Великий фізик Америки

Великий фізик Америки

Ян Шнейберг.

Известный американський письменник М. Уїлсон у своїй книжці «Американські вчені України та винахідники» писав про Джозефі Генрі: «Вік з чвертю й навіть доба області знань відокремлювали электростатику Франкліна і электродинамику Максвелла. І велику частину цих знань була здобута однією людиною — Дж. Генрі… Більшість сучасників були оцінити як слід забувати і дещиці його величезного внеску до науку». Тепер дослідження «…перебувають у ряду великих наукових відкриттів». Визначним внеском Дж. Генрі у дослідження електромагнетизму вважається відкриття їм (майже разом з Фарадеем) явища електромагнітної індукції. Невипадково її називають «американським Фарадеем». Генрі перший зафіксував коливальний характер іскрового розряду конденсатора, що у гідності було оцінено лише через півстоліття при зародження електрозв’язку і радіотехніки.

На шляху знаннями

Джозеф Генрі народився 17 грудня 1797 року у бідній сім'ї візника м. Олбані (штат Нью-Йорк). Хлопчиком відправили до бабусі, де навчався сільської школи, допомагав на фермі і у лавці.

Среди небагатьох його розваг була полювання на кроликів. Погнавши якось за них, за підземний хід потрапив у церковний підвал, заставлений шафами з книжками. Щойно вміючи читати, почав гортати всі українські книжки поспіль. Подвал-библиотека став місцем його постійних самостійних занять. Згадуючи свою юність, Генрі підкреслював, що він був «переважно самоуком».

Поразительно схожими бувають людські долі. М. Фарадей (1791−1867), котрий у Англії майже разом з Генрі, був сином лондонського коваля. Через брак коштів на отримання початкової освіти віддали в учні до власнику переплетній майстерні, де випадково познайомився із вмістом багатотомної «Британської енциклопедії». Він надзвичайно захопився статтею про електриці, ще здогадуючись, що дослідженню цієї «таємничої сили природи» присвятить все своє життя й стане на весь світ ученим.

Одной із перших книжок, котрі викликали в Генрі нескориме прагнення до оволодіння знаннями, було твір англійського натурфілософа Дж. Грегорі «Лекції по експериментальній фізиці, астрономії і хімії», видане у Лондоні 1808 р. Будучи вже знаменитим ученим, Дж. Генрі подарував цієї книжки своєму п’ятирічній синові з написом: «Це неглибоке твір справила дивовижне впливом геть моє життя і це самої перша з книжок, прочитаних з велику увагу». Ця книга відкрила йому новий світ образу і наділила «величезної привабливістю речі, майже незамечаемые колись, направившие… розум на вивчення природи».

Пробыв на фермі до 1811 р., Генрі повертається у Олбані, влаштовується учнем до годинникарю, але кар'єра ремісника не приваблює його, він дедалі більше захоплюється літературою і театром. Олбані стає дуже квітучим містом, які славилися багатою бібліотекою. З юних літ книжки були однією з головних захоплень Генрі, особиста бібліотека вже у томів.

С 1819 р. Генрі - вільний слухач Олбанской академії (середнє навчальний заклад підвищеного типу), через бідність він був з оплати навчання. У академії значну увагу приділялося викладання природничо-наукових дисциплін. Майбутнього вченого захопила книга Т. Юнга «Курс лекцій з фізики і механіці», на форзаці якої Генрі написав що запам’яталися йому рядки, совпадавшие, очевидно, з його мрією:

Порой у великій книзі таємниць природи.

Мне вдається щось прочитати!

Смолоду Генрі схилявся перед математикою. «Зрозуміло, — писав він, — що із усіх наук, які мають будити і підтримувати дух допитливості і підприємливості, немає більше дієвою, ніж математика».

В 1822 р. Генрі залишили в Академії на посаді асистента і протягом трьох років брав участь у демонстрації дослідів на лекціях по хімії. Невдовзі Генрі стає однією з освічених людей міста Київ і обирається членом Вченого суспільства Олбані. Він.

