середа, 9 жовтня 2013 р.

Ханс Християн Ерстед

Ханс Християн Ерстед ( дат. Hans Christian rsted , 1777 - 1851) - датський вчений, фізик, дослідник явищ електромагнетизму.

1. Ранні роки

Народився 14 серпня 1777 р. в маленькому містечку Рудкебінге, розташованому на датському острові Лангеланн. Його батько був аптекарем, грошей у сім'ї не було. Початкову освіту брати Ханс Крістіан і Андерс отримували де доведеться: міський перукар вчив їх німецькому, його дружина - датському; пастор маленької церкви навчив їх правилам граматики, познайомив з історією і літературою; землемір навчив складанню і вирахуванню, а приїжджий студент вперше розповів їм про властивості мінералів.

З 12 років Ханс допомагає своєму батькові в аптеці. Тут він зацікавлюється природничими науками і вирішує вступати до університет.


2. Навчання в Копенгагенському університеті

Університет в столиці Данії Копенгагені було засновано ще в 1478 р., але загальноосвітня культура його була ще дуже низька. Досить сказати, що з початкуXVIII століття кафедра фізики в ньому була ліквідована з тією метою, щоб посилити курс богослов'я.
В 1794 р. (17 років) Ерстед в якості абітурієнта виїжджає в Копенгаген і цілий рік готується до іспитів, які потім успішно витримує. Його брат пішов за ним в Копенгаген і вивчав там юриспруденцію. Під час навчання Ерстед займається практично всіма можливими дисциплінами. Золота медаль університету була присуджена йому за есе "Кордони поезії та прози".
Він вважав за краще різнобічність професіоналізму. Наступна його робота, також високо оцінена, була присвячена властивостям лугів, а блискуче захищена дисертація, за яку він у 1798 (ледь закінчивши навчання) отримав ступінь доктора філософії, була присвячена медицині. За іншою версією, ступінь доктора філософії він (без захисту) отримав за свій перший опублікований працю "Метафізичні основи природознавства Канта ".
Після закінчення 3-річного навчання в університеті Ерстед отримує звання фармацевта вищого ступеня. Фізику та хімію, фундаментальні для натураліста науки, викладав в університеті за сумісництвом професор медицини.
Випускник-фармацевт влаштовується тимчасовим керуючим однієї зі столичних аптек, але бажання займатися викладанням приводить його до посади ад'юнкта (молодша вчена посаду в академіях і в вузах; помічник академіка або професора.) при університеті. Йому доручається читання двох лекцій на тиждень без оплати праці. Отже, він повинен був продовжувати працювати в аптеці. Ця робота хоч і відволікала від науки, але дозволяла використовувати устаткування аптеки як дослідницької лабораторії.
Три роки викладання в університеті не проходять даром. Старанний ад'юнкт був помічений начальством і відправлений у закордонне відрядження для підвищення наукової кваліфікації. Спочатку Німеччина, де відбулася зустріч відрядженого вченого з людиною, талант і розум якого вплинув на його наукові інтереси. Мова йде про "геніального фантазер" і навіжений, неординарному фізик і хімік Йоганн Вільгельмі Ріттера, принциповому прихильника натурфілософії Шеллінга, ідеї якої полягали в тому, що ніби-то всі сили в природі виникають з одних і тих же джерел. Ці положення і зацікавили Ерстеда. Ось що він писав: "Моє тверде переконання, що велике фундаментальне єдність пронизує природу. Після того як ми переконалися в цьому, подвійно необхідно звернути нашу увагу на світ різноманітності, де ця істина знайде своє єдине підтвердження. Якщо ми не зробимо цього, єдність саме по собі стає безплідним і порожнім міркуванням, провідним до неправильних поглядів ".
Потім Париж, де він слухає лекції вчених першої величини - фізика Шарля, хіміка Бертолле, природознавця Кюв'є. Велике враження на молодого вченого виробляють студентські лабораторії Паризької політехнічної школи - адже тоді в Данії таких не було. І ось його висновок: "Сухі лекції без дослідів, які читають в Берліні, не подобаються мені. Всі успіхи науки повинні починатися з експериментів".
В 1804 р. Ерстед повертається до Данії. Але з роботою в університеті у нього не все ладилося. Він не міг розраховувати на державну оплачувану посаду. Однак після того як Ерстед було доручено відати колекцією фізичних і хімічних приладів, що належать королю він вирішується читати приватні лекції з фізики та хімії.
"Мої лекції з хімії, - писав початківець лектор, - привертають стільки слухачів, що не всі можуть поміститися в аудиторії". Саме цими лекціями Ерстед довів адміністрації університету своє право на оплачувану штатну посаду. У 1806 р. він стає професором фізики, до функцій якого входила обов'язок екзаменувати кандидатів з філософії, а також викладати фізику та хімію студентам-медикам і фармацевтам. "Відтепер, - писав вже штатний професор, - я отримав привілей заснувати фізичну школу в Данії, для якої я сподіваюся знайти серед молодих студентів багато талановитих людей". Після цього призначення фізика була визнана повноправною дисципліною в Копенгагенському університеті. І через сто років один із вихованців цього університету Нільс Бор ( 1885 - 1962) стане одним із творців сучасної квантової фізики.
В 1812 Ерстед знову виїжджає за кордон - в Берлін і Париж. І там він пише роботу "Дослідження ідентичності електричних і хімічних сил". Ця робота свідчить про те, що автор продовжує керуватися своєю філософською концепцією. З 1815 р. Ерстед - неодмінний секретар Датського королівського товариства.


