История науки 19 века

Несомненно, 19 век можно назвать веком естественных наук. Великое множество учёных изучали в то время физику, химию, биологию, а их исследования, достижения и открытия достойны разбора и анализа. В этот период наука стала профессиональной, активно шёл процесс её дифференциации — чёткого выделения отдельных наук и их отраслей. В своей статье я расскажу про учёных 19 века, а также — про их открытия, попытаюсь в доступной форме описать их работы и исследования.

Андре-Мари Ампер

Андре-Мари Ампер (1775-1836) — французский физик и математик, известный всему миру как один из основателей электродинамики. С детства он увлекался счётом и любил читать. Получил домашнее образование, а уже в 11 лет мальчика считали гением математики.

В 1820 году он сформулировал правило (закон Ампера), из которого следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются. Просто запомнить этот закон можно, используя правило левой руки: если расположить ладонь левой руки так, чтобы линии индукции магнитного поля входили во внутреннюю сторону ладони, перпендикулярно к ней, а четыре пальца направлены по току, то большой палец укажет направление силы Ампера.

В 1822 году Ампером был открыт эффект соленоида (катушки с током), который гласит, что соленоид имеет те же свойства, что и постоянный магнит. Также им была предложена идея поместить железный сердечник внутрь соленоида, чтобы усиливать магнитное поле. В 1826 году Ампер доказал теорему о циркуляции магнитного поля (циркуляция магнитного поля постоянных токов по всякому замкнутому контуру пропорциональна сумме сил токов, пронизывающих контур циркуляции), а в 1829 — изобрёл коммутатор и электромагнитный телеграф.

Майкл Фарадей

Майкл Фарадей (1791-1867) — английский физик-экспериментатор и химик. Он родился в небогатой семье, его родители не смогли оплатить даже среднюю школу. Впрочем, с детства он проявлял способности к изучению точных наук, занимался самообразованием. Важным этапом в его жизни можно выделить посещение Городского философского общества. 19-ти летний Майкл слушал лекции по физике и астрономии по вечерам, а также научился рисовать. Научную известность Фарадей получил за ряд научных открытий. Одно из них — открытие магнитной индукции — возникновение электрического поля при изменении поля магнитного. Определяется она по следующей формуле: B=Fmax/I •ΔL , то есть как отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током к произведению силы тока на длину участка проводника.

Еще одним научным достижением учёного является формулировка законов электролиза

• прохождения постоянного тока через электролит (раствор, содержащий ионы). Также Майкл Фарадей открыл диамагнетизм — эффект намагничивания определённых химических веществ, например серебра.

В процессе своей научной деятельности, учёный впервые сформулировал такие понятия как:

1. Диэлектрик — вещество, которое плохо проводит электрический ток или не проводит его вовсе, например, газы или стекло.
2. Ион — заряженная частица.
3. Электрод — электрический проводник, находящийся в контакте с электролитом.
4. Анод и катод — электроды; анод заряжен положительно, а катод — отрицательно, отсюда же названия: катион — положительно заряженная частица, устремляется к катоду; анион — отрицательно заряженная частица, устремляется к аноду.

Вильгельм Конрад Рентген

Вильгельм Конрад Рентген (1845-1923) — немецкий физик. Первое образование он получил в частной школе Мартинуса фон Дорна. С 1861 года посещал Утрехтскую техническую школу, но был отчислен в 1863. Поступил в Федеральный политехнический институт Цюриха, закончил его в 1769 году со степенью философа. Поняв, что ему больше нравится физика, Вильгельм защищает диссертацию, после чего приступает к работе ассистентом на кафедре физики. Впоследствии он стал профессором, а после — руководителем физической кафедры в разных университетах. 8 ноября 1895 года учёный обнаружил невидимые глазу лучи, светящиеся в темноте. С их помощью Вильгельм смог увидеть на экране кости собственной руки. Названные им Х-лучи нашли применения в области медицины, позволяя диагностировать различные заболевания и переломы, переводя при этом полученное изображение на специальную плёнку.

Рентген стал первым Нобелевским лауреатом в области физики. К сожалению, его исследования стали и причиной его смерти — он умер в возрасте 78 лет от рака желудка, полученного от излучения Х-лучей.

Джеймс Кларк Максвелл

Джеймс Кларк Максвелл (1831-1879) — британский (шотландский) физик и математик. Сначала учёба его не сильно увлекла, однако впоследствии он почувствовал к ней вкус и стал лучшим учеником класса. В то время его увлекла геометрия, что привело к изобретению метода черчения овалов, восходившего ещё к работам Рене Декарта. Способ заключался в использовании булавок в качестве фокусов, нити и карандаша, что позволило строить окружность, эллипс (геометрическое место точек плоскости, сумма расстояний которых до двух заданных (фокусов) равна и постоянна) и более сложные овальные фигуры, обладающие большим числом фокусов.