принимает активну участь у підставі Інституту натуральної історії (його нерідко називали Олбанской академією наук), де він працював у Московському відділенні фізико-математичних наук. Невдовзі він став «куратором» відділення природознавства, займається геологічними дослідженнями.

Во час одній з геодезичних експедицій він відвідав відому Воєнну академію в Уэст-Пойнте, де дізнався про дослідах Эрстеда, відкрив в 1819 р. дію електричного струму на магнітну стрілку. Перебуваючи Нью-Йорку, він ознайомився з способами виготовлення подковообразных магнітів. Навряд чи вона міг тоді припускати, тобто майже його життя буде з дослідженнями електромагнетизму.

В 1826 р. Генрі призначається посаду професора математики і фізики Олбанской академії. У першій промови, що стала «офіційним подією» робити кар'єру вченого і педагога, він виявив надзвичайну обізнаність у розвитку точних наук. Цікаво його затвердження у тому, що «шекспиры у науці зустрічаються як і рідко, як й у літературі».

В 1826—1832 рр. Генрі викладав у академії алгебру, вищу математику, фізику і геометрія, керував природно-науковим факультетом.

Создатель перших потужних електромагнітів.

.

Генри дізнався про дослідах Эрстеда через сім років їхнього опублікування, але, захопившись «таємницями» електромагнетизму, дуже швидко зумів домогтися успіхів, котрі його ім'я широко відомим далеко поза Америки. Це, перш всього належить до створення унікальних наймогутніших електромагнітів.

В протягом 1826−1827 рр. Генрі уважно вивчає дослідження у сфері електромагнетизму, проведені Эрстедом, Араго, Ампером і Фарадеем. Предметом своїх пошуків він вибрав електромагніт, передбачаючи можливість його практичного застосування. Перший підковоподібний електромагніт, здатний піднімати вантаж більш 3 кг, що істотно перевищувало власна вагу, було створено 1825 р. англійцем У. Стердженом. Магніт був сердечни який була намотана неизолированная мідна дріт. Одне з учених, яка вперше побачила електромагніт, писав: «Дивуєшся йому, як чуду». Генрі вирішив «домогтися сильних електромагнітних ефектів шляхом малої витрати електрохімічної енергії» (гальванічних батарей).

С властивим йому майстерністю створює многовитковые електромагніти, названі «уплотненными»: на порівняно невеличкий площі електромагніта він розміщував до 400 витків ізольованій шовком мідної дроту, подключаемых до окремої батареї. Якщо з'єднати ці «пасма» обмотки паралельно, то сила струму помітно зростає.

Генри винайшов «многокатушечную» обмотку, яка дозволила помітно збільшити піднімальну силу електромагніта. Запропонував він розміщувати на электромагните до подібних обмоток — так з’явилися перші у світі технічні зразки котушок (які називались «бобинами»).

В процесі численних експериментів він зраджував кількість і схему підключення котушок до двох гальванічним батарей і спромігся створити «силові» електромагніти з фантастичною піднімальної силою — від 30 до 325 кг при власному вазі магніту 10 кг (рис. 1).

Разработка унікальних магнітів зажадала від Генрі чимало винахідливості, час і. Він згадував перші свої роботи: «Усю ніч я просидів у столу, заваленого шматками заліза і дроту. Тричі довелося наливати мою маленьку лампу… Знову і знову я включав струм, приваблював магніту шматки заліза і потім відривав їх. Магніт тримав так міцно, що сміявся з радості». Методики розрахунку напруженості магнітного ще немає, і Генрі визначав піднімальну силу електромагніта, користуючись гирями.

В 1831 р. Генрі для Йєльського коледжу великий електромагніт з силою тяги 1000 кг (він зберігається в Смітсонівському інституті там. Назва інституту походить від імені вченого Сміта, завещавшего свій стан закладу центру наукових знань). Успішні експерименти Генрі привернули увагу європейських учених. Зокрема, петербурзький академік Б.С. Якобі думав, що «побудувати постійний сталевої магніт з цим співвідношенням мас практично неможливо». Високу оцінку роботам Генрі дали Фарадей і Ленц. Згодом небагатьом вдалося перевершити результати, досягнуті Генрі.