3. Історія відкриття

Історія відкриття, зробленого взимку 1819 - 1820 навчального року (в одних джерелах - 15 лютого, в інших - ще в грудні) включає в себе два варіанти подій:
Ерстед на лекції в університеті демонстрував нагрів дроту електрикою від вольтова стовпа, для чого склав електричну, або, як тоді говорили, гальванічну ланцюг. На демонстраційному столі знаходився морський компас, поверх скляної кришки якого проходив один з дротів. Раптом хтось із студентів (тут показання свідків розходяться - кажуть, це був аспірант, а то і зовсім університетський швейцар) випадково помітив, що коли Ерстед замкнув ланцюг, магнітна стрілка компаса відхилилася в сторону. Однак існує думка, що Ерстед зауважив відхилення стрілки сам.
На користь стороннього спостерігача говорить те, що, по-перше, сам Ерстед був зайнятий маніпуляціями скручування проводів, до того ж навряд чи б він, багато разів проводив такий досвід, став жваво цікавитися його ходом.
Однак попередні дослідження Ерстеда і його захопленість концепцією Шеллінга говорять про зворотне. В деяких джерелах навіть вказується, що Ерстед нібито всюди носив з собою магніт, щоб безперервно думати про зв'язок магнетизму і електрики. Можливо, це вигадка, покликаний зміцнити позицію Ерстеда як першовідкривача. У самому справі, якщо був так заклопотаний проблемою, чому не спробував раніше цілеспрямовано поставити досвід з електричним колом і компасом? Адже компас - одне з найбільш очевидних практичних використань магніту. Тим не менше, не можна заперечувати, що над проблемою зв'язку електрики і магнетизму він замислювався, як втім, і над проблемами зв'язку інших явищ, між якими ніякого зв'язку не було (нагадаємо, він був прихильником концепції Шеллінга).
Для початку Ерстед повторив умови свого лекційного досвіду, а потім став їх міняти. І виявив наступне: "Якщо відстань від дроту до стрілки не перевершує 3/4 дюйма, відхилення складає 45 . Якщо відстань збільшувати, то кут пропорційно зменшується. Абсолютна величина відхилення змінюється в залежності від потужності апарату". (Використовуючи дане повідомлення, А. М. Ампер незабаром запропонує на його принципі магнітоелектричний гальванометр, роль якого в розвитку електричної науки важко переоцінити.)
Далі почалися взагалі чудеса. Експериментатор вирішує перевірити дію провідників з різних металів на стрілку. Для цього беруться дроту з платини, золота,срібла, латуні, свинцю, заліза. І о диво! Метали, які ніколи не виявляли магнітних властивостей, купували їх, коли через них протікав електричний струм.
Ерстед став екранувати стрілку від проводу склом, деревом, смолою, гончарної глиною, камінням, диском електрофора. Екранування не відбулося. Стрілка наполегливо відхилялася. Відхилялася навіть тоді, коли її помістили в посудину з водою. З цього слідував висновок: "Така передача дії крізь різні речовини не спостерігалася у звичайного електрика та електрики вольтаіческого".
Коли сполучну дріт Ерстед ставив вертикально, то магнітна стрілка зовсім не вказувала на неї, а розташовувалася як би по діаметру кола з центром по осі дроту. Дослідник запропонував вважати дію дроту зі струмом вихровим, так як саме вихором властиво діяти в протилежних напрямках на двох кінцях одного діаметра.


