцать томов знаменитой "Энциклопедии". Мальчик познавал мир. Он владел в совершенстве латинским, греческим и итальянским языками. Изучал математику и естественные науки по трудам Эйлера, Бернулли.
   Юность Ампера - время великих открытий в области электричества. Эксперименты Франклина, первая статья Вольта о гальваническом электричестве. Естественно, что все эти события не могли не коснуться Ампера, и уже со времен франклиновых опытов Ампер то и дело обращается к электричеству.
   У 27-летнего Ампера в самом общем виде те идеи, благодаря которым он через много лет приобретет признание, выразив их в неожиданной форме языком новой науки - электродинамики.
   Ампер усиленно занялся электричеством, разработав его новый раздел - электродинамику. И то, что сделал Ампер, вызывает у нас восхищение, а то, как он сумел это сделать, - изумление.
   С огромным нетерпением Ампер дождался заседания Академии 11 сентября 1820 г., на котором уже упомянутый Араго, собрав несложную установку, продемонстрировал опыт Эрстеда. Ученые своими глазами увидели, что электричество и магнетизм взаимодействуют друг с другом.
   После этого взволнованный Ампер, сломя голову, бежит к слесарю, чтобы заказать необходимые приборы, поставить их дома и срочно все, только что увиденное, проделать своими руками. Пока слесарь исполнял заказ, Ампер соорудил небольшой лабораторный стол. В его распоряжении оказался сначала вольтов столб. Ученый убеждается, что магнитная стрелка, поднесенная к проводу, поворачивается, если цепь замкнута. Если же цепь разомкнута, то эффект полностью пропадает. Значит, магнитные явления сопутствуют не статическому, а вольтовско-гальваническому электричеству, причем величина магнитного действия зависит от интенсивности движения электричества. Для измерения этой интенсивности Ампер впервые в мире вводит понятие силы тока. Не случайно, что единица силы тока - ампер - увековечила этот факт.
   На следующем заседании Академии, 18 сентября, хотя к этому времени часть приборов не была готова, Ампер решил выступить и рассказать о том, что ему уже ясно, и о том, что и с помощью каких приборов надо еще проверить. Закончил свое выступление Ампер следующими словами: "Я описал приборы, которые я намереваюсь построить, и среди прочих гальванические (т.е. обтекаемые током) спирали и завитки. Я высказываю мысль, что последние должны производить во всех случаях такой эффект, как магниты..., и сведу тем самым все магнитные явления к числу электрических эффектов". Поистине пророческие слова. А уверенный тон Ампера, которым они были произнесены, заставляет думать о том, что основные контуры его учения, сводящего магнетизм к круговым токам, стали ему ясны в течении одной-двух недель.
   И вот 19 сентября Ампер со своими помощниками спешит обнаружить предполагаемый эффект, однако безрезультатно. Снова опыты и снова неудача. А ведь 25 сентября Ампер должен продемонстрировать все то, о чем заявил на прошлом заседании академии. Не теряя уверенности, он искал причину неудач, решив, наконец, что виной всему является слабость батарей. С большим трудом достал более мощный вольтов столб и с фанатичной настойчивостью вновь принялся за опыты. И опыты один за другим стали подтверждаться. Более того, два прямых проводника, по которым протекал электрический ток, притягивались и отталкивались как магниты. И когда 25 сентября Ампер вновь поднялся на кафедру академии, он уже мог доказать свои взгляды, высказанные неделю назад, продемонстрировав взаимодействие не только спиралевидных токов, но и прямых. Он формулирует никому до сих пор не известный закон: два электрических тока притягиваются, когда они идут параллельно в одном направлении; они отталкиваются, когда они идут в противоположных направлениях. Еще не успевает пройти изумление аудитории, а Ампер продолжает: все явления, которые представляют взаимодействия тока и магнита, открытые Эрстедом, входят, как частный случай, в законы притяжения и отталкивания электрических токов. Так было сделано новое открытие. Интересно отметить, что на этом же заседании Араго рассказал, как ему удалось намагнитить швейную иглу, пропуская через нее ток. Ампер тут же заметил, что намагничивание можно значительно усилить, если взять провод в виде спирали, как это делал он, и вставить внутрь иглу. Итак, ничего не подозревавший Ампер изобрел электромагнит! Но он не оценил этого, не оценил его значения по достоинству и Араго. А честь открытия электромагнита досталась английскому физику Вильяму Стерджену в 1825 г.
   Работа Ампера над созданием электродинамики продолжалась вплоть до 1826 г., когда вышел в свет его основной, обобщающий все опыты труд под названием "Теория электродинамических явлений, выведенная из опыта". В этой работе Ампером была разработана не только качественная теория, но и количественный закон для силы взаимодействия токов. Это один из основополагающих законов электродинамики, из которого вытекает целый ряд следствий.
   Наиболее емкую и точную характеристику открытий Ампера дал основоположник теории электромагнитного поля Д.Максвелл: "Исследования Ампера, в которых он установил законы механического взаимодействия электрических токов, принадлежат к числу самых блестящих работ, которые были проведены когда-либо в науке. Теория и опыт как будто в полной силе и законченности вылились сразу из головы этого "Ньютона электричества". Его сочинение совершенно по форме, недосягаемо по точности выражений и, в конечном счете, приводит к одной формуле, из которой можно вывести все явления, представленные электричеством, и которая навсегда останется основной формулой электродинамики". Трудно представить себе более высокую оценку, чем та, которую дал английский физик своему французскому коллеге.
   Труды Андре Мари Ампера сыграли большую роль в истории цивилизации человечества. Ампер получил за свои работы памятник, состоящий всего из пяти букв, - единицу тока "ампер", названную его именем.
  

1.3 Жизнь творцов теории электромагнитного поля как образец служения науке: М.Фарадей, Д.Генри, Э.Ленц

  

МАЙКЛ ФАРАДЕЙ (19791-1867)

  
   М.Фарадей - английский физик. Родился в Лондоне, в семье кузнеца. Учился самостоятельно. В 1833-1862 г.г. - профессор кафедры химии. Интересно проследить, как пришел Фарадей к своему открытию - явлению электромагнитной индукции.
   Получив работу Эрстеда, Деви и Фарадей на следующий день повторили его опыт. Они убедились в правоте Эрстеда и поняли, что пропасть между электрическим током и магнетизмом исчезает. Объяснить и развить опыты Эрстеда выпало на долю Ампера. Сделать что-либо новое в этой области в течение 1820-1821 г.г. ни Деви, ни Фарадею не удалось. В 1821 г. Деви постепенно отходит от вопросов, связанных с электричеством.
   В 1821 г. М.Фарадей впервые осуществил вращение магнита вокруг проводника с током и проводника с током вокруг магнита, создав тем самым лабораторную модель электродвигателя. В этом опыте наглядно проявилась связь между электрическими и магнитными явлениями. Не случайно, что в этом году Фарадей поставил перед собой задачу "превратить магнетизм в электричество". В 1831 г. он открыл явление электромагнитной индукции - возникновение электрического тока в проводнике при изменении магнитного потока через контур проводника.
   Интересно теперь более подробно проследить, как пришел ученый к своему открытию. Кроме интуитивной убежденности во всеобщей связи явлений, его, собственно, в поисках "электричества из магнетизма" ничего не поддерживало. К тому же он, как и его учитель Деви, больше полагался на свои опыты, чем на мысленные построения. Деви учил его: "Хороший эксперимент имеет больше ценности, чем глубокомыслие такого гения, как Ньютон".
   Дело в том, что Фарадей порой стихийно рвал путы, некогда навязанные ему Деви, и в такие минуты его осеняло великое прозрение - он приобретал способность к глубочайшим обобщениям. Начав работать, Фарадей непременно доводил работу до конца. Его девизом было: "Работать, заканчивать, публиковать". Своими успехами в науке он обязан не только таланту, но и волевой целеустремленности.
   29 августа 1831 г. он собрал в лаборатории следующую несложную установку: железное кольцо диаметром около шести дюймов с двумя обмотками из изолированной проволоки. Когда Фарадей подключил к зажимам одной обмотки батарею, дернулась стрелка гальванометра, присоединенного к другой обмотке.
   Дернулась и успокоилась, хотя постоянный ток продолжал течь по первой обмотке. Фарадей тщательно просмотрел все детали простой установки - все было в порядке.
   Но стрелка гальванометра упрямо стояла на нуле. С досады Фарадей решил выключить ток, и тут случилось чудо - во время размыкания цепи стрелка гальванометра, показывающего электрическое напряжение в другой обмотке, опять качнулась и опять застыла на нуле! Вот как описывал сам Фарадей события великого дня: "Я изготовил железное кольцо из мягкого круглого железа толщиной в 7/8 дюйма. Внешний диаметр кольца был шесть дюймов. Я намотал на одну половину кольца много витков медной проволоки, изолированных шнуром и коленкором. Всего на этой половине было намотано три куска проволоки, каждый длиной около 24 футов. Концы проволоки можно было соединить в одну обмотку или применить раздельно.
   Испытание показало, что каждый из кусков проволоки вполне изолирован от двух других. Эту сторону кольца я обозначу буквой А. На другую половину кольца, отступив на некоторый промежуток от стороны А, я намотал еще два куска той же проволоки общей длиной около 60 футов. Направление витков было то же, что и на половине А. Эту сторону кольца я обозначу буквой В.
   Я зарядил батарею из десяти пар пластинок площадью четыре квадратных дюйма каждая. На стороне В я соединил оба конца проволоки в общую цепь и приключил ее к гальванометру, который был удален от моего кольца на 3 фута. Тогда я подключил концы одной из проволок на стороне А к батарее, и тот час же произошло заметное действие на стрелку гальванометра. Она заколебалась и затем вернулась в свое первоначальное положение. Когда я прервал контакт стороны А с батареей, немедленно же произошел новый бросок стрелки".
   Фарадей был в недоумении: во-первых, почему стрелка ведет себя так странно? Во-вторых, имеют ли отношение замеченные им всплески к явлению, которое он искал?
   Вот тут-то и открылись Фарадею во всей ясности великие идеи Ампера - связь между электрическим током и магнетизмом. Ведь первая обмотка, в которую он подавал ток, сразу становилась магнитом. Если рассматривать ее как магнит, то эксперимент 29 августа показал, что магнетизм как будто бы рождает электричество. Только две вещи оставались странными: почему всплеск электричества стал быстро сходить на нет? И более того, почему всплеск появляется при выключении магнита? Эффект ясно выражен, но тем не менее абсолютно непонятен.
   Фарадей чувствует, что открытие где-то рядом.
   Следующий эксперимент состоялся 1 сентября. Фарадей решает вернуться к самому началу - к двум обмоткам: одной с током, другой - подсоединенной к гальванометру. Отличие от первого эксперимента состоит в отсутствии стального кольца-сердечника. Всплеск почти незаметен. Результат тривиален - ясно, что магнит без сердечника гораздо слабее магнита с сердечником, поэтому и эффект выражен слабее. Тривиально и ясно для нас, уже знающих, в чем тут дело, но для Фарадея роль железного сердечника отнюдь не была ясна. Фарадей разочарован. Две недели он не подходит к приборам, размышляя о причинах неудачи.
   17 октября - триумфальный эксперимент. Фарадей заранее знает, как это будет. Опыт удается блестяще. Вот как описывает этот опыт Фарадей: "Я взял цилиндрический магнитный брусок (3/4 дюйма в диаметре и 8 Ќ дюйма длиной) и ввел один его конец в просвет спирали из медной проволоки (220 футов длиной), соединенной с гальванометром. Потом я быстрым движением втолкнул магнит внутрь спирали на всю ее длину, и стрелка гальванометра испытала толчок. Затем я также быстро вытащил магнит из спирали, и стрелка опять качнулась, но в противоположную сторону. Эти качания стрелки повторялись всякий раз, как магнит вталкивался и выталкивался... Это значит, что электрическая волна возникает только при выдвижении магнита, а не в силу свойств, присущих ему в покое".
   Интересно, что до Фарадея абсолютно такие же опыты проводил Ампер. Чтобы избежать ошибок, связанных с сотрясением приборов, Фарадей и Ампер поместили измерительный прибор в отдельную комнату. Разница, казалось бы, была очень небольшой: Ампер сначала вдвигал сердечник, а потом следовал в соседнюю комнату посмотреть, не появился ли ток. Пока Ампер шел из комнаты в комнату, ток, который возникает лишь во время вдвигания, т.е. во время изменения магнитного поля во времени, уже успокаивался, и Ампер, придя в соседнюю комнату, убеждался в том, что "никакого эффекта нет". Фарадей же работал с ассистентом.
   Если движение магнита относительно проводника создает электричество, то, видимо, и движение проводника относительно магнита должно рождать электричество! "Электрическая волна" не исчезнет до тех пор, пока будет продолжаться взаимное перемещение проводника и магнита. Значит, есть возможность создать генератор тока, действующий сколь угодно долго, лишь бы продолжалось взаимное движение проволоки и магнита! Здесь - путь к современным электрогенераторам. И поскольку Фарадей правильно оценил принцип действия нового устройства, оно было им быстро построено и испытано.
   28 октября Фарадей установил между полюсами подковообразного магнита вращающийся медный диск, с которого при помощи скользящих контактов (один на оси, другой на периферии диска) можно было снимать электрическое напряжение. Это был первый электрический генератор, созданный руками человека.
   Говоря о том, что фарадеевский генератор вырабатывает электричество, мы никогда не задаемся вопросом: какое? Ответ для нас ясен - на свете есть лишь одно электричество, находящееся обычно в самых разных формах. Это не было ясным во времена Фарадея, и вопрос "какое?" был вполне уместен.
   Как-то раз, придя в лабораторию, Фарадей на листах бумаги написал вопросы, относящиеся к химическому действию тока и подлежащие разрешению. На первом листе значилось: "тождество электричеств". Фарадей так всегда приступал к изучению какой-либо проблемы: составлял перечень вопросов в том порядке, в каком намеревался проводить опыты. По мере выполнения опытов он делал пометки на листах и откладывал их в сторону.
   В этот день, как он описал потом, ход исследований по электричеству привел его "к такому месту, моменту, когда для продолжения исследований стало существенно, чтобы не оставалось никаких сомнений относительно того, тождественны или различны отдельные виды электричества возбуждаемые различными способами".
   Видов стало уже пять. Человечеству издавна было известно "животное электричество", присущее некоторым рыбам и морским животным. Фарадей даже держал в лаборатории живого ската, демонстрируя желающим этот источник тока. Столь же давно люди наблюдали искры, получающиеся благодаря трению изоляторов. Во времена Фарадея это делалось в электрических машинах. Со времен Гальвани и Вольта стал известен гальванизм. Он действовал на лапку лягушки, вызывал нагревание проводников.
   Недавно Зеебек открыл термоэлектричество - четвертый источник тока. И вот теперь сам Фарадей открыл пятый способ получения тока - магнитоэлектричество.
   Что же такое электричество? В чем его сущность? Одни ученые, например Вольта, Рихтер, Волластон, Страхов считали все известные им виды электричества тождественными, другие, например, Деви, - различными. Некоторым казалось: то, что производит вольтов столб, электричеством назвать нельзя - в этом случае надо говорить о гальванизме. В учебных пособиях по физике в начале 19 века можно было встретить самостоятельные разделы "Электричество" и "Гальванизм". И вот теперь пять видов электричества. Одинакова у них природа или нет? Разнородные вещи гальванизм и магнитоэлектричество или однородные?
   Если Фарадей направлял свой интерес на какую-нибудь проблему, он уже не переставал думать о ней и работал до тех пор, пока не находил ответа. Биограф Фарадея английский физик Джон Тиндаль писал о нем: "Он раздражался, когда ему приходилось опираться на факты, хотя бы слегка подверженные сомнению. Он ненавидел так называемое сомнительное знание и всегда старался превратить его в знание несомненное или в совершенное незнание". Прежде всего, Фарадей устанавливает виды воздействия электрического тока. Их он находит восемь: физиологическое действие, отклонение магнитной стрелки, отталкивание, разряд через нагретый воздух. "Моя задача, - пишет он, - состоит в сравнении электричества от различных источников в отношении способности производить эти действия".
   Выполняя простые, но тщательно продуманные опыты, сравнивая обычное и гальваническое электричество, Фарадей приходит к выводу, что способность обычного электричества разряжаться через воздух, особенно нагретый, обусловлена его высоким напряжением. Напряжение между полюсами вольтовой батареи невелико, но если напряжение увеличить, сделав батарею из 140 пластин и подогрев воздух пламенем спиртовки (а еще лучше сделать его разряженным), то разряд произойдет легко.
   Подобные опыты он делал и с другими видами электричества. Результаты опытов сводятся в таблицу. Общий вывод формулируется в работе "Эксперименты исследования по электричеству": "...отдельные виды электричества тождественны по своей природе, каков бы ни был их источник. Явления, присущие пяти перечисленным типам или видам электричества различаются друг от друга на по своей природе, а лишь количественно".
   15 декабря 1832 г. Фарадей представляет Королевскому обществу подробную статью о своих опытах и выводах. В январе 1833 г. он докладывает обществу о своих исследованиях, которые привели его к выводу о единой природе всех видов электричества, каково, бы ни было их происхождение, ибо все они могут производить все присущие магнитные свойства.
   Фарадей был твердо убежден в единства сил природы. Эта теоретическая предпосылка и побудила его добиваться "превращения магнетизма в электричество". Той же мыслью он руководствовался и в дальнейшем в своих работах. Он говорил, что искусство экспериментатора состоит в том, чтобы уметь задавать природе вопросы и понимать ее ответы. Сам он владел этим искусством в совершенстве.
   Вывод Фарадея о том, что электричество, каким бы путем оно ни было получено, едино по своей природе, - тоже один из важнейших в истории электричества. Открытие Фарадея еще раз подтверждает остроумную мысль, некогда выраженную Исааком Ньютоном: "Природа проста и не роскошествует излишними причинами".
   Разрабатывая теорию электромагнитной индукции, Фарадей пришел к идее электромагнитных волн, считая ее исключительно важной. Эту идею он зафиксировал в письме от 12 марта 1932 г. и в запечатанном виде передал для хранения в архив Королевского общества. Письмо было обнаружено через 106 лет, в 1938 г.
   Поразительны своей проницательностью основные мысли письма: на распространение магнитного взаимодействия требуется время, есть возможность теорию колебаний применить к распространению электромагнитной индукции, процесс распространения ее похож на колебания взволнованной водной поверхности или же на звуковые колебания частиц воздуха.
   Великолепно! Ведь мысли Фарадея перекликаются с идеями электромагнитной теории, разработанной позднее Максвеллом.
   И еще на одном великом предвидении Фарадея невозможно не остановиться: это касается спора между сторонниками контактной и химической теории электрического тока. Первые находят, что источник мощности заключается в контакте разнородных проводников, вторые видят его причину "в химической силе", или, по-нашему, "в химической энергии". Являясь сторонником химической теории, Фарадей пишет: "Контактная теория допускает, что сила... может будто бы возникнуть из ничего, что без изменения действующей материи и без расхода какой-либо производящей силы может производиться ток, который будет вечно идти против постоянного Сопротивления. Это было бы поистине сотворением силы. Мы много имеем процессов, при которых форма силы может претерпевать такие изменения, что происходит явное превращение ее в другую. Так, мы можем превратить химическую силу в электрический ток или ток в химическую силу. Прекрасные опыты Зеебека и Пельтье показывают взаимную превращаемость теплоты и электричества, а опыты Эрстеда и мои собственные показывают взаимную превращаемость электричества и магнетизма.
   Но ни в одном случае, даже с электрическим угрем и скатом, нет чистого сотворения силы, нет производства силы без соответствующего израсходования "чего-либо, что питает ее".
   Трудно без восхищения гением Фарадея читать эти строки. представляющие по сути дела, качественную формулировку закона сохранения и превращения энергии, ведь это было написано в конце 1839 - начале 1840 г., когда этот закон не был еще открыт.
   Ко времени Максвелла существовали две теории электричества: теория "силовых линий" Фарадея и теория, разработанная великими французами Кулоном, Ампером, Био, Саваром, Араго и Лапласом. Исходная точка французов - представление о так называемом "дальнодействии", мгновенном действии одного тела на другое на расстоянии без помощи какой-либо промежуточной среды.
   Эти ученые были в плену авторитета великого ученого Ньютона и в плену созданных им математических формул (закон всемирного тяготения), хотя Ньютон, по существу, не может считаться первым апологетом "действия на расстоянии". Так, он, в частности, писал:
   "Непонятно, каким образом неодушевленная косная материя, без посредства чего-либо иного, что нематериально, могла бы действовать на другое тело без взаимного прикосновения.
   Что тяготение должна быть врожденньм, присущим и необходимым свойством материи, так что одно тело может взаимодействовать с другим на расстоянии, через пустоту, без участия чего-то постороннего, при посредстве чего и через что их действия и сила могли бы передаваться от одного к другому, это мне кажется столь большим абсурдом, что я не представляю себе, чтобы кто-либо, владеющий способностью компетентно мыслить в области вопросив философского характера, мог к этому прийти".
   Таким образом, Ньютон на стоял на позициях дальнодействия. Однако последователи его - Роджер Котс и позднее черногорец Бошкович пришли в конце концов к тому, что тяготение - столь же существенное свойство материи, как протяженность, способность и движению и т.п. Другими словами, они пришли к тому, что промежуточная среда для взаимодействия не нужна - они пришли к концепции "дальнодействия".
   Шарль Огюстэн Кулон в начале своей научной деятельности написал несколько трактатов о скручивании нитей, волос, тонких проволок. Его глубокие знания в этом вопросе позволили создать всем известные крутильные весы, на которых он изучал силу взаимодействия двух электрических зарядов.
   Результат опытов был поразителен: сила взаимодействия зарядов в пустоте, точно так же как и Ньютоновская сила тяготения, зависела лишь от величины зарядов и расстояния между ними. Пустота, находившаяся между зарядами, по мнению Кулона, никаким образом не входила в формулу вполне справедливо, так как там "ничего не было" и никакого механизма передачи от первого заряда к некоторому участку пространства, затем к другому, третьему и так -- далее до второго заряда, -- механизма, потребовавшего бы неизбежно некоторого времени для передачи усилий, представить себе было невозможно.
   Кулон был твердо убежден, что промежуточная среда во взаимодействии участия не принимает, взаимодействие происходит на расстоянии без ее участия и, следовательно, мгновенно.
   Открытие закона взаимодействия электрических зарядов, в точности повторяющего "по конструкции" законы Ньютона и Кулона, утвердило Французских физиков в справедливости концепции "мгновенного дальнодействия".
   Теории великих французов были прекрасно математически обработаны и, в общем, выстраивались в довольно изящную и цельную теорию.
   Воззрения Фарадея в корне расходились с такими представлениями. Он не знал математики. Это был, по выражению Эйнштейна, "ум, который никогда не погрязал в формулах".
   Максвелл писал впоследствии: "Может быть для науки является счастливым обстоятельством то, что Фарадей не был собственно математиком, хотя он был в совершенстве знаком с понятиями пространства, времени и силы. Поэтому он не пытался углубляться в интересные, но чисто математические исследования, которых требовали его открытия. Он был далек от того, чтобы облечь свои результаты в математические формулы, либо в те, которые могли бы дать начало новым начинаниям. Благодаря этому он получил досуг, необходимый для работы, соответствующей его духовному направлению, смог согласовать идеи с открытыми им фактами и создать если не технический, то естественный язык для выражения своих результатов".
   И вот этим-то "если не техническим, то естественным" языком смог выразить Фарадей сложнейшие понятия, которые легли в основу максвелловской теории. Реалистически мыслящий Фарадей, докапывающийся до самых основ, проверяющий всех и вся, органически не мог примириться с теориями великих французов, касающихся мгновенной передачи действия на расстоянии от одного тела к другому без посредства промежуточной среды. Он был абсолютно убежден в том, что материя не может действовать там, где ее нет. Поэтому Фарадею понадобилась какая-то материальная среда, заполняющая даже "пустое" пространство и через которую от точки к точке передается электрическое и магнитное воздействие.
   Среду, через которую передается воздействие, Фарадей назвал "полем". Поле, считал он, пронизано магнитными и электрическими "силовыми линиями".
   Увидеть силовые линии, по Фарадею, очень просто. Например, чтобы увидеть магнитные силовые линии, достаточно насыпать железные опилки на бумагу и поднести снизу магнит.
   Электрическое поле можно "увидеть", если продолговатые кристаллики какого-либо диэлектрика (например, кристаллы хинина) взболтать ("взмутить") в какой-либо достаточно вязкой жидкости (например, в касторовом масле): кристаллики в электрическом поле образуют картину, напоминающую опилочную.
   Силовые линии одновременно определяют направление и величину силы, действующей на заряд.
   "Фарадей, - писал Максвелл, - своим мысленным оком видел силовые линии, пронизывающие все пространство. Там, где математики видели центры напряжения сил дальнодействия, Фарадей видел промежуточный агент. Где они не видели ничего, кроме расстояния, удовлетворяясь тем, что находили закон распределения сил, действующих на электрические флюиды, Фарадей искал сущность реальных явлений, протекающих в среде".
   Стремление выяснить природу электрического тока привело его к экспериментам по прохождению тока через растворы кислот, солей и щелочей. Результатом этих исследований было открытие в 1833 г. законов электролиза (законы Фарадея). Кроме большого практического значения, эти законы стали также существенным аргументом в пользу дискретного характера электричества. Он ввел понятия: катод, анод, ион, электролиз, электролит, электрод (1834), изобрел вольтметр (1833). В 1845 г. открыл диамагнетизм и в 1847г. - парамагнетизм. Обнаружил явление вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (1845г., эффект Фарадея). Это было первым экспериментальным доказательством связи между светом и магнетизмом и положило начало магнитооптике. В работах Фарадея по электромагнетизму особенно важным является понятие поля. В 1845 г. он употребил термин "магнитное поле", но отчетливо сформулировал свою концепцию поля в 1852 г. По мнению А.Эйнштейна, идея поля была самой оригинальной идеей Фарадея, самым важным открытием со времен Ньютона. У Ньютона и у других ученых пространство выступало как пассивное вместилище тел и электрических зарядов, у Фарадея же пространство участвует в явлениях.
   В 1843 г. Фарадей экспериментально подтвердил закон сохранения зарядов; в 1846 г. в мемуарах "Мысли о лучевых колебаниях" высказал идею об электромагнитной природе света. В 1837 г. обнаружил влияние диэлектриков на электрическое взаимодействие (поляризацию диэлектриков) и ввел понятие диэлектрической проницаемости. Близко подошел к открытию закона сохранения и превращения энергии, высказав (1840 г.) мысль о единстве сил природы (различных видов энергии) и их взаимном превращении.
   Фарадей умер 25 августа 1867 г. Прах Фарадея покоится на Хайгетском кладбище в Лондоне. Имя и дела его бессмертны.
   Одним из первых, кто по достоинству оценил Фарадея, был Максвелл: "Мы прежде всего рассматриваем Фарадея, как наиболее полезный и одновременно наиболее благодатный тип ученого. Фарадей является и навсегда останется творцом того общего учения об электромагнетизме, которое рассматривает с единой точки зрения все явления, изучавшиеся прежде в отдельности, не говоря уже о тех явлениях, которые открыл сам Фарадей, следуя своему убеждению о единстве всей науки".
   Максвелл не только оценил, но и дальше развил идеи Фарадея. В 1865 г. им была создана теория электромагнитного поля.
  

Джозеф ГЕНРИ (1797-1878)

  
   Д.Генри - американский физик, член национальной Академии наук, ее президент (1866-1878). Родился в Олбани, где учился в Академии (1819-1822) и впоследствии работал. 1832-1846 гг. - профессор Принстонского колледжа, с 1846 г. - директор Смитсонианского института.
   Работы Генри посвящены электромагнетизму. Он первым сконструировал мощные подковообразные электромагниты (1828 г.), применив многослойные обмотки из изолированной проволоки (грузоподъемность их достигала одной тонны). Открыл в 1832 г. явление электромагнитной индукции (М.Фарадей первым опубликовал открытие индукции). Построил электрический двигатель (1831 г.), обнаружил явление самоиндукции, установил причины, влияющие на индуктивность цепи. Изобрел электромагнитное реле, установил в 1842 г. колебательный характер разряда конденсатора. Был одним из организаторов Американской ассоциации развития наук (1849 г. - президент) и философского общества в Вашингтоне (в 1871 г. - президент).
   Нелегко сказать, что именно побудило Джозефа Генри приобщиться к миру электричества. Сам он говорил, что начал свою научную карьеру около 1828 г. серией опытов по электричеству, которые с перерывами продолжались до 1846 г.
   Поначалу Генри увлекся постройкой электромагнита, который вскоре стал краеугольным камнем всего того, что мы называем электротехникой. Главным для Генри было добиваться сильных электромагнитных эффектов путем малой затраты электрохимической энергии. Это был основополагающий принцип его дальнейших опытных исследований. С первых же шагов в этом направлении Генри достиг большего эффекта и экономичности, чем это удавалось европейским ученым. Но он не спешил с публикацией своих достижений в этом заключалась драма Генри как первооткрывателя.
   Уже в первых своих конструкциях Генри стал применять изолированную шелком медную проволоку, сумев на сравнительно малой площади довести количество витков на одной подкове до 400 с питанием от гальванической батареи. Соединяя "прядки" обмотки параллельно, Генри добился увеличения тока, проходящего через него. В 1830 г. он изобрел многокатушечную обмотку, что уже являлось новым подходом к решению проблемы. Это были первые в мире технические образцы катушек или бобин. Варьируя количество и схемы их подключения к источнику питания, Генри изменял подъемную силу электромагнита от 30 до 326 кг при собственной массе магнита 10 кг. Эти новшества не были ограждены патентами, чем впоследствии, не боясь обвинения в плагиате, пользовались нечистые на руку изобретатели и предприниматели.
   В 1831 г. Генри изготовил большой электромагнит для Йельского колледжа. Этот магнит уже мог удерживать груз в 1000 кг. Европейские ученые, пытавшиеся в то время построить электромагнит по "американскому способу", не могли понять, в чем дело. Более 127 кг грузоподъемности им не удалось достичь.
   Кардинальная идея превратить магнетизм в электричество, т.е. сделать обратное тому, что выпало на долю Эрстеда, занимала Генри, который в ходе своих опытов по электромагнетизму подошел к ее решению спустя 9 месяцев после Фарадея, но независимо от него. 28 июня 1832 г. Генри писал своему коллеге Маклину, что на днях он добился успеха в очень интересном эксперименте по получению электрических искр из магнита и что надеется расплавить платиновую проволоку посредством найденного принципа.
   Итак, можно неоспоримо установить, что Генри открыл магнитную индукцию в промежутке между 14 и 28 июня 1832 г. Исследования проводились в большой спешке, так как до Генри уже доходили слухи о том, что в Европе заняты теми же поисками. Как видим, опередить Фарадея тут не удалось. Отличие опытов Генри от опытов Фарадея заключалось, собственно, в их экономичности и большей действенности. Минуя промежуточные подходы Фарадея, олбанский профессор обнаружил искомое явление, сразу используя то, что мы теперь называем принципом трансформатора и к чему его лондонский коллега пришел спустя продолжительное время после начала своих опытов. Устройство Генри представляло собой подковообразный электромагнит грузоподъемностью 350 кг с прикрепленным к его полюсам якорем, на котором была намотана многослойная катушка с концами, выведенными к гальванометру. Другими словами, Генри пользовался подобием однофазного трансформатора с разъемным сердечником. Во избежание побочных воздействий гальванометр был удален от устройства на 12 м. При включении и отключении первичного контура стрелка измерительного прибора отклонялась. Итак, "превратить магнетизм в электричество" удалось и в Америке. Интуиция Генри подсказала ему, что опыт следует проводить вдвоем. Он наблюдал за гальванометром, а помощник по его "словесному сигналу" включал и отключал электромагнит от батареи. Такой предусмотрительностью он избежал досадной ошибки, допущенной швейцарским физиком Жаном Колладоном и Ампером, которые ранее Фарадея и Генри пытались обнаружить электромагнитную индукцию. Их указательные приборы находились в соседних помещениях и пока они, подключив к источнику тока свои схемы, шли к гальванометру, стрелка успевала отклониться и вернуться в исходное положение. Об этих опытах Генри не знал. Прожившему 90 лет Колладону и Амперу было в чем упрекнуть себя за этот неудавшийся опыт.
   Генри идет дальше. В своем эксперименте он вводит механическое движение - перемещение якоря относительно обесточенного электромагнита, в котором, как он пишет остался остаточный магнетизм. И в этом случае игла гальванометра давала отклонение. Генри описал и ряд других опытов, которые были модификациями основного. Существенным он считал получение яркой искры между концами проводов при их сближении в тот момент, пока менялось состояние магнитной интенсивности, т.е. при переходном процессе.
   Несомненно, Генри был талантливым самоучкой. Некоторые историки, имея в виду схожесть путей, приведших Фарадея и Генри в науку, открытие им почти одновременно индуктированных токов, их равнодушие к использованию своих изобретений, называют Генри "американским Фарадеем". Эпитет лестный, но не безупречный. В самом деле, ведь волею судеб Фарадею куда легче было стать тем, кем он стал, чем его заокеанскому собрату. В случае с Фарадеем, как нельзя более кстати, наблюдается часто повторяемая сентенция, высказанная Шиллером, что гениев порождает микросреда их обитания, что они не могут появляться в среде духовной обыденности. Действительно Фарадею посчастливилось еще начинающим ученым побывать в культурных центрах Европы, с первых же шагов в науке быть в тесном общении с одаренными людьми, крупными естествоиспытателями, такими как Дэви, Волластон, Даниель, Барлоу, Стерджен, Риччи. По важнейшим вопросам естествознания он контактирует с Ампером и другими видными учеными континента.
   Ничего подобного не было в Олбани. Талант Генри мужал в одиночку. Учителя его и сотоварищи по академии и институту были в общем-то заурядными служителями науки и доброхотами просветительства. В Олбани у него не было "компетентных друзей", с кем можно было бы посоветоваться. И все-таки он стал "американским Фарадеем" и это признал мир!
   Джозеф Генри скончался в 1878 г. и похоронен на кладбище Онхилл в тогдашнем пригороде Вашингтона Джорджтауне.
   Генри, к концу жизни занимавший верхние ступени в иерархии американской науки, не был избалован почетными учеными званиями. Он был всего лишь доктором права трех университетов, в том числе Гарвардского. Собственно, он не стремился к этим отличиям, как и ко всем должностям, которые он взвалил на свои плечи в вашингтонский период своей жизни. Для него было важно и существенно другое. Его жизнь в основном была посвящена науке, и его исследования в различных областях физики создали известную репутацию по части фундаментальных открытий. Он не добивался патентов на свои изобретения, равно как не домогался вознаграждения за свои труды, результатами которых могли свободно пользоваться все, довольствуясь лишь радостным сознанием того, что его работы дополнили сумму человеческих знаний. Единственной наградой для Генри был вклад в прогресс науки, счастье открытия новых истин и научная репутация, на которую дают права его исследования. Это как нельзя лучше характеризует Генри как ученого и как человека. Благодарные потомки воздвигли ему памятник: именем Генри названа единица индуктивности - генри (Гн).
  
  

Эмилий Христианович ЛЕНЦ (1804-1865)

  
   Э.Х.Ленц - русский физик, член Петербургской Академии наук (1834 г.). Родился в г.Дерпте (ныне Тарту). Учился в Дерптском университете. В 1836 г. возглавил кафедру физики и физической географии Петербургского университета. С 1840 г. - декан физико-математического факультета, с 1863 г. - ректор. Преподавал также в Морском корпусе (1835-1841), в Михайловской артиллерийской академии (1848-1861) и Педагогическом институте (1851-1859).
   Основные работы Ленца относятся к электромагнетизму. В 1833 г. он установил правило определения направления электродвижущей силы индукции (закон Ленца), а в 1842 г. (независимо от Дж.Джоуля) - закон теплового действия электрического тока (закон Джоуля - Ленца).
   Совместно с Б.Якоби впервые разработал методы расчета электромагнитов в электрических машинах, установил существование в последних "реакции якоря". Открыл обратимость электрических машин.
   В электродинамике, в учении об электромагнетизме и в учении об индукции существует множество правил, определяющих направления того или иного действия. Сюда относятся: правило об амперовском "наблюдателе", о максвелловском "пробочнике", правило "правой руки" Флеминга и некоторые другие. Все они носят чисто кинематический характер. В отличие от них правило Ленца несомненно отображает некоторый динамический строй мыслей.: какое-нибудь действие рассматривается с точки зрения тех сил, которые его могут произвести. Утверждается, что при индукции возникнет ток, противоположный тому, который производит то же действие. Например, ток А притягивает ток В. Тогда, если во втором проводе не будет тока, а мы его будем приближать к первому, во втором возникнет ток, который стремится оттолкнуться от первого, т.е. производит действие, противоположное тому, которое его вызывает.
   Этот динамический характер правила Ленца, который выделяет его из многих упомянутых выше, предопределил и его дальнейшую судьбу - то большое будущее, которое ему предстояло пережить в истории физики вообще и в электричестве в частности.
   Не менее важно то, что Ленц впервые ясно осознал и точно сформулировал правило направления ЭДС, которое впоследствии стало альфой и омегой электрического машиностроения.
   Правило, установленное Ленцем, помогло решению еще одной насущной задачи теоретической и практической физики. Речь идет о точных магнитных измерениях - измерениях магнитной напряженности, намагничивания железа, магнитных потоков и т.п. Э.Х.Ленц одним из первых предложил измерять величину магнитного потока индукционными действиями, которые производят создание или исчезновение потока. В этом плане его следует назвать одним из авторов индукционных измерительных приборов.
   На этих самых первоначальных основах учения об индукции Э.Х.Ленц, однако, не останавливается. Он обращается к исследованию ряда вопросов в работе "О зависимости величины индукционных токов от скорости вращения машины". Э.Х.Ленц собирает обширный экспериментальный материал, умело и остроумно группирует его результаты и выдвигает объяснение, которое оказывается в согласии со всеми наблюдаемыми особенностями явления и делает честь его необыкновенной научной проницательности. Ленц догадывается о существовании явления, называемого ныне реакцией якоря при индукции в нем тока. Исходя из этого представления, он предсказывает ход явления в зависимости от быстроты вращения и находит в опыте полное подтверждение этого предсказания.
   Все это является заслугой одного Э.Х.Ленца, который больше десяти лет убеждал современников в важности для техники поднятого им вопроса, приводил объяснение тех разнообразных неудач, которые постигали экспериментаторов при попытках производить опыты с постоянным током, пользуясь не "гальваническими", а "машинными" источниками, - и наталкивался на непонимание и недооценку явления. А когда его поняли, то постарались забыть имя автора. Во всяком случае, предложенное Ленцем смещение щеток относительно нейтральной линии коллектора является теперь общепринятым средством в электротехнике и без него не обходится ни одна современная силовая установка.
   Имя Ленца непосредственно связано с распространением закона сохранения энергии на область явлений электромагнитной индукции - шаг неизмеримого значения в науке и технике. Ленца следует с полным основанием причислить к тем немногим деятелям науки, которые явились прямыми и необходимыми предшественниками величайшего обобщения XIX в. - закона сохранения энергии, одного из важнейших законов современного естествознания. Формулировка этого закона стала общеизвестной: сумма всех видов энергии изолированной системы есть величина постоянная.
   Другой классический труд Ленца - исследования относительно нагревательного действия токов - относится к 1843 г., т.е. непосредственно примыкает по времени к соответствующему исследованию Джоуля.
   Напомним, что в то время не существовало даже тех научных предпосылок, которые были бы нужны для создания таких приборов, не говоря уже о том, что техника еще не освоила электрических генераторов и двигателей, а потому ее предприятия не нуждались в таких приборах.
   В частности, не существовало еще настоящих гальванометров, а примитивные приборы этого рода назывались мультипликаторами. Было теоретически известно, что тангенс угла отклонения стрелки при известных условиях пропорционален величине силы тока, проходящего через катушки гальванометра, но в справедливости этого правила существовали сомнения. И вот Ленц сам строит гальванометр, проверяет на разные лады правило тангенсов и только после этого приступает к решающим измерениям. На пути его стала, однако, еще одна капитальная трудность: знаменитый закон Ома, открытый лет пятнадцать тому назад, еще не вошел во всеобщее сознание как основной и несомненный закон природы. Напомним, что Фарадей его не знает и к нему не прибегает. Деятели науки высказывают сомнения в его правильности, когда речь идет о переходе тока из твердого тела в жидкость, и подозревают существование особого "сопротивления перехода". И Э.Х.Ленцу для придания убедительности своим результатам приходится посвящать длинный ряд опытов опровержению такого воззрения, или, по крайней мере, доказательству того, что если такое сопротивление и существует, то оно должно обладать странным свойством - быть не обратно, а прямо пропорциональным поперечному сечению соприкасающихся проводников.
   Ленцу удалось собрать фундаментальные данные для решения вопроса и доказать свои основные положения:
   1) выделяемое током тепло пропорционально сопротивлению проводника и не зависит от каких-либо других свойств последнего;
   2) оно пропорционально квадрату силы тока.
   Это закон Джоуля-Ленца, выведенный Э.Х.Ленцем в 1844г., независимо от Джоуля, путем более точно поставленных экспериментов.
   Еще один цикл работ Э.Х.Ленца относится к совместным исследованиям с Б.С.Якоби, посвященным вопросу о действии электромагнитов. Были установлены условия, от которых зависит подъемная сила магнита.
   Исследования Э.Х.Ленца легли в основу грандиозного здания современного учения об электричестве и важнейших разделов практической электротехники.
  