Вскоре електромагніти Генрі отримали практичне застосування у промисловості. Так було в 1831 р. одному з металургійних заводів у штаті Нью-Йорк електромагніт використовувався для сепарації залізної руди.

Поразителен діапазон наукових експериментів Генрі. Після відомих дослідів Фарадея, довів ще 1821 р. обертання провідника навколо магніту і магніту навколо провідника, в 1831-м їм було створено модель електродвигуна з хитним рухом «электромагнита-коромысла», що виконував 75 рівномірних хитань на хвилину. І хоча Генрі вважав свою роботу лише «фізичної іграшкою», він сподівався, що з подальше вдосконалення це винахід «можна використовувати для некоторлей, створені в 30−70-х роках ХІХ в. за кордоном, теж могли отримати практичного застосування через брак економічного джерела струму.

И навіть у наш час немає «электрохода», а є дизельэлектроход, турбоэлектроход, атомохід.

Звездный годину Генрі.

Главный науковий подвиг Генрі - відкриття їм явища електромагнітної індукції. У історії науки чимало прикладів, коли видатні відкриття і винаходи робилися майже одночасно вченими різних країн, щось знали друг про одному. І те, що сталося восени 1831 року у Лондоні й у головному місті штату Нью-Йорк Олбані, може бути, то, можливо, разів у століття.

В щоденнику Фарадея записана дата історичного відкриття явища електромагнітної індукції: 29 серпня 1831 року. Майже за місяці, 24 листопада 1831 р., він зазначив звідси Лондонському Королівському суспільству, а 17 лютого 1832-го виступив із доповіддю про своє відкритті у Королівському інституті.

.

Статья Фарадея з докладним викладом експериментів була опублікована 1832 р. у журналі «Philosophical Transactions», потім у найбільших фізичних журналах континенту.

Профессор фізики Олбанской академії Джозеф Генрі, багато років що займався дослідженням електромагнітних явищ і щось знав роботи Фарадея, 16 листопада 1831 р. пише у листі одного з своїх колег: «Нещодавно викував велику підкову вагою 101 фунт, яку збирається використати декому повчальних експериментів, що стосуються тотожності електрики і магнетизму», т. е. індукувати електрику з допомогою магнетизму. (Нагадаємо, що Фарадей, виконавши свою відкриття, домігся про що мріяв — «перетворити магнетизм в електрику».).

Никому з біографів зірвалася з’ясувати, чому Генрі припинив розпочаті вересні експерименти і продовжив її лише дев’ять місяців через.

Неоспоримо встановлено, що електромагнітну індукцію Генрі відкрив проміжку між 14 і 28 червня 1832 р. У листі свого колеги від 28 червня Генрі повідомив, що час було дуже зайнятий, але «днями… домігся успіху на вельми цікавому експерименті одержання електричних іскор з магніту».

Открытие Генрі було опубліковано у липні 1832 р., одночасно з’явилися на світ реферати у перших двох серій «Експериментальних досліджень з електрики» Фарадея, із якими Генрі ознайомився лишень восени цього року. Як одне із біографів Генрі Р. Цверава, «ніщо у житті Генрі не викликало настільки тяжких переживань, як сакраментальне перерва у його заняттях наукою».

Из статті Фарадея відомо, що спочатку він «відкрив «індукцію струмів» і аж наприкінці експериментів отримав ефект індукції, застосувавши електромагніт.

Генри, багато років займаючись электромагнитами, відразу викликав проведений експеримент із електромагнітом і котушками, підключеної до гальванометру. Перший експеримент було проведено з подковообразным магнітом вантажністю 360−380 кодключенная до гальванометру, віддаленому (щоб уникнути перешкод) приблизно 12 м.

Поразительны інтуїція і майстерність експериментатора Генрі: не повторив помилки, допущеної європейськими вченими. Свої досліди виробляв разом з помічником, який, що у інший кімнаті, включав і відключав батарею (при цьому виникало і зникало магнітне полі), і Генрі спостерігав відхилення стрілки гальванометра. Швейцарський фізик Колладон, який досліджував явища електромагнетизму ще раніше включилися Фарадея і Генрі, був при порога відкриття електромагнітної індукції, але… Включаючи батарею, він поспішав до іншої кімнати, де був гальванометр, але до цьому часу встановлювався стаціонарний процес і стрілка гальванометра залишалася нерухомій. Не варто своїх днів Колладон, прожив 90 років, дорікав себе через те, що допустив таку прикру помилку.

