Физика - Каплун С. В. - Страница 32

Он стал и почетным доктором своего родного университета в Тюбингене.

Юлиус Роберт Майер умер в 1878 г. от воспаления легких.

Открытие закона сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах (первый закон термодинамики) связывают с именами Ю. Г. Майера, Дж. Пр. Джоуля и Г. Гельмгольца. Сам Гельмгольц дал высокую оценку деятельности Майера: «Хотя никто не будет отрицать, что Джоуль сделал гораздо больше, чем Майер, и что в первых работах Майера много непонятного, я все-таки считаю, что на Майера следует смотреть как на человека, независимо и самостоятельно пришедшего к мысли, которая обусловила наибольший современный прогресс естественных наук. Заслуга его не становится меньше от того, что одновременно с ним другой ученый, в другой стране и на другом поприще сделал то же открытие и впоследствии развил его даже лучше».

С самого начала становления физики как науки ученые пытались описать все явления с механической точки зрения. Но впоследствии выяснилось, что такой подход ко многим явлениям просто невозможен.

Еще издавна было замечено, что нагреть тело можно путем осуществления механической работы или придания телу некоего количества теплоты, например при сгорании определенного топлива. Взаимосвязями этих процессов, выяснением общих особенностей поведения макроскопических (т. е. больших по сравнению с молекулами) тел занимается термодинамика.

Когда Дж. Джоуль исследовал изменения температуры воды, он пропускал ее через узкие трубки, помещал в сосуд с водой вращающиеся лопасти, нагревал ее с помощью электрического тока и др. Во всех экспериментах он получил примерно одно и то же значение механического эквивалента теплоты.

По Джоулю, все это является следствием принципа эквивалентности теплоты и механической работы, который он сформулировал в 1843 г. в книге «О тепловом эффекте магнитоэлектрики и механическом эффекте теплоты».

Позже стараниями немецких ученых Г. Гельмгольца и Г. Клаузиуса была получена та форма закона сохранения энергии, которая включала и механическую работу, и внутреннюю энергию. Именно на этот закон нужно опираться, рассматривая тот или иной «проект» очередного вечного двигателя.

Из этого закона следует, что работа, которую может осуществить тело, производится за счет внутренней энергии и подведенного к нему определенного количества теплоты. Если считать, что «вечный двигатель» извне никакого количества теплоты не получает, то работать он должен только за счет внутренней энергии. А это продолжаться вечно не может, потому что эта энергия все-таки когда-то иссякнет!..

Разными путями шли открыватели закона сохранения и превращения энергии к его установлению. Майер начал с медицинских наблюдений и перешел к рассмотрению цепи энергетических преобразований – от космоса до живого организма. Джоуль экспериментально определял количественные соотношения теплоты и механической работы. Гельмгольц связал этот закон с исследованиями крупных механиков прошлого.

Борьба за признание этого закона была нелегкой, но она закончилась победой.

VI. Электромагнитные явления

История развития представлений об электромагнитных явлениях

Когда-то известный изобретатель и электротехник Н. Тесла написал:

«Кто действительно хочет понять все величие нашего времени, тот должен ознакомиться с историей науки об электричестве. И тогда он узнает сказку, какой нет и среди сказок ”Тысячи и одной ночи”».

Впервые явления, которые сейчас называют электрическими, были замечены в Древнем Китае, Индии, а позже и в Древней Греции. Сохранившиеся предания говорят о том, что древнегреческому философу Фалесу Милетскому было уже известно свойство янтаря, натертого мехом или шерстью, притягивать обрывки бумаги, пушинки и другие легкие тела. От греческого названия янтаря – «электрон» – это явление позже получило название электризации.

О янтаре в «Сказке об электричестве» Теслы можно найти такие поэтические строки: «Рассказ начинается задолго до начала нашей эры, в те времена, когда Фалес, Теофраст и Плиний говорили о чудесных свойствах «электрона» (янтаря), – этого удивительного вещества, возникшего из слез Гелиад, сестер несчастного юноши Фаэтона, который пытался овладеть колесницей Феба и едва не сжег всю Землю».

Фалес Милетский

Однако, создав поэтические легенды о янтаре, греки не продолжили изучение его свойств. Пушинки ничего не добавили к знаниям древних греков, а в средние века было забыто и то, что знали о янтаре в древности.

Только в конце XVI в. придворный врач английской королевы Елизаветы Уильям Гилберт (1544–1603) изучил все, что было известно о свойствах янтаря древним народам, и сам провел немало опытов с янтарем и магнитами. В 1600 г. он издал большой труд «О магните, магнитных телах и о самом большом магните – Земле» – настоящий свод знаний того времени об электричестве и магнетизме.

Гилберт первым обнаружил, что электризация присуща не только янтарю, но и алмазу, сере, смоле. Он заметил также, что некоторые тела, например металлы, камни, кости, не электризуются. Гилберт распределил все тела, встречающиеся в природе, на те, что электризуются, и те, которые не электризуются. Обратив особое внимание на первые, он проводил много опытов по изучению их свойств.

В середине XVII в. известный немецкий ученый, о котором мы уже упоминали, бургомистр города Магдебурга, изобретатель воздушного насоса и других приборов Отто фон Герике (1602–1686) построил специальную «электрическую машину», представлявшую собой шар из серы, насаженный на ось. Если при вращении шара его натирали ладонями рук, он вскоре приобретал способность притягивать и отталкивать легкие тела.

Машину Герике впоследствии значительно усовершенствовали англичанин Хоксби, немецкие ученые Бозе, Винклер и другие. Опыты с этими машинами привели к важным открытиям: в 1707 г. французский физик Шарль Дюфе (1698–1739) нашел разницу между электричеством, полученном от трения стеклянного шара, и электричеством, получаемым от трения диска из древесной смолы. Он даже название дал им «смоляное электричество» и «стеклянное электричество». Дюфе установил два вида электрического взаимодействия: притяжение и отталкивание.

В 1729 г. англичанин Стефан Грей (1670–1736) заметил способность некоторых тел проводить электричество и впервые указал на то, что все тела можно разделить на проводники и непроводники электричества.

В опытах Грей брал стеклянную трубку и закрывал ее пробкой, в которую втыкал металлический стержень с шариком из слоновой кости. Затем, когда трубку натирали сукном (сейчас мы называем это электризацией), оказывалось, что шарик становился заряженным.

При испытании различных веществ Грей открыл существование электропроводности, которая была присуща металлическим проводам, угольным стержням, веревке из пеньки. Хорошими проводниками являются ткани тела человека и животных. В то же время электричество не передавалось через каучук, шелк, фарфор.