1.4. Обоснование закона сохранения и превращения энергии как интеллектуальный подвиг: Ю.Майер, Г.Гельмгольц, Д.Джоуль

   Ученые и практики всех времен обращались к исследованиям различных энергетических процессов и предпринимали попытки обобщения, в которых содержались элементы формулировки закона сохранения и превращения энергии. Если обратиться к истории открытия закона сохранения и превращения энергии, то следует иметь в виду, что термин "энергия" появился лишь на последнем этапе развития великого закона. Кроме того, следует учесть, что основные достижения физики, химии и биологии, позволившие сделать действительное обобщение, становятся известными только в начале ХIХ века.
   Еще мыслители древности (Демокрит, Эпикур) утверждали вечность и неуничтожимость материи и движения. Это было весьма типичным при умозрительном характере науки: ученые, которых можно отнести к числу стихийных материалистов, формулировали на основе логических построений такие принципы и давали такие обобщения, которые с позиций нашей науки могут быть оценены как гениальное предвидение.
   Повседневная практическая деятельность требовала познания законов движения, и прежде всего, механического. И поэтому не случайно, что закон сохранения энергии начал выкристализовываться в рамках механики. Совершенно четко просматривается количественное постоянство движения у Декарта (1596-1650), причем никакое другое движение, кроме механического, Декарт не рассматривал. Эта идея получила дальнейшее развитие у Лейбница в его законе сохранения живых сил.
   После классических работ Ньютона и Лейбница принцип сохранения движения получил завершение в трудах М.Ломоносова, который решился объединить два принципа сохранения: движения и материи. Именно М.Ломоносову принадлежит открытие закона сохранения вещества, повторенное затем совершенно независимо от него, Лавуазье.
   Приведем слова Ломоносова из письма Л.Эйлеру (1748 г.): "Все изменения, случающиеся в природе, происходят так, что если что-либо прибавиться к чему-либо, то столько же отнимется от чего-то другого. Так сколько к какому-нибудь телу присоединится материи, столько же отнимется от другого; сколько часов я употребляю на сон, столько же я отнимаю от бдения и т.д. Так как этот закон природы всеобщ, то он простирается даже и в правила движения, и тело, побуждающее своим толчком другое к движению, столько же теряет своего движения, сколько сообщает другому, движимому им".
   Так, в середине XVIII столетия М.В.Ломоносовым был четко сформулирован закон сохранения массы и движения как всеобщий закон природы. Но, к сожалению, эпоха была еще не та, и научные труды М.В.Ломоносова почти полтора столетия оставались неизвестными.
   Важнейшей среди этих предпосылок явилось учение о теплоте и теплотехническая практика. Установлению взаимосвязей между механической и тепловой энергией длительное время объективно препятствовала теория теплорода, хотя эта теория представляла собой первоначально значительный прогресс в развитии научной мысли. Считалось, что теплород выдавливается из вещества при его сжатии, например, при сжатии газа, как сок из апельсина.
   Существенно важной для понимания факта превращения одного вида движения (например, механического) в другое (например, тепловое) была мысль об эквиваленте, в частности, о механическом эквиваленте тепла. Драматизм истории открытия закона сохранения и превращения энергии состоял в том, что практически до момента полного признания этого закона почти ни одно предшествующее открытие, подтверждающее его справедливость, либо не публиковалось, либо на него не обращали должного внимания, либо оно просто встречалось в штыки официальной наукой.
   Соответствующие труды М.В.Ломоносова до 1904 г. находились в забвении, а будучи в свое время опубликованными в России, не проникли в лаборатории Запада.
   Исследование химических, тепловых и механических действий электрического тока в первые сорок лет XIX века послужили второй важной предпосылкой к открытию закона сохранения и превращения энергии.
   В 1800 г. был построен первый электрохимический источник электрической энергии ("вольтов столб") и при помощи электричества осуществлен электролиз воды. Было показано, что химическая реакция может быть источником электричества, а электричество, в свою очередь, может вызвать химические превращения. Так возникли основы новой науки - электрохимии.
   Следует упомянуть и третью важную предпосылку к открытию закона сохранения и превращения энергии - успехи биологии. Среди энциклопедических исследований М.В.Ломоносова можно найти догадку о том, что растения питаются одной из составных частей воздуха. Была установлена прямая связь между количеством потребляемой пищи и способностью производить работу.
   Наступило время широких обобщений - 40-е годы прошлого столетия. Самое главное, что предстояло сделать, - это осмыслить тот факт, что, кроме вещества, которое изменяясь качественно, сохраняет свое количество, в природе существует еще нечто иное, связанное с движением материальных частиц и тел, что тоже подчиняется своему закону сохранения и меняет свою форму.
   Решающую роль в открытии закона сохранения и превращения энергии история отводит Р.Майеру, Д.Джоулю и Г.Гельмгольцу.
  

Юлиус Роберт Майер (1814-1878)

  
   Юлиус Роберт Майер - немецкий врач. Одним из первых открыл фундаментальный закон природы - закон сохранения и превращения энергии. Родился в Хейльбронне (Германия). Окончил Тюбингенский университет (1838), получив степнь доктора медицины. В 1839 г. работал в клиниках Парижа.
   В 1840 г. Майер в качестве судового врача отправляется в Индонезию на Голландском корабле. И вот однажды во время стоянки корабля в Сурабае на о.Ява, пуская кровь заболевшим матросам, Майер был поражен ярким цветом венозной крови (такой цвет в странах с умеренным климатом имела артериальная кровь). Майер даже испугался, думая, что вместо вены попал в артерию. Но местные врачи успокоили его и объяснили, что в тропических странах венозная кровь имеет ярко-красный цвет. Думая над этим случаем, Майер пришел к выводу, что "температурная разница между организмом и окружающей средой должна находится в количественном соотношении с разницей в цвете обоих видов крови (венозной и артериальной). Эта разница в цвете является выражением размера потребления кислорода, или силы процесса сгорания, происходящего в организме".
   Вернувшись в Хейльбронн в 1841 г., Майер начал усиленно заниматься этим вопросом и написал статью "О количественном и качественном определении сил". Работа была направлена редактору журнала "Анналы физики" Поггендорфу. Статья была незаконченной, несовершенной по стилю (Майер запутался с термином "сила"), да и имя автора ничего не говорило редактору. Поггендорф не пропустил статью и даже не счел нужным ответить Майеру и даже выслать работу обратно, о чем последний просил его в случае отказа в напечатании. Эта работа Майера была обнаружена в бумагах Поггендорфа после его смерти в 1875 году и напечатана в 1881 г. Несмотря на несовершенство формулировок, главная мысль работы была очень глубокой: "Принцип, по которому раз данные силы количественно неизменны, подобно веществам, логически обеспечивает нам существование материального мира. Физика и химия должны считать количество своих объектов неизменным и качества их изменяющимся".
   Следующая работа Майера "Замечания о силах неживой природы" появилась в 1842 г. В ней автор уже в более четкой форме излагает свою идею. Рассматривая переход силы падения в силу движения (потенциальной энергии в кинетическую), Майер приходит к формулировке закона сохранения "живых" сил: "И хотя мы наблюдаем "исчезновение" движения в конце падения, но на основе этого принципа мы можем заключить, что оно исчезнуть не могло, а могло перейти только в другую форму". "Какую дальнейшую форму способна принять сила, которую мы познали как силу падения или движения?" - спрашивает Майер (как известно, об этом уже говорил М.В.Ломоносов век назад, но Майер не знал его работы). И Майер приходит к выводу, что тепло возникает из движения, и считает необходимым установление эквивалента этих различных сил: "Нужно определить, как высоко должен быть поднят определенный груз над поверхностью Земли, чтобы сила падения была бы эквивалентна нагреванию равного ему по весу количества воды (от 0о до 1о)". Опираясь на данные по теплоемкости газов при постоянном давлении и постоянном объеме, Майер теоретически находит механический эквивалент теплоты (365 кГс х м/ккал, точность 85%).
   Считая, что на его идею не обращают внимания, Майер написал в 1845 г. новую развернутую работу. В ней он разобрал подробно различные виды сил (энергий): механическую силу, теплоту, электричество, химическую силу. Он составил таблицу всех рассмотренных сил и описал 25 случает перехода одной формы движения в другую, анализируя их на основе закона сохранения. В работе отрицается теплород и другие невесомые жидкости.
   Очень интересна вторая часть работы, где поставлен вопрос об основном источнике энергии на Земле. Считая им Солнце, Майер пытается проследить круговорот всех известных энергий на Земле и во Вселенной в целом. Здесь же высказана очень ценная мысль о том, что растения являются сложной химической лабораторией, где солнечная энергия превращается в химическую. Это - проблема фотосинтеза, которая была успешно решена русским ученым Тимирязевым К.А. (1843-1920 гг.), чрезвычайно высоко ценившим Майера.
   В это же время появляются работы других авторов (Джоуля, Гельмгольца) по проблеме сохранения и превращения энергии. Начинаются споры о приоритете.
   В 1851 г. Майер пишет сочинение "Замечания о механическом эквиваленте тепла", в котором, признавая заслуги других ученых, в частности, Джоуля, Майер защищает свой приоритет в открытии закона сохранения и превращения энергии: "Я убежден, что Джоуль сделал свое открытие о теплоте и силе, не зная моих, и признаю, что многочисленные заслуги этого известного физика внушили мне большое к нему уважение; тем не менее, я полагаю, что могу с полным правом подтвердить, что закон эквивалентности тепла и живой силы, с его численным выражением, опубликовал впервые я (в 1842 г.)".
   И только в начале 60-х годов некоторые ученые начали выступать в защиту приоритета Майера. Признал заслуги Майера, официально об этом объявил в 1845 г. и Г.Гельмгольц: "Первым правильно понял и сформулировал закон, о котором идет здесь речь (закон сохранения и превращения энергии), немецкий врач в Хейльбронне Ю.Р. Майер в 1842 г.".
  

Герман ГЕЛЬМГОЛЬЦ (1821-1894)

  
   Одновременно с Майером и независимо от него закон сохранения энергии также с теоретических позиций разрабатывал Герман Гельмгольц. Гельмгольц родился 31 августа 1821 года в Потсдаме, в семье преподавателя гимназии. Окончив в 1838 г. Потсдамскую гимназию, он поступил в Медико-хирургический институт в Берлине. После окончания института в 1843 г. Гельмгольц начал работать военным хирургом в гусарском полку. Уже в студенческие годы Гельмгольц проявил большой интерес к физиологии; его заинтересовали вопросы о сущности силы. Этот вопрос Гельмгольц разрешает в работе "О сохранении силы", вышедшей в 1847 г. Здесь на основе принципа сохранения энергии он анализирует различные явления: падение тел, переход механического движения в тепловое, выделение теплоты при химических реакциях, контактную разность потенциалов, работу гальванических элементов. Наибольшую известность получил вывод Гельмгольца об ЭДС индукции на основе закона сохранения. Итог представленной работы он подводит следующими словами: "Полагаю, мне удалось доказать, что рассматриваемый закон не противоречит ни одному известному явлению в области естествознания, а многими из них он весьма наглядно подтверждается. Я постарался возможно полнее изложить те последствия, которые вытекают из сочетания этого закона с известными до сих пор законами естественных явлений и которые требуют еще экспериментального подтверждения. Целью настоящего исследования ... являлось желание доказать теоретическую, практическую, эвристическую возможность этого закона, полное подтверждение которого представляет собой, пожалуй, одну из основных задач ближайшего будущего физики".
   В задачах ближайшего будущего физики Гельмгольц не ошибся. Как бы подтверждая его слова, параллельно с ним над законом сохранения энергии в экспериментальном плане работал Джеймс Джоуль.
  

Джеймс ДЖОУЛЬ (1818-1889)

  
   Родился Д.Джоуль в Манчестере 24 декабря 1818 года. По профессии он был пивоваром. Первые работы Джоуля в физике связаны с изобретением электромагнитных аппаратов, которые были ярким примером превращаемости физических сил.
   Джоуль был прекрасным экспериментатором. Исследуя закон выделения теплоты электрическим током, он понял, что опыты с гальваническими источниками не дают возможности ответить на вопрос, какой вклад в нагрев проводника вносит переносимая теплота химических реакций, а какой - сам ток, и решил ставить опыты с индукционным током. Так был открыт закон Джоуля-Ленца.
   В результате многочисленных опытов Джоуль пришел к выводу, что теплоту можно получать с помощью механических сил. Заменив ручное вращение катушки вращением с помощью падающего груза, Джоуль нашел в 1843 г. механический эквивалент теплоты. Эту величину впоследствии он определял различными способами. Наиболее точное значение механического эквивалента, найденное Джоулем, равно 424,3 кГс х м/ккал (точность приблизительно равна 97 %). Оно было получено из опытов по нагреванию воды в калориметре с помощью падающих грузов. Опыты Джоуля просты по идее, но в каждом из них можно найти какую-нибудь экспериментальную тонкость. Например, в последнем, о котором шла речь, для предотвращения движения всей массы воды к боковым стенкам калориметра в радиальном направлении были прикреплены четыре ряда пластинок; в целях теплоизоляции металлическая ось разделена на две части деревянным цилиндром и т.д.
   Джоуль внес большой вклад в кинетическую теорию газов, открыв вместе с Томсоном эффект изменения температуры газа при его расширении (эффект Джоуля-Томсона). Из работы Джоуля непосредственно следовало, что теплота не является веществом, что она состоит в движении частиц. Все это несомненно способствовало утверждению и признанию закона сохранения и превращения энергии, открытие которого явилось величайшим завоеванием науки XIX века.
   Значение этого закона для науки трудно переоценить. На основе законов сохранения, и в частности закона сохранения и превращения энергии, в науке и технике производятся различные расчеты, предсказываются новые эффекты и явления, с материалистических позиций оцениваются открытия в науке и технике. Если, скажем, новая теория или проект некоторой установки не противоречат закону сохранения и превращения энергии, то это служит убедительным аргументом в их пользу. История физики имела дело с сотнями разнообразных, порою очень оригинальных машин, предложенных разными авторами в качестве нового вечного двигателя. Сегодня нам ясно, что работать они не могли, ибо их создание противоречило закону сохранения и превращения энергии.
  

1.5. ВЕЛИЧИЕ ПОДВИГА В ТЕОРИИ: Д.МАКСВЕЛЛ

Джеймс Клерк МАКСВЕЛЛ (1831-1879)

  
   Д.Максвелл - английский физик, член Эдинбургского (1855) и Лондонского (1861) Королевских обществ. Родился в Эдинбурге, учился в Эдинбургском (1847-1850) и Кембриджском (1850-1854) университетах. В 1856 - 1860 гг. - профессор Абердинского университета, в 1860 - 1865 гг. - Лондонского Королевского колледжа, с 1871 г. - первый профессор экспериментальной физики в Кембридже.
   Работы посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптике, механике, теории упругости.
   Самым большим научным достижением Максвелла является созданная им в 1860-1865гг. теория электромагнитного поля, которую он сформулировал в виде системы нескольких уравнений (уравнения Максвелла), выражающих все основные закономерности электромагнитных явлений.
   В своей теории электромагнитного поля Максвелл использовал (1861) новое понятие - ток смещения, дал (1864) определение электромагнитного поля и предсказал (1865) новый важный эффект: существования в свободном пространстве электромагнитного излучения (электромагнитных волн) и его распространение в пространстве со скоростью света. Последнее дало ему основание считать (1865) свет одним из видов электромагнитного излучения (идея электромагнитной природы света) и раскрыть связь между оптическими и электромагнитными явлениями.
   Особенное впечатление произвела на Максвелла книга Фарадея "Экспериментальные исследования по электричеству". Двадцатилетний Максвелл встретился, наконец, со своей ровесницей - теорией Фарадея, не особенно жалуемой великолепными учеными за свой плебейский наряд, начисто лишенный математической мишуры. Но на проницательного Максвелла, видевшего вещи гораздо глубже своих современников, эта книга произвела неизгладимое впечатление. "Я решил,- писал он, - не читать ни одного математического труда в этой области, покуда не изучу достаточно основательно "Экспериментальных исследований по электричеству".
   Двадцатилетний Максвелл начинает свою борьбу за фарадеевскую теорию. Все глубже изучает он "Экспериментальные исследования по электричеству", уникальное в истории науки сочинение.
   К фарадеевской концепции "поля" Максвелл присоединяется безоговорочно. Нравятся ему и силовые линии Фарадея. Максвелл видит, что Фарадей постепенно отходит от силовых линий как геометрических символов к вполне реальным силовым линиям, обладающим упругостью, стремящимся пройти по кратчайшему пути, отталкивающихся друг от друга. Максвелл принимает целиком идею кругового магнитного поля, окружающего провод с электрическим током. Ученый отдал теории электромагнитного поля полжизни. Математические формулы, о которых идет речь, изучаются современными студентами в курсах высшей математики и теоретической электротехники.
   Итак, Ампер и Фарадей считали, что электрический ток окружен магнитным полем. Максвелл решает записать этот тезис в уравнении
   0x01 graphic
   0x01 graphic

(1)

  
   0x01 graphic
- вектор напряженности магнитного поля;
   0x01 graphic
- вектор плотности электрического тока, в который Максвелл включает и никем пока не наблюдавшийся "ток смещения";
   С - скорость света.
   Обозначение rot -сокращение от слова rotor - вихрь (Максвелл использовал слово curl - завиток); операция rot грубо говоря, показывает в данном случае, что вектор напряженности магнитного поля вращается вокруг вектора тока плотностью 0x01 graphic
.
   Другой, сразу завоевавшей признание Максвелла идеей, стало представление Фарадея о природе электромагнитной индукции - т.е. возникновение электричества в контуре, число магнитных силовых линий в котором изменяется то ли вследствие относительного движения контура и магнита, то ли вследствие изменения магнитного поля. Эта зависимость также вполне укладывалась во внешне формальные математические операции. После многолетних трудов Максвелл записал строку:
  
   0x01 graphic

(2)

   Здесь0x01 graphic
- вектор электрического поля;
   0x01 graphic
- изменение магнитного поля во времени;
   С - некоторая постоянная величина, о которой нам предстоит еще говорить.
   Операция означает, грубо говоря, вращение вектора Е , охват им некоторого источника, которым в данном случае является изменение магнитного поля В. В контуре, охватывающем источник изменяющегося магнитного поля, находится электродвижущая сила, а в пространстве возникает новое электрическое поле, что означает минус перед правой частью уравнения. Он тоже вполне физически обоснован - на основании закона, открытого русским физиком Э.Х.Ленцем, направление тока, возникающего в замкнутом контуре в результате электромагнитной индукции, таково, что ток препятствует изменению магнитного потока (инерция магнитного поля).
   Но необходимо учесть еще одно важное свойство векторов электрической и магнитной индукции 0x01 graphic
и 0x01 graphic
, представляющих собой математическое обозначение электрических и магнитных силовых линий. В то время как электрические силовые линии начинаются и кончаются на зарядах, являющихся источниками поля, магнитные силовые линии располагаются кольцеобразно, а у кольца, как известно, нет ни начала, ни конца, следовательно, силовые линии магнитного поля не могут где-то начинаться и где-то кончаться - они замкнуты сами на себя.
   В математике для обозначения ситуации с источниками поля можно применить операцию "дивергенция" (Максвелл использовал слово "конвергенция").
   Дивергенция - мера источника. Например, свеча - источник света обладает положительной дивергенцией, ночной мрак за окном, где свет рассеивается, поглощается обладает дивергенцией отрицательной. Что касается оконного стекла, где число "лучей", пришедших из комнаты, равно числу лучей, ушедших в темноту, то там дивергенция равна нулю. В стекле свет не создается и не поглощается (если оно, разумеется, достаточно прозрачное).
   Поэтому Максвелл добавляет к двум имеющимся уравнениям еще два:0x01 graphic
   0x01 graphic

(3)

  
   Где ? - плотность электрических зарядов.
  
   0x01 graphic

(4)

  
   Силовые линии электрического поля кончаются на зарядах, плотность которых ?.
   Силовые линии магнитного поля не кончаются нигде - они замкнуты сами на себя.
   Вот такая система уравнений появилась в результате работ Максвелла:
   0x01 graphic

(1)

   0x01 graphic

(2)

   0x01 graphic

(3)

   0x01 graphic

(4)

  
   Четыре строчки этих простых уравнений составляют уравнения Максвелла, а система взглядов, которая легла в основу уравнений, получила название "максвелловой теории электромагнитного поля".
   Теория Максвелла - триумф идей Фарадея. Максвелл, по выражению Роберта Милликена, "облек плебейски обнаженные представления Фарадея в аристократические одежды математики", а советский физик Т.П.Кравец по этому поводу заметил: "Если мы теперь освоились с системой воззрений Фарадея, если его электромагнитное поле стало одним из наших основных знаний, если его система превратилась в стройную теорию и получила адекватное математическое выражение, то это заслуга Максвелла и только Максвелла".
   Замечание Генриха Герца о "самостоятельной жизни уравнений Максвелла, о том, что они "умнее самого автора", стало подтверждаться сразу же после того, как Максвелл стал изучать свою систему, апробировать ее при решении различных задач.
   Прежде всего нужно было выяснить, что за постоянная "втерлась в уравнения", происхождение других постоянных, входящих в уравнения. "Четверка", "минус единица", число "пи" - было ясно, но С? Что это такое?
   Применив уравнение к одному конкретному случаю, Максвелл нашел, что неизвестное число оказалось примерно равным отношению электромагнитной и электростатической единиц заряда - примерно 300000 км/сек.
   Совпадение было слишком разительным, чтобы не принять его во внимание. Таинственное С было равно скорости света? Максвелл настолько глубоко верил в свои уравнения, что наличие физически неочевидного коэффициента его беспокоило. Он непрерывно думал о странном явлении, и уравнения "думали". Рассмотрим первые два из них.
   Согласно первому, любой ток вызовет возникновение магнитного поля в окружающих областях пространства.
   Постоянный ток, например, вызывает возникновение вокруг него постоянного магнитного поля. Такое поле, однако, не сможет вызвать электрического поля в "следующих областях", поскольку электрическое поле, согласно второму уравнению, возникает лишь при изменяющемся магнитном поле.
   Но картина иная, если первоначальный ток - переменный. Вокруг переменного тока создается переменное магнитное поле, способное уже создать в "следующем" элементе пространства электрическое поле; то, в свою очередь, за счет "тока смещения" создает новое магнитное поле, а оно точно так же создает еще дальше электрическое поле. И так будет продолжаться до бесконечности.
   Другими словами, электромагнитное поле, как с поразительной ясностью понял Максвелл, распространяется в виде волн, причем волны незатухающие - энергия магнитного поля в пустоте полностью переходит в энергию поля электрического и наоборот.
   Но ведь в виде точно таких же "поперечных" волн распространяется и свет! И Максвелл сделал сразу два далеко идущих вывода.
   Электромагнитное поле распространяется в пространстве в виде поперечных волн. Убежденный в универсальности своих уравнений, Максвелл показывает, что "свет есть электромагнитное возмущение". Родство двух явлений предчувствовал еще Ломоносов, предлагавший осуществить соответствующий опыт, а Фарадей прямо доказал единую природу явлений, осуществив эксперименты по "электромагнитному вращению света". Точно так же, как существуют излучения световые, должны существовать излучения электромагнитные.
   Электромагнитные волны распространяются в пространстве со скоростью света, т.е. со скоростью 300000 км/с. Скорость распространения волны зависит от свойств среды.
   Признание конечной, хотя и очень большой, скорости распространения электричества и магнетизма камня на камне не оставило в теории сторонников "мгновенного дальнодействия".
   Теория электромагнитного поля Максвелла знаменовала собой начало нового этапа в физике. Именно на этом этапе развития физики электромагнитное поле стало реальностью, материальным носителем взаимодействия. Мир построен из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля.
   Большинство физиков исключительно высоко оценили теорию Максвелла. Пуанкаре считал ее вершиной математической мысли. "Самым увлекательным предметом во время моего учения была теория Максвелла. Переход от сил дальнодействия к полям, как основным величинам, делал эту теорию революционной", - писал А.Эйнштейн.
   По словам Луи де Бройля, Максвелл "сделал всю оптику частной главой электромагнетизма". Максвелл показал функционирование электромагнитного поля как объективной реальности. Заслуга ученого в том, что он создал теорию поля, которое еще не было открыто (случай, когда теория опережает практику), и выразил ее при помощи символов. Само электромагнитное поле открыл значительно позже немецкий ученый Генрих Герц. На основе своей теории Максвелл предсказал существование давления, оказываемого электромагнитной волной (а значит и светом), и вычислил его. Оно оказалось равным плотности энергии электромагнитного поля. Предсказание Максвелла блестяще доказал экспериментально Петр Николаевич Лебедев в 1899 г.
   Теория Максвелла привела к обогащению содержания таких философских понятий как движение, взаимодействие, причинность. После выхода трактата "Об электричестве и магнетизме", в котором сформулирована максвелловская теория электромагнитного поля, Максвелл решает в целях популяризации и распространения своих идей написать книгу "Электричество в элементарном изложении".
   Максвелл работал над книгой, а самочувствие его становилось все хуже и хуже. Эдинбургский доктор, профессор Сэндерс, осмотрев ученого, объявил, что тот болен раком и что жить ему осталось не более месяца. Джеймсу Клерку Максвеллу принадлежат строки:
   Зачем, когда так ярко солнце,
   Зачем, когда надежды с нами,
   Зачем, когда прекрасна жизнь,
   Такая боль приходит?
   Максвелл спокойно перенес удар. Он вообще никогда ни на что не жаловался и поспешил в Кембридж, где его ждали рукопись книги и тяжело больная жена.
   5 ноября 1879 г. его не стало. Доктор Пагет, принявший его последний вздох, писал: "Во время болезни, лицом к лицу со смертью он оставался таким же, как прежде. Спокойствие духа никогда не покидало его. Через несколько дней после возвращения в Кембридж его страдания приняли очень острый характер... Но он никогда не жаловался... Даже близость смерти не лишила его самообладания... За несколько дней до смерти он спросил меня, как долго ему осталось жить... Казалось, он беспокоился только о своей жене, здоровье которой за последние несколько лет пошатнулось. Не было человека, который бы встретил смерть с большим спокойствием и в более ясном сознании".
  
      -- Величие подвига в эксперименте: Г.Герц, П.Лебедев, А.Попов, Г.Маркони

Генрих Рудольф ГЕРЦ (1856-1893)

  
   Г.Р.Герц - немецкий физик, член-корреспондент Берлинской Академии наук (1889). Родился в Гамбурге. Окончил Берлинский университет (1880) и был ассистентом у Гельмгольца. В 1885-89 гг. - профессор Высшей технической школы в Карлсруэ, с 1889 г. - Боннского университета.
   Основные работы его относятся к электродинамике, одним из основоположников которой он является. В 1887 г. В работе "Об очень быстрых электрических колебаниях" предложил удачную конструкцию генератора электромагнитных колебаний (вибратор Герца) и метод их обнаружения с помощью резонанса (резонатор Герца), впервые разработав таким образом, теорию открытого вибратора, излучающего электромагнитные волны в пространстве. Пользуясь вибратором и резонатором, в 1886 г. Экспериментально доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве, предсказанное теорией Максвелла. Экспериментируя с магнитными волнами, наблюдая их отражение, преломление, интерференцию, поляризацию, установил, что скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света. Опыты Герца имели большое значение для признания и утверждения теории Максвелла. Развивая эту теорию, он придал (1892) уравнениям электродинамики симметричную форму, которая хорошо обнаруживала полную взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями (электродинамика Максвелла-Герца).
   Двадцатилетний Герц, с не сформировавшимися еще взглядами, естественно, попал под влияние великого Гельмгольца и в течение всей своей жизни тщетно пытался разделять его научные взгляды. Тщетно, потому что, чем больше экспериментов ставил Герц для проверки теории Гельмгольца, тем радикальнее он опровергал ее. Теория Гельмгольца подтверждалась лишь в тех ее частях, где были использованы идеи Максвелла.
   Однажды Герцу "повезло": результат одного из экспериментов можно было истолковать скорее в пользу Гельмгольца, чем в пользу Максвелла (скорость электромагнитной волны в проводе оказалась не 300 тысяч километров в секунду, а 220). Но не тут-то было. На заседании Французской академии знаменитый математик Анри Пуанкаре резко опроверг выводы Герца, язвительно указав на то, что Герц при расчете скорости волны в проводе неверно рассчитал ее емкость. Кроме того, как выяснилось впоследствии, результаты были искажены из-за стоявшей в комнате железной печки. Таким образом, в единственном, заставившем усомниться в правильности теории, эксперименте Герц допустил ошибку и впоследствии сам признал ее.
   И тем не менее судьба науки распорядилась так, что имена Максвелла и Герца всегда будут стоять рядом. Именно благодаря открытию Герцем электромагнитных волн, предсказанных Максвеллом, теория Максвелла утвердилась и остается основной физической теорией, поколебать которую не смогла даже теория относительности.
   Летом 1886 г. двадцатидевятилетний Герц женился. Это событие повлияло на него чрезвычайно плодотворно - глубокая тоска и безысходность, нежелание работать, примерно полгода владевшие Герцем, исчезают без остатка, наоборот, в его творчестве возникает невиданный подъем. Именно на восходящую ветвь творческой волны приходится день 4 октября 1886 г., когда он заносит в дневник первое описание из серии опытов с описанием измерения индукции при разряде старинного исследовательского аппарата - лейденской банки. Долгие поиски темы, которая могла бы его захватить, кажется, кончены.
   Записи в дневнике:
   "25 октября. Получил искровой микрометр и начал работать с ним.
   26 октября. Сделал опыты с искрами в коротких металлических цепях.
   7 ноября. Жена Герца в письме к родителям: Он установил приборы, произвел измерения, в течение четверти часа закончил прекраснейшие опыты. Прекрасные вещи сыплются у него, как из рога изобилия.
   12 ноября. Установил интересное действие индукции.
   13 ноября. Посчастливилось установить индукционное действие друг на друга двух незамкнутых цепей с током. Длина цепей 3 м, расстояние между ними 1,5 м.
   5 декабря. В письме Гельмгольцу: "Мне удалось совершенно определенно установить индукционное действие одной незамкнутой прямолинейной цепи на другую незамкнутую прямолинейную цепь".
   Сам Герц объясняет такой большой успех счастьем, везением - и это верно лишь отчасти. Впоследствии выяснилось, что эксперименты, о которых идет сейчас речь и которые привели к открытию электромагнитных волн, сходные с экспериментами Герца, проводились чуть ли не за 10 лет до него. Однако ни один исследователь не обладал уникальным экспериментаторским талантом Герца, его глубокими знаниями в области математики и электродинамики. Он один оказался достаточно настойчивым, чтобы в конце концов доказать, что наблюдаемые им явления - следствие существования предсказанных Максвеллом электромагнитных волн.
   Установка, созданная Герцем, настолько проста, что порой закрадывается сомнение: а можно ли с помощью этих кусков проволоки и шариков открыть волны, давшие потом жизнь таким сложным вещам, как радио, телевидение?
   Установка работала так. Сначала между двумя шариками создавалась искра. Искра была, по сути дела, кратковременным электрическим током, да еще прерывающимся сотни миллионов раз в секунду. Недалеко от искры Герц разместил почти замкнутый контур из проволоки. Единственным промежутком в этой цепи был искровой промежуток между небольшими шариками.
   Герцу удалось заметить маленькие искорки даже при полуметровом расстоянии между искрой и контуром во втором искровом промежутке. Это происходило всякий раз, когда искра возникала в первой цепи. Эти "искорки" были так слабы - нужно было напрягать глаза, наблюдая их в темной комнате, а продолжительность каждой - всего миллионные доли секунды. А сколько нужно было пробовать, настраивать! Да и неизвестно было: получиться ли что-нибудь! Мы увидим впоследствии, какой дорогой ценой заплатил Герц за свою самоотверженную работу. Получалось, что искра во второй цепи возникала без всякого контакта с первой цепью.
   Факт оставался фактом - с помощью какого-то механизма электрический импульс был без проводов передан из одной цепи в другую, да еще на расстоянии полтора метра. Осталось разобраться, что же это был за механизм.
   Герц, так же, как и Гельмгольц, считал, что причина явления - "электрическая индукция"; по Максвеллу же, такое взаимодействие могло передаваться лишь с помощью электромагнитной волны, схожей по своей природе со светом. Историческая заслуга Герца состоит в доказательстве, вопреки своему желанию, второй точки зрения.
   Годы напряжения, хотя и творческого, колоссальные перегрузки, особенно во время открытия электромагнитной волны, не прошли для Герца даром. Сначала отказали глаза - явное свидетельство долгого всматривания в искровой промежуток в темной комнате в поисках неуловимых, почти нематериальных искр. Его жене пришлось взять на себя труд - читать и писать для Генриха. Затем заболели зубы. Затем уши и нос. Затем общее заражение крови, от которого на пороге 1893 г. умер знаменитый Герц, умер в возрасте всего лишь 37 лет. Предчувствуя мрачную развязку, он за несколько дней до смерти писал матери: "Если со мной действительно что-то случится, Вы не должны огорчаться, но должны мною гордиться и думать, что я принадлежу к тем особо избранным людям, которые живут хотя и недолго, но вместе с тем жили достаточно. Эту судьбу я не выбирал и не желал, но я доволен ею, и если бы мне предоставили выбор, я, может быть, сам избрал бы ее".
   Так ушел из жизни этот великий человек, удостоенный при жизни великих почестей (едва ли существуют в науке такие награды, премии и медали, которые бы не были ему вручены).
   А после смерти, когда он не мог узнать о блестящей судьбе своего изобретения, благодарные потомки воздвигли ему еще один памятник: именем Герца назвали единицу частоты колебаний - герц (одно колебание в секунду).
  

Петр Николаевич ЛЕБЕДЕВ (1866-1912)

  
   П.Н.Лебедев - русский физик-экспериментатор. Родился в 1866 г. в Москве. В 1884-1887 гг. Учился в Московском техническом училище, где начал физические исследования. Окончил Страсбургский университет (1891). В 1892 г. начал работать в Московском университете, с 1900 г. - профессор. В 1895 г. впервые создал комплекс устройства генерирования и приема миллиметровых электромагнитных волн длиной в 6 и 4 мм, установил их отражение, двойное преломление, интерференцию. В 1899 г. экспериментально доказал существование давления света на твердые тела, а в 1907 г. - на газы, что явилось прямым подтверждением электромагнитной теории света. Опыты по световому давлению принесли Лебедеву мировую славу.
   Лебедев осуществил также оригинальные эксперименты по магнетизму вращающихся тел. Создал первую физическую школу в России (П.П.Лазарев, С.Н.Вавилов и др.).
   Физика занимала все время Лебедева. Ей посвящено все его существование, все его чувства.
   Да, Лебедев упорно занимается повторением и усовершенствованием опытов Герца. Самым мощным аргументом, конечно, было бы доказательство давления света, но на пути к нему лежали еще и другие эксперименты. В 1895 г. в статье "О двойном преломлении лучей электрической силы" Лебедев описывает проведенные им опыты, в процессе которых удалось создать волны длиной всего 6 мм, т.е. в 100 раз меньше, чем у Герца. Лебедеву удалось продемонстрировать на электромагнитных волнах значительно более тонкие оптические эффекты, чем Герцу. В частности, он осуществил двойное преломление лучей при прохождении их через кристаллы ромбической сферы. Эксперименты свидетельствовали о том, что Лебедев поставил своеобразный рекорд сближения электромагнитных и оптических волн по частоте их колебания и длине.
   За этой работой, считал Лебедев, неизбежно должна было идти другая, связанная с экспериментальным анализом давления света на твердые тела. Доказательство реального существования этого эффекта могло окончательно прояснить природу света и окончательно убедить в правильности максвелловской теории.
   Что такое свет? Если луч света - это поток частиц, тогда давление пучка понятно и естественно, Если же луч света - всего лишь направление распространения колебаний, то давления быть не должно, поскольку в этом случае оно пульсирует вокруг нулевой точки и в целом интегрально, должно равняться нулю. Лишь одна из теорий - теория Максвелла - объясняла существование светового давления, но в нее мало кто тогда верил. Единственным доказательством ее были тогда опыты Герца и убедительное их развитие Лебедевым. Только прямое обнаружение следующего из максвелловской теории светового давления могло бы стать последним, решающим доказательством.
   Лебедев доложил о своих экспериментах в Швейцарском научном обществе в Лозанне.
   Из протокола собрания научного общества в Лозанне:
   "Г-н Лебедев, профессор Московского университета, сообщил обществу о результатах своих первых исследований, относящихся к давлению света. Существование давления, оказываемого пучком световых лучей на поглощающую и отражающую поверхность, является следствием электромагнитной теории света, на него было указано Максвеллом. Значение этого давления, согласно теории, должно быть весьма малым: около 0,3 мг на метр квадратной черной поверхности. Г-ну Лебедеву удалось осуществить прибор, при помощи которого можно его измерить, и результат первых опытов согласуется с предсказанием теории".
   После революции 1905 г. студенты завоевали ряд свобод. Закон об автономности университетов гласил, что высшей властью в них является ректорат. Однако, начавшееся в 1911 г. в стране широкое политическое движение и возникшие в связи с ним студенческие волнения вынудили реакционного министра просвещения Л.А.Кассо позволить полиции вмешиваться в жизнь университета, принимать "быстрые и решительные" меры.
   Члены ректората Московского университета, в том числе ректор А.А.Мануйлов и проректор М.А.Мензбир, не согласились с этим распоряжением и подали заявление об отставке. Вызов был принят. Кассо увольняет членов ректората не только с их административных, но и с профессорских постов.
   Наглое решение министерства вызвало бурю протеста. Десятки профессоров и преподавателей подали в отставку, и среди них Н.А.Умов, К.А.Тимирязев, Н.Д.Зелинский, А.А.Эйхенвальд, С.А.Чаплыгин и др. Встал этот вопрос чести и перед П.Н.Лебедевым.
   В Этот период П.Н.Лебедев жаловался друзьям: "Историки, юристы и даже медики - те могут уйти, а у меня ведь лаборатория и двадцать учеников: все они пойдут за мной... Развалить их работу не трудно, но устроить их где-то очень затруднительно". Впоследствии жена ученого, А.Н.Лебедева, рассказывала известному физику и историку науки Т.П.Кравцу о том, что Петр Николаевич мучился несколько дней, прежде чем принять решение уйти и все-таки поступил так, как подобает настоящему гражданину.
   И вот он без работы и практически без средств к существованию. Состояние, оставленное отцом, растаяло, он лишился и тех 2400 рублей, которые ему раньше ежегодно выплачивал университет. Он потерял свою лабораторию, своих учеников, даже возможность вернуться в университет, возможность, которой воспользовались многие из 600 человек, покинувших его в то тревожное время, поскольку Лебедев считался особенно неблагонадежным. Вновь в университет его никогда бы не взяли.
   Разумеется, о Лебедеве не забыли. На него тут же посыпался ряд приглашений. Приглашал Варшавский университет, приглашали Харьков, Киев, Стокгольм.
   С.Аррениус писал ему: "Естественно, что для Нобелевского института было бы большой честью, если Вы пожелали бы там устроиться и работать и мы, без сомнения, предоставили бы Вам все необходимые средства, чтобы Вы могли дальше работать. Вы, разумеется, получили бы совершенно свободное положение, как это соответствует Вашему рангу в науке". Приглашал Лебедева на работу и директор Главной палаты мер и весов в Петербурге Н.Г.Егоров. Но он никуда не хотел уезжать из Москвы. Слабое сердце Лебедева не выдержало всех этих испытаний и 14 марта 1912 г. оно остановилось навсегда.
   Похоронили Лебедева на Елисеевском кладбище в Лефортове. В "Русских ведомостях" за 8 апреля 1912 г. появился гневный некролог, составленный Тимирязевым: "Успокоили Лебедева. Успокоили Московский университет. Успокоили русскую науку. А кто измерит глубину нравственного растления молодых сил страны, мобилизуемых на борьбу с этой ее главной умственной силой? И это в то время, когда цивилизованные народы уже знают, что залог успеха в мировом состязании лежит не в золоте и железе, даже не в одном труде пахаря в поле, рабочего в мастерской, но и в делающей этот труд плодотворным творческой мысли ученого в лаборатории. Или страна, видевшая одно возрождение, доживет до второго, когда перевес нравственный сил на стороне "невольников чести", каким был Лебедев? Тогда, и только тогда, людям "с умом и сердцем", откроется, наконец, возможность жить в России, а не только родиться в ней, чтобы с разбитым сердцем умирать".
  