4. Публікації та визнання

Уже в червні 1820 Ерстед друкує на латинською мовою невелику роботу під заголовком: "Досліди, пов'язані з дією електричного конфлікту на магнітну стрілку".[1] У ній учений пише резюме: "Основний висновок з цих дослідів полягає в тому, що магнітна стрілка відхиляється від свого положення рівноваги під дією вольтового апарату і що цей ефект проявляється, коли контур замкнутий, і він не проявляється, коли контур розімкнутий. Саме тому, що контур залишався розімкнутим, не увінчалися успіхом спроби такого ж роду, зроблені кілька років тому відомими фізиками. "
У цій же роботі він намагається виробити правило, за допомогою якого можна було б заздалегідь визначити напрям магнітного дії сил, що виникають у провіднику при проходженні по ньому електричного струму. Ось це правило: "Полюс, який бачить негативне електрику входять над собою, відхиляється на захід, а полюс, який бачить його входять під собою, відхиляється на схід".
Досліди Ерстеда ставили науку в скрутне становище. З експериментів випливало, що сила, що діє між магнітним полюсом і струмом в провіднику, спрямована не по сполучає їх прямій, а по нормалі до цієї прямої, тобто перпендикулярно. Цей факт піддавав сумніву всю ньютонівську систему побудови світу. Це відчули перекладачі, які перекладали на французький, італійський, німецький і англійський мови латинський текст датського вченого. Найчастіше, зробивши буквальний переклад, представлявся їм неясним, вони приводили в примітках латинський оригінал.
Після свого відкриття Ерстед став всесвітньо визнаним ученим. Він був обраний членом багатьох найбільш авторитетних наукових товариств: Лондонського Королівського товариства і Паризької Академії. Зокрема в 1830 р. його обрали почесним членом Петербурзької академій наук. Англійці присудили йому медаль за наукові досягнення, а з Франції він отримав премію в 3000 золотих франків, колись призначену Наполеоном для авторів найбільших відкриттів в області електрики. Він продовжив займатися наукою - в 1822 - 23 незалежно від Ж. Фур'є відкрив термоелектричний ефект і створив перший термоелемент. Вивчав стисливість і пружність рідин і газів, винайшов пьезометр (пристрій, що служить для вимірювання зміни об'єму речовин під впливом гідростатичного тиску), намагався виявити електричні ефекти під дією звуку. Займався також молекулярної фізикою, зокрема, вивчав відхилення від закону Бойля - Маріотта.
Ерстед мав не тільки науковим, але і педагогічним талантом, вів просвітницьку діяльність: в 1824 створив Товариство з розповсюдження природознавства, в1829 став директором організованої за його ініціативою Політехнічної школи в Копенгагені. Помер Ерстед в Копенгагені 9 березня 1851. Його ховали як національного героя.

5.Посилання

  1. rsted, Hans Christian: Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticam, 1820

Немає коментарів:

Дописати коментар