Во час дослідження електромагнітної індукції Генрі виробляв кілька різних експериментів. Схема однієї з них зображено на рис. 2. Велика котушка підключена до гальванометру (зліва). При опусканні всередину котушки електромагніта, підключеного до батареї (справа), стрілка гальванометра відхилялася (те відбувалося і за піднятті електромагніта з котушки). Ця схема нагадує малюнок з лабораторного журналу Фарадея. Дивно, як схожі виявилися експерименти двох видатних фізиків, працювали незалежно друг від друга різними континентах! У статті, написаної вже після ознайомлення з досвідом Фарадея, Генрі, глибоко шануючи англійської фізику, підкреслив, що він пішов на відкриття власним, відмінними від Фарадея шляхом як і пише одне із біографів, «…дуже короткими натяками зазначив, що першовідкривачем був він».

Конечно, хто б заперечує пріоритет Фарадея, якщо б Генрі більше не довелося перервати свої експерименти, він поділив би славу відкриття з Фарадеем. Науковий подвиг Генрі може бути оцінено ще й тому, що умови його діяльності різко відрізнялися від, у яких перебував Фарадей. Він був знайомий з такими відомими вченими, працював у однією з найкращих лабораторій Королівського інституту. У Генрі був навіть «компетентних друзів», не міг друкуватися у головних журналах Європи. «Талант Генрі мужнів самотужки, духовне самотність обтяжувало Генрі, гальмувало його творчі пориви».

В квітні 1832 р. Генрі першим зробив ще одну важливу відкриття — виявив явище самоиндукции. Фарадей досліджував це явище лише два року.

Генри вперше створює наразі і використовують у фізичних експериментах плоскі котушки індуктивності, одержані із «смугової міді», що дозволяє йому домагатися великих ефектів, ніж від дротяних соленоидов. З допомогою таких котушок Генрі вдалося докладно дослідити ще одне раніше невідоме явище — взаємну індукцію. Усе це цикл досліджень Генрі відбив у трьох статтях «Про електричної індукції» в 1838—1840 рр.

Последние експерименти Генрі проводив вже у Прінстонському коледжі (штат Нью-Джерсі), куди він був запрошений ом натуральної філософії". У цьому вся коледжі, який став 1896 р. університетом, Генрі дуже плідно працював у протягом 14 років.

В Прінстоні Генрі встановив, що індукція проявляється у таких разючих явищах, які «…або не мали місця в усьому перебігу науки… суть в тому, що індукція проявляється через цегельну стіну, відділяють суміжні кімнати». На той час це були сенсацією.

У витоків електрозв’язку

Исключительно важливим науці, зокрема на електрозв’язку і радіотехніки, стало відкриття Генрі в 1840—1842 рр. коливального характеру іскрового розряду лейденської банки (конденсатора). То справді був прообраз першого осциллятора. Генрі вперше дав опис відкритих їм «сильно затухали електричних коливань» і навіть запропонував спосіб їх порушення. Він стверджував, що «хвилі електрики», які під час розряді, «пробігають поверхнею провідника, а чи не всередині його, як під час проходження гальванічного струму».

Открытие Генрі було з гідності оцінений через півстоліття біля підніжжя радіотехніки.

В 1844 р. Генрі забив ще ще один важливий експеримент: у фізичному корпусі коледжу на шовкових нитках був підвішений мідний провід, утворює прямокутник зі сторонами 9 і 15 м. Прямо ним у підвалі був підвішений той самий прямокутний контур.

Когда верхній провід приєднувався до искрящей магнитоэлектрической машині, в нижньому дроті виникав струм, здатний намагнітити голку. Ці дослідження Генрі дозволяють слід його однією з піонерів, котрі заклали підвалини вчення про електромагнітних хвилях. Зауважимо, що інший відомий дослідник електромагнітних хвиль німецький фізик Р. Герц народився 15 років після відкриття Генрі коливального характеру іскрового розряду.