Александр Степанович ПОПОВ (1859-1906)

  
   А.С.Попов - русский физик и электротехник, изобретатель радио. Родился в поселке Турьинские рудники (ныне г. Краснотурьинск Екатеринбургской области). Окончил Петербургский университет (1882). В 1883-1901 гг. Преподавал в военных заведениях Кронштадта. С 1901 г. - профессор Петербургского электротехнического института (с 1905 г. - ректор).
   Исследования А.С. Попова относятся к различным проблемам электротехники и радиотехники, в частности, радиосвязи. В 1888 г. он повторил опыты Г.Герца по получению электромагнитных волн и в 1889 г. впервые указал на возможность их использования для передачи сигналов на расстояние. В 1889 г. сконструировал генератор электромагнитных колебаний и когерер - элемент приемника, чувствительный к электромагнитным волнам. В том же году изобрел первую приемную антенну и установил, что его приемник реагирует на грозовые разряды. Создал прибор для регистрации разрядов на значительных расстояниях - так называемый грозоотметчик, который был прототипом первой приемной радиостанции. 7 мая 1895 г. продемонстрировал свой грозоотметчик (радиоприемник) на заседании физического отделения Российского физико-химического общества и прочитал доклад "Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям". Здесь же он высказал мысль о возможности применения своего грозоотметчика для передачи сигналов на расстояние. 24 марта 1896 г. на заседании физического отделения Российского физико-химического общества при помощи своих приборов наглядно продемонстрировал передачу сигналов на расстояние 250 м, передал первую в мире радиограмму состоящую из двух слов: "Генрих Герц".
   Несколько позднее подобный прибор создал и провел с ним эксперимент Г.Маркони.
   В 1897 г. впервые обнаружил явление отражения волн от предметов (в частности от кораблей), находящихся на пути их следования. Это явление было положено в основу радиолокации. Осуществил серию опытов по радиотелеграфии на значительное расстояние.
   Для увековечивания памяти А.С.Попова Президиум Академии наук СССР в 1945 г. учредил золотую медаль А.С.Попова за выдающиеся достижения в области радиофизики. День 7 мая стал называться праздником День радио.
   В физической лаборатории Минского класса Попов воспроизвел все опыты Герца и сразу же увидел их сильные и слабые технические стороны. Сильная сторона опытов состояла в том, что аппаратура Герца в принципе давала возможность сигнализации на расстоянии. Слабая сторона заключалась в том, что практически установка Герца такой возможности не давала: сигналы в приемнике - искры были слабы. К сожалению, Герц "не зафиксировал" в своем мозгу небольшую заметку, промелькнувшую в физическом журнале. В 1884 г. физик Кальцеккионести обнаружил, что металлические порошки, находящиеся вблизи электрического разряда резко изменяют свои свойства. Когда разряда не было, они плохо проводили электрический ток, но когда разряд появился, порошок как бы "склеивался" и электрический ток проходил через него блестяще. Мысль использовать стеклянную трубочку с металлическим порошком для регистрации волн Герца пришла в голову английскому сэру Оливеру Лоджу. Он назвал ее "когерером" ("сцеплятелем").
   Едва узнав о когерере, Попов сразу же отбросил использовавшиеся им ранее приборы и полностью переключился на усовершенствование когерера с целью использовать его в устройстве, которое могло бы применяться для сигнализации на расстоянии.
   Статья Лоджа в английском журнале "Электрик" была получена Поповым осенью 1894 г. Именно период с осени 1894 г. и до 7 мая 1895 г. был наиболее напряженным и плодотворным в жизни Попова.
   Он взялся за усовершенствование когерера. Вместе со своим помощником Рыбкиным он испробует сотни порошков самого различного состава и помола. Попов успешно распределил материалы по классам, группам и отрядам, обладающим сходными свойствами. Это позволило сэкономить время на эксперименты. Круг неуклонно сужался до тех пор, пока внутри не оказался лишь один порошок - "ферум пульвератум". Он обеспечивал хорошую чувствительность, а главное - стабильность.
   Теперь нужно было выбрать "оболочку", в которую можно было бы засыпать порошок. Сотни вариантов привели к одному - стеклянной трубке толщиной в палец. Внутри, на стенках - две платиновые палочки, концы которых выведены наружу. В трубке тот самый "ферум пульвератум".
   Теперь нужно было решить проблему встряхивания когерера. Лучшим оказалось решение, которое пришло в голову Попову всего через несколько часов после получения статьи Лоджа. Тогда он включил в цепь когерера старый стрелочный гальванометр. Резкое движение стрелки встряхивало когерер, и он был готов к приему нового сигнала. Это была первая радиосхема. Впоследствии гальванометр был заменен электромагнитным реле со звонком, а стрелка - молоточком, присоединенным к краю реле. Что касается передатчика, он уже существовал - вибратор Герца вполне мог выполнять его функции. Поиски наибольшей дальности приема привели к созданию первой антенны. Эти усовершенствования способствовали невиданному по тем временам увеличению дальности приема волн вибратора Герца примерно до 80 метров. Впервые публично показаны были приборы 7 мая 1895 г. в день, который впоследствии назвали Днем радио.
   Имеется фотография Маркони. Перед ним "черный ящик", в котором размещена секретная схема приемника. Секрет "черного ящика" будет сохранятся до тех пор, пока 4 июня 1897 г. принципы "телеграфирования без проводов" не будут доложены на лекции в Королевском институте. Итак, до 4 июля 1897 г. Попов не мог ничего знать о принципах, использованных Маркони. А когда узнал, поразился, насколько совпали две схемы - схема Маркони и его собственная. Попов внимательно следит за успехами Маркони, хотя всегда напоминает о том, что аппаратура Маркони является копией его собственной, изобретенной на год раньше. Несмотря ни на что, Попов всегда относился к Маркони и его деятельности доброжелательно. Увы, здоровье Попова становилось все хуже. 13 января 1906 г. последовало роковое кровоизлияние в мозг. Всего за четыре дня до смерти он был избран председателем Русского физического общества.
  

Гульельмо МАРКОНИ (1874-1937)

  
   Г.Маркони - итальянский радиотехник и предприниматель. Получил домашнее образование. Познакомившись с работами немецкого физика Г.Герца по электромагнитным волнам, занялся опытами в этой области. В 1896 г. переехал в Англию, где предложил правительству разработанные им приборы беспроволочного телеграфа, конструкцию которых он держал в тайне. В этом же году Маркони подал заявку, а в 1897 г. получил английский патент на применение электромагнитных волн для связи без проводов (изобретатель радио А.С.Попов свое изобретение не патентовал). Схема приемника в этом патенте полностью повторяла схему Попова, которую он доложил 7 мая 1895 г. на заседании физического отделения Русского физико-химического общества и опубликовал в журнале Общества в январе 1896 г.
   Благодаря большой энергии и предпринимательскому таланту, Маркони сумел привлечь к радиотелеграфии внимание деловых капиталистических кругов и в 1897 г. организовал крупное акционерное общество, пригласив для работы в нем многих видных ученых. Располагая широкими материальными возможностями и прекрасными условиями для работы, Маркони сумел добиться значительных результатов в практической реализации радиотелеграфии. Уже в 1901 г. им была осуществлена радиосвязь через Атлантический океан. По свидетельству современников, он умел правильно оценивать и использовать в своих работах новые достижения в радиотехнике. Деятельность Маркони сыграла значительную роль в развитии радиотехники, в распространении радио как средства связи.
  

ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

ХIX СТОЛЕТИЯ

  

2.1. ИЗОБРЕТАТЕЛИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ТЕЛЕГРАФА П.Л.ШИЛЛИНГ (1776-1837) И Б.С.ЯКОБИ (1801-1874)

Павел Львович ШИЛЛИНГ

  
   Изобретатель электромагнитного телеграфа, выдающийся ученый, член-корреспондент Петербургской Академии наук Павел Львович Шиллинг родился в г.Ревеле (ныне Таллин) 5 (16) апреля 1776 г. В 1797 г. он поступил в Первый Кадетский корпус в Петербурге, который закончил в 1802 г. и в чине подпоручика был зачислен в Генеральный штаб русской армии. В 1803 г. семейные обстоятельства вынуждают Шиллинга оставить военную службу и перевестись в Коллегию иностранных дел, где он работал переводчиком в русском посольстве в Мюнхене. В результате обострения отношений России с наполеоновской Францией русское посольство в 1812 г. было спешно отозвано из Мюнхена в Россию. В период Отечественной войны 1812-1814 гг. проявляется одна из замечательных черт характера П.Л.Шиллинга - высокий патриотизм, безграничная любовь и преданность России. После двукратного ходатайства он получает назначение штабс-ротмистром 3-го Сумского драгунского полка в действующую армию. За храбрость, проявленную в боях, Шиллинг в 1814 г. награжден первым боевым орденом, а затем одной из самых почетных наград - саблей с надписью "За храбрость".
   После окончания в 1814 г. Отечественной войны уже ничто более не понуждало П.Л.Шиллинга оставаться в армии и он подал прошение о возвращении его с военной службы в Коллегию иностранных дел. Барклай-де-Толли эту просьбу поддержал, и в октябре Павел Львович возвратился к своим занятиям и научным замыслам.
   В последующие годы, как и ранее, П.Л.Шиллинг интересовался состоянием физических наук, работал над созданием электромагнитного телеграфного аппарата и вопросами взрыва подземных и подводных бомб на расстоянии с помощью электрических запалов.
   Эрстед открыл действие электрического тока, проходящего по проводнику, на расположенную вблизи магнитную стрелку. Швейгер обнаружил, что если магнитную стрелку поместить внутри рамки, состоящей из нескольких витков проводника, обтекаемого током, то действие тока на магнитную стрелку значительно усиливается. Стерджен сконструировал электромагнит и сделал другие изобретения, которые создали предпосылки для успешного решения проблемы передачи сообщений с помощью электрических сигналов.
   Во многих странах в то время занимались вопросами электрического телеграфирования. Однако П.Л.Шиллинг первым создал практически пригодный электромагнитный телеграфный аппарат. Публичная демонстрация состоялась 21 октября 1832 г. в квартире П.Л.Шиллинга на Царицином Лугу в Петербурге (Санкт-Петербург, Марсово поле, д.7). На этом доме сохранилась установленная Русским техническим обществом в 1886 г. в связи со 100-летием со дня рождения выдающегося ученого мемориальная доска со следующей надписью: "Здесь жил и умер русский изобретатель электромагнитного телеграфа Павел Львович Шиллинг".
   В основу действия первого телеграфного аппарата Шиллингом положено явление отклонения магнитной стрелки в результате действия электрического тока. Аппарат состоял из клавиатурного передатчика и шестистрелочного приемника. Передатчик и приемник соединялись линией из восьми проводов. В приемнике семь проводов включались в мультипликаторы, состоящие из рамок с обмотками, при прохождении тока по которым отклонялись соответствующие стрелки. Восьмой провод был общий.
   Передатчик представлял собой небольшой прибор с восемью парами белых и черных клавишей. Шесть пар основных белых и черных клавишей передатчика соединялись шестью линейными проводами с обмотками шести мультипликаторов приемника и подключали один из двух полюсов батареи. Седьмая пара клавишей, соединявшаяся проводом со вспомогательным мультипликатором приемника, служила для передачи звонкового сигнала вызова. Вторые выводы от всех мультипликаторов приемника соединялись общим проводом с восьмой общей парой клавишей передатчика и вторым концом батарей. Таким образом для передачи в определенный мультипликатор приемника аппарата тока одного направления необходимо было на клавиатуре передатчика одновременно нажать соответствующую основу и общую клавишу, причем обе клавиши должны быть одного цвета. Для передачи в тот же мультипликатор тока противоположного направления нажимались такие же пары клавишей, только другого цвета.
   Приемник аппарата состоял из шести основных мультипликаторов, смонтированных на общей раме. Каждый мультипликатор представлял собой устройство с так называемой астатической системой из двух магнитных стрелок с противоположным размещением полюсов, практически исключавших влияние земного магнетизма, подвешенных на общей шелковой нити к медной стойке. Нижняя магнитная стрелка находилась внутри рамки с обмоткой мультипликатора. Для удобства наблюдения за поворотом соответствующей пары стрелок в мультипликаторе на той же нити был укреплен тонкий контрольный сигнальный диск диаметром 15 мм, который с одной стороны был окрашен в черный цвет, а с другой - в белый.
   При прохождении тока по обмотке рамки мультипликатора нижняя магнитная стрелка, а следовательно и ее сигнальный диск поворачивались в ту или другую сторону, в зависимости от направления тока в обмотке.
   По числу повернувшихся черных и белых сигнальных дисков мультипликаторов, в соответствии с телеграфным кодом Шиллинга, легко определялась буква или цифра принятого сообщения.
   Для демонстрации работы созданного аппарата П.Л.Шиллинг снял на время у владельцев дома, где он жил, весь этаж. Клавиатурный передатчик был установлен в одном конце этажа, где в небольшом зале собрались приглашенные, а приемник в другом конце этажа - в рабочем кабинете Шеллинга. Линейные провода имели длину, несколько превышающую 100 м. Телеграмма, состоявшая из десятка слов, на глазах у собравшихся была быстро и без искажений принята. Это произвело на присутствующих огромное впечатление.
   П.Л.Шиллинг, начиная с 1811 г. и до конца своей жизни занимался еще одним важнейшим вопросом - созданием линии, практически пригодной для передачи электрических сигналов по изолированному проводу.
   При монтаже телеграфного аппарата медные провода изолировались шелком или просмоленной пенькой. Так, обмотка мультипликатора была выполнена медным проводом, покрытым одним слоем шелковой пряжи, а соединения между мультипликаторами - медным проводом, покрытым слоем пеньки, густо пропитанной озокеритом.
   Для прокладки между станциями телеграфной линии в земле П.Л.Шиллинг применял такие же провода, как и для изобретенных им в 1812 г. электрических мин.
   Так как передающая и приемная станции соединялись восьмипроводной линией, то все восемь проводов заключались в общую пеньковую изоляцию, а затем просмаливались. Провода же, предназначавшиеся для прокладки в воде, изолировались несколькими слоями шелка или пеньки, причем провода, изолированные шелком, в таких случаях покрывались лаком.
   В 1836 г. под руководством П.Л.Шиллинга была проложена первая экспериментальная подземная телеграфная линия между крайними помещениями здания Адмиралтейства в Петербурге, которая действовала больше года. В этом же году П.Л.Шиллинг предложил линейные провода между телеграфными станциями подвешивать на деревянных опорах.
   В следующем году П.Л.Шиллинг начал работу по проекту новой подводной телеграфной станции связи между Петербургом и Кронштадтом, однако она не была завершена в связи со смертью Павла Львовича.
   25 (6) июля 1837 г. изобретатель электромагнитного телеграфа со всеми почестями был похоронен на Смоленском кладбище в Петербурге.
  
  

Борис Семенович ЯКОБИ

  
   Борис Семенович Якоби был одним из тех крупных физиков середины XIX века, которые настойчиво стремились найти пути для практического применения электрической энергии. Он сочетал в себе талант физика-исследователя с выдающимся талантом инженера. Он умел находить такие формы для выражения результатов своих исследований, которые делали эти результаты непосредственно приложимыми для практических целей. Возможно, это было следствием сложившихся условий его жизни, делавших Якоби то архитектором, то строителем мостов, то ученым-физиком и электриком.
   Родился Якоби в Германии, высшее образование получил сначала в Берлинском, а затем в Гейдельбергском университете, интересуясь особенно вопросами прикладной механики. Уже с первых шагов своей деятельности Якоби не довольствовался повторением того, что было сделано другими, а стремился искать новые пути. В частности, в этот период у него зародилась мысль использовать незадолго перед тем открытые электромагнитные явления для создания двигателя нового типа.
   Наиболее характерными для Якоби являются работы по электродвигателю, гальванопластике, электрическому взрыванию мин, электромагнитному телеграфу и, наконец, длившаяся много лет работа по электрическим измерениям, связанная с установлением международной единицы мер.
   К сожалению, в целях сохранения тайны Якоби не всегда разрешалось публиковать изобретения.
   Изобретательство Якоби в области электротелеграфных приборов было очень велико и разнообразно. Им был изобретен и первый буквопечатающий аппарат - прототип буквопечатающего аппарата Юза.
   Якоби очень интересовали вопросы подготовки в высших школах технически образованных инженеров. Он особенно подробно знакомился с постановкой преподавания в знаменитой Парижской Политехнической школе.
   Оставаясь прежде всего научным работником и подходя к каждому вопросу с истинно научной глубиной, Якоби всегда учитывал и практическое значение каждой работы. В этом отношении он был предшественником современных ученых-инженеров, у которых практически ценность их исследований не уменьшает их научного значения.
   Академик Борис Семенович Якоби продолжил работы Шиллинга и создал более совершенные электромагнитные телеграфные аппараты.
   Первую практически пригодную конструкцию пишущего телеграфного аппарата Якоби создает в 1839 г. Непосредственным приемщиком телеграфных сигналов с линии в этом аппарате является электромагнит с пишущим устройством, с помощью которого на равномерно двигаемом часовым механизмом диске из белого матового стекла или бумажной ленте осуществлялась запись сигналов карандашом или капиллярной сигнальной трубкой с чернилами. Передаваемые сигналы фиксировались в виде зигзагообразных знаков, которые соответствовали определенным буквам алфавита.
   Пишущие телеграфные аппараты Якоби с 1841 г. по 1843 г. успешно работали на подземной кабельной линии Петербург - Царское село (г. Пушкин). Кроме того, под руководством Якоби в 1845 г. были построены и оборудованы указанными ниже стрелочными аппаратами его конструкции две кабельные линии, связывавшие Петербург с Царским Селом и Петергофом.
   Недостаток пишущего аппарата, заключавшийся в необходимости расшифровки принятой записи, побуждает Якоби разработать и в 1845 г. публично продемонстрировать в физико-математическом классе Академии Наук стрелочный аппарат синхронно-синфазного действия. Он разработал принцип действия синхронных аппаратов и сконструировал буквопечатающий телеграфный аппарат. Принцип синхронно-синфазного вращения механизмов в таких аппаратах используется до настоящего времени. Передающий и приемный телеграфные аппараты соединялись одним линейным проводом, обратным проводом служила земля. Этот аппарат позволял, не пользуясь какой-либо условной азбукой, передавать буквы и цифры; в приемнике соединенного с ним другого точно такого же аппарата переданная буква или цифра непосредственно указывалась вращающейся стрелкой на циферблате. Стрелочные телеграфные аппараты Якоби были использованы в русской армии.
   Якоби продолжает разработку принципа синхронно-синфазного телеграфирования и в 1845 г. создает телеграфный аппарат, отпечатывающий принимаемые им буквы и цифры на бумажной ленте. Телеграфный аппарат настолько ясно и четко отпечатывал шрифт, что Якоби тогда же послал печатную телеграмму с этого аппарата Английскому Телеграфному обществу как доказательство первенства на изобретение. Однако буквопечатный аппарат Якоби применения не нашел.
   Правительство Николая I, пренебрегая отечественными изобретениями и не организовав в России электротехнического производства, подписало соглашение с прусским контрагентом Сименсом, предложившим поставить для русских телеграфных линий "Стрелочные синхронные аппараты Сименса", почти ничем не отличавшиеся от аппарата Якоби.
   В связи с начатым в 1844 г. строительством Николаевской железной дороги возник вопрос о прокладке телеграфной линии между Петербургом и Москвой. Эта кабельная линия была проложена в 1851-1852 гг., но вследствие серьезных недостатков просуществовала недолго.
   В 1853-1856 гг. подземный кабель заменяют воздушными проводами, подвешенными на столбах. Первый телеграф в Москве был открыт в здании вокзала Николаевской железной дороги.
   В 1854 г. стрелочные аппараты были заменены аппаратами Морзе, производительность которых в 10 раз превышала производительность стрелочных аппаратов. Аппарат был разработан американцем Самюэлем Морзе в 1837-1844 гг., усовершенствован другими изобретателями.
  

3.3. Изобретатели источников электрического света: П.Н.Яблочков, А.Н.Лодыгин, В.Н.Чиколев

  
   Появление генераторов электрического тока, превращавших механическую энергию в электрическую, создало необходимые предпосылки для развития практического применения электрического тока. Одно из них - электрическое освещение, которое сначала возникло на основе использования открытого В.В.Петровым светового явления, получившего впоследствии название "вольтовой или электрической дуги" (дуговые лампы), а затем на основе изученного Ленцем и Джоулем явления нагревания проводника проходящим по нему током (лампа накаливания). В открытии и изучении явлений, на основе которых возникла осветительная техника XIX века, большая заслуга принадлежит русским ученым П.Н.Яблочкову, А.Н.Лодыгину, В.Н.Чиколеву. Споры о применении электрического тока длились долго и окончились в пользу переменного тока лишь после изобретения так называемых трехфазных токов, то есть после введения в практику русским электротехником М.О.Доливо-Добровольским тока, позволившего блестящим образом решить вопрос о двигателе переменного тока. Имена этих русских ученых вошли в историю электротехники.
  

Петр Николаевич ЯБЛОЧКОВ (1847-1894)•

  
   Начало 70-х годов XIX века характеризуется заметным проявлением интереса к практическому применению электричества. Стали усовершенствоваться генераторы электрического тока, развивалось применение гальванопластики и электролиза, были попытки применять и электроосвещение.
   Изобретение В.Чиколевым дуговой лампы с дифференциальным регулятором вызвало у Чблочкова, работавшего в то время начальником телеграфной службы на Московско-Курской железной дороге, большой интерес к вопросам освещения. В результате он предложил применить дуговую лампу в головном фонаре паровоза для освещения пути. Но существующая в то время дуговая лампа Фуко не могла удовлетворить и обеспечить внедрение этого новшества в практику. Яблочков не переставал интересоваться электрическими лампами и продолжал свои опыты: большое внимание было уделено исследованию явлений накаливания в пламени электрической дуги разного сорта глин и извести.
   Яблочков поставил перед собой задачу создать такую конструкцию дуговой электрической лампы, которая не страдала бы недостатками регуляторов. Как известно, регуляторы должны выполнять следующие функции:
      -- при зажигании лампы разводить угольные электроды на определенное расстояние;
      -- во время горения лампы поддерживать длину дуги постоянной, сближая угли по мере их сгорания;
      -- сводить угли до соприкосновения при прекращении тока через лампу для того, чтобы дуга могла образоваться при новом включении лампы.
   Это требовало применения регуляторов, часовых механизмов, электромагнитов, механических сцеплений и т.д., отличающихся сложностью в эксплуатации. Яблочков пытался сохранить расстояние между вертикально расположенными углями, помещая между ними кусочки огнеупорных материалов, но из этого ничего не вышло. "При расположении углей, как это практиковалось прежде, - пишет Яблочков, - один против другого, помещение кусочка глины, удерживающее между ними расстояние, было невозможно. Нужно было их поместить так, чтобы улетучивающееся землистое вещество уничтожалось по мере сгорания углей. Таким построением, очевидно, являлось бы помещение углей один около другого с землистым веществом между ними. Оно и дало горелку для электрического освещения, известную под именем свечи моей системы". Узкая полоска землистого вещества выполняет задачу держания углей на неизменном расстоянии гораздо лучше, чем сложный прибор, регулятор, достигающий этого лишь приблизительно.
   Яблочков также проводил опыты по изучению окраски пламени горящей свечи. Они касаются, главным образом, состава изолирующей массы, применяемой для разделения в его свечах угольных электродов. Окраска света может изменяться и от введения оксидов металлов в состав самих углей. Яблочков предлагал вводить в состав изолирующего вещества материалы, дающие желтые лучи, которые, смешиваясь с фиолетовыми, будут давать белый свет, не столь утомляющий зрение.
   При питании свечей было предложено использовать переменный ток и разработать генератор. Этот вопрос был решен совместно с крупнейшим в то время электромашиностроительным заводом Грамма.
   При разработке генератора Яблочков не упустил из виду задачу о "дроблении света", необходимости разделять общее число свечей на отдельные группы, благодаря чему возможно увеличение числа свечей, питаемых от одного генератора.
   В поисках решения проблемы дробления света Яблочков пришел к изобретению, которое произвело в электротехнике целый переворот и получило дальнейшее название трансформации переменного тока. Во французской привилегии N 115793 от 30 ноября 1876 г. Яблочков так описывает свое изобретение: "Это изобретение имеет целью расположение токов для получения электрического света, которое позволяет включать в цепи, питаемые от одного источника тока, произвольное число светильников как одинаковое, так и различной силы света, и которое позволяет вдобавок менять силу света светильников. В любой цепи я включаю индукционную катушку, через которую проходит ток от источника тока. Далее я помещаю надлежащим образом вторую катушку, в которой первая индуктирует ток. Оба конца этой второй катушки соединяются проводом, образуя цепь, совершенно отдельную от первой. В нее включаются светильники в числе одного или нескольких. Одним словом, пользуясь индуктивным током первичного источника, развиваемым с помощью ряда катушек... каждая индукционная катушка может быть помещена на любом расстоянии от светильника (люстры или подсвечника) или даже расположена в арматуре светильника. Светильники применяются различной силы света с одной, двумя или тремя свечами моей системы. Катушки делаются разных размеров, причем они рассчитываются так, чтобы они давали индукционный ток, напряжение которого соответствовало бы требованиям светильника".
   Позже на это же изобретение Яблочков получил и русскую привилегию совместно с привилегией на свечу (привилегия от 6 апреля 1878 г.).
   Описание предложенной Яблочковым индукционной катушки и способы ее применения показывают, что им был изобретен и применен на практике тот аппарат, который впоследствии получил название "трансформатора переменного тока".
   Как указывал известный электрик, француз Жубер, современник Яблочкова: "Применение машины переменного тока получило в последние годы сильное распространение благодаря изобретению Яблочковым его свечи...".
   Слухи об искажении окраски света при электрическом освещении были настолько упорны, что Английская парламентская комиссия должна была заняться этим вопросом. В протоколах комиссии записано: "Что касается оттенка электрического света, то английские леди весьма им недовольны: они находят, что он придает какую-то мертвенность физиономии". На помощь английским леди явились фабриканты косметических средств, выпустившие в продажу специальные изделия для устранения "мертвенности физиономии" при электрическом освещении.
   С аналогичным заявлением о недостатках электрического освещения выступили торговцы рыбой, заявив, что электрический свет придает рыбе цвет, не привлекающий покупателя. Комиссия, не отрицая возможности влияния света на цвет рыбы, все же приписала факты, указанные рыботорговцами, недостаточности освещения и плохому расположению светильников.
   Таких курьезов было много, но в основе всех жалоб лежала борьба между электричеством и газом, сопровождавшаяся отчаянной биржевой игрой. Даже некоторые крупнейшие электротехники того времени сомневались в применении электрического освещения для целей иных, чем уличное освещение и освещение больших помещений. Так, известный французский электротехник, главный инженер завода Грамма и автор весьма распространенной тогда книги "Электрическое освещение" Ипполит Фонтен в то время писал: "Для жилых помещений газовое освещение является самым приятным, удобным и дешевым. Электрическое освещение, возможно, найдет применение для отдельных больших комнат и в парадных квартирах, но это будет такими редкими исключениями, что излишне обращать на них внимание. Несмотря на конкуренцию, которая возникает в отдельных случаях между газовым и электрическим освещением, газовая промышленность в своем развитии никогда не потерпит ущерба от электрического освещения. Никогда электрический свет не нанесет ущерба газу, масляным лампам и свечам". Однако не прошло и нескольких лет, как Фонтен должен был коренным образом изменить свое мнение. В одном он оказался прав: действительно, развитие электрического освещения не помешало развитию газовой промышленности, но она стала развиваться уже в совсем другом направлении.
   В Петербурге борьба газа с электричеством принимала иногда весьма странные формы. Так, Петербургская городская дума, как только истек срок контракта с "Товариществом Яблочкова" на освещение Литейного моста, отказалась возобновить его. Как пишет В.Н.Чиколев, "Дума поспешила, насколько это было в ее силах, покончить с конкуренцией электрического освещения; изящные электрические фонари были заменены теперешними чепчиками, изображающими из себя какие-то грязные коптилки". В свое время решение Думы устроить электрическое освещение Литейного моста было принято только потому, что газовые акционеры относились еще пренебрежительно к электрическому освещению и не подготовили оппозиции.
   Оппозицию встречал Яблочков не только среди защитников газа, но и среди электриков. Многие сторонники электрического освещения считали свечи Яблочкова с их изолирующей прокладкой весьма несовершенными лампами. Электрическим свечам ставились в упрек и неровности горения, и трудность зажигания, особенно после погашения, и относительная неэкономичность работы свечей, происходящая от потерь на испарение изолирующего слоя, и окраска их светом вследствие влияния изолирующей прокладки и еще многое другое.
   Даже некоторые русские электротехники присоединились к этим возражениям против свечи, противопоставляя им лампы с регуляторами. Среди них был и старейший русский электротехник, когда-то помогавший Яблочкову во время первых его шагов в Москве, Владимир Николаевич Чиколев. Он в то время работал над усовершенствованием изобретенной им лампы с дифференциальным регулятором, полемизировал с Шуккертом по поводу приоритета в изобретении дифференциальной лампы и был совершенно увлечен перспективами, которые, ему казалось, открывал изобретенный им регулятор.
   Яблочков после приезда в Петербург пришлось неоднократно выступать и устно и в печати в защиту своих свечей и полемизировать с их противниками. В этих выступлениях Яблочков не только говорил о световых качествах и простоте своих свечей, но особенно настаивал на том, что с их помощью ему удалось решить вопрос о "дроблении света" и тем самым сделать электрическое освещение конкурентоспособным с газовым. Об этой конкурентоспособности в отношении стоимости Яблочков в одном из своих выступлений в Русском техническом обществе говорил с большой осторожностью: "Приверженцы электрического освещения очень часто преувеличивают его дешевизну. С другой стороны, последние успехи электрического освещения слишком сильно затронули интересы газовых компаний и они, в свою очередь, стали преувеличивать стоимость его в противоположную сторону. Насколько электрическое освещение дешевле газового, пока трудно определить".
   На этих же вопросах Яблочков остановился в своей публичной лекции "Об электрическом освещении", организованной Русским техническим обществом 16 апреля 1879 г. Лекция была событием в учебной и технической жизни Петербурга. Все помещения в Русском техническом обществе в Соляном городке были освещены свечами Яблочкова, наплыв слушателей был огромен. Лекция возбудила настолько большой интерес, что ее пришлось напечатать отдельным изданием. Одним из важнейших вопросов, впервые поднятых Яблочковым на лекции, было предложение о централизованном производстве электрической энергии. Это предложение П.Н.Яблочкова имело громадное прогрессивное значение. В Петербурге и по всей России заговорили о "Свече Яблочкова"; завод Яблочкова сразу получил много заказов. Интерес к электротехнике сильно возрос среди технического и ученого мира. По инициативе Яблочкова начал издаваться специальный журнал "Электричество", посвященный вопросам электротехники, первый номер которого вышел в июле 1880 года. Павел Николаевич Яблочков принимал непосредственное участие в новом журнале, имевшем с первых дней большой успех, сопровождающий его и до настоящего времени. По инициативе Яблочкова была устроена и электрическая выставка, открывшаяся в 1880 году.
   Мысль устроить в Росси специальную электротехническую выставку в то время, когда такой выставки не было еще нигде в мире: ни в Америке, ни в Западной Европе - была конечно очень смелой. Первая в мире электротехническая выставка была проведена в Петербурге, в помещении Русского технического общества в Соляном городке. Задачей выставки было показать обществу современное состояние развития различных отраслей электротехники. Эта цель была достигнута. В различных отделах выставки демонстрировались достижения русской электротехники. Особый интерес вызвал отдел электрического освещения и электродвижения, где экспонировали свои работы завод "Яблочков - изобретатель и Ко", а также известные электротехники Лодыгин, Булыгин, Лачинов и др. Наибольшее внимание привлекал стенд Яблочкова, на котором была весьма полно представлена "Система освещения Яблочкова".
   Огромное значение имела также Первая международная электрическая выставка 1881 г. в Париже. На выставке впервые в мире полностью демонстрировалась "система электрического освещения Эдисона" с его лампами накаливания, быстро распространившаяся по всему миру. Одновременно на выставке демонстрировалось электрическое освещение по системе Яблокова с применением переменного тока, трансформаторов и свечей.
   Тем временем состояние здоровья Яблочкова ухудшилось, работать становилось все труднее. Он вернулся из Парижа в Россию, но в Петербурге заболел и вынужден был там остаться. Вот как описывает приехавшая к мужу М. Н. Яблочкова последние месяцы жизни великого изобретателя: " В Петербурге здоровье Павла Николаевича стало еще хуже. Он очень мучился кашлем и просил меня приехать. Приехавши в Петербург (июль 1893г.) я нашла Павла Николаевича очень изменившимся, хотя не видела его всего три месяца. Через несколько дней мы уехали в деревню, но в имении не было даже дома, который давно сгорел, ... мы поселились в доме, который был заброшен и непригоден для зимнего жилья. Настала осень. Здоровье Павла Николаевича ухудшилось и в начале зимы мы уехали в Саратов. В Саратове мы поселились в гостинице, в одной комнате, так как Павел Николаевич не мог оставаться один. Это был самый трагический период в нашей жизни. Открылась водянка ... Он не мог ходить ... Около дивана, на котором он лежал, ему поставили большой стол и вот на этом столе он устроил себе целую лабораторию, все время говоря, что он скоро окончит свои опыты ... Он почти не спал и по старой привычке ночью работал за своим лабораторным столом. Болезнь усиливалась ... Павел Николаевич стал задыхаться и 19 марта (ст. ст.) 1894г. он помер".
   Последними словами умирающего были: " И там тяжело и здесь нелегко". Так окончилась жизнь в номере провинциальной гостиницы всеми покинутого выдающегося изобретателя и одного из крупнейших в мире электротехников. До последних часов своей жизни трудился Павел Николаевич над своими изобретениями и умер неудовлетворенный достигнутым. Работа с гальваническими элементами, на которую он возлагал много надежд, была незакончена. Но остались после Яблочкова работы, которые никогда не утратят своего значения, - это практическое использование переменных токов и изобретение трансформаторов переменного тока. Именно на эти изобретения Яблочкова его современники обращали меньше всего внимания и сам он как бы потерял к ним интерес, но, несомненно, они вместе со свечой были основными изобретениями П. Н. Яблочкова.
  