Одно из открытий Максвелла позволило создать первую цветную фотографию. В июне 1860 года учёный продемонстрировал свои исследования, где с помощью “цветной коробки” сделал фотографию цветной. Она стала таковой благодаря тому, что было получено три негатива цветной ленты на стекле, покрытом фотографической эмульсии. Негативы были сняты через зелёный, красный и синий фильтры, в качестве которых использовались растворы солей различных металлов, затем они были освещены через те же фильтры, и получилось цветное изображение.

Наибольший след в науке оставила электромагнитная теория Максвелла. В ней он смог рассчитать скорость распределения электромагнитных волн — около 300000 км/с. Эта теория впоследствии привела к созданию радио.

Война токов

Отдельно стоит выделить противостояния двух учёных: Томаса Эдисона и Николы Теслы, работавшего на Джорджа Вестингауза. Конкуренция постоянного и переменного тока поистине интересна как с научной, так и с исторической точки зрения.

Постоянный ток — электрический ток, не меняющий направление и величину с течением времени. Его величина и напряжение неизменны для любого момента времени.

Переменный ток — электрический ток, который изменяется по величине и по направлению в электрической цепи. Мы рассмотрим два типа переменного тока: двухфазный, который продвигался Теслой, и трёхфазный — на данный момент наиболее распространённый тип.

В двухфазном токе применяются два электрических контура, напряжения в которых сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90 электрических градусов (на π/2 в радианах), то есть одну фазу можно представить как синус, а вторую — как косинус. Впервые идеи использования такого тока для создания вращающего момента были высказаны в 1827 году Домиником Араго, а применение на практике смог воплотить в реальность Никола Тесла. Он собрал модель индукционного (двухфазного) двигателя.

До первых презентацией Теслой двухфазного тока, Эдисон имел абсолютно лидирующие позиции в области электрификации. После первых показов стало ясно, что будущее за переменным током. Дело в том, что хоть постоянный ток Эдисона и стабилен, и даже безопаснее переменного, на больших расстояниях он создавал слишком большие тепловые потери. Чтобы их избежать, пришлось бы ставить электрогенератор в каждом квартале. В отличие от него, переменный ток спокойно передаётся на дальние расстояния. Поэтому, несмотря на чёрный пиар Эдисона в виде убийства животных, а также казни человека переменным током, считается, что выиграл войну токов именно Тесла.

Но дьявол, как обычно, кроется в деталях.

Не упомянуть ещё одного человека, хоть и относительно малоизвестного, просто нельзя. Речь о Михаиле Осиповиче Доливе-Добровольском — русском физике, который внёс пусть и простое, но очень эффективное изменение в двухфазный ток Теслы. Будучи исключённым из института без права поступления в другие высшие заведения Российской Империи за посещения коммунистического кружка, Михаил Осипович уехал в Германию и поступил в Дармштатский технический университет, в котором особое внимание уделялось практическому применению электричества. Руководитель кафедры электротехники Эразм Киттлер открыл электротехническую лабораторию, должность ассистента в которой учёный получил после окончания института (с отличием).

В 1887 году Михаил Осипович был приглашён в компанию AEG. В ней он проработал до конца жизни. Именно в это время, на основе трудов Николы Теслы он в кратчайшие сроки разрабатывает трёхфазный ток.

Как нетрудно понять из названия, фаз в трёхфазном токе на одну больше. На этот раз смещение идёт на 120 электрических градусов (2π/3 в радианах). Такая система стабильнее двухфазного тока, у силовых кабелей и трансформаторов меньшая материалоёмкость (отношение материальных затрат к объёму производства), система уравновешенна, относительно просто получить вращающееся магнитного поля, доступность двух напряжений: линейного и фазного.

Именно трёхфазный ток, разработанный Доливо-Добровольским — самый используемый, а конструкция его трёхфазного асинхронного электродвигателя, не претерпев серьёзных изменений, используется и по сей день. Поэтому, хоть формально Тесла и одержал над Эдисоном победу, его двухфазный ток при жизни заменили трёхфазным. А вот постоянный ток Эдисона используется в 21-ом веке, преимущественно для питания троллейбусов, трамваев, поездов и электричек.

Как видно, в 19 веке было сделано множество научных открытий в разных областях. Каждое из них заложило основу последующих исследований, что в конечном итоге привело человечество к тем технологиям, которыми мы пользуемся сегодня.