Следующей цариною докладання його талантів стала електрозв’язок. Тоді США використовувався примітивний семафорный телеграф, не який відповідав потребам в швидкою і надійної далекого зв’язку. Перший електромагнітний апарат, створений Генрі, міг передавати інформацію, за словами вченого, «…з швидкістю думки».

Эксперимент проводився на великий аудиторії.

Олбанской академії. Уздовж стін був підвішений мідний провід довжиною 350 м, поєднав гальванічну батарею з 24 елементів з «ущільненим» електромагнітом. Приймальний пристрій складався з настільного дзвіночка і стрижневого постійного магніту, насадженого на вертикальну вісь «якоря». Один кінець «якоря» розташовувався між полюсами подковообразного магніту, а інший міг стосуватися дзвіночка, що сталося включення батареї (рис. 3).

.

Характеризуя свій експеримент, Генрі писав: «Це дозволило б вперше встановити те що, що струм, створюваний гальванічної батареєю, може порушувати магнітне полі электромагните, розташованому з відривом, і створювати у ньому механічні сили, як і того, що з допомогою цього способу можна забезпечити передачу сигналу» (курсив наш. — Я.Ш.). Після цього Генрі слеграфах, але сам конструюванням телеграфів не займався.

Однако відомо, що з винахідників телеграфу З. Морзе в 1837 р., коли його «…все валилося особисто від», неодноразово приїжджав до Генрі що він напоумив Морзе, «як треба діяти далі». Генрі, «щось несучи», показав то дії свої схеми з электромагнитами. Пізніше Морзе використовував отримані відомості у патентів без вказівки джерела.

Заметим, що Генрі не патентовал відкриття, ніж нерідко користувалися несумлінні люди.

В 1835 р. Генрі винайшов пристрій, впровадження якого в практику мало найважливіше значення у розвиток телеграфу і це зумовило виникнення техніки телекерування. Він розробив схему дистанційного управління дією основного електромагніта з допомогою електромагнітного реле.

Имя Генрі не згадувалося й у патенті на винахід телеграфу, котрий діяв на индукционном принципі, отриманому в 1891—1892 рр. американським винахідником Эдисоном. Щоправда, пізніше Едісон зазначив, що він «не досліджував закони природи й не зробив великих наукових відкриттів … не вивчав так, як вивчали Ньютон, Фарадей і Генрі». Одне з біографів писав: «Будь Генрі живий, він залишався задоволений цієї сентенцією у вустах людини, скупого на похвали».

Президент Американської Академії Наук

К середині 1930;х науковий авторитет Генрі надзвичайно зріс, він працює загальновизнаним лідером американської науки.

В 1836 р. як заохочення наукових заслуг Генрі йому було дано можливості відвідати центри європейської науки. У його «Європейському щоденнику» Генрі докладно описав щодня незабутнього подорожі.

После 20 (!) діб плавання через океан вітрильний пакетбот кинув якір в Плимуте, звідки Генрі приїхав до Лондон. Він давно мріяв побувати в Королівському інституті, відомому науковому центрі країни, і ознайомитися з великим Фарадеем, котрий очолював лабораторію цієї фінансової інституції.

Встреча з Фарадеем запам’яталася Генрі протягом усього життя. Як писала одна з біографів, Фарадей і Генрі від перших днів так гарно порозумілися і «відчували себе побратимами. У тому спілкуванні друг з одним був також і тіні заздрості чи недоброзичливості, що свідчить про шляхетність їх характерів».

Английский фізик Ч. Уитстон продемонстрував Генрі створений їм електромагнітний телеграф з допомогою «вторинної гальванічної ланцюга». «Я поінформував його, — писав пізніше Генрі, — що мною розроблений інший метод, що призводить до схожим результатам». Уитстон ознайомив Генрі із вмістом брошури з викладенням «теорії р. Ома», що у 1827 року. Генрі був «…начуваний (про цей закон. — Я.Ш.) ще вдома», але цього був першим американцем, який визнав «неминущу цінність» відкриття німецького вченого.