Александр Николаевич ЛОДЫГИН (1847-1923)

  
   Александр Николаевич Лодыгин родился 18 октября 1847 года в Тамбовской губернии. Родные готовили его к военной службе. Закончив Московское военное училище и получив звание офицера, он вскоре вышел в отставку и поступил на Тульский оружейный завод в начале в качестве молотобойца, затем слесаря. Переехав в Петербург, Лодыгин начал слушать лекции в университете. Его тянуло в центр надежда осуществить изобретательские идеи, возникшие у него в юношеские годы, об устройстве "летательной машины". Однако, за неимением средств постройка машины была прекращена. Но в это время Лодыгина начала занимать уже другая мысль, осуществление которой поставило его имя в один ряд с именами крупнейших электротехников - о создании "лампы накаливания".
   Молодой изобретатель возвращается в 1872 г. на родину и начинает работать над осуществлением своей идеи. Отдав дань, как и его предшественники, опытам над применением в качестве калильных тел тугоплавких металлов, А. Н. Лодыгин перешел к изучению угольных проводников. Вот что пишет Лодыгин в брошюре "Заметка о дуговых лампах и лампах накаливания", изданной в Париже в 1886 году, о пути, по которому он пришел к предложенной им конструкции лампы накаливания: "При моих опытах над лампой с вольтовой дугой, производившихся 15 лет тому назад, я мог убедиться, что свет в дуговой лампе происходит только от накаленных концов угольных электродов и, что свет, даваемый самой дугой, очень слаб. Чтобы убедиться в этом. достаточно получить на экране посредством оптических стекол изображение вольтовой дуги и концов угольных электродов ... Вольтова дуга. совершенно неизбежная в источниках электрического света, имеющих два угольных полюса, сама по себе не только бесполезна, так как не дает света, но и вредна, так как образующаяся поляризация поглощает известную часть энергии. Поэтому мне пришла в голову мысль заменить дугу стерженьком из угля. который, будучи подогреваемым током, давал бы свет, не вызывая явления поляризации, и, следовательно, не поглощая лишней энергии. Я думал, что в этих условиях можно получить большее количество света при одинаковой затрате работы. Таким образом, от двух угольных полюсов, соединенных вольтовой дугой, я перешел к одному тонкому угольному стержню, не имеющему разрывов.
   Проектируя на экране изображение двух угольных электродов 6 мм в диаметре, я нашел, что светящиеся концы у них образуют два полюса, имеющих 3,5 мм в диаметре и 3,5 мм в высоту. Таким образом, 38,5 мм2 угольной поверхности достигают той температуры, которая необходима для накала. Но так как ток должен поддерживать на определенной высоте температуру всего объема конусов, тогда как светится только их поверхность, то я подумал, что заменив оба конуса одним цилиндром такого же объема, уменьшив диаметр этого цилиндра и увеличив его длину, я получу более светящуюся поверхность при том же объеме цилиндра и, следовательно, при том же токе. Правда, каждая единица этой поверхности будет давать менее света, так как если, не изменяя объема, увеличить поверхность, то потеря теплоты лучеиспусканием пропорционально увеличится, но сумма света останется та же самая, и ее дробление значительно облегчится".
   Далее, в той же брошюре Лодыгин говорит о том, как он, стремясь уменьшить сгорание угля и руководствуясь известными положениями о том, что охлаждение нагретого тела происходит гораздо скорее в газообразной среде, чем в пустоте, пришел к заключению о необходимости помещать накаливаемый уголь в герметически закупоренный, пустой, прозрачный сосуд. Лодыгин счел весьма желательным увеличить температуру накаливания тела. Признавая, что изготавливаемые им нити не выдерживают сильного накала, Лодыгин предполагает, что, усовершенствовав способы изготовления нити, можно будет лампы накаливания, по экономичности равные дуговым, и высказывает убеждение, что в будущем лампы накаливания станут даже более экономичными источниками света, чем дуговые.
   В 1873 г. Александр Николаевич мог уже публично демонстрировать лампу, по внешней форме напоминающую существующие в наше время многоваттные шаровые лампы.
   В стеклянном шаровом сосуде между двумя массивными медными стержнями помещался стерженек из ретортного угля. Провода, подводившие ток, проходили через металлическую оправу в нижней части лампы. Стеклянный сосуд плотно (герметически) закупоривался. Воздух первоначально из лампы не выкачивался, так как изобретатель предполагал, что находящийся в стеклянном сосуде кислород будет израсходован раньше, чем сгорит весь угольный стержень, и дальнейшего сгорания не будет. Однако опыт показал, что лампа горит всего 30 минут, а затем стержень перегорает. При дальнейшем усовершенствовании ламп воздух из сосуда уже выкачивался.
   Накаливаемый уголь в лампах Лодыгина имел вид то треугольника вершиной вверх, то цилиндрического стержня, расположенного горизонтально. Менялось также устройство оправы ламп, через которую проходили вводы тока, и способы крепления оправ на стеклянном баллоне, однако форма баллона оставалась неизменно круглой. Конструкция ламп, предложенная Лодыгиным, отличалась большой простотой по сравнению с конструкциями, предлагавшимися до него другими изобретателями. Его лампа по виду весьма близко напоминает современные лампы накаливания, и недаром Фонтен в одном труде об электрическом освещении говорил, что лампа Лодыгина явилась соединительной чертой между существовавшими до него конструкциями и современными лампами.
   Одними лабораторными демонстрациями А.Н.Лодыгин не ограничился. Он применил свои лампы для уличного и внутреннего освещения.
   А.Н.Лодыгину принадлежит много изобретений в различных областях техники, но главным из них, создавшим ему имя, было изобретение первой практически пригодной лампы накаливания, что, по видимому, признавалось большинством его современников. Особенно горячо вопрос о приоритете обсуждался в период появления в американской и европейской печати первых, носивших весьма рекламный характер, известий об изобретении Эдисоном лампы накаливания. В известиях американского происхождения неизменно сообщалось об Эдисоне как о "творце" лампы накаливания. Английская пресса утверждала, что настоящим "творцом" является английский изобретатель Сван. Касаясь всех этих сообщений, ведущий мировой электротехнический журнал того времени "La Lumiere Electrique" в 1881 г. сообщал, что электрические лампы накаливания, получившие практическое применение, были изобретены гораздо раньше русским изобретателем Лодыгиным.
   Об изобретении Лодыгина Эдисон мог узнать не только из печати. Сохранилось известие, что близкий к кружку лиц, работавших с Лодыгиным над усовершенствованием лампы накаливания, лейтенант флота А.М.Хотинский, уезжая в Америку, взял несколько образцов, изготовленных в России ламп и показал их Эдисону. Это не могло не оказать влияния на работы последнего в области усовершенствования ламп накаливания. В США Эдисон первый получил патент на свою лампу накаливания в 1879 г. на пятилетний срок. Но еще задолго до истечения этого срока начался ряд процессов, в которых право Эдисона на патент оспаривалось другими изобретателями, в конце концов американский суд вынужден был отказать Эдисону в праве препятствовать другим фирмам и изобретателям изготовлять и выпускать в продажу лампы накаливания.
   Многочисленные судебные процессы, последовавшие за изобретением ламп накаливания Эдисона, Свана, Максима и др., показали, как трудно было установить юридически приоритет на это изобретение. Это наглядно подтверждает тот факт, что над созданием лампы работали многие изобретатели разных стран, каждый из которых вносил свой вклад в ее усовершенствование. А.И.Лодыгин был, несомненно, первым, кто дал лампе накаливания. основанной на всем известном принципе. такую форму, которая позволила применять ее для целей освещения, и одновременно впервые осуществил на практике уличное освещение такими лампами. Что касается Эдисона, то ему и принадлежит несомненная заслуга в технической разработке отдельных элементов лампы накаливания, которая превратилась в надежный и экономичный источник света. Не случайно поэтому первая привилегия на лампы накаливания выдана в России "Товариществу электрического освещения Лодыгина и Ко" на способ и аппараты для дешевого электрического освещения 11 июля 1874г. за N1619, тогда как все последующие привилегии выдавались лишь на усовершенствование ламп.
   Так, русские привилегии "Иностранцу Томасу Альва Эдисону" выданы только в 1881г.: одна N2589 от 24 сентября "На усовершенствование в способах и аппаратах для произведения электрического света" и вторая N2689 от 11 декабря "На усовершенствование в электрических лампах и способ устройства оных". Русская привилегия "Иностранцу Джозефу Уильсону Суану (Свану) на усовершенствования в устройстве электрических ламп" была выдана 27 ноября 1882 г. за N2785.
   А.Н.Лодыгин был активным общественным деятелем. Он отзывался устно (в своих лекциях и выступлениях) и письменно (в многочисленных статьях и брошюрах) на самые разнообразные вопросы жизни.
   Вместе с Яблочковым, Чиколевым и др. он был одним из основателей электротехнического (VI) отдела Русского технического общества. В жизни этого общества он принимал самое деятельное участие. В сохранившихся протоколах заседаний VI отдела непрерывно встречаются сведения о выступлениях Лодыгина. Он был горячим сторонником самостоятельности отдела, выступал всегда против попыток стеснить свободу работы в отделе, от кого бы они не исходили.
   Лодыгин интересовался вопросами профессиональной и, в частности, инженерной этики. Еще в молодые годы в Техническом обществе он горячо выступал с речами на эту тему. Этими же вопросами он продолжал интересоваться и во время своего пребывания в США. Для характеристики Александра Николаевича очень показателен его доклад, сделанный в декабре 1908 г. в Обществе московских электротехников, на тему "Техническое образование и идеалы американских инженеров". В этом докладе Лодыгин касался подготовки американских инженеров к практической деятельности и положения рабочих и инженеров на заводах. Конечно, как большинство русских интеллигентов в то время, Лодыгин сильно идеализирует положение и возможности рабочих и инженеров в США, а также и отношение к ним хозяев. Однако одновременно он подчеркивает и резкое изменение взглядов среднего американца, все больше использующего науку и технику для наживы.
   До 40-х гг., считал Лодыгин, США служили прибежищем для лиц со всякого рода моральными идеалами, превышавшими средний нравственный и идейный уровень толпы.
   После 1840 г., то есть открытия золотых приисков в Калифорнии, начался наплыв в США людей, идеалом которых стала нажива. Проникновение духа наживы и легкой морали в США сильно беспокоило лучших людей, привыкших преклоняться перед другими идеалами. Те моральные правила, которые раньше были неоспоримыми и естественно входили в житейский кодекс, нуждались в подтверждении и подчеркивании. Первыми заметили опасность и вооружились против нее люди профессиональные. Вопросы морали и профессиональной этики поднимались на заседаниях профессиональных и инженерных обществ. Несмотря на то, что в движении принимали участие такие виднейшие люди, как, например, Штеймец, борьба против лозунга "Нажива прежде всего" не привела профессиональную ответственность к победе. К такому выводу приходит Лодыгин.
   Теперь уже все знают, что широкое использование электрического освещения связано с появлением ламп накаливания. В их изобретении заслуга А.Н.Лодыгина неоспорима. Даже в самой современной лампе накаливания осуществляются два основных изобретения Лодыгина: стеклянная колба, из которой удален воздух, и накаливаемая током вольфрамовая нить.
   Благодаря новым достижениям физики современная светотехника в последнее время сделала огромный шаг вперед: вместо явления нагревания проводника током, не позволяющего идти слишком далеко в направлении повышения световой отдачи лампы, применили явление люминесценции, что открывает большие перспективы. Глубокое теоретическое изучение люминесценции, в котором очень важную роль играют исследования советских ученых, главным образом С.И.Вавилова и его школы, позволяет промышленности непрерывно улучшать качество люминесцентных ламп. Однако для большого числа применений лампы накаливания остаются наиболее удобным источником света.
  

Владимир Николаевич ЧИКОЛЕВ (1845-1898)

  
   Владимир Николаевич Чиколев родился 15 августа 1845 г. в с. Пески Смоленской губернии. После домашней подготовки он был помещен для получения образования в Александровский сиротский кадетский корпус в Москве. По окончании курса в корпусе он перешел в Московское Александровское военное училище, но в 1863 г. вышел из училища, не закончив его и не получив офицерского звания. Причиной была неудовлетворенность преподаванием в училище таких отраслей науки, как физика и электротехника.
   Для изучения физики Чиколев поступил вольнослушателем на физико-математический факультет Московского университета. По окончании университета в 1867 г. будущий ученый поступил лаборантом по физике к профессору Цветкову в Петровскую земледельческую академию. В 1870 г. он вновь на работе в Московском техническом училище. В 1867 г. Чиколев выпускает свою первую книгу под названием "Руководство к приготовлению и сжиганию фейерверков".
   Работая в Техническом училище, Чиколев отдавал много времени изобретательской деятельности. Он разработал электрический привод для швейных машин, сконструировал электродвигатель и сделал некоторые улучшения существовавших гальванических элементов. Из Москвы Чиколев переезжает в Петербург и в 1876 г. поступает на службу в военное ведомство на скромную должность делопроизводителя в только что организованном электротехническом отделе Главного артиллерийского управления, где служит до самой смерти.
  
   Тесная Многолетняя связь Чиколева с артиллерийским ведомством не могла не отразиться на его творчестве и направлении его деятельности. Чиколева особенно занимали вопросы, имеющие отношение или к артиллерии, или к применению электротехники в артиллерийских мастерских. Словом, на деятельность Владимира Николаевича оказывали влияние окружающие условия.
   Все работы по освещению были вызваны борьбой сторонников газового освещения против сторонников электрического освещения, начавшейся сразу же после появления свечи Яблочкова. Успех свечи при опытах освещения набережной р.Темзы в Лондоне породил опасения могущественных английских газовых компаний, которые применяли все средства для дискредитирования нового способа освещения: все неудачи, неизбежные при новизне дела, преувеличивались, раздувались в многочисленных статьях в общей и специальной прессе, описывались целые воображаемые катастрофы, к которым может привести применение электрического освещения. Рядом с серьезными техническими и экономическими соображениями печатались и чисто обывательские мнения и предположения. Споры приняли такой характер, что английский парламент должен был в 1879 г. организовать особую полномочную комиссию для рассмотрения вопроса о допустимости широкого использования электрической энергии, в частности для освещения. Выводы комиссии, в которой, наряду с парламентскими деятелями, принимали участие выдающиеся английские ученые, оказались вполне благоприятными для электрического освещения.
   Однако это не ослабило оппозиции газовых обществ, особенно усилившейся и принявшей уже международный характер после появления ламп накаливания Эдисона и Свана.
   Отклики этой противоэлектрической компании докатились до России и стали тормозить и без того слабое у нас развитие электрического освещения. В частности, в Петербурге влияние поднятой кампании против электрического освещения сказалось при обсуждении в Городской Думе вопросов об освещении улиц, площадей и мостов. С большим трудом пионеры электрического освещения добивались разрешения устраивать для демонстрации хотя бы пробное освещение улиц и площадей Петербурга.
   Так, на короткое время устанавливалось опытное освещение лампами Лодыгина, затем свечами Яблочкова, применить которые предложил Чиколев, несмотря на то, что его дифференциальные лампы уже существовали.
   Для того, чтобы опытное освещение могло дать убедительные результаты, необходимо было произвести ряд экономических и светотехнических исследований. За эти исследования и взялся Чиколев, который в то же время для осведомления интересующихся стал читать в Русском техническом обществе ряд лекций на тему: "Сравнение истории освещения: газового и электрического". Они были напечатаны в 1880 г. в первых номерах только что начавшего выходить журнала "Электричество".
   В первой лекции Чиколев указывает, что все искусственные источники света: свечи, масла, газ, нефть и т.п. основаны на горении, на потреблении кислорода из воздуха и, кроме того, в процессе горения наполняют воздух газами, иногда не безвредными для дыхания. Поэтому во всех помещениях, освещенных такими источниками, идет постоянная конкуренция между ними и людьми: и те и другие энергично уничтожают часто ограниченный запас кислорода. Электрический свет, доказывал Чиколев, есть единственный источник, введение которого в наши жилища не только не представляет неприятного и тяжелого соседства, но, наоборот, по сходству этого света с солнечным, по его богатству химическими лучами света, он способен действовать на людей и на растения так же живительно, как и солнечный.
   Интересные мысли высказывает Чиколев относительно сжигания угля на электрических "центральных заводах" и использования для получения электрической энергии водных сил и ветра. Ветряные двигатели, поставленные на площади какого-нибудь Канонерского острова, считал он, не только могли бы заменить электричеством всякое другое освещение во всем Петербурге, но и дать достаточную электродвигательную работу для всех мелких мастерских города. Он был убежден, что люди перестанут жечь уголь для передвижения поездов железных дорог, а попросят солнце принять на себя этот почетный труд.
   К вопросу о сжигании угля для паровых двигателей, вращающих динамо-машины, Чиколев возвращается в своих трудах несколько раз, показывая, что теоретически выгоднее употребить уголь для получения цинка с тем, чтобы использовать его затем в гальванических батареях и от них получать уже электрическую энергию, чем сжигать его под котлами.
   Вопрос о непосредственном получении электрической энергии из угля без участия каких-либо механических двигателей и динамомашин очень интересовал В.Н.Чиколева. По-видимому, этот вопрос оказался очень актуальным и в его время. Как известно, П.Н.Яблочков в последние годы своей жизни отдался целиком изысканиям в этом направлении, изобретая новые типы элементов с сильно окисляющимися металлами и дешевыми окислителями, в частности кислородом воздуха.
   К сожалению, ни тот, ни другой из наших изобретателей и ни один из работавших над этим вопросом после них, вплоть до настоящего времени, поставленную перед собой задачуполностью не решили, и электромашинный генератор является до сих пор наиболее надежным и достаточно мощным для практических целей источником электрического тока.
   На основании приобретенного опыта Чиколев написал работу под названием "Об электрическом освещении улиц, мостов и площадей", в которой он дает ряд указаний относительно графических методов расчета и приводит нужные формулы. Этот труд, очень ценный для своего времени, является одним из первых трудов такого рода в мировой литературе.
   Вся деятельность В.Н.Чиколева показывает, что у него было чрезвычайно сильное стремление сделать доступными для широких масс свои идеи и мысли. За свою жизнь он написал весьма большое количество всякого рода статей по разным электротехническим вопросам, несколько брошюр и даже довольно объемистый полу беллетристический труд, которому он дал характерное название "Не быль, но и не выдумка", посвященный популяризации известных в его время применений электричества, а также тех его применений, которые, по мнению Владимира Николаевича, должны появиться в будущем.
   В другом таком же полу беллетристическом произведении "Чудеса техники и электричества" Чиколев описывает посещение им воображаемого любителя и знатока электротехники, осуществившего у себя в доме и в хозяйстве принцип электрификации.
   В наше время брошюра Чиколева показалась бы более чем наивной, в в 80-е гг. прошлого века она блистала новизной идей. Для нас интересно теперь не содержание брошюры, но отношение автора к некоторым энергетическим и электротехническим вопросам электрификации сельского хозяйства и сельскохозяйственного быта. В воображаемом имении все электрифицировано: сельскохозяйственные работы, освещение, отопление. Источником энергии служат четыре ветряных двигателя, вращающих динамомашины, питающие аккумуляторные батареи. Хозяин имения рассказывает посетителям об экономичности такого решения вопроса, делая денежные подсчеты, о гигиеничности освещения и отопления, показывая, например, загрязненные обои в комнатах, освещенных керосиновыми лампами, и чистые - в комнатах с электрическим освещением, и т.п. В брошюре отражается то значение, которое придавал Чиколев аккумуляторам: он видел в них средства к наполнению электрической энергией и регулировке ее потребления. В аккумуляторах Чиколев видел также возможность применения электрической энергии для транспорта, в частности, водного. Он предлагал читателям представить лодку, в которой вместилось свободно 40 пассажиров, и притом на палубе ничего не было, кроме ручки руля. Здесь нет ни мачт, ни дымовой трубы, ни поджаривающего вас сбоку или спереди котла, ни гремящей или брызгающей салом паровой машины, ни грязных машинистов, ни угольной пыли; на всей лодке прислуги - один рулевой. Под палубой помещается батарея из 80 аккумуляторов. Найдется много случаев, считал ученый, когда расход на двигательную силу при аккумуляторах будет дешевле, чем при работе паром. Представьте себе, предлагал он, что около некоторых главных пристаней вместо безобразных барок с запасами каменного угля стоят гидромоторы. Ягна, которые с помощью течения Невы заряжают аккумуляторы для пристающих пароходов. При этих условиях, помимо блистательных финансовых результатов, насколько выиграют пассажиры и город от отсутствия дыма, грязи и всех иных "прелестей".
   Деятельность Владимира Николаевича, как изобретателя, не была столь яркой, как деятельность его сверстников А.Н.Лодыгина и П.Н.Яблочкова, тем не менее, она оставила в истории развития русской электротехники глубокий след. В своей деятельности Чиколев всегда широко охватывал самые актуальные вопросы современности и старался давать им решения. Но особенно остро он чувствовал необходимость коллективной работы, участия в работе широкой общественности.
   Вместе с тем он ясно понимал роль передовой науки в процессе развития техники и считал необходимым поддерживать между ними самую тесную связь. Лучше всего его убеждения выражены в одном из его произведений, свободный пересказ которого будет выглядеть следующим образом.
   Пути для достижения великих по последствиям результатов - ясны; число рук, энергично поднявшихся на работу по одному пути, нужно уже считать не десятками, а сотнями, и даже тысячами; новые известия об успехах, часто поразительных, появляются ежедневно; что вчера было знаком вопросительным - сегодня есть знак восклицания. Можно ли сомневаться, что при таких условиях самые настоятельные желания не замедлят со своим осуществлением. Благо тем, кто вовремя примкнет к прогрессу; напрасная трата энергии и посрамление будут уделом тех, кто пойдет против неодолимой силы течения. Ожидаемый прогресс ускорится тем более, чем менее техники будут закрывать глаза перед несовершенствами практикующихся способов; будут более руководствоваться в своих трудах непогрешимыми принципами науки, а не случайными прихотями фантазии. Наконец, самым сильным, самым действительным пособником прогресса всегда и везде будет интерес, сочувствие и поддержка общества; без этого последнего условия и все другие теряют свою силу и значение.
  

2.3. Из истории электрического освещения в России и на Украине

  
   Электрический свет для наружного освещения впервые был использован в 1856 г. во время торжеств по случаю коронования императора Александра II. Русский изобретатель Шпаковский зажег десять "электрических солнц" на Кремлевских башнях. Это были мощные, но быстро сгорающие дуговые лампы. Электрическое сияние осветило вновь Кремлевские башни в дни следующей коронации в 1883 г. На башнях Кремля были размещены 8 больших и 10 малых "солнц". Площадь вокруг храма Спасителя освещалась 32 дуговыми лампами. С этого момента торжество электрического света было обеспечено. В это же время возникает "Общество 1886 г.", которое делает первые практические шаги в области электрификации. Московская городская Дума передает ему подряд на создание уличного освещения и в 1895 г. был заключен контракт до 1920 г.
   В 1924 г. уже действовало 8800 фонарей, в 1932 г. было освещено большинство улиц, а в 1933 г. московское освещение было полностью электрифицировано. Перед войной магистрали столицы освещались 40 812 светильниками. И все они в 1941 г. в июле погасли. 30 апреля 1945 г. закончилось четырехлетнее затмение. Довоенный уровень освещения был достигнут к началу 1947 г. В 1955 г. на улицах Москвы были впервые установлены люминесцентные лампы, а в 1975 г. появилось новое поколение ламп - натриевых, световая отдача которых в два раза выше, чем у ртутных.
   Невский проспект Санкт-Петербурга - первая российская улица, на которой было установлено электрическое освещение.
   Основным электрическим источником света являлась электродуговая лампа, запатентованная Яблочковым в 1876 г. С этого года "русский свет" начал свой триумф в Париже. В самой же России "свеча Яблочкова" загорелась впервые только в 1880 г. Лампа накаливания, изобретенная Лодыгиным двумя годами ранее дуговой, горела пока не ярче газового пламени.
   Первое в России уличное освещение состояло из 32 электрических ламп силой света не менее 1500 свечей (300 ватт) каждая - по Невскому проспекту, от Аничкова моста до ул. Большой Морской. Центральная станция была установлена на реке Мойке. Для этой цели у Литейного моста отшвартовали баржу, на которой размещались динамомашины, паровая машина и управляющая аппаратура, а кабели были переброшены на берег по воздуху. Четыре кабеля, каждый от своей динамомашины, питали четыре независимых цепи по восемь ламп. 16 января во время бала в Зимнем Дворце Невский проспект был освещен до трех часов ночи. С 30 декабря 1883 г. на Невском проспекте горят электрические фонари.
   История электрического освещения Киева начинается с 1887 г. В 1888 г. электрические фонари были установлены в саду Шато-де-Флер. В 1889 г. объявляется конкурс на проект электрического освещения центра города, а в следующем году городская управа заключает договор с компанией "Савицкий и Страус", которая обязуется установить и содержать 14 фонарей посредине Крещатинской улицы, начиная от дома Зайцева до Бессарабской площади, и один фонарь у театрального подъезда.
   Уличные фонари подвешивались на деревянных столбах. На каждом из них висели два светильника: электрический и керосиновый. В полночь ток "вырубался", а керосиновые фонари зажигались.
   К концу столетия на улицах было установлено 400 электрических фонарей. Перед первой мировой войной число электрических светильников не превышало 1000. Вдвое больше было газовых фонарей, почти втрое керосиновых. Значительная часть улиц вообще не освещалась. Уличное освещение Киева полностью реконструировалось после установления советской власти. К концу 1926 г. киевские улицы, раньше московских, полностью освободились от газовых и керосиновых фонарей.
   Электрическое освещение в Одессе впервые появилось в 1880г., когда инженер Гренберг поставил на Николаевском (ныне Приморском) бульваре десять фонарей. Однако уже в 1884 г. электричеством освещалась выставка общества сельского хозяйства юга России. Весь Александровский парк (парк Шевченко) был залит светом 26 дуговых и 450 ламп накаливания. В 1886 г. было решено соорудить электростанцию, которую удалили на 2,5 км на окраину города. Работала станция от четырех паровых котлов мощностью всего в 160 квт. И вот 1 октября 1887 г. залитый светом Одесский оперный театр приготовился встретить первых зрителей. В Одессе была построена первая в стране и четвертая в мире электростанция переменного тока с применением трансформаторов. Одесса также стала первым в России городом, порт которого имел собственную электростанцию и разветвленную сеть освещения. В 1888 г. в виде эксперимента на Карантинном молу установили шесть дуговых фонарей, ток для которых подавался через трансформаторы от центральной электростанции.
   Русская армия и флот были в то время передовыми в отношении применения электричества для военных целей. Именно в учреждениях военно-морского флота электрические лампы наших изобретателей Яблочкова и Лодыгина были встречены с наибольшим интересом. Это видно хотя бы из следующих цифр: во всей России было установлено всего около 500 фонарей со свечами Яблочкова. Из них больше половины были установлены на заводах военного и военно-морского ведомства и на военных судах; на одном Кронштадтском пароходном заводе было установлено 112 фонарей, на яхте "Ливадия" - 48 фонарей, на других судах флота - 60 фонарей и т.д., в то же время установки для освещения улиц, площадей, воклазов, садов и т.п. имели каждая не более 10-15 фонарей.
   При участии морского и военного ведомства Б.С.Якоби производил свои опыты над электродвижением бота. Якоби и Шиллинг при содействии тех же ведомств разрабатывали мины с электрическими взрывателями. Наши артиллеристы, саперы и моряки первыми начали широко применять электрическое освещение, в частности для боевых целей. По свидетельству английских специалистов в турецкую войну 1877-1878 гг. русские войска и флот могли успешно защищать побережье Черного моря в значительной степени благодаря применению электрических прожекторов. Естественно, в дальнейшем интенсивность применения электрического освещения в стране нарастала и ныне никто не мыслит свое существование без "лампочки".
  

2.4. На пути к современной электротехнике.

М.О.Доливо-Добровольский (1862-1919)

  
   Михаил Осипович Доливо-Добровольский родился в Петербурге в 1862 году. В связи с переездом его семьи в Одессу, начальное образование он получил в Одесском реальном училище.
   Революционные события 70-х годов прошлого века в России не могли не оказать влияния на живого восприимчивого мальчика. Поэтому неудивительно, что, когда Михаил Осипович по окончании курса в Одесском реальном училище поступил в Рижский политехнический институт, то весьма скоро за участие в политических выступлениях студентов был исключен из него. Оканчивать свое инженерное образование ему пришлось уже за границей, в Германии, в высшем техническом училище г. Дармштадта.
   И высшей школе, и в первые годы после ее окончания Доливо-Добровольский особенно интересовался электрохимией. В этой области электротехники и были сделаны первые его работы, обратившие на молодого русского инженера внимание немецких профессоров. М.О. Доливо-Добровольский был оставлен при институте ассистентом. Здесь началась его научная деятельность. Впоследствии он поступил на службу в немецкую Всеобщую компанию электричества, в которой и протекала вся его последующая деятельность. Находясь в этой компании, Доливо-Добровольский выполнял свои знаменитые работы по трехфазному току, которые принесли мировую известность автору и произвели переворот в технике использования и передаче электрической энергии.
   Внимание Михаила Осиповича не долго сосредоточивается на электрохимии. Работая на электротехнических заводах, Доливо-Добровольский стал заниматься вопросами электротехнических измерений; в частности, он разработал особый вид электромагнитных амперметров и вольтметров, которые очень широко применялись для измерений как постоянного, так и переменного тока. Позже он применял для устройства измерений принцип двигателя с вращающимся магнитным полем переменного тока. На этом принципе устроены все его фазометры и частотомеры.
   В то время как в Америке электротехник Тесла и его сотрудники пытались усовершенствовать двухфазную систему, в Европе была разработана более совершенная электрическая система - трехфазная.
   Немецкий инженер Ф.Хазельвандер подошел к трехфазной системе с тех позиций, что коллектор у генератора и двигателя постоянного тока выполняет взаимообратные функции и решил его устранить. Однако Хазельвандер не сумел увидеть всех возможностей новой системы и создать пригодные для практики конструкции машин.
   Наибольших успехов в развитии многофазных систем добился М.О. Доливо-Добровольский, который по праву считается основоположником трехфазной техники.
   Сначала он решил сделать вращающееся поле по методу Феррариса и поместить в него короткозамкнутый якорь малого сопротивления, что и явилось толчком к изобретению электродвигателя многофазного тока с ничтожным скольжением. Так Доливо-Добровольский пришел к выводу о нецелесообразности изготовления обмотки ротора с таким небольшим сопротивлением, при котором ротор имел бы скорость скольжения около 50%.
   Первым важным шагом Доливо-Добровольского было изобретение ротора с обмоткой в виде беличьей клетки. Патент, заявленный в 1889 г., закрепил за Доливо-Добровольским изобретение этого ротора, т.е. такой его конструкции, которая в принципе в том же виде сохранилась и до нашего времени.
   Важнейшим этапом в трудах Доливо-Добровольского явилась замена двухфазной системы трехфазной. В результате исследований различных схем обмоток он сделал ответвление от трех равноотстоящих различных точек якоря машин постоянного тока. Таким образом были получены токи с разностью фаз 120. Сохранив в этой машине коллектор, можно было использовать ее в качестве одноякорного преобразователя. Таким путем была найдена связанная трехфазная система, которая отличается тем, что требует для передачи и распределения электроэнергии только три провода. Дальнейшее увеличение числа фаз привело бы к некоторому улучшению использования электрических машин, но вызвало бы соответствующее увеличение числа линейных проводов. Таким образом, трехфазная система электрических токов является оптимальной.
   Весной 1889 г. был построен первый трехфазный асинхронный электродвигатель мощностью около 100 Вт. Этот двигатель питался током от трехфазного одноякорного преобразователя и при испытании показал вполне удовлетворительные результаты. Важное достижение Доливо-Добровольского - отказ от выполнения электродвигателя с выступающими полюсами и распределение обмотки статора по всей его окружности, благодаря чему значительно уменьшилось магнитное рассеяние по сравнению с двигателями Теслы. Доливо-Добровольский внес еще одно усовершенствование: кольцевой тип обмотки статора был заменен барабанами. После этого асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором приобрел почти современный вид.
   М.О. Доливо-Добровольский в 1890 г. изготовил двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью примерно 3,7 кВт и при первом же испытании установил значительное ухудшение пусковых свойств. Причина этого заключалась в том, что короткозамкнутый ротор был "слишком замкнут накоротко". Анализ возникновения затруднений привел к созданию так называемого фазного ротора, обмотка которого делается подобно обмотке статора трехфазной и концы которой соединяются с тремя кольцами, насаженными на вал. Но фазный ротор требовал устройства на валу двигателя контактных колец, а это рассматривалось многими электротехниками как недостаток по сравнению с короткозамкнутым ротором, не имевшим никаких трущихся контактов. Однако с этим недостатком пришлось смириться, и такие двигатели применяются в промышленности до настоящего времени.
   Генеральным испытанием трехфазной системы явилась Лауфен-Франкфуртская экспериментальная электропередача. Этот выдающийся для своего времени эксперимент был приурочен к Международной электротехнической выставке и Международному конгрессу электротехников, которые проводились во Франкфурте-на-Майне (Германия).
   Организаторы Франкфуртской выставки по инициативе видного немецкого ученого электротехника О.фон Миллера предложили фирме АЕГ, в которой в то время работал Доливо-Добровольский, передать посредством электричества энергию водопада на реке Неккор (близ местечка Лауфен) на территорию выставки во Франкфурт. Расстояние между этими двумя пунктами 170 км. В Лауфене в распоряжение строителей передачи выделялась турбина, дававшая полезную мощность около 300 л.с.
   До этого времени дальность электропередачи, не считая нескольких опытных установок, не превышала 15 км, и ряд компетентных специалистов полагали, что КПД установки может оказаться ниже 50%. В августе 1891 г. на выставке впервые зажглась тысяча ламп накаливания, питаемых током от Лауфенской гидростанции; 12 сентября того же года двигатель Доливо-Добровольского привел в действие декоративный водопад. Налицо была своеобразная энергетическая цепь: небольшой искусственный водопад приводился в действие энергией естественного водопада, отдаленного от первого на 170 км. Проблема передачи энергии на большие расстояния была решена.
   Что же собой представляла эта первая трехфазная линия? На ГЭС в Лауфене энергия, развиваемая турбиной, передавалась через коническую зубчатую передачу на вал трехфазного синхронного генератора (230 кВт, 150 об/мин, 0,5 кВ, соединение обмоток в звезду). От генератора медные шины вели к распределительному щиту. На последнем были установлены амперметры и вольтметры, свинцовые предохранители и максимально-минимальные токовые реле, воздействовавшие на цепь возбуждения.
   В Лауфене и Франкфурте находилось по три трехфазных трансформатора с призматической формой магнитопровода. В начале испытаний на каждом конце линии было включено по одному трансформатору мощностью 150 кВт каждый, с коэффициентами трансформации 154 в Лауфене и 116 во Франкфурте. Поскольку приборов для измерения высокого напряжения не было, величину вторичного напряжения определяли простым умножением первичного напряжения на коэффициент трансформации. Трансформаторы были погружены в баки, наполненные маслом.
   Трехпроводная линия была проведена на деревянных опорах cо средним пролетом 60м. Медный провод диаметром 4 мм крепился на штыревых фарфорово-масляных изоляторах. Интересной деталью линии являлось устройство плавких предохранителей со стороны высокого напряжения. В начале линии в разрыв каждого провода был включен участок длиной 2,5 м, состоявший из двух медных проволок диаметром 0,15 мм каждая. Для отключения линии во Франкфурте посредством простого приспособления устраивалось трехфазное короткое замыкание, плавкие вставки перегорали, турбина начинала развивать большую скорость, и машинист, заметив это , останавливал ее.
  
   На выставочной площади во Франкфурте был установлен понижающий трансформатор, от которого при напряжении 65В питались 1000 ламп накаливания, расположенных на огромном щите. Здесь же был установлен трехфазный асинхронный двигатель Доливо-Добровольского, приводивший в действие гидравлический насос мощностью 100 л.с. Одновременно с этим мощным двигателем Доливо-Добровольский экспонировал асинхронный трехфазный двигатель мощностью 100 Вт с вентилятором на его валу и двигатель мощностью 1,5 кВт с сидящим на его валу генератором постоянного тока, последний питал лампы накаливания.
   Испытания электропередачи, которые проводились Международной комиссией, дали следующие результаты: минимальный КПД электропередачи (отношение мощности на вторичных зажимах трансформатора во Франкфукте к мощности на валу турбины в Лауфене) -- 68,5%, максимальный КПД - 75,2% линейное напряжение при испытаниях составляло около 15 кВ.
   Электропередача Лауфен-Франкфурт подвела итог исследованиям в области многофазных токов. Трехфазная система была блестяще продемонстрирована представителям многих стран мира. Так, из всех возможных многофазных систем выбор был сделан в пользу системы трехфазной. Результаты Лауфен-Франкфуртской передачи открыли этому роду тока широкий путь в промышленность, что составило подлинный триумф изобретения М.О. Доливо-Дорбровольского .
  

2.5. От изобретений в электротехнике - к предпринимательской деятельности.

Т.А.Эдисон

  
   Из зарубежных электротехников хотелось бы выделить Т.А.Эдисона, чья активная изобретательская и коммерческая деятельность во многом способствовали электрификации промышленного производства и быта людей.
  

Томас Альва ЭДИСОН (1847-1931)

  
   Эдисон Томас Альва - американский электротехник, изобретатель, основатель крупных электротехнических предприятий и компаний. Родился в г.Майлане (штат Огайо) в семье голландских эмигрантов. Получив начальное образование, в 12 лет начал работать разносчиком газет на железной дороге, а затем телеграфистом. Прослужив несколько лет в различных городах США, Эдисон в 1868 г. поселился в Бостоне, затем жил в г.Нью-Йорке (штат Нью-Джерси), где занялся исключительно изобретательством. В этот период он сконструировал автоматический счетчик голосов, прибор для передачи на расстояние телеграфными методами биржевых курсов, мимеограф, электрическое перо, усовершенствовал пишущую машинку. В это же время Эдисоном были начаты работы по многократной телеграфии - двуплексная и квадруплексная системы. В Нью-Йорке Эдисон организовал мастерские, в которых изготовлялись изобретенные им аппараты. В 1876г. Эдисон переехал в Менло-Парк, где создал более крупную лабораторию с мастерскими. Здесь протекала его деятельность в течение 11 лет - до 1887г. Наиболее важные работы Эдисона за этот период - усовершенствование телефона Белла путем введения его в схему индукционной катушки и угольного микрофона, отчего громкость и четкость передачи возросли; изобретение дионографа (1877) и его усовершенствование; усовершенствование ламп накаливания (1879); разработка системы освещения. Эдисон изобрел патрон и уголь к винтовой нарезке ("нарезке Эдисона") для ламп, предохранитель с плавкими вставками, поворотный выключатель, электрический счетчик и другие приборы для эксплуатации электрического освещения. Эдисон ввел в практику параллельное включение ламп, предложил трехпроводную систему канализации постоянного тока. Он сконструировал самые мощные для своего времени генераторы, в 1882 г. пустил в эксплуатацию первую в мире электрическую станцию общественного пользования (в Нью-Йорке на Перл-Стрит). К этому же периоду относятся опыты Эдисона по электрификации железных дорог, по проблеме магнитной сепарации руды и др.
   К концу 1860 г. Эдисон осуществил большие коммерческие операции по эксплуатации построенных им электростанций в США и в Европе, по производству и продаже различных электрических приборов, аппаратов и машин, по изготовлению и продаже ламп накаливания. С 1887 г. до конца своей жизни он прожил в Уэст-Орландже, располагая большими материальными средствами и владея крупными предприятиями в США и в Европе. В этот период Эдисон усовершенствовал фонограф (1889), заменив в нем окованную фольгу вощеным деревянным цилиндром; изобрел железнодорожный тормоз (1887), в котором токи Фуко действуют на медные диски и вызывают торможение; построил щелочные железнодорожные аккумуляторы; изобрел кинескоп, телескриб (диктовальная машина), аппарат для записи телефонных разговоров. Он усовершенствовал кинематографическую камеру, разработал методы брикетирования рудной мелочи, методы строительства литых бетонных домов, производства цемента и др.
   В 1883 г. Эдисон при исследовании причин почернения ламп накаливания обнаружил физическое явление ("эффект Эдисона"), заключающееся в том, что между накаленной нитью лампы и соединенным с положительным полюсом патрона, включенным в лампу третьим электродом, обнаруживается ток. Это было первое в истории техники наблюдение явления термоэлектронной эмиссии.
   Изобретения и предпринимательская деятельность Эдисона в значительной мере содействовали внедрению электрических устройств в практику.
  

2.6. Общая история открытий в электротехнике Х1Х в.

  
   В начале Х1Х века объем знаний об электричестве и магнетизме был настолько ограничен, что все попытки применить электрическую энергию для практических целей не могли иметь заметного прогресса. Лишь значительные успехи в изучении электрических и магнитных явлений, сделанные в первой половине Х1Х века, позволили во второй его половине развить его применение и к началу ХХ века довести электротехнику до такого широкого развития, которое мы видим сейчас и которое продолжается непрерывно.
   Широкому применению электроэнергии для практический целей долгое время больше всего мешало отсутствие экономичного, надежного и удобного генератора электрической энергии. Все усовершенствования вольтова столбца, превратившегося постепенно в батареи гальванических элементов возможных типов, тоже не оказались пригодными для целей электротехники. Батареи, более или менее пригодные для практического применения, были очень громоздки и дороги, требовали сложного обслуживания и работали с недостаточно большим КПД, расходуя при этом дорогостоящий цинк. Все попытки изготовить гальванические элементы для широкого практического использования положительных результатов не дали. Надежды, возлагавшиеся на термоэлектрические батареи, тоже не оправдались. Несмотря на остроумие изобретателей, которых пленяла заманчивая мысль добиться, используя термоэлектрические явления, непосредственного превращения тепловой энергии в электрическую, мысль эта не получила удовлетворительного решения. Работа термоэлементов оказалась столь неэкономичной, необходимое число элементов для получения нужного напряжения столь большим, что ни одно из многочисленных разнообразных предложений не получило применения в сколько-нибудь больших установках. Применение термоэлектрических батарей оказалось возможным только для мелких производств: золочения, серебрения, никелирования, гальванопластики и т.п., а также в телеграфии, да и то лишь до времени, пока широкая электрификация не дала возможности с большими удобствами и за более дешевую цену пользоваться электрическим током, получаемым от центральных электрических станций. Но эти станции могли появиться только тогда, когда были изобретены электрические генераторы, основанные на явлении электромагнитной индукции.
   Такие генераторы решали основную задачу - задачу получения электрической энергии в достаточных количествах и в приемлемых условиях, позволяя применять для своего вращения любые двигатели - паровые, водяные, газовые, нефтяные и др., допуская использование и превращение в электрическую энергию всех видов энергии, получаемых от природных энергетических ресурсов. Нужно было только найти для первичных двигателей и для электрических генераторов рациональную конструкцию и форму. Поисками этих конструкций занимались инженеры и изобретатели Х1Х века и продолжатели их дела в ХХ веке. Совершенствование конструкций как электрических генераторов, так и паровых, водяных и других двигателей, необходимых для вращения генераторов, пошло быстро. Этому способствовали и научные достижения как в области физики, так и в области техники, полученные в те периоды времени.
   Первые электрические генераторы были машинами небольшой мощности, разнообразной конструкции, магнитное поле которых создавалось постоянными магнитами. КПД их был весьма невелик. Как правило, эти генераторы давали переменный или пульсирующий ток, однако они стали быстрее совершенствоваться. Постоянные стальные магниты были заменены электромагнитами, был открыт принцип самовозбуждения; придуманы разные способы включения намагничивающих обмоток (последовательное, параллельное), отвечающие требованиям различных условий работы генераторов, и наконец, Пачинотти и Граммом был изобретен кольцевой якорь с коллектором, позволивший получать от генераторов, основанных на принципе электромагнитной индукции, постоянный ток такой же, какой раньше получали от гальванических батарей. Изобретение коллектора имело исключительно большое значение, так как позволило получить от машин тот ток, с которым умели уже обращаться, который умели применять.
   Со времени изобретения вольтова столба и затем постепенного усовершенствования гальванических элементов на практике применялся только постоянный ток. Для него были установлены законы, его научились измерять и т.д. Между тем, все электрические машины до изобретения Грамма давали переменный или пульсирующий ток. Это обстоятельство сильно препятствовало распространению применения электрической энергии. Изобретение коллектора устранило это затруднение, и применение электрического тока стало быстро расширяться. Этому способствовало и то, что был использован принцип обратимости электрических машин постоянного тока, т.е. был создан электродвигатель постоянного тока. Это дало возможность еще больше расширить область применения электрического тока, т.е. развить электротехнику.
   Однако, правильному развитию электрического машиностроения очень мешал недостаток сведений о магнитных свойствах железа, стали, чугуна и зависимости этих свойств от степени намагничивания, а также недостаток сведений о влиянии магнетизма на свойства машин. Понятие о магнитном потоке было уже установлено Фарадеем, но рассчитывать величину потока в зависимости от тока, применяемого для намагничивания, от размеров магнитных сердечников, от свойств примененного магнитного материала не умели.
   Все эти вопросы были решены после целого ряда исследований, произведенных физиками и электриками и, в первую очередь, - Ленцем, Якоби, Столетовым, Гопкинсоном и другими - над магнитными свойствами железа в разных видах и способами измерений этих свойств, особенно после установления "закона магнитной цепи" и введения понятий о магнитодвижущей силе и магнитном сопротивлении. Для теории электрических машин открытие этого закона имело громадное значение. Можно сказать, что лишь после появления этого закона началось создание той теории машин, которая позволила начать рационализацию конструкций электрических машин и двигателей. До установления закона магнитной цепи изобретатели работали ощупью, с открытием же этого закона последовали быстрые успехи в отрасли электрического машиностроения. До того, как был открыт этот закон, особенности конструкции динамо-машин, выставлявшихся их изобретателями как особенно полезные, часто на деле оказывались наиболее неудачными. Так, например, тонкие высокие сердечники первых машин Эдисона, которые этот изобретатель считал особым достоинством своих машин, в действительности оказались самой неудачной их частью. Знание закона магнитной цепи позволило в дальнейшем избегать таких ошибок.
   Над изобретением генераторов и электродвигателей трудился целый ряд ученых и техников. Среди них надо отметить академика Б.С.Якоби, построившего первый электродвигатель, который, получая ток от гальванической батареи, мог двигать лодку по Неве против течения с большой скоростью.
   С трудами Ленца и Якоби было внесено много ясности в теорию электрических машин и был установлен целый ряд их свойств. Как уже отмечалось, Ленцем был впервые найден принцип "обратимости машин", т.е. способности электрических машин работать в качестве как генераторов, так и электродвигателей. В дальнейшем над электрическими машинами работал П.Н.Яблочков, предложивший оригинальные конструкции машин постоянного и переменного тока и участвовавший в создании на заводе Грамма в Париже первого генератора переменного тока, специально изготовленного для питания электрических свечей. Были у нас и другие изобретатели электрических машин (Полешко, Клименко, Лачинов и др.), но уровень развития электропромышленности в России в то время был таков, что их изобретения не могли осуществляться.
   Появление генераторов электрического тока, превращавших механическую энергию в электрическую и дававших возможность получать достаточно дешевый электрический ток, создало необходимые предпосылки для развития практического применения электрического тока.
   Одно из них - для освещения - возникло сначала на основе использования открытого В.В.Петровым светового явления, получившего впоследствии название "вольтовой или электрической дуги"(дуговые лампы), а затем на основе изученного Ленцем и Джоулем явления нагревания проводника проходящим по нему током (лампа накаливания). Таким образом, в открытии и изучении явлений, на основе которых возникла осветительная техника Х1Х века, большая заслуга принадлежит русским ученым. Русскими изобретателями были найдены и первые наиболее реальные способы использования этих явлений для устройства электрических источников света - П.Н.Яблочковым для устройства дуговой лампы, получившей название "свечи Яблочкова", и А.Н.Лодыгиным для устройства лампы с накаливаемым светящимся проводником, получившей название "лампы накаливания".
   До появления свечи Яблочкова и лампы накаливания Лодыгина делались многочисленные попытки создания надежных и практически пригодных электрических источников света, но все они заканчивались неудачей. Важнейшие пути развития техники электрического освещения показали русский электротехники и, идя по указанному пути , эта отрасль в руках талантливых изобретателей мира, в том числе и русских изобретателей, быстро достигла большого совершенства. Рост применения свечи Яблочкова и возникшая отсюда необходимость питать возможно большее число свечей от одного общего генератора электрического тока привели также П.Н.Яблочкова к изобретению прибора, который он назвал индукционной катушкой и который впоследствии получил название трансформатора переменного тока. Каких результатов можно было добиться при помощи рационального применения подобных трансформаторов, впервые показал на Московской промышленной выставке 1882 г. сотрудник профессора Столетова, механик Московского университета И.Ф.Усагин.
   Индукционные катушки Яблочкова представляли собой трансформатор с разомкнутой магнитной системой. В 1834 г. английские электротехники братья Гопкинсоны получили патент на индукционную катушку с замкнутой магнитной катушкой. Промышленный тип трансформаторов однофазного переменного тока с замкнутой магнитной системой был создан венгерскими инженерами Диперновским, Дери, Блати в 1886 г. Трансформаторы не получили распространения в эпоху господства постоянного тока и только позже, когда стало развиваться применение переменного тока высокого напряжения, они нашли свое место в электротехнике.
   Начало широкого применения переменного тока относится уже к последней четверти Х1Х века. До этого времени господствовал ток постоянный, и попытки применить переменный ток встречали ряд возражений. Впервые широкое применение получил переменный ток для питания свечей Яблочкова, и хотя результаты были исключительно хороши, дальнейшего распространения в то время переменный ток все же не получил. Причины ясны: тогда как постоянный ток был хорошо изучен, законы его хорошо известны, сведения о переменном токе были очень ограничены. При его применении встречались с явлениями, в то время необъяснимыми (индукционные и емкостные явления, резонанс, влияние частоты и пр.), представлявшими для эксплуатации много затруднений.. Кроме того, что было особенно важно, в то время не было более или менее удобно применимых электродвигателей переменного тока, тогда как имелись отличные двигатели постоянного тока. Поэтому, когда на смену свечам Яблочкова появились лампы накаливания, переменный ток был совсем оставлен.
   Однако в дальнейшем, в связи с расширением электрических сетей, потребовавшим повышения напряжения тока, и в связи с появлением трансформаторов, позволявших легко получать токи высоких напряжений, вновь появились попытки перейти к применению переменного тока. Вначале эти попытки встречали жестокую критику и большую оппозицию. Во главе возражавших против применения переменного тока, в особенности высокого напряжения, стояли такие люди, как Эдисон, авторитет которого в электрическом мире был исключительно высок. Эдисон писал, что прокладка по улицам кабелей переменного тока высокого напряжения подобна закладке под мостовую динамита. Даже такой авторитет, как В.Томсон (Кельвин), опасался применения переменного тока и, например, при обсуждении вопроса о выборе рода тока для первой Ниагарской установки высказался за постоянный ток.
   Споры о применении переменного тока длились долго и окончились в пользу переменного тока лишь после изобретения так называемых "трехфазных токов", т.е. после введения в практику русским электротехником М.О.Доливо-Добровольским трехфазного тока, позволившего блестящим образом решить вопрос о двигателе переменного тока. За постоянным током осталось, однако, одно преимущество: он мог применяться и для разного рода электрохимических процессов.
   Из электрохимических процессов наибольшее распространение в этот период получили покрытие одних металлов другими и гальванопластика. Последняя была изобретена Якоби в 1838 г. и сразу нашла широкое применение. Свое открытие Якоби описывает таким образом: оный способ состоит в употреблении гальванического действия по определенным и свойственным опыту правилам, по которым медь, без содействия огня, растворением в кислотах, превращается снова в крепкую и прочную массу самого лучшего качества. Сей раствор из меди, оседая на каком-нибудь другом металле или металлических составах, принимает все виды, изображенные на сих последних с редкостью и удивительной точностью, так что получается точная копия оного.
   Потребности снабжения гальванопластических установок током вызвали ряд весьма интересных работ Якоби, выполненных отчасти совместно с Ленцем; некоторые из них касались не только техники генерирования тока, но и экономики снабжения током электрохимических установок. В дальнейшем электролиз получил широкое применение и в металлургии, особенно металлургии цветных металлов.
   Сильно развившаяся во второй половине 19 века промышленность требовала все большего количества энергии. Практиковавшиеся до последних десятилетий 19 века методы снабжения энергией заводов, фабрик и т.п. от небольших паровых или гидравлических двигателей и маломощных генераторов, большей частью соединившихся с двигателями посредством ременных силикатных передач, уже не удовлетворяли потребностям новой промышленности. Отличные свойства электродвигателей вызвали стремление широко применять этот род двигателей, число и мощность которых стали очень быстро расти. Для питания все увеличивающихся установок нужно было располагать значительным количеством энергии. Эту энергию во многих случаях оказывалось выгодно получать от электрических генераторов, расположенных не у самих мест потребления энергии, а н а более или менее далеких расстояниях от этих мест, например от генераторов, установленных на паровых электрических станциях, расположенных вблизи угольных или торфяных месторождений, что позволяло избегать перевозки топлива, или на мощных водяных потоках, которые можно утилизировать посредством гидравлических турбин для вращения электрических генераторов. Способы распределения электрической энергии между потребителями были уже разработаны, требовалось лишь найти способы достаточно экономичной передачи более или менее значительных мощностей на большие расстояния. Впервые передачу электрической энергии на расстояния 1 км демонстрировал в 1873 г. французский электрик И.Фонтен.
   В России первые опыты электрической передачи, хотя и небольшой мощности, были произведены в 1874г. Именно в этом году в Петербурге артиллерийский офицер Ф.А.Пироцкий устроил электропередачу в 6 лошадиных сил вначале на расстояние около 200 м, а затем до 1 км.
   Главная трудность решения вопроса о дальней электропередаче заключалась в том, что для передачи больших мощностей на большие расстояния необходимо было применение токов высокого напряжения, так как чем ниже напряжение, тем толще требовались провода, и при нормально применявшихся в то время напряжениях порядка 100 вольт передача даже небольших мощностей на сравнительно небольшие расстояния требовала для проводов такого количества меди, которое делало подобную передачу экономически невыполнимой. Необходимо было пойти на повышение напряжений, что при получении тока от генераторов постоянного тока представляло немало затруднений. Эти затруднения частично преодолен известный французский ученый-изобретатель Марсель Депре, построивший первые генераторы постоянного тока сравнительно высокого напряжения. Известно, какую оценку получили работы Депре со стороны Маркса и Энгельса. Передав в Мюнхен, а затем из Крейля в Париж хотя и небольшую мощность по обычным телеграфным проводам, Депре действительно практически решил вопрос о возможности передачи электрической энергии на расстояние. Построенные им для этой цели генераторы и двигатели постоянного тока высокого напряжения (порядка 6000 вольт) были, конечно, далеки от совершенства, но все-таки они работали удовлетворительно, и передача была осуществлена.
   После М.Депре по указанному пути повышения напряжений постоянного тока для передачи пошли и другие изобретатели, в частности, Фонтен, швейцарский инженер Тюри и др. Их работы имеют большое значение в истории электротехники, но практическое применение, и то в весьма ограниченном объеме, получила лишь система Тюри, предложившего и на генераторном и на приемном концах включать последовательно несколько генераторов и двигателей и, таким образом, получить возможность применять в системе достаточно высокие напряжения. По системе Тюри было построено несколько линий электропередачи, в том числе линия с напряжением около 100000 вольт, но преимущества трехфазного тока, давшего гораздо более удовлетворительные с технической и экономической точек зрения результаты, положили на долгое время конец изысканиям методов передачи энергии постоянным током высоко напряжения. Лишь во второй четверти ХХ века в связи с крупными успехами достигнутыми в конструировании ионных и электронных приборов, эти изыскания снова возобновились и уже приводят к определенным положительным результатам.
   В России, как было указано, вопросам электрической передачи энергии уделяли внимание уже в 70-х годах прошлого столетия. Разработке теоретических вопросов электропередачи был посвящен ряд трудов петербургского физика Д.А.Лачинова, внесшего много ясности в существовавшие тогда взгляды на технику и экономику электрической передачи энергии.
   Интересно отметить, что в России была осуществлена одна из первых по времени установок передачи энергии постоянным током высокого напряжения по системе Тюри. Это была установка для питания медного рудника вблизи Батуми. В качестве первичных двигателей были применены гидравлические турбины, установленные на горном потоке.
   Изобретение трансформаторов переменного тока, давших возможность менять напряжение тока в самых широких пределах, повышая его до нескольких вольт и долей вольта, а затем изобретение трехфазных двигателей направили исследовательскую мысль по новому пути, и в сравнительно короткое время электрическая передача энергии трехфазным током получила широчайшее применение.
   К концу первой четверти ХХ в. стали передавать уже мощности в сотни тысяч киловатт на расстояние нескольких сотен километров и довели напряжение передач до 200000 вольт. Громадное значение для всего этого прогресса имели работы и изобретения М.О.Доливо-Добровольского, изобретателя трехфазного тока.
   С получением возможности выгодно использовать естественные энергетические ресурсы, где бы они ни были расположены, значительно расширилась область применения электрической энергии. В настоящее время нет области техники, в которой бы она так или иначе не применялась. Она получила широчайшее применение в химических производствах, в металлургии, в горном деле, в металлообрабатывающей промышленности, в рельсовом и безрельсовом транспорте, в сельском хозяйстве и т.п.
   Нужно отметить одну отрасль техники, где, как и в деле электрического освещения, труды русских электриков имели важнейшее значение. Это область электрической сварки. В конце 70-х годов электрическая сварка была изобретена Н.Н.Бенардосом и затем усовершенствована Н.Г.Славяновым. Долгие годы методы дуговой сварки, предложенные ими, применявшимися на практике. Да и до настоящего времени многие нововведения в этой области являются в сущности лишь отдельными, правда часто довольно существенными, усовершенствованиями способов Бенардоса и Славянова.
   Таким образом, к концу XIX века электротехника сильных токов достигла весьма высокого уровня, и участие русских ученых, изобретателей также в области электротехники слабых токов, т.е. электротехники, имеющей дело с задачей передачи всякого рода сигналов, особенно телеграфных, и человеческой речи было неоспоримым. Можно утверждать, что начало проволочной телеграфии положили работы таких ученых, как П.Л.Шиллинг и Б.С.Якоби, выполненные в Петербурге в первой половине XIX века.

3. Рождение новой технической цивилизации: развитие электрических машин и электроэнергетики

  

3.1 История развития электродвигателя

   Поскольку все первые потребители электрической энергии питались исключительно постоянным током и этот род тока был наиболее изучен, то и первые электрические машины были машинами постоянного тока.
   В развитии электродвигателя постоянного тока можно наметить три основных этапа, впрочем, достаточно условных, так как конструкции и принципы действия электродвигателей, характерные для одного этапа, в отдельных случаях появлялись вновь спустя много лет. С другой стороны, более поздние и более прогрессивные конструкции в их зародышевой форме нередко можно найти в первоначальном периоде развития электродвигателя.
   Начальный период развития электродвигателя (1821-1834 гг.) тесно связан с созданием физических приборов для демонстрации непрерывного преобразования электрической энергии в механическую. В 1821 г. Фарадей, используя взаимодействие проводников с током и магнитом, показал, что электрический ток вызывает вращение проводника вокруг магнита или вращение магнита вокруг проводника. Следовательно, опыт Фарадея являлся наглядной иллюстрацией принципиальной возможности построения электродвигателя.
   Возможность превращения электрической цепи в механическую показывалось и во многих других экспериментах. Так, в книге П.Барлоу "Исследование магнитных притяжений", опубликованной в 1824 г., описывалось устройство, известное под названием "колеса Барлоу" и являющееся одним из исторических памятников предыстории развития электродвигателя. Колесо Барлоу представляло собой два медных зубчатых колеса, сидящих на одной оси, которые соприкасались с ванночками, наполненными ртутью, и находились между полосами постоянных магнитов, при пропускании токов через колеса они начинали быстро вращаться.
   В качестве примера другой конструкции электродвигателя может служить прибор, описанный в 1833 г. английским ученым У.Риччи. Магнитное поле в этом двигателе создавалось постоянным неподвижным подковообразным магнитом, между полюсами которого на вертикальной оси помещался электромагнит.
   Характерным для первого этапа развития электродвигателя примером, отражающим иное конструктивное направление, может служить прибор американского физика Дж.Генри. В 1831 г. Генри опубликовал статью" О качательном движении, производимым магнитным притяжением и отталкиванием", в которой описал построенную им модель электродвигателя.
   Электродвигатель Генри интересен тем, что в этом устройстве впервые сделана попытка использовать притяжение разноименных и отталкивание одноименных полюсов для получения непрерывного движения (в данном случае - качательного). В модели, построенной самим Генри, электромагнит совершал 75 качаний в минуту. Мощность двигателей подобного типа была очень небольшой: один из таких двигателей, построенный в 1831 г., имел мощность 0,044 Вт и, конечно, не мог использоваться на практике, да и сам изобретатель не придавал ему серьезного значения.
   Как на первом этапе, так и позднее было предложено много конструкций двигателей с качательным движением якоря, однако более прогрессивными оказались попытки построить электродвигатель с вращательным движением якоря.
   Второй этап развития электрических двигателей (1834-1860 гг.) характеризуется преобладанием конструкций с вращательным движением якоря. Вращающий момент на валу у таких двигателей обычно был резко пульсирующим.
   Наиболее характерные и существенно важные работы по конструированию электродвигателей этого рода принадлежат петербургскому академику Б.С.Якоби. Изучая конструкции электродвигателей с возвратно-поступательными или качательным движением якоря, Якоби отозвался об одном из них: "такой прибор будет не больше, чем забавной игрушкой для обогащения физических кабинетов, его нельзя будет применять в большом с какой-нибудь экономической выгодой". Свои усилия он направил на разработку мощного электродвигателя с вращательным движением якоря.
   В 1834 г. Якоби построил и описал электродвигатель, который действовал на принципе притяжения и отталкивания между электромагнитами.
   Первый электродвигатель, построенный Якоби, мог поднимать груз весом 10-12 фунтов (то есть примерно 4-5кгс) на высоту 1 фут (примерно 30 см) в секунду, что составляло около 15 Вт.
   Электродвигатель Якоби, построенный в 1834 г. и описанный выше, широко демонстрировался автором и подвергался опробованию для приведения во вращение различных механизмов. Много усилий было затрачено ученым для осуществления электропривода судна.
   В 1837 г. в распоряжение Якоби был представлен бот, вмещающий 12 пассажиров и рассчитанный на 10 гребцов, на котором предполагалось установить электродвигатель и произвести соответствующие испытания и технико-экономические подсчеты.
   Двигатель Якоби конструкции 1838 г. представлял собой комбинацию 40 небольших электродвигателей, объединенных по 20 штук, на двух вертикальных валах, установленных в деревянной станине. Для питания током обмоток электромагнитов на "электрическом боте" были установлены гальванические элементы.
   Об испытаниях "электрического бота" одна из петербургских газет писала (1839 г.): "...катер с двенадцатью человеками, движимый электромеханической силой (в Ў лошади), ходил несколько часов против течения, при сильном противном ветре... Что бы ни было впоследствии, важный шаг уже сделан, и России принадлежит слава первого применения теории к практике".
   Испытания показали возможность практического применения электродвигателей, но в то же время обнаружили, что при питании их токов от гальванических батарей механическая энергия получается чрезмерно дорогой. Вследствие этого была признана крайняя неэкономичность электродвигателей на данном этапе развития электротехники.
   Якоби пришел к очень важному для практики выводу: применение электродвигателей находится в прямой зависимости от удешевления электроэнергии, то есть от создания генератора, более экономичного, чем гальванические батареи. После разработки более совершенных генераторов тока применение электродвигателя на автономных транспортных установках, в частности на судах, стало возможным только при наличии первичного теплового двигателя, приводящего в движение генератор.
   Некоторые из электродвигателей, построенные в 40-60-х годах ХIХ в., действовали на принципе втягивания стального сердечника в соленоид; получавшееся при этом возвратно-поступательное движение преобразовывалось посредством балансира или шатунно-кривошипного механизма во вращательное движение вала, снабженного для равномерности хода маховыми колесами, например, электродвигатель Бурбуза. Как видно из конструкции электродвигателя, мысль его изобретателя находилась в плену кинематических особенностей работы паровых машин, в которых возвратно-поступательное движение штока поршня преобразовывалось во вращательное движение вала посредством балансира, кривошипно-шатунного механизма и т.д.
   Третий этап в развитии электродвигателей связан с разработкой конструкций электродвигателей с кольцевым неявнополюсным якорем и практически постоянным вращающим моментом. Первый шаг в этом принципиально новом направлении сделал итальянский ученый Антонио Пачинотти.
   Электродвигатель Пачинотти (1860 г.) состоял из якоря кольцеобразной формы, вращающегося в магнитном поле электромагнитов. Якорь, имеющий форму стального кольца с зубцами (наличие зубцов уменьшало магнитное сопротивление и облегчало крепление обмотки) и латунными спицами, укреплялся на вертикальном валу.
   В электродвигателе Пачинотти получался практически постоянный по величине вращающий момент, габариты двигателя были невелики по сравнению с размерами других электродвигателей равной мощности. Основное значение работы Пачинотти состоит в том, что им был сделан следующий важный шаг на пути к созданию современной машины постоянного тока; к этому следует еще добавить удобную схему возбуждения и коллектор, по существу, современного типа. Любопытно также отметить, что Пачинотти указал на возможность обращения своего двигателя в генератор. Однако, не зная о возможности применения принципа самовозбуждения, он рекомендовал заменить электромагниты на постоянные магниты для получения генератора.
   В 1863г. Пачинотти опубликовал сведения о конструкции своего электродвигателя, но на эту публикацию не было обращено достаточного внимания, и изобретение было на время забыто. Несмотря на большой принципиальный интерес, двигатель распространения не получил из-за отсутствия экономичного генератора электроэнергии. Идея кольцевого якоря была возрождена примерно через 10 лет З.Г. Граммом в конструкции электромагнитного генератора.
  
  
  

3.2. История развития электромагнитного генератора.

  
   Из рассмотрения истории электродвигателя видно, что его развитие опережало на начальных этапах развитие генераторов. Отсутствие хорошего, экономичного генератора электрического тока тормозило расширение области применения электричества. Примерно до 1870 г. наиболее распространенными источниками тока были электрохимические. В дальнейшем преобладающем типом источников электрического тока стали электромашинные генераторы.
   Простейшими гальваническими элементами были элементы с одной жидкостью; К их числу принадлежали вольтов столб и его видоизменения. Но вследствие явления поляризации действие таких батарей быстро ослаблялось, кроме того, они были неудобны в эксплуатации. В 1829г. А.С. Беккерель создал более совершенную конструкцию элемента с двумя жидкостями. По мере усовершенствования эти элементы получили широкое распространение.
   Другим направлением в области создания электрохимических источников тока было построение электрических аккумуляторов, или "вторичных элементов", как они долгое время назывались.
   Принципиальная возможность аккумулирования электрической энергии была установлена еще в начале XIX в., но только в 1854г. немецкий врач В.И.Зинстеден открыл этот способ. В 1859г. француз Г. Планте, по-видимому, не зависимо от Зинстедена наблюдал то же явление и на его основе построил свинцовый аккумулятор.
   В развитии электрического генератора, также как и в развитии электродвигателя, можно наметить три основных этапа.
   Первый этап (1831-1851 гг.) характеризуется созданием электрических генераторов с возбуждением от постоянных магнитов; такие генераторы получили в то время название магнитоэлектрических машин.
   Открытие в 1831 г. явления электромагнитной индукции оказало новый способ получения электрического тока, который нашел свое практическое воплощение в первом униполярном генераторе - диске Фарадея. Одно из наиболее ранних весьма интересных конструктивное решение генератора с возбуждением от постоянных магнитов было дано в середине 1832 г. анонимным изобретателем, скрывшим свое имя под латинскими буквами Р.М. Его машина была первым однофазным синхронным многополюсным генератором. В первом варианте генератора Р.М. железные сердечники катушек не имели замыкающего магнитопровода.
   Впервые приспособление для выпрямления тока в переменно-полюсной машине (в отличие от униполярной машины Фарадея, которая не нуждалась в устройстве для выпрямления тока, так как давала непосредственно постоянный ток) было применено в 1832 г. в генераторе братьев Пиксии.
   Недостатком машин Р.М. и Пиксии являлась в том, что в них приходилось вращать более или менее постоянные магниты. Целесообразнее оказалось сделать магниты неподвижными, а заставить вращаться более легкие катушки; при этом проще было выполнить коммутирующее устройство, вращающая часть которого была закреплена на валу вместе с якорем. Магнитоэлектрические генераторы такого типа оказались значительно удобнее именно в такой конструктивной форме впервые вошли в практику.
   Известный толчок к построению более мощных магнитоэлектрических генераторов дали дуговые лампы с регуляторами, получившие применение на маяках. Еще в 1849 г. профессор Нолле (Бельгия) принялся за построение мощного магнитоэлектрического генератора для установки на маяках, избрал уже проторенный путь комбинирования в одном агрегате большого числа машин. Работы Нолле были продолжены Ван Мальдереном (Франция) и Холмсом (Англия), и к 1856 г. машина была завершена. Для производства таких генераторов была организована в Париже электропромышленная компания "Альянс" (отсюда и произошло название новой машины).
   В течение 1857-1865 гг. в эксплуатации было около 100 машин "Альянс". Для привода одной такой машины требовался паровой двигатель мощностью 6-10 л.с. Вес шестидисковой машины "Альянс" доходил до 4 тс, причем только одни магниты весили более 1тс.
   Генератор "Альянс" нагляднее, чем другие, меньшие по размерам машины, показал недостатки, присущие вообще магнитоэлектрическим машинам. Под действием реакции якоря в результате естественного старения и возможных вибраций постоянные магниты быстро размагничивались, в связи с чем ЭДС генератора уменьшалась и его мощность снижалась. Во всех этих машинах применялись стержневые якоря, имевшие многослойную обмотку; при работе они быстро нагревались в следствие плохого отвода тепла, что приводило к разрушению изоляции. Вес и габариты магнитоэлектрических генераторов, не смотря на их небольшую мощность, были весьма значительными, и крупные машины были сравнительно дорогими. Принципиальным недостатком машин с явнополюсными якорями явилось то, что они давали ток резко пульсирующий по величине.
   Увеличение мощности магнитоэлектрических машин должно было идти другим путем. Исследования в области электромагнетизма показали, что при помощи электромагнита можно получить значительно большие величины магнитной индукции в магнитной цепи электрической машины, чем при помощи постоянных магнитов. Следовательно, генераторы с электромагнитами при прочих равных условиях могли дать большие величины ЭДС и мощности.
   Так начался второй этап развития электрического генератора (1851-1867 гг.), занявший сравнительно небольшой отрезок времени. Он характеризуется преобладанием генераторов с независимым возбуждением. Первое предложение о замене постоянных магнитов электромагнитами, возбуждаемыми током от магнитоэлектрической машины, было сделано в 1851 г. В.И.Зинстенденом.
   С открытием принципа самовозбуждения 1867 г. в развитии электрического генератора начался третий этап.
   В 1854 г. датский изобретатель С.Хиорт взял английский патент на машину самовозбуждения, в котором описывался принцип самовозбуждения. Наряду с электромагнитами Хиорт применил и постоянные магниты.
   В 1856 г. венгерский физик Аньош Йедлик независимо от Хиорта пришел к выводу о том, что если обмотке возбуждения присоединить с зажимом якоря того же генератора, то при пуске машины развивается процесс самоусиления магнитного поля. Вместе с тем Йедлик заметил, что для возникновения этого процесса нет необходимости установки постоянных магнитов, а вполне достаточно остаточного магнетизма.
   В 1856 г. английский инженер Кромвель и Сэмьюэль Варли, а вначале 1867 г. В.Сименс и английский физик Ч.Уитсон выступили с описанием принципа самовозбуждения, который фактически был уже предложен ранее. Почти одновременная разработка принципа самовозбуждения в разных странах наглядно иллюстрирует одну из характерных закономерностей в развитии техники.
   Событием, революционизирующим развитие электрической машины, положившим начало промышленной электротехнике, явилось объединение принципов самовозбуждения с конструкцией кольцевого якоря.
   Разработка самовозбуждающих генераторов с кольцевыми и барабанными якорями и развитыми магнитными системами составила основное содержание третьего этапа в развитии электрических генераторов.
   Первый патент на самовозбуждающийся генератор с кольцевым якорем был получен сотрудником фирмы "Альянс" З.Граммом в 1870 г. Конструкция машины, конечно, не выдерживала критики с точки зрения конфигурации магнитопровода, но усовершенствования этого рода могли последовать только в 80-х г., после того как были разработаны методы расчета магнитной цепи. Позднее Грамм предложил еще несколько конструкций самовозбуждающихся машин, различных по внешнему виду и по мощности, но принципиальных изменений в свою машину он больше не вносил.
   Генератор Грамма оказался весьма экономичным источником электрической энергии, позволявшим получать значительные мощности при высоком КПД и сравнительно малых габаритах и весе. Сравнение машины Грамма, например, с машиной "Альянс" показывает, что самовозбуждающийся генератор с кольцевым якорем имел вес на 1 кВт примерно в шесть раз меньший, чем генератор с постоянными магнитами.
   Однако из наиболее существенных улучшений, состоявшее в замене кольцевого якоря барабанным, было осуществлено в 1873 г. немецким электротехником Ф.Гефнер-Альтенеком. Основным недостатком кольцевого якоря являлось плохое использование меди в его обмотке, так как части витков обмотки, находившиеся на внутренней поверхности кольца, не использовались. В барабанном же якоре обе стороны каждой секции участвовали в создании ЭДС, а не работали только лобовые части обмотки. С 1878 г. барабанный якорь стали делать зубчатым, что позволило более надежно крепить обмотки и уменьшить воздушный зазор в машине.
   Борьба за снижение потерь в теле якоря привела в 1880 г. известного американского изобретателя Т.Эдиссона к мысли изготовлять якорь шихтованным, то есть набранным из тонких стальных листов, оклеенных бумагой.
   В течение 70-80-х гг. машина постоянного тока приобрела все основные черты современной машины. В этот период было положено начало исследованиям процессов в электрических машинах. В 1840 г. Б.С.Якоби было описано явление противо-ЭДС. В 1847 г. Э.Х.Ленц открыл явление, получившее название "Реакции якоря", и предложил смещать щетки с геометрической нейтрали на физическую. Первый математический анализ процессов в машине с самовозбуждением был сделан в 60-х годах Д.К.Максвеллом. Огромную роль в развитии электромашиностроении сыграли труды А.Г.Столетова по исследованиям магнитных свойств "мягкого железа" (1971 г.).
   В 1880 году, после открытия немецким физиком явление гистерезиса, начали исследования потерь в стали при перемагничивании (английский ученый Д. Юнг, американский электротехник Ч.П. Штейнмец). Большое значение для проектирования электрических машин и аппаратов имели работы английского электротехника Дж.Гопкинсона, сформулировавшего в начале 80-х годов закон магнитной цепи. Все эти открытия способствовали переходу от грубой эмпирики к достаточно строгому анализу и к проектированию электротехнических устройств.
  

3.3 История развития трансформаторов

   До 70-х годов ХIХ века энергетическая техника характеризовалась преимущественным применением паровой машины. Паросиловые установки создавались на каждом, даже небольшом, промышленном предприятии. При этом возникал ряд существенных трудностей: огромные затраты на строительство котельного и машинного отделений, громоздкость установок, их опасность в пожарном отношении.
   Изобретение электрической свечи способствовало внедрению в практику переменного тока, а также сыграло важную роль в развитии трансформаторов. Принцип действия трансформатора, как известно, базируется на явлении электромагнитной индукции, открытой английским физиком М.Фарадеем в 1831 г. Но понадобилось еще почти полвека для того, чтобы это явление было использовано для трансформации напряжения электрического тока. Развитие электротехники сначала шло по линии использования постоянного тока, получаемого от гальванических элементов, а позднее от динамо-машин. Уже была известна индукционная катушка (спираль) Румкорфа, предложенная им в 1851 г., работавшая через прерыватель также на постоянном токе. Но переменный ток в то время применения еще не находил. Это все можно отнести к первому периоду в развитии трансформаторов.
   Второй период (середина 70-х - середина 80-х годов) характеризуется применением в сети переменного тока в сети индукционных катушек, которые представляли собой однофазный трансформатор с разомкнутым сердечником. В 1876 г. электротехник П.Н.Яблочков, работая над усовершенствованием схемы питания переменным током им же изобретенных "свечей Яблочкова", решил использовать индукционные катушки, включив их в сеть переменного тока. В результате эти катушки стали работать как трансформаторы. Первичные обмотки катушек, соединенные последовательно, включались в сеть, а ко вторичным их обмоткам подключались "свечи". При случайном погасании одной "свечи" остальные продолжали гореть, что не могло быть при простом последовательном соединении "свечей". Установки, выполненные по предложенной Яблочковым схеме, под названием "Русский свет" с большим успехом применялись для освещения улиц и помещений во многих городах: Париже, Лондоне, Петербурге и др. На описанный способ "дробления" электрической энергии посредством индукционных катушек Яблочков получил французский патент N 115793 от 30 ноября 1876 г. Эта дата может считаться днем рождения трансформатора.
   В 1882 г. во время Московской промышленной выставки лаборант Московского университета И.Ф.Усагин продемонстрировал устройство, показавшее, что предложенный Яблочковым способ распределения энергии при помощи индукционных катушек можно успешно применять для одновременного питания любого типа электрических приемников. Усагин воспользовался индукционными катушками с разомкнутой магнитной системой. Заслуга Усагина заключалась в том, что он убедительно показывал универсальность переменного тока и безопасность его использования.
   Новым шагом в использовании трансформаторов с разомкнутым сердечников для распределения электроэнергии являлась "система распределения электричества для производства света и двигательной силы", запатентованная во Франции в 1882 г. Голяром и Гиббсом. Трансформаторы Голяра и Гиббса предназначались уже не только для "дробления" энергии, но и для преобразования напряжения, то есть имели коэфициент трансформации, отличный от единицы.
   В системах дугового освещения, как правило, регулировалась величина тока в цепи последовательно включенных потребителей. Но после изобретения ламп накаливания и других приемников, для которых важно поддерживать постоянную величину напряжения, более целесообразно стало их параллельное включение. Современные трансформаторы имеют замкнутый магнитный сердечник, их первичные обмотки включаются параллельно. При параллельном включении приемников применение трансформаторов с разомкнутыми сердечниками становилось технически не оправданным.
   В течение третьего периода (от середины 80-х годов до начала становления трехфазных систем в 90-е годы) был разработан промышленный тип трансформаторов с замкнутой магнитной системой, а также предложено параллельное включение трансформаторов. Первая конструкция трансформаторов с замкнутым сердечником была создана в Англии в 1874 г. братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон. Сердечник этого трансформатора был набран из стальных полос или проволок, разделенных изоляционным материалом, что снижало потери на вихревые токи. На сердечнике помещались, чередуясь, катушки высшего и низшего напряжений.
   Впервые предложение о параллельном включении обмоток трансформаторов высказал Р.Кеннеди в 1883 г., но более всесторонне этот способ соединения был обоснован венгерским электротехником М.Дори, который в 1885 г. получил патент на параллельное включение первичных и вторичных обмоток трансформаторов и показал преимущества такого включения.
   Передача электрической энергии переменным током высокого напряжения оказалось возможной после создания промышленного типа однофазного трансформатора замкнутой магнитной системы, имевшего достаточно хорошие эксплуатационные показатели. Такой трансформатор в нескольких модификациях был разработан в 1885 г. венгерскими электротехниками О.Блати, М.Дори и К.Шиперновским, впервые предложившими и сам термин "трансформатор".
  