Генри продемонстрував Фарадею і Уитстону кілька своїх експериментів, удостоєних високої оцінки учених. Визнаючи внесок Генрі у дослідження електромагнетизму, Фарад Копли. На жаль, отримати цю медаль Генрі зірвалася.

Интересными були зустрічі Генрі з ученими Німеччині й Бельгії. Поїздка європейськими країнами тривала протягом вісім місяців. Їй також вдалося замовити найбільшим приборостроительным фірмам новітні фізичні прилади та внутрішнього облаштування.

В 1846 р. Генрі був одностайно обраний «секретарем-директором» найбільшого наукового центру Америки — Смитсоновского інституту. Особливу увагу він приділяв фізичному (одного з трьох) відділу інституту. Однак він не було часу займатися електромагнітними дослідженнями, і він очолив роботи з геофізики і метеорології. Федеративні влади вважали, що прогнози погоди, необхідних потреб сільського господарства, були зайняті важливішими, ніж «туманні обіцянки» фізиків-теоретиків.

Для прискорення передачі про стан погоди на величезної території США споруджували довгі телеграфні лінії, загальна довжина яких до 1848 р. досягла 8 тис. км. Надійність експлуатації цих ліній забезпечувалася створеним Генрі електромагнітним реле для дистанційного управління. Вчений з права вважається піонером при застосуванні телеграфу в метеорології. Не всім відомо, що американські метеорологи в 40−80-х роках ХІХ в. підтримували тісні зв’язки з науковими установами Росії з проблемам метеорології. Особливо високо Генрі цінував праці відомого російського ученого-метеоролога А.І. Воєйкова.

В 1863 р. президент США А. Лінкольн підписав білль про створення Національної академії наук. Серед перших 50 академіків був і Дж. Генрі. У 1868 р. по смерті першого президента Академії наук Генрі був обраний цю посаду. Він підкреслював, що на членство в Академії повинна давати «…тільки і лише справді наукові відкриття». У 1870 р. вже як офіційного лідера американської науки його знову відвідав Європу. Вчені його покоління або вже померли, або «зійшли зі сцени», а молоді фізики дивилися на Генрі «…як у шановну, проте історичну особистість».

В 1876 р. Філадельфії проходила Міжнародна виставка на вшанування 100-річчя США. Генрі, можливо, краще за інших відвідувачів виставки розумів, що виявилося одразу на порозі «царства електрики».

Несмотря на видатні наукові заслуги, Генрі на диво скромним людиною.

Весьма характерно його висловлювання незадовго на смерть: «Моє життя переважно присвячувалася науці, і свої дослідження, у різних галузях фізики створили мені відому репутацію у справі фундаментальних відкриттів. Я … не домагався винагороди за праці, вдовольняючись лише радісним свідомістю, що своїх роботи доповнили суму людських знань.

Единственная нагорода мені - прогрес науки, щастя після відкриття нових істин і наукова репутація, яку дають права мої дослідження".

Весной 1878 р. учений тяжко захворів, 13 травня Генрі Герасимчука. Його цвинтарі у передмісті Вашингтона Джорджтауні. У 1883 р. перед будинком Смитсоновсьптура на повен зріст прикрашає головний читальня бібліотеки Конгресу; пам’ятник знаменитому земляку встановили жителі Олбані. Було видано «Наукові праці» Генрі.

Один з американського вчених із гіркотою писав: «Хоча тисячі людей кожен погідний день, на Молл-сквере там затримуються перед пам’ятником Джозефові Генрі, встановленим перед старим будинком Смитсоновского інституту… може видатися неправдоподібним, але ці у такий спосіб, що тільки з них твердо знають, хто він і що він зробив».

Научный внесок Генрі до скарбниці знань отримав найвищу оцінку: в 1893 р. на Электротехническом Конгресі у Чікаґо одиниця індуктивності було названо «генрі». Як зазначив М. Уїлсон, «…наука віддала йому належне, та звела на почесний п'єдестал, написавши його ім'я із маленької літери: Генрі став генрі поруч із ампером, вольтом, фарадой».

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із російського сайту internet.