3.4 История развития электростанций постоянного и переменного однофазного тока

   Электрические станции, обеспечивающие электроэнергией ограниченное число потребителей, назывались блок-станциями. Такие станции иногда называли "домовыми".
   Развитие первых электростанций было сопряжено не только с развитием науки, но и с трудностями волюнтаристского и конъюнктурного характера. Так, городские власти запрещали воздушных линий, опасаясь причинить вред внешнему виду города, горожанам. Конкурирующие газовые компании всячески подчеркивали действительные и мнимые недостатки нового рода освещения.
   Впервые блок-станции были построены в Париже для питания свечей Яблочкова, установленных на улице Оперы. В России первой установкой такого рода явилась станция для освещения Литейного моста в Петербурге, созданная в 1879г. при участии П.Н.Яблочкова. С конца 1881г. возникают блок-станции, в сети которых включались как дуговые лампы, так и лампы накаливания.
   При проектировании же первых центральных электростанций столкнулись с трудностями, которые в достаточной степени не были преодолены в течение первого периода господства техники постоянного тока. Радиус электроснабжения определяется величиной допустимых потерь напряжения в электрической цепи, которые для данной сети тем меньше, чем выше напряжение. Именно это обстоятельство заставляло строить центральные электростанции в центрах городов, что существенно затрудняло не только обеспечение водой и топливом, но и угрожало увеличением стоимостью земельных участков для строительства станций, так как земля в центре города была чрезвычайно дорога.
   В 1886г. в Петербурге было учреждено акционерное общество "Общество электрического освещения 1886 года", которое приобрело станции на реках Мойке и Фонтанке и построило еще две станции: у Казанского собора и на Инженерной площади. Мощность каждой из этих электростанций едва превышала 200 кВт.
   В Москве первая центральная электростанция мощностью более 400 кВт была построена в 1886 году тоже в центре города, на углу большой Димитровке и Георгиевского переулка. Ее энергия использовалась для освещения прилегающего района.
   На центральных станциях с ростом их мощи локомобили, применявшиеся в качестве первичных двигателей блок-станций, постепенно вытеснялись стационарными машинами. Мощность этих машин составляла 100 ...300 л.с., скорость вращения вала была относительно невелика (100...200 об/мин.), что привело к необходимости ввести между машиной и генератором ременную или канатную передачу.
   В конце XIX и начале XX вв. преимущественное распространение в котельных зарубежных электростанций получили котлы Бабкок-Вилькокс, а в России - котлы системы Шухова.
   Рост потребности в электроэнергии эффективно стимулировал повышение производительности и экономичности тепловой части электрической машины. Прежде всего следует отметить переход от поршневых паровых машин к паровым турбинам. Первая паровая турбина на электростанциях России была установлена в 1891г. За год до этого была проведена испытательная работа на этой станции паровой турбины.
   Электростанции стремились расширить круг потребителей своего товара - электроэнергии.
   В связи с этим скоро была предложена много приводная система распределения электроэнергии: в 1882г. Дж. Гопкинсоном и не зависимо от него Т. Эдисоном. При этой системе генераторы на электростанции соединялись последовательно, от средней точки шел нейтральный или компенсационный провод. При этом обычные лампы сохранялись. Для регулирования напряжение в ветвях трехпроводной сети применялись различные устройства: регулировочные дополнительные генераторы, делители напряжения, в частности, получившие значительное распространение делители напряжения Доливо-Добровольского, аккумуляторные батареи. Трехпроводная система широко применялась как в России, так и за рубежом. Она сохранялась вплоть до 20-х годов нашего века, а в отдельных случаях применялась и позднее.
   Максимальный вариант многоприводных систем - пятипроводная сеть постоянного тока, в которой применялись четыре последовательно включенных генератора и напряжение увеличивалось вчетверо. Экономия была значительно большей, радиус увеличивался до 1500 м.
   В 80-х годах начинают сооружаться станции переменного тока, выгодность которых, с точки зрения увеличения радиуса электроснабжения была бесспорной. Первой постоянно действующей электростанцией переменного тока можно считать станцию Гровнерской Галлереи (Лондон).
   Характерная особенность первых электростанций переменного тока - изолированная работа отдельных машин. Синхронизации генераторов еще не производилось, и от каждой машины шла отдельная цепь потребителям. Легко понять, насколько неэкономичными при таких условиях оказывались электрические сети, на сооружение которых расходовались колоссальные количества меди и изоляторов.
   В России крупнейшие станции однофазного тока были сооружены в конце 80-х и начале 90-х годов. Первая центральная электростанция была построена венгерской фирмой "Гаиц и Ко" в Одессе в 1887 г. Основным потребителем энергии была система электрического освещения нового театра. Эта электростанция представляла собой прогрессивное для своего времени сооружение.
   Крупнейшей в России электростанцией однофазного тока была станция на Васильевском острове в Петербурге, построенная в 1894 г. инженером И.В.Смирновым. Мощность ее составляла 800 кВт и превосходила мощность любой существовавшей в то время станции постоянного тока. В качестве первичных двигателей использовались четыре вертикальные паровые машины мощностью 250 л.с. каждая, с давлением пара 13 ат.
   Таким образом, опыт эксплуатации центральных станций и сети однофазного тока показал преимущество переменного тока, но вместе с тем выявил ограниченность его применения. Однофазная система тормозила развитие электропривода, осложняла его. Так, например, при подключении к сети Дептфордской станции силовой нагрузки приходилось дополнительно помещать на валу каждого синхронного однофазного двигателя и еще разгонный коллекторный двигатель переменного тока.
   Легко понять, что такое усложнение электропривода делало весьма сомнительной возможность его широкого применения.
  

3.5 История развития линий электропередач постоянного и переменного тока

  
   Проблема передачи энергии на расстояние возникла задолго до того, как были построены первые электростанции. Но особенно актуальной она стала в связи с возникновением крупных промышленных предприятий, на которых приводились в действие несколько исполнительных механизмов от одного двигателя.
   Раньше всего возникли способы механической передачи (штанги, тяги и канаты), а затем получили распространение различные способы передачи механической энергии посредством систем приводных ремней и канатов (передачи с гибкой связью). Следует отметить, что трансмиссионная передача даже сегодня еще не вполне отмерла.
   Опыты использования электромагнитного телеграфа неизбежно привела к мыслям о возможности передачи по проводам более значительных количеств энергии. Уже в 40-50-х годах XIX века в США, Италии и других странах высказываются идеи о создании электрической железной дороги с передачей энергии на расстояние. Однако всеобщую известность получили опыты французского электрика И. Фонтена.
   Уместно отметить, что международные и национальные выставки сыграли исключительно большую роль в пропаганде научно-технических знаний и, следовательно, в научно-техническом прогрессе общества. Первая промышленно-художественная выставка состоялась в Лондоне в 1756г. Основное место на ней занимали вестники промышленного переворота - текстильные машины. В России первая выставка отечественной промышленности была открыта в 1829г. в Петербурге. Первая в мире электротехническая выставка была открыта в марте 1880г. в Петербурге, а первая международная электротехническая выставка - в 1881г в Париже.
   В 1873г. в Вене состоялась международная выставка, с которой и начинается история электропередачи. На Венской международной выставке Фонтен демонстрировал обратимость электрических машин. Есть различные версии, объясняющие причину, побудившую Фонтена включить между генератором и двигателем барабан с кабелем длиной несколько более километра. По одной из них он стремился уменьшить мощность двигателя, приводившего в действие насос искусственного декоративного водопада, вода которого выплескивалась за пределы бассейна. Этим опытом была продемонстрирована реальная возможность передачи электроэнергии на расстояние (пусть вначале это был один километр).
   Вместе с тем сам Фонтен не был убежден в экономической целесообразности электропередачи, так как при включении соединительного кабеля он получил значительное снижение мощности двигателя, то есть большие потери энергии в кабеле.
   Потери в линии зависят от напряжения, удельного сопротивления провода и его сечения. Снижение удельного сопротивления проводов практически неосуществимо, так как медь, ставшая основным материалом для изготовления проводов, имеет предельно малое удельное сопротивление.
   Лишь в настоящее время ведутся теоретические и экспериментальные работы по снижению сопротивления линий электропередач с использованием явления сверхпроводимости (криогенные линии электропередачи). Следовательно, имелись только два пути для снижения потерь в линии: увеличение сечения проводов или повышение напряжения.
   В 70-х годах был исследован первый путь, так как увеличение сечения проводников представлялось мероприятием по-видимому, более естественным и технически легче осуществимым по сравнению с повышением напряжения. В 1874г. русский военный инженер Ф.А.Пироцкий пришел к выводу об экономической целесообразности производства электрической энергии в метах, где она может быть дешево получена благодаря наличию топлива или гидравлической энергии, и передачи ее по линии к более или менее отдаленному месту потребления. В том же году он приступил к опытам передачи энергии на артиллерийском полигоне Волкова поля (около Петербурга), использовав электрическую машину Грамма. Дальность передачи в опытах Пироцкого составляла сначала более 200 м, а затем была увеличена примерно до 1 км.
   Для уменьшения потерь в линии Пироцкий предлагал использовать в качестве проводников железнодорожные рельсы, сечение которых более чем в 600 раз превышало сечение обыкновенного телеграфного провода. Стремясь проверить свои выводы, он в конце 1875г. провел опыты передачи электроэнергии по рельсам бездействующей ветки Сестрорецкой дороги длиной около 3,5 км. Оба рельса изолировались от земли, один из них служил прямым, второй - обратным проводом. Электрическая энергия передавалась от небольшого генератора Грамма к электродвигателю, удаленному на расстояние до 1 км.
   Необходимо отметить, что Пироцкий был не единственным электротехником, ставшим на путь увеличения сечения проводов. Так, например, В.Сименс, посетив в 1876г. Ниагарский водопад, сумел правильно оценить энергетические возможности его использования, но утверждал, что для передачи электроэнергии водопада на расстояние 50 км потребуется проводник диаметром 75 мм. Подобные выводы являлись наглядным выражением уровня знаний в области электротехники в 70-х годах XIX века.
   Несмотря на нерациональность практического направления, избранного Пироцким, его опыты привлекли внимание к вопросам электропередачи вообще и вызвали ряд новых исследований, приведших к выявлению правильного пути для решения этой проблемы. Предложение Пироцкого об использовании железнодорожных рельсов для передачи электрической энергии на расстояние нашло свое применение уже при разработке первых проектов городских электрических железных дорог.
   Другой путь решения проблемы передачи электрической энергии, основанный на повышении напряжения, длительное время осмысливался теоретически. Здесь возможно исследование классической задачи из теории цепей о передаче энергии от источника к нагрузке, выполненное в 1877г. французским академиком Э.Маскарром, но не доведенное до ясных практических выводов. Наиболее обстоятельное исследование этого вопроса выполнили в 1880г. независимо друг от друга французский инженер (впоследствии академик) Марсель Депре и профессор физики Петербургского лесного института Д.А.Лачиков.
   В 1882г. Депре строит первую линию электропередачи Мисбах-Мюнхен протяженностью 57 км. Но на одном конце опытной линии в Мюсбахе была установлена паровая машина, приводившая в действие генератор постоянного тока мощностью 3 л.с., дававший ток напряжением 1,5 ...2 кВ. Энергия передавалась по стальным телеграфным проводам диаметром 4,5 км на территорию выставки в Мюнхене, где была установлена такая же машина, работавшая в режиме электродвигателя и приводившая в действие насос для искусственного водопада. Хотя этот первый этап и не дал достаточно благоприятных технических результатов (КПД передачи не превосходил 25%), его значение нельзя было недооценивать: Электропередача Мисбах-Мюнхен явилась отправным пунктом для дальнейших работ по развитию методов и средств передачи электроэнергии на расстояние.
   Обратим внимание на любопытный факт. Теория телеграфных линий была разработана достаточно хорошо и было известно, что наибольший эффект в работе устройства достигается тогда, когда его сопротивление вместе с сопротивлением соединительных проводов равно внутреннему сопротивлению источника энергии (согласованный режим). Но при этом КПД всей установки составляет 50%. Иными словами, режим передачи наибольшей мощности от источника к нагрузке соответствует коэффициенту полезного действия лишь 0,5.
   Но то, что целесообразно для "слаботочной" техники, становится нецелесообразно для "сильноточной", то есть энергетической техники. В последнем случае важен экономический эффект, и КПД следует всемерно повышать даже в ущерб количеству передаваемой энергии. Это обстоятельство длительное время было труднодоступным для понимания, и многие даже крупные специалисты (в том числе Фонтен, позднее Феррарис и др.) теряли перспективу в научно-технических поисках и порой прекращали работу лишь потому, что не смогли освободиться от привычных рамок теории слаботочных цепей.
   В 1885г. Депре были произведены опыты еще в большем масштабе - передача энергии на расстояние 56 км между Крейлем и Парижем. В качестве генераторов постоянного тока высокого напряжения использовались специально построенные машины, дававшие напряжение около 6 кВ. Вес такой машины был около 70т, мощность - около 50 л.с., КПД около 45%. Наряду с установками для передачи электрической энергии на расстояние в эти годы были осуществлены единичные установки передачи электроэнергии для промышленного пользования (КПД до 75%).
   Тем не менее попытки решить проблему электропередачи на постоянном токе, осуществленные в 80-х годах, не принесли желаемых результатов. При этом важно подчеркнуть возникшие противоречия. С одной стороны, практика проектирования и производства электрических машин и аппаратов постоянного тока получила уже значительное развитие, двигатели постоянного тока обладали хорошими рабочими характеристиками, отвечавшими большинству требований промышленности. Но, с другой стороны, широкая электрификация промышленности может быть осуществлена в больших масштабах только при централизованном производстве электроэнергии и, следовательно, только при обеспечении передачи электроэнергии на незначительное расстояние. Однако для передачи требовалось получить высокое напряжение, а технические возможности того времени не позволяли строить генераторы постоянного высокого напряжения, примером этого могут служить машины Депре, которые часто выходили из строя из-за порчи изоляции. Вообще говоря, в любом случае передача энергии при напряжении генератора ограничена сравнительно низкими пределами. Кроме того, электроэнергию постоянного высокого напряжения использовать было опасно: нужно было строить двигатель - генераторную установку для преобразования высокого напряжения в низкое.
   Еще один путь использования постоянного тока для электропередачи был намечен в основополагающей работе Д.А.Лачинова. Он предлагал для повышения напряжения соединить последовательно несколько машин на каждом конце линии. В этом случае каждая в отдельности машина могла быть рассчитана на более низкое напряжение, а следовательно, могла быть более надежной. Фонтен первым реализовал практически эту идею, осуществив в 1886г. передачу, в которой со стороны генератора работали четыре последовательно соединенные машины (по 1500 В), то есть получил те же 6 кВ, что и Депре, а со стороны приемника - три двигателя на суммарную мощность около 50 л.с. Двигатели могли использоваться непосредственно для привода исполнительных механизмов: вращать валы генераторов низкого напряжения, пригодного для целей освещения. КПД этой установки Фонтена достиг 52%. Позднее эта идея о последовательном включении генераторов была развита в электропередачах по системе Р.Тюри.
   Трудности, связанные с электропередачей на постоянном токе, направили мысли ученых на разработку техники переменного тока (генераторы, трансформаторы) были разработаны, начались попытки осуществить промышленную передачу электроэнергии на переменном токе. В 1883г. Л.Голяр осуществил передачу мощности 20 л.с. на расстояние 23 км для питания осветительных установок Лондонского метрополитена. Трансформаторы повышали напряжение до 1500 В. На Туринской выставке в следующем году Голяр осуществил передачу на 40 км при напряжении 2000 В (мощность примерно 40 л.с.).
   Однако во второй половине 80-х годов уже возникла задача включения в сеть электростанций силовой нагрузки. Таким образом, и при передаче электроэнергии однофазным переменным током снова возникло противоречие, не менее серьезное, чем при электропередаче постоянным током. Напряжение однофазного переменного тока можно легко повышать и понижать с помощью трансформаторов практически в любых желаемых пределах. Но однофазные двигатели переменного тока имели совершенно не приемлемые для практики характеристики, в частности, они, как было показано, либо вообще не имели пускового момента (синхронные двигатели), либо пускались с очень большим трудом из-за тяжелых условий коммутации тока (коллекторные двигатели). Поэтому сфера применения однофазного тока должна была ограничиваться почти исключительно электрическим освещением, что, конечно, не могло удовлетворить требования промышленности.
  

36. История развития трехфазной системы тока

  
   В то время, как в Америке электротехник Тесла и его сотрудники пытались усовершенствовать двухфазную систему, в Европе была разработана более совершенная электрическая система - трехфазная. Немецкий инженер Ф. Хальзенвандер подошел к трехфазной системе с тех позиций, что коллектор у генератора и двигателя постоянного тока выполняет взаимообратные функции и решил его устранить. Однако Хальзенвандер не сумел увидеть всех возможностей новой системы и создать пригодные для практики конструкции машин.
   Наибольших успехов в развитии многофазных систем добился М.О.Доливо-добровольский, который по праву считается основоположником трехфазной техники. "Я тотчас сказал же себе, -вспоминал позднее Доливо-Добровольский, - что если сделать вращающееся поле по методу Феррариса и поместить в него такой короткозамкнутый якорь малого сопротивления, то этот якорь скорее сам сгорит, чем будет вращаться с небольшим числом оборотов. Мысленно я прямо представил себе электродвигатель многофазного тока с ничтожным скольжением ". Так Доливо-Добровольский пришел к выводу о нецелесообразности изготовления обмотки ротора с таким небольшим сопротивлением, при котором ротор имел бы скорость скольжения около 50%. Первым шагом Доливо-Добровольского было изобретение ротора с обмоткой в виде беличьей клетки. Патент, заявленный в 1889г. закрепил за Доливо-Добровольским изобретение ротора с беличьей клеткой, то есть конструкцией ротора, которая принципиально сохранилась в том же виде и до нашего времени.
   Важнейшим этапом в трудах Доливо-Добровольского явилась замена двухфазной системы трехфазной. В результате исследования различных схем обмоток он сделал ответвление от трех равностоящих различных точек якоря машин постоянного тока. Таким образом были получены токи с разностью фаз 120. Сохранив в этой машине коллектор, можно было использовать ее в качестве одноякорного преобразователя.
   Таким путем была найдена связанная трехфазная система, которая отличается тем, что требует для передачи и распределения электроэнергии только три провода.
   Дальнейшее увеличение числа фаз привело бы к некоторому улучшению использования электрических машин, но вызвало соответствующее увеличение числа линейных проводов. Таким образом, трехфазная система электрических токов является оптимальной.
   Весной 1889г. был построен первый трехфазный асинхронный электродвигатель мощностью около 100 Вт. Этот двигатель питался током от трехфазного одноякорного преобразователя и при испытании показал вполне удовлетворительные результаты.
   Важное достижение Доливо-Добровольского - отказ от выполнения электродвигателя с выступающими полюсами и распределение обмотки статора по всей его окружности, благодаря чему значительно уменьшилось магнитное рассеяние по сравнению с двигателями Тесла. Доливо-Добровольский внес еще одно усовершенствование: кольцевой тип обмотки статора был заменен барабанным. После этого асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью примерно 3,7 кВт при первом же испытании установил значительное ухудшение пусковых свойств. Причина этого заключалась в том, что короткозамкнутый ротор был "слишком замкнут накоротко". Анализ возникновения затруднений привел к созданию так называемого фазного ротора, обмотка которого делается подобно обмотке статора трехфазной и концы которой соединяются с тремя концами, насаженными на вал.
   Но фазный ротор требовал устройства на валу двигателя контактных колец, а это рассматривалось многими электротехниками как недостаток по сравнению с короткозамкнутым ротором, не имевшим никаких трущихся контактов. Однако с этим недостатком пришлось смириться, и такие двигатели применяются в промышленности до настоящего времени.
   Генеральным испытанием трехфазной системы явилась Лауфан-Франкфуртская экспериментальная электропередача. Этот выдающийся для своего времени эксперимент был приурочен к Международной электротехнической выставке и Международному конгрессу электротехников, которые проводились во Франкфурте-на-Майне (Германия).
   Организаторы Франкфуртской выставки по инициативе одного видного немецкого ученого электротехника О.Фон Миллера предложили фирме АЕГ, в которой в то время работал Доливо-Добровольский, передать посредством электричества энергию водопада на реке Неккор (близ местечка Лауфен) на территории выставки во Франкфурт. Расстояние между этими двумя пунктами 170 км. В Лауфене в распоряжение строителей передачи выделялась турбина, дававшая полезную мощность около 300 л.с.
   До этого времени дальность электропередач, не считая нескольких опытных установок, не превышала 15 км, и многие компетентные специалисты полагали, что КПД установки может оказаться ниже 50%.
   В августе 1891г. на выставке впервые зажглись 1000 ламп накаливания, питаемых током от Лауфенской гидростанции; 12 сентября того же года двигатель Доливо-Добровольского привел в действие декоративный водопад. Налицо была своеобразная энергетическая цепь; небольшой искусственный водопад приводился в действие энергией естественного водопада, удаленного от первого на 170 км. Это символизировало большую победу человечества над природой. Проблема передачи энергии на большие расстояния была решена.
   Что же собой представляла эта первая трехфазная линия?
   На ГЭС в Лауфене энергия, развиваемая турбиной, передавалась через коническую зубчатую передачу на вал трехфазного синхронного генератора (230 кВа, 150 об/мин, 0,5 кВ, соединение обмоток в звезду). От генератора медные шины вели к распределительному щиту. На последнем был установлены амперметры и вольтметры, свинцовые предохранители и максимально-минимальные реле, воздействовавшие на цепь возбуждения.
   В Лауфене и Франкфурте находилось по три трехфазных трансформатора с призматической формой магнитопровода. В начале испытаний на каждом конце линии было включено по одному трансформатору мощностью 150 кВА каждый с коэффициентом трансформации 154 в Лауфене и 116 во Франкфурте. Поскольку приборов для измерения высокого напряжения не было, величину вторичного напряжения определили простым умножением первичного напряжения на коэффициент трансформации. Трансформаторы были погружены в баки, наполненные маслом.
   Трехпроводная линия была проведена на деревянных опорах со средним пролетом около 60 м. Медный провод диаметром 4 мм крепился на штыревых фарфорово-масляных изоляторах. Интересной деталью линии являлось устройство плавких предохранителей со стороны высокого напряжения. В начале линии в разрыв каждого провода был включен участок длиной 2,5 м, состоявший из двух медных проволок диаметром 0,15 мм каждая. Для отключения линии во Франкфурте посредством простого приспособления устраивалось трехфазное короткое замыкание, плавкие вставки перегорали, турбина начинала развивать большую скорость и машинист, заметив это останавливал ее.
   На выставочной площади во Франкфурте был установлен понижающий трансформатор, от которого при напряжении 65 В питались 1000 ламп накаливания, расположенных на одном щите. Здесь же был установлен трехфазный асинхронный двигатель Доливо-Добровольского, приводящий в действие гидравлический насос мощностью 100 л.с.. Одновременно с этим мощным двигателем Доливо-Добровольский экспонировал асинхронный трехфазный двигатель мощностью около 100 Вт с вентилятором на его валу и двигатель мощностью 1,5 кВт с сидящим на его валу генератором постоянного тока; последний питал лампы накаливания.
   Испытания электропередачи, которые производились международной комиссией, дали следующие результаты: минимальный КПД электропередачи (отношение мощности на вторичных зажимах трансформатора во Франкфурте к мощности на валу турбины в Лауне) - 68,5%, максимальный КПД - 75,2%, линейное напряжение при испытаниях составляло около 15 кВ.
   Электропередача Лауфен-Франкфурт подвела итог исследованиям в области многофазных токов. Трехфазная система была блестяще продемонстрирована представителям многих стран мира. Так, из всех возможных многофазных систем выбор был сделан в пользу системы трехфазной. Результаты Лауфен-Франкфуртской передачи открыли этому роду тока широкий путь в промышленность.

37. Рождение нового вида транспорта

   Передовые умы России добились в 1836г. разрешения правительства на строительство первой в стране железной дороги Петербург - Царское село - Павловск, несмотря на сопротивление консервативно настроенной части руководящих кругов. Сооружением дороги руководил профессор Венского политехнического института Ф.А.Герснер.
   Ширина колеи была установлена в 6 футов (1829 мм), что обеспечивало большую устойчивость карет, перевозимых на платформах. В плане дорога представляла прямую линию с уклоном не выше 2%.
   Рельсы для Царской дороги длиной от 3,7 до 6,9 м получали из Англии и Бельгии. Они укреплялись на деревянных, осмоленных, сосновых шпалах длиной 3 м, уложенных непосредственно на насыпь и расположенных друг от друга на расстоянии трех футов (0,9 м). Двухголовые рельсы крепились посредством клиньев в чугунных подушках, которые пришивались к шпалам нагелями.
   В 1876г. на Царской дороге был уложен второй путь, а после 1990г. колея была перешита на общепринятую в России - 1524 мм (пять футов).
   Экономического значения дорога не имела, но было доказано, что глубокие снега и метели не являются препятствием к сооружению и эксплуатации рельсовых путей в северных районах страны.
   В 1893г. началось сооружение Варшавско-Венской дороги, ширина ее колеи была принята западноевропейской - 1435 мм. Рельсы для нее заказывали также за границей. Для эксплуатации линию открыли лишь в апреле 1848г. Протяженность дороги составила 307 км с ответвлением 21,3 км.
   Таким образом, в 1850 г. в России были сооружены две железные дороги общей протяженностью 355 км. Были они малоходны и не могли стимулировать новое транспортное строительство.
   Крупнейшим достижением отечественного инженерного искусства стало постройка Петербурго-Московской магистрали протяженностью 650 км. Сооружалась дорога одновременно с двух концов в течение 8 лет (1843 - 1851 гг.).
   Замечательный по техническому оформлению и исполнению рельсовый путь был впервые построен по проекту русских инженеров. Дорога имела 184 моста, 69 труб и 19 путепроводов. Здесь впервые применили широкоподошвенные рельсы. Они имели 5486 км в длину и 78 в высоту, вес составлял 29,5 кг на метр погонной длины.
   Вся линия была разбита на восемь перегонов длиной от 78 до 86 км. В соответствии с этим построили девять паровозных депо. Локомотивы и бригады менялись после каждого перегона.
   Здания паровозных депо строились круглыми. Каждое из них вмещало 18 локомотивов, стоящих в радиально расположенных стойлах. В центре здания имелся поворотный круг. При каждом депо находились ремонтные мастерские.
   В 1844г. Александровский механический завод в Петербурге передали в ведомство путей сообщения. Здесь началось строительство отечественных паровозов и вагонов. Уже к 1849г. завод построил 42 пассажирских и 120 грузовых паровозов. Вес последних не превышал 30 т. Как локомотивы, так и вагоны снабжались с каждой стороны только одним буфером, сцепление производилось крючьями без винтовой стяжки.
   Первые пассажирские вагоны Александровского завода выпускались восьмиколесными, на двух тележках с чугунными литыми колесами без бандажей. Они не имели отопления и туалетов. Освещение применялось свечное или газовое. Как на грузовых, так и на пассажирских поездах были ручные тормоза.
   В этот период Петербурго-Московская магистраль стала экономически выгодной. Наряду с пассажирскими здесь эксплуатировалось много грузовых поездов. Они состояли из 15 вагонов и перевозили со скоростью 16 км/ч до 200 т грузов.
   Опыт строительства первой двухпутной дороги в дальнейшем использовался при сооружении всех новых железнодорожных линий. Из трех существовавших в то время размеров колеи общепринятым для отечественных магистралей стал именно размер 1524 мм, переведенный в последние годы на более целесообразный - 1520 мм.
   В 1855 г. Александр II при вступлении на престол переименовал Петербурго-Московскую дорогу в Николаевскую. А в 1923г. в честь годовщины победы социалистической революции дорога получила название Октябрьской.
   Первым опытный период строительства отечественных железных дорог заканчивается Крымской войной 1853-1855гг. За это время было сооружено всего 1026 км рельсовых путей.
   К 1929г. протяженность железных дорог составила 77000 км. В 20 -е годы на транспорте начинают появляться новые виды локомотивов - тепловозы и электровозы. Еще в 1922г. Совет труда и обороны по инициативе В.И, Ленина постановил построить три тепловоза магистрального типа.
   Первый тепловоз с электрической передачей Щэл I ,был построен в 1924г. по проекту профессора Я.М.Гаккеля на петроградских заводах и отправился в первый рейс 6 ноября 1922г. Второй тепловоз с электрической передачей Ээл 2 (Юэ 001) построен в 1925г. по проекту профессора Ю.В.Ломоносова на заводах Германии. Оба эти локомотива были переданы для эксплуатации на Московско-Курскую дорогу. Через два года начались испытания тепловоза Эмх3 (Юм) с механической передачей конструкции Ю.В.Ломоносова. Первые отечественные дизельные локомотивы успешно эксплуатировались на участке Москва-Курск, для чего в Люблино была создана опытная база.
   Отдел электрификации железных дорог был организован в НКПС еще в 1918г. Его возглавил опытный инженер Г.С.Графтио (с 1932г. академик Академии наук). Этот отдел составлял проекты электрификации ряда линий, в том числе и Московского узла. Первенцем электротяги на советских дорогах стал пригородный участок Баку - Сабунчи - Сураханы в Азербайджане. Руководителем работ здесь стал инженер Радциг.
   Для первого электрифицированного участка подвижной состав изготовил коллектив Мытищинского вагоностроительного завода. Тяговые двигатели и пусковые реостаты были выпущены заводом "Динамо"; аппаратура поставлена австрийской фирмой "Элин", тормозное оборудование - германской фирмой "Кнорр". Торжественное открытие движения поездов на электрифицированном участке Баку - Сураханы состоялось 6 июля 1926г.
   В 1923 - 1924 гг. на магистралях начинает применяться радио. Внедряется диспетчерская поездная связь и буквопечатающая телеграфная аппаратура.
  
  
  
  
  

Приложение: Единицы измерения, данные в честь великих творцов науки и техники.

   Применение количественных методов науки, технике и материальном производстве с необходимостью усилило интерес к вопросам измерения. На сегодняшний день имеется богатая литература (см. библиографию), в которой рассматриваются различные аспекты теории и практики измерений. Пожалуй, наиболее фундаментальным является исследование чешского философа и методолога науки Карела Берки. Интенсификация информационных процессов еще более актуализировала проблему измерения и совершенствования методов метрологии.
   Напомним, что теория информации как специальная дисциплина технического знания зародилась сначала специальных науках, изучающих технические средства связи, но потом импульс ее развития дала информатика, где громадную роль играет измерительная информация.
   И з м е р е н и е - по своей сути есть информационный процесс, в котором объект измерения является источником информации, содержанием информации - количественная характеристика свойств данного объекта, а прибор - информационный посредник, т.е. канал связи. В области автоматики выделяются два вида информационной техники: информационно-измерительная (в системе телеизмерения) и командная (в системе телеуправления).
   Понимание измерения как информационного процесса и введение
   понятия "измерительная информация" знаменовало зарождение информационного подхода в теории измерений, метрологии, измерительной техники и приборостроении.
   Развитие информационного подхода в теории измерений привело, во-первых, к применению аппарата теории информации К. Шеннона к проблематике теории измерений. Суть исследований в этой области заключается в переоценке роли ошибок в физическом эксперименте в свете негэнтропийного принципа информации Л. Бриллюэна.
   Второе направление в применении информационного подхода к теории измерений связано с переоценкой роли субъекта в процессе измерения, что привело к созданию измерительных информационных систем. На этой основе в качестве особого раздела метрологии сложилась информационная теория измерений и измерительных устройств.
  

Понятие измерения

  
   В повседневной жизни измерение является обычной процедурой. Наряду с вычислением оно стало неотъемлемой частью жизни человека, общественного производства и необходимой предпосылкой развития науки и техники. Ведь переход от качественного к количественному взгляду на мир считается началом современной науки и он связан с именем Г. Галилея и И. Ньютона. Наука выросла из измерения и утверждала себя именно измерению.
   Осознание данного факта привело к появлению работ по методологии и измерению. Первой из них, бесспорно была книга Г. Гельмгольца "Счет и измерение с точки зрения познания" (1887).
   Процедура измерения предполагает наличие трех условий:
   а) наличие объекта, над которым должна производиться процедура замера;
   б) свойство данной системы, которое в ходе измерительных действий должно быть выражено определенной величиной;
   в) инструмент, посредством которого производится операция измерения.
   Все эти перечисленные три элемента должны привести к появлению некоего метрического чиcла, а если оно не появилось, значит, измерительная процедура не состоялась.
   Физическое измерение связано с наблюдением и экспериментом. Здесь решающими факторами становятся объект измерения и результат его, выраженный в числовой форме. Сам же процесс измерения базируется на сравнении измеряемого свойства объекта с единицей измерения. Внефизическое измерение, т.е. измерение субъективных свойств человека и социальных процессов, связано с классификацией и результат измерения здесь выражается не метрическим числом, а цифровой символизацией.
   После этих предварительных рассуждений можно дать такое определение измерению:
      -- "Измерение есть процедура, при которой мы получаем символы, пригодные для представления определяемого понятия" .
      -- "Осуществление количественных описаний, т.е. опытов, при которых мы получаем числовые данные, позволяющие установить характер (качество), но и меру (количество) наблюдаемых изменений, мы называем измерением"4.
   Так или иначе, но измерение всегда есть определение меры и в этом его главная функция, а основные понятия теории измерения - количество, величина, число, шкала, мера.
   Итак, подведем итог анализа понятия "измерение" и сформулируем некоторые понятия, отражающие практику измерения и ставшие органическими составляющими частями теории измерений.
   Основными являются следующие понятия процесса измерения.
      -- Физическая величина -- это присущее объектам материального мира свойство вообще, которому для количественной оценки, применяя понятия "больше-меньше", мы можем приписать определенное число, поскольку мы можем говорить об интенсивности данного свойства об интервале этой интенсивности. Большему физическому значению измеряемой величины мы приписываем большее число в результате сравнения с физическим значением величины того же рода, принятой за единицу. Чтобы физическая величина была измерена, она должна быть определена так, чтобы ясно вытекала возможность сравнивать ее значения и складывать их.
      -- Результат измерения - именованное число, представляющее собой сообщение, элемент измерительной информации.
      -- Измерительная информация - упорядоченные (количественные) сведения о каких-либо (одном или многих) определенного вида свойствах материального объекта (явления, тела, вещества), получаемые опытным путем с помощью специального устройства (измерительного прибора или системы) в результате его взаимодействия с материальным объектом. Измерительная информация может быть представлена и передаваться в различных конкретных формах сообщений: упорядоченные числа, знаки, кодирование системы, масштабные диаграммы и т.д.
      -- Количество (объем) измерительной информации - упорядоченные сведения о степени вероятности количественной оценки какой-либо определенной характеристики материального объекта, получаемой из возможного разнообразия ее числовых значений путем измерения.
      -- И, наконец, измерение - процесс получения опытным путем численного соотношения между данной измеряемой величиной и некоторыми ее значениями, принятыми за единицу измерения.
  

Прибор как информационный посредник и средство измерения

  
   Измерение является воплощением единства теории и практики, т.е. это одновременно и практическое действие, и метод познания мира. Резкое увеличение процессов измерения в современной науке и технике вызвало необходимость автоматизации измерительной информации. Применение электронной автоматики, цифровой техники и телекоммуникаций открывает невиданные возможности в сборе измерительной информации и ее обработки, а компьютеризация измерений позволяет овладеть такими процедурами и опосредованиями, которые не доступны непосредственно человеческому контролю. Методы измерения и средства измерительной техники к тому же позволили расширить познавательные возможности человека, преодолеть границы естественных органов чувств - этих в полном смысле слова биологических датчиков информации. Познание по существу есть отражение действительности в мозгу человека и воспроизведение ее в виде определенных познавательных образов, дающих информацию об этой действительности. Внешние предметы, объективная реальность действуют на наши органы чувств и вызывают ощущения, восприятия, представления, которые являются образами объективно существующих вещей. Орудиями, или средствами, при помощи которых люди активно общаются с внешним миром и познают его, являются органы чувств - физический аппарат человека. Из пяти органов чувств наибольшее количество информации несут человеку зрение и слух, меньше - обоняние и вкус, еще меньше - осязания. Рассмотрим повнимательнее характеристики основных носителей информации о внешнем мире - органов зрения и слуха человека.
   Зрение - основной носитель информации (четыре пятых) для человека. Ученые всех веков слагали настоящий гимн глазу - "первейшему среди членов тела", "государю математических наук" (Леонардо, Альберти). Однако нашему непосредственному восприятию недоступна область колебания световых волн в диапазоне 400 : 800 миллимикрон и лишь при очень большом напряжении глаз может видеть ультрафиолетовые лучи в диапазоне 300 : 400 микро-миллимикрон и инфракрасные от 750 до 800 миллимикрон. Все остальные, а именно: радиоволны, лучи Рентгена, ультрафиолетовые с длиной волны 300 мм, инфракрасные с 800 мм, гамма-, бэта-, альфа-излучения воспринимают только приборы, а также некоторые животные и насекомые. Для человека подобное ограничение целесообразно, ибо глаз, который видел бы все лучи, именно поэтому не видел бы ровным счетом ничего. И действительно, если бы мы вдруг увидели инфракрасное излучение, мы бы не могли ничего разобрать из-за теплового шума молекул в нашем глазу; длительное восприятие ультрафиолетовых лучей могло бы разрушить глазную сетчатку, не обладай хрусталик поглотительной способностью к этим лучам.
   Орган слуха человека - ухо - приспособлен к ощущению и восприятию звуковых волн с частотой от 16 до 20000 колебаний в секунду и порогом амплитудной чувствительности примерно в один децибел.
   Но значит ли это, что человек не может расширить познание шире указанных пределов? Не стоит ли человек по восприятию и ощущению ниже биологических особей другого вида? Ведь животные (собаки, дельфины, некоторые насекомые) воспринимают зрительные и слуховые раздражения шире областей, указанных выше. Отнюдь нет. Естественная ограниченность органов чувств человека не является преградой для безграничного познания, не может служить основанием для выводов о недостаточности чувственного познания. Если бы человек обладал только органами чувств, он не отличался бы от животного. Но человек к органам чувств добавляет свою мысль, связывает воедино разрозненные ощущения. Развитие общественной практики, обобщение данных науки сделало возможным непрестанное расширение границ человеческого восприятия. Подобно тому, как в своем воздействии на природу человек не ограничился естественными органами своего тела и присоединил к ним искусственные орудия практического воздействия на природу - орудия труда, подобно и в восприятии природы он перестал ограничиваться своими органами чувств, стал присоединять к ним искусственные средства - приборы.
   К примеру, первые непосредственные наблюдения Луны могли дать очень незначительные материалы древним для обобщений. Так, Аристотель (IV век до н.э.) считал, что на Луне, как в зеркале, мы видим отражение земных облаков. Плутарх (I-II век до н.э.) обратил внимание на то, что граница света и тени неровна. Он приписывал эту неровность лунной поверхности. Но эти древние ученые исчерпали все, что можно было сделать без помощи прибора - телескопа. Телескоп был крайне необходим человеку для проникновения в глубины вселенной. Первым астрономом, кто в 1609г. направил телескоп на планеты, Галилей. Взглянув на Луну, он пришел к выводу, что Луна представляет собой тело, подобное Земле.
   В принципе наблюдаемые непосредственно величины имеют место в природе. Возьмем, к примеру, открытые ныне субатомной физикой элементарные частицы. Гипотезы, предположения о существовании элементарных частиц высказывались еще древними греками. Но также, как и в познании макромира, они были достаточно элементарны и наивны. Так, Анаксимандр из Милета считал, что все состоит из тепла и холода, сухости и влажности. Он утверждал, что исходным элементом является воздух. Четыре стихии Эмптедокла из Акраганта - земля, вода, воздух и огонь - составляли все многообразие мира. И только Демокрит Абдерский и его учитель Левкип первыми заговорили о том, что Вселенная состоит из пустого пространства и бесконечного множества частиц - атомов, одинаковых по свойствам и движущихся без всякой видимой причины, просто по самой своей природе. Пустое пространство и плавающие в нем материальные точки - такая картина оказалась наиболее приемлемой для естествоиспытателя.
   Но практически подтвердить, увидеть, ощутить элементарные частицы материи в то время было невозможно, люди не имели в своем распоряжении методов и средств к их восприятию. Такое положение вещей дало возможность появлению в более поздние времена различных "теорий" строения вещества. И только в конце ХIX в. и в начале ХХ в. развитие экспериментальных методов, средств измерений, открытие радиоактивности подтвердило существование микромира.
   Изучением атома занялись физики ХХ в. Уже в 1911 г. Резерфорд обнаружил, что атом практически пуст. Почти вся его масса сосредоточена в ядре, которое имеет размеры меньше, чем 10-12 см. Посмотреть, что делается в ядре на расстоянии 10-13 - 10-14 см, физики смогли только спустя более чем 50 лет после открытия Резерфорда в лучших лабораториях мира, оснащенных ускорителями с энергией частиц порядка нескольких десятков миллиардов электронвольт.
   Однако здесь выявились противоречия классического описания атомных объектов, допускающих ряд абстракций (неравенства Гейзенберга) и предполагающих независимость физического процесса и способа наблюдения. Необходим был новый способ, основой которого должен быть учет реальных возможностей измерения над микрообьектами. Необходимо было учесть устройство и действие приборов, создающих условия, в которых находится объект.
   Необходимость усложнить описание атомных объектов, введя в рассмотрение средства наблюдения (приборы), вытекает из того, что здесь нельзя обойтись без посредника. Необходимым посредником при изучении атомных объектов являются приборы; атомный объект может проявиться только при взаимодействии с прибором. Например, пусть частицы становятся видимыми только при необратимом лавинном процессе в камере Вильсона или в слое фотопленки. Вообще, когда мы говорили о поведении и свойствах атомных объектов, мы должны помнить, что эти свойства познаются не чисто умозрительным путем, а путем анализа взаимодействия объекта с прибором, работающем в конкретных физических условиях и создающем эти условия. Да и весь акт познания не является чисто умозрительным, а опирается на наблюдения, имеющие материальный характер. На сегодняшний день известно более ста элементарных частиц только ограничения энергии ускорителей несколько приостановило расширение этого списка. Важнейшие помощники человека - приборы - могли раскрыть разнообразие материи в области микромира, но и сейчас мы еще также далеки от окончательного познания микромира, как и раньше. Никаких неизменных последних элементов материи нет и не может быть; развитие прикладной физики будет идти по пути дальнейшего познания новых и новых свойств неисчерпаемого материального мира. Познание объектов микромира, отличающихся по своим размерам и законам поведения от объектов микромира, еще раз подтверждает, что все они материальны и что в мире нет ничего, кроме вечно движущейся материи.
   Таким образом, основными функциями прибора в процессе отражения материального мира являются:
   а) превращение действительности в измерительную информацию с помощью объективно существующей меры, т. е. внутренней упорядоченности материи определяющей возможность получения информации;
   б) измерительные приборы - это продолжение и развитие органов чувств человека.
   Атом не видел еще никто - слишком мал этот "кирпичик" мироздания. Но молекулы человек уже видел используя современные приборы с разрешающей способностью увеличения в три миллиона раз - электронные микроскопы. В Дубне, в Объединенном институте ядерных исследований в последние годы был открыт 104-й элемент системы Менделеева - курчатовий. В опыте было зарегистрировано 150 ядер, испытывающих спонтанное деление с периодом полураспада 0,3 с. Только совершенные приборы могли зарегистрировать и сообщить человеку процессы, происходящие в недрах атома и как результат - рождение искусственного 104-го элемента. Однако, следует заметить, что и прибор, каким бы он не был совершенным, является лишь первичным звеном в общей цепочке диалектического познания. Созданные в последние годы атомные реакторы, кибернетические машины, космические корабли, квантовые усилители электромагнитных волн дают ученым невиданные ранее средства исследования, позволяющие проникнуть в неизведанные тайны природы. И все же метод измерения не гарантирует абсолютной точности информации. У него есть свои границы.
  

Гносеологические границы измерения

   Измерения - общенаучная категория, поэтому методологическая функция его заключается в опосредующей роли, т. е. это понятие является средством опосредования философской идеи "количество" в отношении реальных количественных характеристик - объектов, систем, процессов реальности. Общенаучным понятиям соответствуют и общенаучные методы. C категорией "измерения" связан метод измерений, функционирующий в рамках общей теории измерений5. Но поскольку это общенаучный метод, он функционален лишь в связи с другими и сам по себе не гарантирует абсолютной истины. На этот счет не должно быть никаких иллюзий. Как писал один из создателей квантовой механики Э.Шредингер в статье "Философия эксперимента": "Новая наука (имеется в виду квантовая механика) самонадеянно присваивает себе право третировать все наше философское мировоззрение. Она утверждала, что те тонкие измерения, с которыми легко обходится квантово-механический формализм, действительно могут быть сделаны. Но это невозможно, ... так как при этом закрывают глаза на тот факт, что интерпретации в квантовой схеме поддаются очень мало действительных измерительных устройств, если таковые вообще имеются6".
   Операционализм (Бриджман, Эллис, Стивенс и др.) неоправдано расширяет понятие измерения, преувеличивая его конвенциальные стороны. Для него в процессе измерения решающую роль играют измерительные операции, а объективные стороны причин по сути игнорируются. Но в таком случае встает мировоззренческий вопрос принципиального характера: каковы возможности и границы измерения и есть ли они вообще? Здесь имеет место два противоположных ответа:
      -- некоторые свойства реальных объектов принципиально не измеримы;
      -- не существует в принципе ничего неизменного (Карнап Р.). Однако иллюзии операционалистов необоснованы, ибо мы не имеем права приписывать числа природе, т.е. объективистски продуцировать величины. Величина должна иметь объективную основу, а не просто быть надуманным числом.
   Бесспорно, измерение является одной из научных процедур, и его значение неуклонно возрастает в эпоху НТР. Но это не в коем случае не должно приводить к переоценке его возможностей...Трезвая оценка условий измеримости дает развитию науки, техники и производства гораздо больше, чем субъективистский взгляд, согласно которому измерение, в сущности, всегда возможно и не имеет никаких объективных ограничений7".
   Основатель Главной палаты мер и весов в России Д. И. Менделеев любил повторять выражение: "Наука начинается там, где начинается измерение". Он также считал, что метрология должна опережать развитие других отраслей науки и техники.
   Гносеологические границы измерений не являются застывшими. Они постоянно будут развиваться по мере а) успехов математизации в науке и б) прогресса в приборной, и в частности, измерительной техники. Но и эти факторы относительны. Карел Берка справедливо подчеркивает: "Математизация в науке носит лишь инструментальный характер. Эффективность количественного подхода зависит от вдумчивости при его измерении... Путем простого перевода нечетких или неясных концепций на язык математики точности достичь нельзя...Математизация в науке не может стать каким-то исключительным методом исследования; она не способна заменить собой диалектико-- и историко-материалистический подход к анализу нашего предмета исследования - измерения. Математизация всегда лишь есть средство8 ..."
   Что касается прогресса приборной техники, то здесь следует ожидать результатов по двум направлениям: совершенствование приборов, заменяющих или хотя бы усиливающих органы чувств человека.
   Контрольно-измерительные приборы возникли как помощники органов чувств. В процессе развития этого вида измерительной техники постоянно увеличивалось число характеристик по которым искусственные приемники информации превзошли естественные.
   Другой класс измерительной техники связан с замещением прибором естественных органов чувств человека, т. е. информация о некоторых видах реальности может быть получена только с помощью прибора. При том всю эту информацию приборы дают в числовой форме, чего никогда не делают биологические датчики информации. Но, как показал в своих исследованиях Бриллюэн, за полученную информацию с помощью прибора приходится расплачиваться нэгентронией. Это означает, что получение бесконечно большого количества информации сопряжено с затратой бесконечно большого количества энергии, что в принципе невозможно. Прогресс приборной техники, таким образом, связан с определенным запретом на получение измерительной информации.

Дометрические единицы измерений

   В истории развития единиц физических величин различают три основных периода: 1) применение наборов субъективных и объективных единиц, 2) применение наборов сопряженных единиц и 3) применение системы единиц.
   Самым древним является первый период набора субъективных единиц длины, отождествляющийся, в частности, с названиями частей человеческого тела. Так, в качестве единиц длинны приняли дюйм (длинна сустава большого пальца), ладонь (ширина четырех пальцев без большого), малую пядь (расстояние между концами расставленных большого и среднего пальцев), большую пядь (расстояние между концами большого пальца и мизинца), фут (длинна ступни), аршин или локоть (длинна локтя), шаг и др.
   В качестве субъективных единиц площади применялись колодец (площадь, которую можно полить из одного колодца), соха или плуг у славян (средняя площадь, обработанная за день сохой или плугом), морген у немцев (площадь, пропаханная за утро) и др.
   Для установления большей определенности в ХIV - XVI вв. субъективные единицы были заменены набором объективных единиц. Так, например, в ХIV в. в Англии были установлены законный дюйм, представляющий длину трех приставленных друг к другу ячменных зерен; фут, представляющий ширину 64 ячменных зерен, положенных бок о бок; ярд, равный, по преданию, расстоянию от середины носа Английского короля Генриха I до среднего пальца вытянутой руки.
   В качестве единиц массы были введены гран (масса зерна) и карат (масса семени одного из видов бобов).
   Второй период развития физических единиц, в отличие от первого, характеризуется применением сопряженных единиц, т. е. единиц, которые находятся во взаимной связи, например, в качестве единиц длинны использовали милю, ярд, фут, дюйм, при этом миля содержала 1760 ярдов, ярд - 3 фута, фут - 12 дюймов.
   Необходимо отметить, что почти во всех европейских странах в XVII и XVIII вв. царил хаос в области применения мер и соответствующих единиц.
   Свои особые меры длины, площади, массы применяли не только разные государства, но и отдельные области внутри одного и того же государства. В Европе использовали около полусотни миль - единиц длины различного размера - и более 120 различных футов.
   Особый разнобой наблюдался в конце XVIII века во Франции накануне Великой Французской революции; каждый феодал имел право в пределах своих владений устанавливать свои меры.
   Множественность и разнообразие мер в Европе мешали развитию торговых связей и промышленности, а также прогрессу естественных и технических наук. Однако, в конце XVIII в. во Франции была предложена метрическая система мер, послужившая основой для международной унификации единиц длины, массы и важнейших производных единиц площади, объема, вместимости и плотности.
  

Метрическая система мер. Метрическая конвенция.

   В 1789 г. крупные торговые центры Франции обратились к французскому правительству с просьбой установить единицы меры для всей страны. 8 мая 1790 г. Национальное собрание Франции приняло декрет о реформе мер. Парижская Академия наук по предложению крупнейшего математика и механика Ж. Лагранжа (1736 - 1813 гг.) рекомендовало установить десятичное подразделение кратных и дольных единиц и по предложению крупнейших французских ученых (Ж. Борда, Ж. Кондорсе, П. Лапласа, Г. Монжа и др.) принять одну десятимиллионную часть четверти длинны Парижского земного меридиана в качестве единицы измерения.
   На основе этой единицы длинны, названной метром, и была построена система мер, получившая название метрической системы мер. Рекомендации Парижской Академии наук были утверждены Национальным собранием Франции 26 марта 1791 г. Декрет о новых мерах и весах был принят Конвентом Франции 7 апреля 1795 г. В соответствии с этим декретом были установлены основные меры длины; метр как одна десятимиллионная часть четверти Парижского меридиана и производные меры (и единицы): ар - площадь в квадрате, длина стороны которого равна 10 метров; стер - объем дров, равный 1 м3; литр - объем и вместимость жидкостей и сыпучих тел, равный объему куба с длиной ребра 0,1 м; грамм - масса чистой воды, занимающей объем куба с длиной ребра 0,01 м.
   Были введены десятичные кратные и дольные единицы, образуемые с помощью приставок: мириа (104), кило (103), гекто (102), дека (101), деци (10-1), санти (10-2), милли (10-3).
   Работы по определению размера метра измерениями длины дуги Парижского меридиана от Дюнтерка до Барселоны, начатые в 1792 г., были закончены в 1792 г. В 1799 г. были изготовлены платиновые метр и килограмм, переданные на хранение Национальному архиву Франции, в связи с чем они получили наименование "архивный метр" и "архивный килограмм".
   Однако привычка использовать старые меры представляла психологический барьер и препятствовала быстрому и успешному внедрению метрической системы мер и только в 1832 г. эту систему стали в обязательном порядке применять во Франции.
  
   Со второй половины XIX в. метрическая система мер получили признание во многих странах Европы, Азии, Америки в качестве международной системы мер. Эту способствовали русские ученые (академик О.В.Струве, Б.С.Якоби) выступавшие от имени Российской Академии наук.
   В 1872 г. Международная комиссия по прототипам метрической системы приняла решение о создании платино-иридиевых прототипов метра и килограмма, а 20 мая 1875 г. в Париже 17 государств подписали Метрическую Конвенцию для обеспечения международного единства измерений и усовершенствования метрической системы мер. В число этих государств входили Австро-Венгерское государство, Германия, Италия, Россия, США, Франция и др.
   К столетию Метрологической конвенции (1975 г.) ее подписали и подтвердили присоединившиеся к ней 43 государства мира, в том числе Великобритания, Канада, США, Франция, СССР и др. страны.
   В России метрическая система мер была допущена для факультативного применения (наравне с русскими национальными мерами) законом от 4 июня 1895 г. Проект этого закона был разработан великим русским ученым Д.И.Менделеевым.
   Затем декретом СНК РСФСР от 14 сентября 1918 г. был установлен полный переход РСФСР на метрическую систему мер, начавшийся 1 января 1919 г. и закончившийся 1 января 1927 г. В соответствии с этим декретом были изъяты из применения и запрещены к использованию русские национальные меры. Постановлением СНК СССР от 21 июля 1925 г. Метрическая конвенция была признана как имеющая силу для Советского Союза.
   Метрическая конвенция 1875 г., несколько измененная соглашением, подписанным в Севре в октябре 1921 г., предусматривала основание и содержание на общие средства международного бюро мер и весов (МБМВ) - первого в мире научно-исследовательского учреждения, существующего на взносы стран, подписавших конвенцию и ведущую исследованию по совместно вырабатываемым программам.
   Международное бюро мер и весов действует под руководством Международного комитета мер и весов (МКМВ), который в свою очередь, подчиняется Генеральной конференции по мерам и весам.
   Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) созывается Международным комитетом мер и весов в Париже не ранее одного раза в шесть лет. Задача ГКМВ - обсуждение и предложение мероприятий, необходимых для распространения и усовершенствования метрической системы, а также утверждения новых основных мероприятий метрологических определений, произведенных между ее сессиями. Велика роль Метрической конвенции и в первую очередь расширении и укреплении сотрудничества по унификации единиц измерения на основе метрической системы мер, а также в развитии торговли, промышленности и культурного обмена между странами.
   К 1983г. состоялись 17 Генеральных конференций по мерам и весам: I ГКМВ - в 1889г., XVII ГКМВ - в октябре 1983г.
   Международный комитет мер и весов образовал семь специализированных консультативных комитетов: по электричеству (ККЭ), по фотометрии и радиометрии (ККФР), по термометрии (ККТ), по определению метра (ККОМ), по определению секунды (ККОС), по эталонам для измерения ионизирующих излучений (ККЭИИ), по единицам (ККЕ). Эти консультативные комитеты проводят огромную работу по метрологии.
   Столетие Метрической конвенции весь мир отметил (в мае 1975г.) как важнейшую дату в деле международной унификации измерений с недостижимыми ранее точностями и по созданию и распространению во всем мире Международной системы единиц измерения (СИ).
   C современной точки зрения единицы метрической системы мер не образовывали систему единиц, они представляли собой совокупность сопряженных единиц, основанную на метре и килограмме и десятичном подразделении кратных и дольных единиц.
   Метрическая система мер, кроме того, не охватывала тепловых, световых, электрических и магнитных величин, в то время, как в первой половине XIX в. появилась потребность в единицах этих величин в связи с развитием учений о теплоте, свете, электричестве и магнетизме.
  

Международная система единиц (СИ).

   В 1948г. на IX ГКМВ поступило предложение Международного союза чистой и прикладной физики (МСЧПФ) об установлении Международной практической системы единиц. Кроме того, был внесен проект международной унификации единиц, составленный французским правительством. IX ГКМВ, рассмотрев этот вопрос, приняла решения провести соответствующий опрос всех государств, примкнувших к Метрической конвенции и поручила Международному комитету мер и весов выполнить работы по подготовке соответствующих рекомендаций относительно установления практической системы единиц, которая могла бы быть принята в международном масштабе. с этого времени дело становления международной практической системы единиц стало быстро продвигаться.
   в 1954 г. X ГКМВ приняла шесть основных единиц Международной системы: метр, килограмм, секунду, ампер, градус Кельвина и канделу (в русском написании того времени - свечу). Одновременно специальная комиссия по единицам, выделенная Международным комитетом мер и весов, готовила соответствующие предложения для представления XI ГКМВ. XI ГКМВ (1960) в принятой резолюции установило шесть указанных выше основных единиц; две дополнительные единицы (радиан и стерадиан) и двадцать семь первых производных единиц системы, которой было присвоено полное наименование Международная система единиц и сокращенное наименование - СИ.
   Кроме того, были приняты двенадцать десятичных и дольных приставок (для множителей 1012, 109, 106, 103, 102, 101, 10-1, 10-2, 10-3, 10-6, 10-9и 10-12). Было указано, что в будущем к двадцати семи производным единицам системы могут быть добавлены и другие производные единицы. Резолюцией XI ГКМВ (1960г.) была завершена огромная подготовительная работа по принятию Международной системы единиц, единой универсальной практической системы единиц для всех отраслей науки, техники, народного хозяйства и преподавания.
   Дальнейшее развитие Международной системы единиц происходило в следующем порядке. На XII ГКМВ (1964г.) было принято решение об отмене старого определения метра как единицы объема чистой воды массой 1 кг при температуре 3,98 0C и при нормальном давлении и установлено, что метр - особое наименование кубического дециметра (1л = 1 дм3). Были утверждены десятичные дольные приставки - фемто (множитель 10-15 от датского слова, которое означает пятнадцать ) и атто (множитель 10-18).
   На XIII ГКМВ (1967-1968 гг.) было принято новое наименование и обозначения единиц термодинамической температуры и температурного интервала - кельвин (К) (вместо градуса Кельвина (К0) для единицы термодинамической температуры и вместо градуса для единицы температурного интервала). Указано, что температурный интервал может выражаться в градусах Цельсия (0С).
   Был дополнен (с 28 до 32) перечень производных единиц СИ. Отменено наименование дольной единицы длины микрон (мк), которая получила наименование микрометр (Мкм), поскольку обозначения м и мк стали обозначениями микро- (10-6). Уточнены определения канделы и кельвина. XIV ГКМВ (1971г.) приняла специальное наименование паскаль (Ра, Па) для единицы давления и механического напряжения вместо ньютона на квадратный метр (Н/м2), сименс (1сm = 1А/В) для единицы электрической проводимости вместо ома в минус первой степени (Ом-1). XIV ГКМВ ввела в Международную систему единиц седьмую основную единицу СИ - моль для количества вещества системы и дала ей определение.
   На XV ГКМВ (1975 г.) были утверждены две новые кратные приставки: пета (P, П), соответствующая множителю 1015, и экса (E, Э), соответствующая множителю 1018, и присвоены два специальных наименования: беккерель (Бк, ) - единице активности нуклида вместо секунды в минус первой степени (C-1) и грэй - единице поглощенной дозы излучения (Гр ) вместо джоуля на килограмм (Дж/кг).
   XVI ГКМВ (1979 г.) присвоила специальное наименование зиверт (Зв, ) единице, эквивалентной дозы излучения вместо джоуля на килограмм (Дж/кг, ) и ввела новые определения для метра (с 1983 г.) утвердила новое определение метра.
   Важнейшими достоинствами Международной системы единиц являются:
      -- универсальность - охват всех областей науки, техники и народного хозяйства;
      -- унификация единиц и физических величин для всех видов измерения механических, тепловых, электрических, магнитных, акустических, световых и др. величин.
   Так, вместо ряда единиц работы и энергии (кгс x М, гс x см, эрг, кал, ккал, эВ, П.С. x ч, Вт x с, кВт x ч, Дж и др.) в СИ предусмотрена одна системная единица работы, энергии, количества теплоты - Джоуль (Дж). Вместо ряда единиц давления (ат, атм, кгс/см2,кгс/м2, кгс/мм2, мм рт. ст., мм вод., ст. бар., барий, дин/см2, Н/м2, торр, Па и др.) в СИ имеется одна универсальная система единиц давления, механического напряжения, модуля упругости - паскаль.
  
   Удобные по размеру для практического применения основные, дополнительные и производные единицы (м2, м3, Гц, м/с, м/с2) создают когерентность системы: все производные единицы системы получают из уравнений связи между величинами, в которых коэффициенты равны безразмерной единице. Четко разграничены в СИ единицы массы (килограмм), силы и веса (Ньютон).
   Устранен существующий разнобой и путаница в единицах физических величин в связи с избавлением от множественности системных и внесистемных единиц, что нередко приводило к ошибкам и недоразумениям.
   Упрощены записи уравнений и формул в физике, химии и др. науках, а также в технических расчетах в связи с отсутствием в расчетных формулах перечисленных коэффициентов.
   Облегчен педагогический процесс, поскольку упростился учебный материал в средней и высшей школе.
   Достигнуто лучшее взаимопонимание при дальнейшем развитии научно-технических и торговых связей между различными странами.
   Потребность в практической системе единиц, являющейся единой для всего мира, настолько велика и перечисленные преимущества Международной системы единиц (универсальность, простота и др.) столь убедительны, что за относительно короткое время она получила широкое международное признание и распространение во всем мире.
   Большинство капиталистических стран (Франция, ФРГ, Италия, Япония), а также развивающиеся страны (Индия, Гана, Пакистан, Шри-Ланка, Сомали и др.) приняли решение о переходе на применение Международной системы единиц. Такие же решения приняты в станах, использовавших британскую систему мер.
  
   Паскаль (Па) - единица давления. Определяющее уравнение (для равномерно распределенной по поверхности силы):

P=F/S

   где P - давление, вызванное силой F, равномерно распределенной по
   поверхности;
   S - площадь поверхности, расположенной перпендикулярно силе.

Размерность и единица давления СИ:

dimP=dimF/dimS=LMT-2/ L+2= L-1 MT-2;

[p]=[F]/[S]=1H/1м2=1H/м2.

   Этой единице давления СИ присвоено специальное наименование паскаль (Па), в честь французского математика и физика Блеза Паскаля.
   Паскаль равен давлению, вызываемому силой 1Н, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м2, расположенной перпендикулярно силе.
   Паскаль - единица молодая. Во Франции она принята в 1961г. и в 1971г. принята в качестве Международной XIV Генеральной конференцией по мерам и весам.
  

Блез Паскаль (1623-1662)

   Блез Паскаль родился 19 июня 1623 г. в знатной дворянской семье, проживавшей во французском городе Клермон-Ферран. Блез был слабым ребенком и болел всю жизнь. В 1631г. отец - Этьен Паскаль, потерявший жену, перебрался с детьми в Париж. Старший Паскаль, считавшийся высокообразованным человеком, сам занимался домашним воспитанием сына, который к 12-13 годам путем самостоятельных занятий в области математики превзошел учителя. Талантливый юноша получил доступ на заседания научного кружка францисканского (католический монашеский орден) монаха Марена Марсена.
   В 1642г. Паскаль изобретает счетную машину, получившую название "паскалево колесо", дорабатывает ее к 1645г. и в 1649г. получает на нее королевскую привилегию - своеобразный патент того времени. Машина составляла четыре арифметические действия. Ее основу составляла система зубчатых колес. При повороте одного из них на полный оборот следующее поворачивалось на десятую часть оборота. Этот принцип сейчас используется в счетчиках, в том числе и в домашних электросчетчиках. Молодой изобретатель организовал производство и продажу машины даже за пределами Франции. Ученик Галилея итальянский физик и математик Эвенджелиста Торричелли (1608-1647) открыл существование атмосферного давления (1643) и изобрел ртутный барометр (1644). Паскаль узнал об опытах итальянца в 1646г. Все его последующие основные исследования связаны с вопросом гидростатики - раздела гидромеханики, где изучаются условия равновесия жидкости, определяется давление, оказываемое ею на тела и поверхности. Все началось с эксперимента, привлекшего внимание сотен руанцев. Высоченные, установленные вертикально стеклянные трубки заполнялись водой, маслом и красным вином. После герметизации верхнего конца и открытия нижнего, помещенного в бочку, столбы жидкостей опускались до разных отметок между девятью и десятью метрами в зависимости от плотностей жидкости. Чистота проведения эксперимента была довольно высокой, ибо давление 1013 Па соответствует давлению столба дистиллированной воды высотой 10,3 м. Эксперименты имели большой успех и, надо полагать, зрители удовольствовались не только зрелищем. Так повторно было доказано существование атмосферного давления и пустоты над столбом жидкости.
   В 1648 году Паскаль провел эксперимент по измерению атмосферного давления на вершине одной из небольших гор у ее подножия. Оказалось, что с увеличением высоты давление падает, т.е. воздух имеет вес. По сути дела состоялось изобретение альтиметра, или прибора для измерения высоты. Затем исследователь заметил изменение величины атмосферного давления во времени и констатировал, что его причиной является изменение 0C и влажности воздуха.
   Вполне естественно напрашивался вывод: барометр можно использовать для прогнозирования погоды. Жизненные невзгоды оказали серьезное влияние на здоровье и психику Паскаля. После очередного потрясения, вызванного смертью отца в 1651г., врачи настойчиво советовали забросить научные исследования и заняться светской, салонной жизнью, что и было не без колебаний принято. Будучи сам из аристократической семьи, Паскаль быстро находит контакт с представителями светского общества, состоящего из герцогов, графов, виконтов и прочих титулованных особ. В то время среди салонных развлечений особо пользовались успехом литературные чтения, танцы, философские беседы и игра в кости. Один из новых знакомых предложил Паскалю определить число необходимых бросков костей, после чего выпали бы заданные комбинации. Указанная задача, а потом и многие другие, были скоро решены. В результате Паскаль написал много работ по арифметике, алгебре, геометрии, теории чисел, теории вероятности и др. Задачка досужего аристократа послужила толчком для выполнения фундаментальных исследований в области математики. В 1650-1653гг продолжались работы по гидростатике. Основными результатами были два закона. Согласно первому, давление на дно или стенки сосуда не зависит от формы сосуда и количества жидкости, а зависит только от высоты столба жидкости. Второй закон получил название закона Паскаля: давление на поверхность жидкости, произведенное внешними силами, передается равномерно во все стороны.
   Освещая творческую деятельность великого ученого, нельзя не отметить его талант инженера и исследователя-экспериментатора. При создании новых машин, устройств разработчики много времени уделяют оптимизации их структуры, стремятся предельно упростить конструкцию и т.д. Подобную работу проделал молодой Паскаль во время создания счетной машинки. Оптимизировалась не только конструкция, но даже материалы пар взаимодействующих деталей. Машинка проверилась на работоспособность при перевозке на 1155 км. Блез Паскаль принадлежит к плеяде самых знаменитых и почитаемых людей во всем мире. Его философские мысли высоко ценили Л.Н.Толстой, И.С.Тургенев, Н.Г.Чернышевский, О.Бальзак и др. Его портрет воспроизведен на французских почтовых марках и ассигнациях. Паскаль - название одного из самых универсальных алгоритмических языков высокого уровня, который нашел широкое практическое применение.
   Ньютон (Н) -- единица силы. Определяющее уравнение:

F = ma,

   где F - сила, действующая на тело;
   m - масса тела;
   a - ускорение тела в направлении действия силы.
  

Размерность и единица силы СИ:

dimF=dimm dima=MLT-2= LMT-2;

[F]=[m] [a]=1кг 1м/с2=1кг м/с2.

   Этой единице присвоено специальное наименование - ньютон (Н), в честь английского физика, математика и астронома Исаака Ньютона.
   Ньютон равен силе, сообщающей телу массой 1 кг ускорение 1м/с2 в направлении действующей силы.
   Ньютон является также единицей веса и силы тяжести СИ.
   Единица рекомендована к применению в 1913г. V Генеральной конференцией по мерам и весам по предложению международного Объединения холода.
  

Исаак Ньютон (1643-1727)

   Исаак Ньютон родился 25 декабря 1643гг. в деревеньке Вульсторн, недалеко от г.Грентэма, в графстве Линкольшир. Его прадед был обедневший шотландский дворянин, переселившийся в Англию. Отец Ньютона умер незадолго до рождения маленького Исаака. Он был фермером, принадлежал по происхождению к йоменам - средневековому сословию свободных крестьян. Ребенок отличался замкнутым характером. Вскоре его мать вторично вышла замуж и уехала из Вульсторна, оставив ребенка на воспитание бабушке. Исаак получил образование в сельском училище, а позднее учился в королевской школе Грентема. В это время он жил у аптекаря Клэрка. Мальчик не знал родительской ласки. Здоровье не позволяло ему участвовать в веселых забавах сверстников. Поэтому он не любил шумного общества мальчишек, завидуя их силе, здоровью, смеху. Ньютон проигрывал физические состязания, но тем не менее продолжал в них участвовать. Как-то в 1658г. (в 16 лет) Ньютон установил свой первый научный эксперимент (как он его назвал). Ребята занимались прыжками в длину, соревнуясь, кто дальше прыгнет. Ньютон заметил, если выбирать момент прыжка, когда ветер достигает максимальной силы, то прыжок удлиняется. Выбрав правильное направление в момент прыжка, он выиграл состязание. Ньютон мог часами просиживать над книгами; увлекался конструированием механических игрушек. Под его тонкими пальцами из палочек, щепок и железок рождались диковинные вещи: водяные мельницы, самокаты, солнечные часы.
   В 1658г. мать забрала Ньютона из школы, заставила помогать на ферме. Ему это не нравилось. Рассказывали потом истории о том, как его послали со слугой Грэнтем продавать зерно на рынок. Он отправлял на рынок слугу, а сам шел читать книги из библиотеки школьного учителя, с которым он был близок. В общем, довольно быстро поняли, что на ферме он не хозяин и отпустили его обратно в школу. А в 1663г. его приняли в Тринити-колледж, но в качестве субсойзера - бедного студента, который должен был прислуживать бакалаврам и магистрам. Это было новое испытание его самолюбия. Но Исаака, сжав зубы, претерпел все: унижения, насмешки, нужду. Пять лет упорной работы в колледже не прошли даром. Еще в школе его научили арифметике, научили читать, писать, читать на латинском, древнегреческом, древнееврейском. В тринити-колледже он продолжил занятие языками; он работал над созданием философского языка (занятие модное в то время), но скоро бросил это занятие. Колледж представлял собой заведение полумонастырского типа, как все тогдашние университеты. Там было примерно 200 студентов, 60 так называемых членов колледжа и 3 профессора. У каждого студента был руководитель (тьютор), который следил, чтобы студент занимался, не пьянствовал. Упорядоченного прохождения курса одного за другим не было. Тьютором Ньютона в первый год его обучения в колледже был Бенджамейн Пуппейн, профессор кафедры греческого языка. В 1663г. у Ньютона появился новый наставник - профессор Барроу. Это был очень талантливый человек. Он был всего на 12 лет старше Ньютона. Барроу был образованным филологом, занимался физикой, наиболее значительным вкладом его в науку остались труды по математике. Начиная с осени 1664г. материалы из архива уже обнаруживают обширные и глубокие знания Ньютоном тогдашней математики, с этого же времени начинается и его творческая работа. Кроме научных, Ньютон писал и популярные книги. Многое, чем впоследствии занимался Ньютон - теория цвета, телескопы, математический анализ - прямо совпадает с кругом интересов Барроу. Ньютон подражал Барроу во всех внешних привычках. Они мало спали - по 5-6 часов в сутки, были небрежны в одежде, никогда не доводили своих работ до конца.
   В мае 1665г. Ньютон окончил колледж, получил степень бакалавра и стал членом колледжа. При этом он дал обет безбрачия, как того требовал устав. До этого у нег было что-то вроде помолвки, но по взаимному согласию она была расторгнута. В 1669г.
   Барроу получил место придворного священника при дворе Чарльза II, а Люкасовская кафедра была отдана Ньютону, которому в то время было 27 лет. В 1672г. он был принят в Королевское общество и сразу же представил туда две свои научные работы. Двенадцать лет Ньютон живет в Кембридже замкнуто, общаясь с немногими людьми. Он был известен как выдающийся математик, но по математике так ничего и не опубликовал. Ньютон был знатоком богословия. В собраниях его рукописей имеются обширные богословские трактаты. Читал он лекции, которые мало понимали и плохо посещали. Курсы были самые разные. Ньютон читал оптику, читал элементарный курс математики, один год читал географию. Видимо, в связи с этим он переиздал учебник Варениуса, снабдив его примечаниями. В 1684г. к Ньютону приехал молодой астроном Галлей с просьбой объяснить, почему планеты движутся по эллипсу. Это вызвало необычайный творческий всплеск. За 18 месяцев были созданы "Начала". В 1687г. книга вышла в свет. Последующие 8 лет, о которых мало что известно, он также провел в Кембридже. В 1692-1693гг. Ньютон перенес психическое заболевание неясного характера. Возможно оно было вызвано переутомлением в течение предыдущих напряженнейших лет, а может быть и нет. В эти же годы Ньютон много занимался алхимией. Видимо, эти занятия впоследствии привели Ньютона к блестящей догадке о природе вещества. В 1696г. ученый уехал из Кембриджа и стал управляющим, а затем директором монетного двора в Лондоне. Он с друзьями быстро наладил чеканку монет и успешно провел финансовую реформу. Ньютон был на этом посту до самой смерти.
   Однажды в теплый летний день 1696г. Исаака Ньютон зашел в глубину сада. Зреют мысли в потрясенном сознании молодого ученого. Вот тогда-то ночная Луна да упавшее под углом ветра яблоко и подтолкнули его на великую мысль всемирном тяготении. "Почему яблоко всегда падает отвесно, почему не в сторону, а к центру Земли?". Законы Кеплера позволили ему найти силу притяжения Луны Землей. Расстояние до Луны было к тому времени известно. Ньютон сравнил силу, требующуюся для удержания Луны на ее орбите с силой тяжести на поверхности Земли. Он нашел, что они равны.
   Выдающийся английский ученый Исаак Ньютон стал известен своими замечательными открытиями во многих областях наук. Он заложил основы современного естествознания. Явился создателем классической физики, астрономии, математики. Сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения, дисперсию света, разработал корпускулярную теорию света, дифференциальные и интегральные исчисления. Обобщив различные исследования своих предшественников в области механики и свои собственные, он создал огромный труд "Математические начала натуральной философии". Ньютон создал физическую картину мира. По словам Энштейна, Ньютон был первым, кто попытался сформулировать законы, которые определяют временный ход широкого класса процессов в природе с высокой степенью полноты и точности и оказал своими трудами глубокое и сильное влияние на все мировоззрение в целом. В его честь названа единица силы в Международной системе единиц - ньютон. Но каким человеком был этот великий ученый!
   Исаак Ньютон считал потерянным каждый час, если он не был насыщен научным занятием. Он редко выходил из своей комнаты, где день за днем занимался математическими расчетами и теоретическими выкладками. Он забывал даже поесть, а спал по 4-5 часов в сутки.
   В 1689г. Ньютон похоронил мать. И с тех пор ежедневно в 7 часов утра он ходил в церковь. Он не любил отступать от порядков, установленных обществом. В один из обычных дней через год после смерти матери произошло несчастье. Любимец Исаака - пес Деймона в то время, кода ученый пошел в церковь, вспрыгивает на стол ученого, задевает свечу и поджигает бумаги. После этого случая Ньютон месяц пролежал в горячке, не приходил в себя, кричал. Когда же опомнился, окружающие заметили, что разум его помутнился. Его лечили. Через два года он пришел в себя и увлекся вычислением лунной орбиты. Масса, инерция, сила тяготения, действие и противодействие - все основные понятия современной механики больших тел были сформулированы и определены Исааком Ньютоном. Его исследования окончательно сломали стену между земным и небесным. Оказалось, что никакого совершенного неба нет: и на небе и на Земле действуют одни и те же законы.
  
   Ватт (Вт) - единица мощности. Определяющее уравнение (для равномерной работы):

P = A/c,

   где P - мощность;
   А - равномерно совершенная работа;
   t - время совершения работы.
  

Размерность и единицы мощности СИ:

dimР=dimА/dimс= L2MT-2/Т= L2MT-3;

[Р]=[А]/[с]=1дж /1с =1дж/с.

   Единица мощности СИ - джоуль в секунду - присвоено специальное наименование ватт (Вт) в честь английского механика и изобретателя Джеймса Уатта. Единица мощности Вт принята на II Международном конгрессе электриков в 1889г.
   1 ватт равен мощности, при которой за время, равное 1 с, совершается работа в 1 Дж.
  

Джеймс Уатт (1736-1819)

   Уатт Джеймс, английский изобретатель, создатель универсальной паровой машины, член Лондонского королевского общества с 1785г. C 1757г. работал механиком в университете г. Глазго, где познакомился со свойствами водяного пара и сам с большой точностью провел, пользуясь котлом Д.Папена, исследование зависимости температуры насыщенного пара от давления. В 1763-1764гг., налаживая модель паровой машины Ньюкомена, он пришел к выводу, что значительный расход пара в этой машине объясняется охлаждением стенок цилиндра до температуры охлаждающей воды во время ее впрыскивания в цилиндр и что сохранить расход пара можно отделением конденсатора пара от цилиндра. Используя эту идею, Уайт в 1765г. построил экспериментальную машину с диаметром цилиндра 16 см, а в 1768г. - первую большую паровую машину, конструкция которой, однако имела ряд недостатков: неудачным оказался конденсатор, требовалось дополнительное уплотнение поршня. В 1769г. Уайт получил английский патент "на способы уменьшения потребления пара и вследствие этого - топлива в огневых машинах", предложив ряд новых теоретических положений: применение паровой рубашки для поддержания температуры в цилиндре и др. В 1774г. постройка парового двигателя была завершена, дальнейшие испытания показали, что этот двигатель оказался в более чем в 2 раза эффективнее лучших машин Ньюкомена.
   Для обеспечения работы двигателя Уатт применил центробежный регулятор, соединенный с заслонкой на выпускном паропроводе. В качестве передаточного механизма Уатт сохранил балансир, что вдвое увеличило частоту вращения вала. Уатт детально исследовал работу пара в цилиндре, впервые сконструировав для этой цели индикатор. В 1782г. получил английский патент на паровой двигатель с расширением. Уатт ввел первую единицу мощности - лошадиную силу (позднее его именем названа другая единица - ватт). Первая машина Уатта, благодаря экономичности, получила широкое распространение и сыграла огромную роль в переходе к машинному производству.
   Великий гений Уатта обнаруживается тем, что паровая машина представлена как универсальный двигатель крупной промышленности, а не как изобретение лишь для особых целей.
   После 1784г. Уатт занимался главным образом улучшением производства паровых машин на своем заводе - предприятии, которое снабжало весь мир машинами всех возможных размеров. По договору, составленному Полтоком, в 1786 г. Уатт должен был изготовлять чертежи и руководить работой. Все остальное - забота предпринимателя за две трети доходов. После серии экспериментов и усовершенствований в 1784г. изобретатель изготовил машину, в которой в отличие от известных двигателей, пар передвигал поршень в обе стороны цилиндра, т.е. изобрел машину двойного действия. Мощность возросла вдвое!
   Свою изобретательскую деятельность Уатт закончил в 1785г. :фирма "Бастон и Уатт" исправно приносила высокие прибыли.
   Скончался Уатт 19 августа 1819г.
  

Единицы измерения: Кулон (Кл), Вольт (В), ампер (А), Ом (Ом), сименс (См)9

   Кулон (Кл) - единица количества электричества.
   Определяющее уравнение:

Q=It;

   где Q - электрический заряд;
   I - сила электрического тока, действующая в течение времени t.
  
   Размерность и единица электрического заряда СИ:
  

dimQ=dimI=dimt= IT= TI;

[Q]=[I][t]=1A1с =1Aс.

   Этой единице присвоено специальное наименование - кулон (Кл) в честь французского ученого Шарля Кулона.
   Кулон равен количеству электричества, проходящего сквозь поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время, равное 1с.
   Кулон в качестве единицы количества электричества был принят на I Международном конгрессе электриков в 1881г.
  

Шарль Огюстен Кулон (1736-1806)

  
   Французский физик и военный инженер, член Парижской Академии наук Шарль Огюст Кулон родился в Ангулели. В 1761г. окончил школу военных инженеров и все время находился на военной службе.
   Работы Шарля Огюста Кулона относятся к электричеству, магнетизму, прикладной механике. В 1781г. он сформулировал законы трения, качения и скольжения. Исследуя кручение шелковых и металлических нитей, установил законы упругого кручения, в частности определил, что сила закручивания нитей зависит от материала, из которого она сделана, пропорционально углу закручивания и четвертой степени диаметра нитей и обратно пропорциональна ее длине. Это имело важное значение, поскольку давало новый, очень чувствительный метод измерения силы. Исходя из этого, ученый в 1784г. построил прибор для измерения силы - крутильные весы. С его помощью он экспериментально установил в 1785г. основной закон электростатики (закон Кулона), распространив его в 1788г. на взаимодействие точечных магнитных полюсов. Выдвинул гипотезу магнетизма, согласно которой магнитные жидкости не свободны и не могу течь, как их электрические аналоги, так как связаны с отдельными молекулами. Кулон считал, что каждая молекула в процессе намагничивания становится поляризованной. Сконструировал магнитометр (1885). Заложил основы электро-- и магнитостатики. Пытался экспериментально измерить (1796) трение в жидкости по затуханию колебаний движущегося в ней маятника и определить зависимость трения от скорости.
  
   Вольт (В) - единица электрического потенциала, напряжение, ЭДС. Определяющее уравнение:

? = А/Q,

   где ? -электрический потенциал в данной точке электрического поля;
   А - работа по перемещению положительного электрического заряда Q по любой траектории из данной точки поля в точку с нулевым потенциалом (нулевую точку).
  

Размерность и единицы электрического потенциала СИ:

dim?=dimА/dimQ = L2MT2/ТI= L2MT-3I-1;

[?]=[A]/[Q]=1Дж/1Кл =1Дж/Кл.

   Единице Дж/Кл присвоено специальное наименование - вольт (В) в честь итальянского ученого Алессандро Вольта.
   1 вольт равен электрическому потенциалу в данной точке электрического поля, в которой работа по перемещению положительного заряда 1 Кл по любой траектории из данной точки в точку с нулевым потенциалом равна 1 Дж.
   Вольт в качестве единицы потенциала принят на 1 Международном конгрессе электриков в 1881г.
  

Ампер (А) - единица электрического тока.

   Ампер - сила постоянного тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1м один од другого, вызвал бы между ними силу взаимодействия, равную 2 х 10-7 Н на каждый метр длины. Единица силы тока ампер (А) принята на 1 Международном конгрессе электриков в 1881г.
  
   Ом (Ом) - единица электрического сопротивления.
   Определяющее уравнение (для постоянного тока):

R=U/I,

   где R - электрическое сопротивление проводника;
   U - напряжение между концами проводника;
   I - сила электрического тока в проводнике.
   Размерность и единицы электрического сопротивления СИ:
  

dimR=dimU/dimI = L2MT-3I-1/I= L2MT-3I-2;

[R]=[U]/[I]=1B/1A =1B/A.

   Этой единице (1В/А) присвоено специальное наименование Ом в честь немецкого физика Георга Ома. Он равен электрическому сопротивлению проводника, между концами которого возникает напряжение 1В при силе постоянного тока 1А.
   Ом в качестве единицы электрического сопротивления принят на 1 Международном конгрессе электриков в 1882г.
   Потребность в измерении и установлении единиц измерения для какой-либо совокупности физических величин возникает тогда, когда эти величины начинают применяться в практической деятельности человечества. Это положение подтверждается всей историей метрологии. Первоначально появилась потребность в установлении мер длины, объема, времени, денег. Позднее, в XVI-XVIII вв. возникла необходимость в измерении температуры, давления, силы, работы и, наконец, еще позднее, в XIX в., начали измерять электрические световые и ряд других величин. Возникла необходимость и в установлении единиц измерения и меры электрического сопротивления.
  

Единицы измерения : фарад (Ф), генри (Гн), джоуль (Дж), вебер (Вб), тесла (Тл), герц (Гц)

  
   Фарад (Ф) - единица емкости конденсатора:

С=Q/U,

   где С - емкость конденсатора,
   Q - заряд конденсатора,
   U - напряжение между двумя обкладками конденсатора.
   Размерность и единица электрической емкости СИ:
  

dimС=dimQ/dimU = TI/L2MT-3I-1= L-2M-1T4I2;

[C]=[Q]/[U]=1Кл/1В =1Кл/В.

  
   Единице электрической емкости СИ - кулону на вольт Кл/В присвоено специальное название - фарад (Ф) в честь английского ученого Фарадея.
   1 фарад равен электрической емкости конденсатора, при которой заряд 1 Кл создает между обкладками напряжение 1 В.
   Фарад в качестве единицы емкости конденсатора принят на 1 Международном конгрессе электриков в 1881г.
  

Генри (Гн) - единица индуктивности.

   Определяющее уравнение:

L = Ф/I,

  
   где L - индуктивность электрической цепи;
   Ф - магнитный поток сквозь поверхность, ограниченную
   контуром проводника;
   I - сила постоянного тока в цепи.
   Размерность и единицы индуктивности СИ:
  

dimL=dimФ/dimI = L2MT-2I-1/I= L2MT-2I2;

[L]=[Ф]/[I]=1Вб/1А.

   Этой единице индуктивности СИ - вебер на ампер - присвоено специальное наименование - генри (Гн) в честь американского ученого Джозефа Генри.
   1 генри равен индуктивности электрической цепи, с которой при силе постоянного тока в ней, равной 1 А, сцепляется магнитный поток 1 Вб.
   Генри в качестве единицы индуктивности принят на I Международном конгрессе электриков в 1881г.

Джоуль (Дж) - единица работы.

   Определяющее уравнение (для постоянной силы):

А=FS,

   где А - работа, совершенная постоянной силой;
   S - прямолинейное перемещение точки применения силы в направлении действия силы F.
   Размерность и единица работы СИ:
  

dimА=dimF dimS = LMT-2L = L2MT-2;

[A] = [F][S] = 1H 1м = 1Нм.

   Этой единице присвоено специальное наименование джоуль (Дж) в честь английского ученого Джеймса Джоуля.
   1Джоуль равен работе, совершаемой силой 1Н при перемещении точки приложения силы на расстояние 1 м в направлении действия силы. Джоуль также является единицей энергии (кинетической, потенциальной) СИ.
   Единица энергии принята на II Международном конгрессе электриков в 1889г.
  

Вебер (Вб) - единица магнитного потока.

   Определяющее уравнение:

?Ф = QR,

   где ?Ф - изменение магнитного потока, проходящего сквозь
   поверхность, ограниченную контуром проводника;
   Q - количество электричества, проходящего сквозь
   поперечное сечение проводника;
   R - сопротивление проводника.
   Размерность и единица магнитного потока СИ:
  

dim?Ф =dimQ dimR = TIL2MT-3I-2= L2MT-2I-1;

[?Ф ]=[Q][R]=1Кл 1Ом =1Вс.

   Единице магнитного потока СИ воль-секунда (В х с) присвоено специальное название вебер (Вб) в честь немецкого ученого Вильгельма Вебера.
   1 вебер равен магнитному потоку, при убывании которого до нуля в сцепленной с ним электрической цепи сопротивлением 1 Ом сквозь поперечное сечение проводника проходит количество электричества 1 Кл.
   Единица магнитного потока названа по имени немецкого физика Вильгельма Вебера, родившегося 24 октября 1804г. в семье профессора теологии. Он и его брат получили прекрасное воспитание. Вебер закончил школу, университет и на двадцать втором году жизни получил докторскую степень. Работал в Галльском университете.
   Совместно с Гауссом начал работы в области изучения земного магнетизма. Специально разрабатывались методы и аппаратура для геомагнитных измерений. В 1883г. была основана обсерватория. Еще на начальном этапе работы в области геомагнитных измерений Гаусс убедился, что с единицами измерения дело обстоит не слишком блестяще: их много и между ними нет четкой взаимосвязи.
   Гаусс предложил установить новые единицы (миллиметр, миллиграмм, секунда), а все остальное сделать производными. Система единиц получила название абсолютной. Вебер распространил ее действие на электродинамику. Ввел единицу силы тока и предложил четыре способа ее измерения. В целом образовалась абсолютная система электрических и магнитных единиц.
   Неослабное внимание ученый уделял делу создания стандартных измерительных приборов и различных эталонов. Научные интересы Вебера были достаточно разнообразны. В процессе постройки телеграфной линии проверялся закон Ома и один из законов, получивший впоследствии название закон Кирхгофа; велись работы по выяснению физической природы электричества и была разработана механическая теория об атомистической природе электричества; а также сформулирован закон взаимодействия движущихся зарядов.
   Последняя работа вышла в 1860 г.
   В целом работы Вебера при жизни не получили всеобщего признания. Сведений об ученом осталось мало. Он был членом Петербургской академии наук (1853).
   Скончался Вильгельм Вебер 24 июня 1891г. в Геттинге. В городе установлен общий памятник Гауссу и Веберу - ученым, которые почти четверть века сотрудничали и достигали больших результатов.
  

Тесла (Тл) - единица магнитной индукции.

   Определяющее уравнение:

В=Ф/S,

   где В - магнитная индукция;
   Ф - магнитный поток, проходящий сквозь поперечное сечение площадью S.
   Размерность и единица магнитной индукции СИ:

dimВ =dimФ/dimS = L2MT-2I-1/L2=МT-2I-1;

[В]=[Ф][S]=1Вб/1м2 =1Тл.

   Единице магнитной индукции - веберу на квадратный метр - присвоено специальное наименование тесла (Тл).
   1 тесла равна магнитной индукции, при которой сквозь поперечное сечение площадью 1 м2, перпендикулярное направление потока, проходит магнитный поток в 1 Вб.
  

Никола Тесла (1856 - 1943)

  
   Никола Тесла, чье имя присвоено единице магнитной индукции едва ли не самый выдающийся электротехник, которого знал мир после Фарадея.
   Тесла создал систему многофазных токов - основу современной электротехники - и технику высоких частот. Он был одним из пионеров радиотехники и основоположником телеавтоматики.
   Никола Тесла родился 10 июня 1856г. в с. Смилене, что в Югославии. Он был четвертым ребенком в семье. Никола рос в непритязательной обстановке бедного села. Маленький Тесла дружил со сверстниками, деля с ними шалости и развлечения, радости и невзгоды. По вечерам Никола любил слушать, как отец читает детям избранные произведения родной литературы. От отца Никола впервые узнал о загадочной силе природы, называемой электричеством.
   Милутип Тесла - отец Никола - был священником. Он был начитанным, многосторонне развитым человеком.
   С трогательной любовью Никола Тесла писал о матери, которой он был обязан художественной стрункой своей натуры и, как часто подчеркивал, изобретательским талантом, который проявился еще в дошкольном возрасте.
   В 1862г. шестилетнего Николу отдали в начальную школу. Он уже сносно читал и писал на родном языке, знал немного и немецкий язык.
   Летом следующего года родители перебираются в г.Гопич.
   Еще в начальной школе проявились недюжинные математические способности Теслы.
   После окончания гопической прогимназии в 1870г. Тесла продолжает образование в среднем учебном заведении г.Карловец. Большое влияние на будущность Теслы оказал Мартин Секулич - преподаватель физики. Благодаря его урокам Тесла решил стать инженером.
   Осенью 1875г. Николу зачислили в высшее техническое училище в г.Граце.
   Начиная с 1877г. и до февраля 1882г. вся творческая энергия Николы Тесла была обращена на нахождение принципа действия бесколлекторного электродвигателя.
   Еще живя в Граце, Тесла не раз перебирал в уме множество подсказанных ему неумелым воображением режимов работы динамомашины, стараясь представить себе физический процесс, протекающий в гепатетическом электродвигателе переменного тока. Он не довольствовался только мысленными экспериментами, а подолгу корпел над машиной. В своих поисках он исходил из соображения, что динамомашина уже в своей основе несовершенна, так как в ней первородный переменный ток с помощью внешнего приспособления (коллектора) преобразуется в ток постоянный, частный случай тока, получаемого электромагнитной индукцией.
   В январе 1880г. Тесла поступает в Пражский университет, где продолжает поиски принципа действия бесколлекторного электродвигателя. Но Тесле уже стало стыдно жить за счет родственников. Он покидает Прагу и уезжает в Будапешт, где поступает на работу на Будапештскую телефонную станцию. Здесь у Теслы возникает концепция вращающегося магнитного поля. Однако не имея возможности материализовать на модели найденную им схему, он распрощался с Австро-Венгрией и уехал во Францию, где надеялся найти более широкое поле для инженерной деятельности и реализации своего открытия.
   Затем Париж, Эльзац, Страссбург (город, где он построил свой первый двигатель) и наконец - Нью-Йорк, куда Тесла отправляется по совету руководителя "Континентальной компании".
   В Нью-Йорке Тесла становится служащим Эдисоновской компании. Тесла занялся пересчетом изготовляемых на заводе динамомашин, сделал их более экономичными. Он спроектировал 24 новых типа генераторов постоянного тока, которые были пущены в серийное производство; изобрел быстродействующий регулятор напряжения, за который компания получила патент.
   В январе - марте 1886г. Тесла получил первые пять в своей жизни патентов, озаглавленных "Электродуговая лампа", "Коллектор для динамоэлектрических машин", "Регулятор для динамоэлектрических ламп". Эти патенты положили начало специальным разделам электромашиностроения. Речь идет об изобретении двухполюсной динамомашины с дополнительной или третьей щеткой, расположенной между двумя главными. Такой генератор обладает внешней характеристикой, обеспечивающий режим постоянства тока при падении напряжения на зажимах лампы. Тесла назвал изобретенную им динамомашину "регулятором".
   В апреле 1887г. был подписан контракт об основании общества "Tesla Electric Compani".
   Самозабвенно и в высшей степени продуктивно работал Тесла в своей небольшой исследовательской лаборатории. В считанные месяцы Тесла осуществил открытый им за пять лет до этого принцип вращающегося магнитного поля. Он рассчитал и построил первые в мире модели индуктивного электродвигателя в двухфазном и трехфазном исполнении. Эти двигатели пускались в ход и несли нагрузку в соответствии с теорией асинхронных машин, основы которой были заложены изобретателем. Теслой также был изготовлен двухфазный электродвигатель с двумя замкнутыми на себя роторными катушками, намотанными под прямым углом на стальном барабане или усеченном диске. Когда Тесла убедился в том, что его двигатели при всей простоте конструкции не уступают по своим эксплуатационным характеристикам двигателям постоянного тока, которые к тому времени начали широко применяться для мелкомоторного электропривода, он в период с октября по декабрь 1887г. подал заявки на семь основных патентов, выданных ему патентным бюро США.
   Немного позднее, Тесла предложил схему каскадного соединения
   электрических машин, которая явилась родоначальницей большого и разветвленного семейства каскадных электромашинных установок.
   Закончив работу над многофазными токами, Тесла приступил к новому циклу экспериментальных исследований и инженерных разработок.
   В 1890г. после ряда экспериментов, Тесла отметил недостатки генераторов с чередующимися полосами и предложил конструкцию оригинальной электрической машины, ставшей родоначальницей высокочастотных генераторов индуктивного типа.
   Работы Теслы в области электромеханических генераторов токов повышенной частоты вызвали к жизни особый раздел машиностроения, сыгравший столь важную роль в период становления радиосвязи, а в последствии и в технике индуктивного нагрева.
   Электротехника была основным полем творческой активности Теслы. Однако он не остался в стороне и от запросов теплоэнергетики. В начале текущего столетия он сконструировал несколько моделей многодисковой турбины, в которой использовались как расширители водяного пара, так и сила трения паровой струи на диски. В те же годы Тесла создал образец первичного двигателя, который специалисты считают прототипом современной газовой турбины. В 1916г. изобретатель получил ряд патентов на контрольно-измерительные устройства: частотомер, спидометр, водомер. Тесла построил также одну из ранних конструкций вертолета.
   За 35 лет активной научно-изобретательской деятельности Тесла получил 112 американских патентов, а общее количество патентов, выданных ему в разных станах, составляет 800.
   7 января 1943г. Теслы не стало. Мировая печать откликнулась на смерть Теслы прочувствованными наркологами и статьями.
   В праздник мировой культуры вылилось столетие со дня рождения Теслы. Было оглашено решение международной электротехнической комиссии о присвоении фамилии Теслы единице магнитной индукции.
  
   Герц (Гц) - единица частоты периодического процесса.
   Определяющее уравнение:

F = 1/Т,

   где f - частота периодического процесса;
   Т - период, равный времени одного цикла.
   Размерность и единица частоты СИ:
  

dimf =dim(1/T) = 1/dimT=1/T=T-1;

[f]=1/[T]=1/1c=1c-1.

  
   Единица частоты периодического процесса СИ присвоено специальное наименование герц (Гц) в честь немецкого физика Генри Герца (1857 - 1894).
   1 герц равен частоте периодического процесса, при котором за время, равное 1 с, совершается один цикл периодического процесса.

Заключение

  
   В настоящее время имеет место острая необходимость в гуманизации и гуманитаризации высшей школы и, в частности, инженерного образования. Это вытекает из потребности готовить не просто специалистов для различных отраслей народного хозяйства, но и формировать личность, обладающую общей культурой, высокими моральными качествами и чувством гражданского долга.
   Особое место в процессе обучения и воспитания будущих специалистов занимает проблема формирования мировоззрения, которое является базой как специальной, так и гуманитарной подготовки. Мировоззрение - это система взглядов на мир, на цели и смысл человеческой деятельности. Отражая и в то же время формируя интересы и потребности индивида, мировоззрение является формой духовно-практической деятельности людей, которая оказывает громадное воздействие на общественную и личную жизнь. В формировании мировоззрения участвуют прямо или косвенно все науки. В свете этого выявление методологических возможностей, заложенных в естественно-технических дисциплинах, становится актуальной задачей. В ходе преподавания инженерных наук важно добиться того, чтобы у студентов возникла внутренняя потребность самостоятельно разбираться в мировоззренческих проблемах науки и техникознания.
   Самостоятельное мышление играет незаменимую роль в утверждении мировоззренческих принципов, ибо воспитание достигает своей цели лишь в тесной связи с самовоспитанием. "Готовых убеждений, - писал Д. И. Писарев, - нельзя ни выпросить у добрых знакомых, ни купить в книжной лавке. Их надо вырабатывать процессом собственного мышления, которое непременно должно совершаться самостоятельно, в нашей собственной голове. Поэтому преподавание технических дисциплин ни в коем случае не должно сводиться к запоминанию учебной информации, а призвано формировать творческое мышление, выходить на мировоззренческие проблемы своей науки и этим самым способствовать развитию личности. В свое время догматизм в учебной сфере препятствовал постановке творческого, проблемного, диалогического по своей сути изложения материала и навязывал шаблонные, стереотипные, нацеленные на механическое заучивание, дидактические средства. При такой обстановке могло формироваться только репродуктивное мышление, лишенное поиска, ориентации на новизну, постановки проблем, оторванное от забот, целей и идеалов личности. Проблемность означает незаконченность, открытость познания, чуждость превращению теории в догму. В любой науке имеются строгие и даже аксиоматические истины. Но зыблемость этих истин не означает их завершенность. Нам кажется, что задача преподавателей-теоретиков как раз в том и состоит, чтобы развивать, уточнять эти истины применительно к современной научной и общественной реальности, к требованиям современного этапа научно-технической революции. Особенно это относится к фундаментальным научным концепциям, в которых каждый факт теории двойствен, противоречив; он совмещает в себе прочное, бесспорное знание и еще нереализованные возможности познания. И в этом смысле он не может считаться исчерпанным в своей глубине, своих связях. Требование проблемности в том и состоит, чтобы в любом вопросе указать на ту точку, где стыкуются сегодняшний и завтрашний день науки и практики, где знание точное и доказанное, всеобщее и необходимое сталкивается со знанием вероятностным и гипотетическим. В этом состоит диалогическая, диалектико-жизненная природа человеческого познания.
   Формирование творческого мышления в процессе изучения истории науки и техники предполагает выявление противоречий в научном и техническом знании, анализ его как знания становящегося и порождающего все новое и новые проблемы, которые разрешаются в ходе общественно-исторической практики.
   Обязательно необходим также анализ нереализованных возможностей в познавательном процессе, что позволяет преодолеть догматическое восприятие научных идей как набор догм, а истории науки как линейного процесса, чуждого борьбе школ и направлений. В науке и технике реализуются не все пути, и ярким примером того является борьба концепций Фарадея - Максвелла и Ампера, которые строились исходя из разных физических картин мира. Предложенная Ампером научная программа рассматривалась сообществом ученых того времени не как физическая теория, а воспринималась лишь как математический аппарат, за которым не обнаруживается физический аналог. Культура эпохи, стало быть, отбирает из науки адекватные ее духу концепции, но это вовсе не значит, что закрытые пока пути не смогут никогда реализоваться.

Б И Б Л И О Г Р А Ф И Я

1. Философия техники

      -- Алехин В.А. Философские проблемы инженерно-технического труда. М., 1983.
      -- Бек Х. Сущность техники // Философия техники в ФРГ. М.: Прогресс, 1989г.
      -- Бердяев Н.А. Человек и машина // Вопросы философии. 1989. N12.
      -- Галеев Б.М. Человек, искусство, техника. Казань, 1987.
      -- Горохов В.Г. Методический анализ научно-технической деятельности. М.: Наука,1984.
      -- Закое Х. Антропология техники // Философия техники в ФРГ. М.:Прогресс,1989.
      -- Каменев А.Р. Технические системы: закономерности развития. Л.,1985.
      -- Картунин В.А., Суханов Б.М., Шарогородский В.И. Методологические основы естественных и технических наук. Л.,1979.
      -- Кудрин Б.И. Введение в технику. Томск, 1991.
      -- Мелещенко Ю.С. Техника и закономерности ее развития. Л.,1970.
      -- Новая технократическая волна на Западе. М.,1986.
      -- Ортега-и-Гассет Х. /гл.IX/ //Вопросы философии.1989. N3.
      -- Половинкин В.И. Систематика строения и развития закономерностей техники. Волгоград,1985.
      -- Половинкин В.И. Систематика закономерностей техники. Волгоград,1987.
      -- Ракитов А.И. Философия компьютерной революции. М.,1991.
      -- Рубенс А.А. Техника и нравственность // Этическая мысль. М.,1992.
      -- Сколимовски Х. Философия техники как философия человека // Новая технократическая волна на Западе. М.:Прогресс, 1986.
      -- Смотрицкий Е.Ю., Шубин В.И. Гуманистическая концепция техники и технического прогресса в трудах В.И.Вернадского // Философские проблемы современного естествознания. Вып.71. Киев, 1989.
      -- Социальные, гносеологические и методологические проблемы технических наук. Киев, 1992.
      -- Тавризян Г.М. Техника. Культура. Человек. М.,1986.
      -- Технический прогресс: концепции, модели, оценки. М.,1986.
      -- Титаренко Л.Г. Технологический детерминизм: концепции, идеология, функции. М.,1981.
      -- Товмасян С.С. Философские проблемы труда и техники. М.,1972.
      -- Философские вопросы технического знания. М.: Наука, 1984.
      -- Философия техники в ФРГ. М.: Прогресс, 1989.
      -- Философия техники и инженерная деятельность. Пермь,1992.
      -- Хейдеггер М. Вопрос о технике // Новая технократическая волна на Западе. М.: Прогресс,1986.
      -- Эллюль Ж. Другая революция // Новая технократическая волна на Западе. М.: Прогресс,1986.
      -- Ясперс К. Современная техника // Новая технократическая волна на Западе. М.: Прогресс,1986.
  

II. История науки и техники

  
      -- Бернал Д. Наука в истории общества. М., 1956.
      -- Боголюбов А.Н. Теория механизмов и машин в историческом развитии идей. М.:Наука,1976.
      -- Вернадский В.И. Избранные труды по истории науки. М.:Наука, 1981.
      -- Гайденко П.П. Эволюция понятия науки (античность и средневековье). М.:Наука,1981.
      -- Гайденко П.П. Эволюция понятия науки (XVII - XVIII вв.). М.:Наука,1984.
      -- Гейзенберг В. Шаги за горизонт. М.:Мысль,1987.
      -- Гиндикин С.Г. Рассказы в физиках и математиках. М.:Наука,1981.
      -- Даннеман Ф. История естествознания. Естественные науки в развитии и взаимосвязи. М.,1954.
      -- Дягилев Ф.М. Из истории физики и ее творцов. М.:Просвещение,1986.
      -- Иванов Б.И., Чешев В.В. Становление и развитие технических наук. Л.,1977.
      -- Козлов Б.И. Возникновение и развитие технических наук. Л.,1988.
      -- Кириллин В.А. Страницы истории науки и техники. М.:Наука, 1986.
      -- Кудрявцев П.С. Курс истории физики. Л.: Просвещение,1977.
      -- Кун Т. Структура научных революций. М.:Прогресс, 1975.
      -- Лилли С. Люди, машины и история. История техники, научных открытий и изобретений в ее связи с социальным прогрессом человеческого общества от зарождения земледелия до наших дней. М., 1970.
      -- Пуанкаре А. О науке. М.: Наука,1980
      -- Техника в ее историческом развитии. М.: Наука, 1982.
      -- Урсул А.Д., Семенюк Э.П., Мельник В.П. Технические науки и интегративные процессы. Кишинев,1987.
      -- Шубин В.И., Смотрицкий Е.Ю. Вернадский и Кант: поиски гуманистической концепции науки // В.И. Вернадский и отечественная наука. Киев,1988.
      -- Фалта Я., Новы Л. История естествознания в датах. М.,1937
  

III. История и теория инженерной деятельности

      -- Баталов А.А. Понятие профессионального мышления. Томск, 1986.
      -- Беллер Г.А. Экзамен разума. М., 1988.
      -- Боголюбов А.Н. Теория механизмов и машин в историческом развитии. М.:Наука, 1976.
      -- Взятышев В.Ф. Творчество и инженерное проектирование // Теория, методология и практика технического творчества. Рига, 1988.
      -- Гачев Г.Д. Книга удивлений или естествознание глазами гуманитария или образы в науке. М.: Педагогика, 1991.
      -- Горохов В.Г. Знать, чтобы делать. История инженерной профессии и ее роль в современной культуре. М.: Знание, 1997.
      -- Данченко В.Н. Основы технического творчества. Киев; Донецк,1988.
      -- Инженерная деятельность: история, методология, социальные проблемы. Минск,1990.
      -- Кириллин В.А. Страницы истории науки и техники. М.:Наука,1986.
      -- Шубин В.И. Смысл, природа и гуманистическое предназначение технического творчества // Культура на зламi тисячолiть. Киев,1994.
      -- Малыкин И.П. Техническое творчество. Минск,1986.
      -- Мартынюк И.О. Инженер в зеркале времени. Киев,1986.
      -- Методологические проблемы научно-технического творчества. Рига, 1988.
      -- Мэмфорд Л. Техника и природа человека // Новая технократическая волна на Западе. М., 1986.
   15. Неуймин Я.Г. Модели в науке и технике. Л., 1984.
   16. Парахонский Б.А. Стиль мышления. Киева, 1982.
   17. Половинкин И.А. Основы инженерного творчества. М., 1988.
   18. Рапп Ф. Перспективы философии техники // Философия техники в ФРГ. М.:Прогресс, 1989.
   19. Теория, методология и практика технического творчества. Рига, 1988.
   20. Философия техники и инженерная деятельность. Пермь, 1992.
   21. Шаповалов Е.А. Общество и инженер: философско-социологические проблемы инженерной деятельности. Л.,1984.
   22. Шубин В.И. Личный фактор в научно-техническом прогрессе // Человеческий фактор. Днепропетровск,1988.
   23. Шубин В.И., Смотрицкий Е.Ю. Психологические факторы научно-технического творчества. Рига, 1988.
   24. Яценко Л.В. Смысл и природа творчества // Теория, методология и практика технического творчества. Рига, 1988.
  

IV. Теория информации, информатика и информационная техника

  
      -- Амасев Н.М. Алгоритмы разума. Киев, 1979.
      -- Богданов А.А. Технология (Всеобщая организационная наука). М.,1988.
      -- Винер Н. Творец и робот. М., 1966.
      -- Винер Н. Кибернетика или управление и связь в животном и в машине. М.,1983.
      -- Глушков В.М. Машина доказывает. М., 1981.
      -- Готт В.С., Урсул А.В., Семенюк Э.П. Социальная роль информатики. М.,1987.
      -- Дмитров Е.В. Диалектика, содержание и форма в информационных процессах. Минск, 1973.
      -- Заиченко Г.А., Шубин В.И. Кант и проблема искусственного интеллекта // Философия Канта и современная логика. Калининград, 1991.
      -- Заморин А.П. Этапы эволюции ЭВМ. М., 1987.
      -- Зуев К.А. Компьютер и общество. М.,1990.
      -- Коган В.В. Маршрут в стану информологию. М.,1985.
      -- Кочергин А.Н., Цайер З.Р. Информогенез и вопросы его оптимизации. Новосибирск,1977.
      -- Моль А., Фукс В., Касслер М. Искусство и ЭВМ. М.,1975.
      -- Новая технократическая волна на Западе. М.,1986.
      -- Саломаа А. Жемчужина формальных языков. М.,1986.
      -- Семенюк Э.П. Информационный подход к познанию действительности. Львов, 1987.
      -- Семенюк Э.П. Информатика: достижения, перспективы, возможности. Киев,1990.
      -- Смолян Г.Л. Человек и компьютер. М., 1981.
      -- Суханов А.П. Мир информации (история и перспективы). М.,1986.
      -- Тюрин Ю.Н. Анализ нечисловой информации. М., 1981.
      -- Управление. Информация. Интеллект. М.,1976.
      -- Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетики. М.,1963.
      -- Шубин В.И. Рецензию на книгу Семенюка Э.П. Информационный подход к познанию действительности // Философская и социологическая мысль. Киев,1990. N2.
      -- Щелкин А.Г. В наступающем электронном веке: информационная техника в жизни современного общества. Л.,1982.
      -- ЭВМ пятого поколения. М.,1984.
      -- Эндрю А. Искусственный интеллект. М.,1985.
      -- Эшби У. Введение в кибернетику. М.,1959.
      -- Янков М. Материя и информация. М.,1979.
  

V. Экологизация техники, технической деятельности и инженерного мышления.

  
      -- Алексеев В.П. Становление человечества. М..1984.
      -- Араб-Оглы Э.А. Обозримое будущее. М.,1986.
      -- Башляр Г. Новый рационализм. М.,1986.
      -- Бродель Ф. Структуры повседневности: возможное и невозможное. Материальная цивилизация, экономика и капитализм. XV-XVIII вв. М.,1986. Т.I.
      -- Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста. М.,1988.
      -- Вернадский В.И. Очерки геохимии. М.,1983.
      -- Вязовкин В.С. Материалистическая философия и химия. М.,1980.
      -- Горелов А.А. Экология-наука-моделирование. М.,1935.
      -- Гиренок Ф.И. Экология. Цивилизация. Ноосфера. М.,1967.
      -- Даценко И.И. Живая вода. Львов, 1984.
      -- Дрэ Ф. Экология. М.,1976.
      -- Завадская Е.В. Ци Бай-ши. М.,1981.
      -- Койре А. Очерки истории философской мысли. М., 1985.
      -- Кривокорытов Р.Б. Философский камень XX века. М.,1969.
      -- Мельник Л. Мир, открытый заново (Рождение экологического мышления). М.,1988.
      -- Моисеев Н.Н. Алгоритмы развития. М.,1984.
      -- Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек. М.,
      -- Олейников Ю.В. Экологические альтернативы НТР. М.,1987.
      -- Печчеи А. Человеческие качества. М., 1984.
      -- Поппер К. Логика и рост научного знания. М., 1983.
      -- Природоохранительное просвещение. М.,1980.
      -- Роль химии в охране окружающей среды. М.,1983.
      -- Романенко В.Т. Одинокое дерево. М.,1985.
      -- Фейерабенд П. Избранные труды по методологии науки. М.,1986.
      -- Философские проблемы глобальной экологии. М.,1983.
      -- Человек, наука, природа. Л.,1985.
      -- Шубин В.И., Смотрицкий Е.Ю. Этюды по экологии: полемические заметки // Экология человека. Луцк,1993.
      -- Шубин В.И. Экологическая ценность идеи единства природы и культуры // Импернативы экологического выживания в современном обществе. Минск,1994.
      -- Элиаде М. Космос и история. М.,1987.
  

VI. История электротехники

      -- История энергетической техники. Т.I. и П. М.:Госэнергоиздат, 1957.
      -- Кузнецов Б.Г. История энергетической техники. Гостехиздат,1937.
      -- Белкин Н.Д., Конфедератов И.Я., Шнейберг Я.А. История техники. Госэнергоиздат,1956.
      -- Динамомашина в ее историческом развитии. Документы и материалы // Под ред. В.Ф. Шиткевича. Изд-во АН СССР,1934.
      -- Электродвигатель в его историческом развитии. Документы и материалы // Под ред. В.Ф. Мишкевича. Изд-во АН СССР, 1936.
      -- Гусев С.А. Очерки по истории развития электрических машин. Госэнергоиздат,1955.
      -- Каменецкий М.О. Первые русские электростанции. М.: Госэнергоиздат,1955.
      -- Шатилен М.А. Русские электротехники XIX в. Госэнергоиздат,
   М.,1955.
      -- Шнейберг Я.А. У истоков электротехники, М.: Высш.шк.,1963.
      -- Белкина Л.Д., Яблочков Н.П. М.: Госэнергоиздат,1950.
      -- Веселовский О.Н., М.О. Доливо-Добровольский. М.: Госэнергоиздат,1958.
      -- Елисеев А.А. Василий Владимирович Петров. М.: Госэнергоиздат,1949.
  
  
   Бернал Дж. Наука в истории общества. - М.: Ин.Лит., 1956. - с.34.
  
   Цит. по: Максвелл Д. Статьи и речи. - М.: 1958. - с. 211.
  
   Луи де Бройль. По тропам науки. - М.: 1962. - с. 295.
  
   Цит. По кн.: Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни ее творцов. - М.: Просвещение, 1986. - с.17.
  
   Там же, с. 70.
   Там же, с. 71.
   Цит. По кн.: Карцев В.Л. Приключения великих уравнений. - М.:Знание, 1986. - с.84.
  
   Цит. По кн.: Карцев В.Л. Приключения великих уравнений. - М.: Знание, 1986. - с.80.
   Там же, с.82.
   Цит. По кн. : Карцев В.Л. Приключения великих уравнений. - М.: Знание, 1986. - с.63.
  
   Цит. По кн.: Карцев В.Л. Приключения великих уравнений. М.: Знание, 1986. - с.86.
  
   Там же, с.87.
   Цит. по кн.: Карцев В.Л. Приключение великих уравнений. - М.: Знание, 1986. - с. 93.
   Цит. по кн.: Карцев В.Л. Приключения великих уравнений. - М.: Знание, 1986. - с.120.
   Цит. По кн.: Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни ее творцов. - М.: Просвещение, 1986. - с.80.
   Цит. По кн.: Карцев В.Л. Приключения великих уравнений. - М.: Знание, 1986. - с.139.
  
   Цит. по кн.: Карцев В.Л. Приключения великих уравнений. - М.: Знание, 1986. - с.141.
   Цит. по кн.: Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни ее творцов. - М.: Просвещение, 1986. - с.84.
  
   Цит. по кн.: Карцев В.Л. Приключения великих уравнений. - с.144.
   Цит. по кн.: Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни ее творцов. - с.85.
   Там жде, с. 85.
   Цит. по кн.: Карцев В.Л. Приключения великих уравнений. - с. 151.
   Цит. по кн.: Карцев В.Л. Приключения великих уравнений. - с.153.
   Там же.
   Там же, с. 154.
   Цит. по кн.: Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни ее творцов. - с.87.
   Цит. по кн.: Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни ее творцов. - с. 70.
   Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни ее творцов. - с 90.
   Там же, с.91.
   Тапм же.
   Там же, с.92.
   Там же.
   Там же, с.93.
   Цит. по кн.: Карцев В.Л. Приключения великих уравнений. - с. 154.
   Цит. по кн.: Карцев В.Л. Приключения великих уравнений. - с. 161.
   Там же.
   Цит. по кн.: Дягилев Ф.М. Из истории физии и жизни ее творцов. - с.99.
   Там же.
   Цит. по кн.: Карцев В.Л. Приключения великих уравнений. - с.164
   Там же.
   Там же, с.171.
   Там же, с.174.
   Там же, с.195.
   Там же, с.204.
   Там же, с.206.
   Там же, сю 205.
   • Сведения заимствованы из книги: Шателен М.А. Русские электротехники XIX века. - М.:ГЭИ, 1955. - с.128-201.
   Цит. по кн.: Шателен М.А. Русские электротехники XIX века. - М.: ГЭИ, 1955. - с.162-163.
   Там же.
   Там же, 161.
   Там же, с.180.
   Там же, с.181.
   Там же.
   Там же, с.181.
   Там же, с. 197-198.
   Там же, с. 202-228.
   Карел Берка. Измерение. Понятия, теории, проблемы.
   М.: Прогресс, 1987.
   Подробнее об этом: Семенюк Э.П. Информационный подход к познанию действительности. Киев, 1988. С.73-81.
   Карел Берка. Измерения. С.29
   4 Карел Берка. Измерения. С.26
  -- Подробнее об этом: Бирюков Б.В., Михеев В.И.. Измерение как объект логико-методологического и философского анализа // Карел Берка. Измерение. Понятие, теории, проблемы,М.1987,с.275-306.
  -- Шредингер Э. Философия эксперимента // Шредингер Э. Избранные труды по квантовой мехинике. М. 1976,с.295.
   7 Карел Берка. Измерения, с.263-266.
   8 Карел Берка. Измерения, с.267.
   9 Здесь и в дальнейшем не расписывается деятельность творцов науки, описание которой содержится в первой главе.
   Писарев Д.И. Сочинения. Т.4. - М.: Наука,1956.-С.197.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
   1
  
  
   7
  
  
  
  
Оценка: 2.18*5  Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"