В 1836 году — ровно сто лет назад — умер замечательный французский ученый Андре-Мари Ампер. По профессии он был математиком: он написал много сочинений по алгебре, дифференциальным уравнениям и теории вероятностей. Но не это доставило ему славу. Он знаменит не своими математическими работами, а тем, что открыл точные законы магнитных действий электрического тока. Работы Ампера положили начало новой эпохе в истории электричества и принадлежат к тем классическим работам, на которых основана современная электротехника.
В чем же заключалось открытие Ампера и как оно произошло?
Летом 1820 года некоторые европейские физики получили по почте из Копенгагена тоненькую брошюру. Брошюра была написана на латинском языке и озаглавлена «Опыты над действием электрического тока на магнитную стрелку». Внизу стояла дата 21 июля 1820 года и подпись Ганс Христиан Эрстед, профессор Копенгагенского университета.
В своей брошюре Эрстед сообщал всему миру о замечательном открытии, которое он сделал совершенно случайно, производя опыты с магнитной стрелкой. Он взял магнитную стрелку и поставил ее на острие иглы так, чтобы она могла свободно поворачиваться. Стрелка повернулась и стала указывать одним концом на север, другим на юг. Тогда Эрстед взял прямую проволоку и расположил ее под стрелкой так, чтобы проволока и стрелка были в точности параллельны друг другу. А затем он пропустил через эту проволоку с юга на север сильный электрический ток. Под действием тока проволока раскалилась докрасна. И в то же время магнитная стрелка неожиданно повернулась: она стала указывать на восток тем самым концом, который до тех пор все время был направлен на север.
Значит, — заключил отсюда Эрстед, — проволока, раскаленная электрическим током, обладает удивительным свойством: от нее исходит какая-то невидимая сила, поворачивающая магнитную стрелку.
Брошюра Эрстеда произвела огромное впечатление на всех ученых того времени. И не только на ученых. Историк физики Розенбергер говорит об этом так:
«Открытие Эрстеда вызвало огромный интерес со стороны самых широких кругов, как всегда бывает в тех случаях, когда новооткрытое явление легко наблюдается и воспроизводится. Всякий, кто только был в состоянии достать и наладить гальванический элемент и магнитную стрелку, старался повторить опыт датского ученого».
Среди ученых, получивших по почте брошюру Эрстеда, были женевские физики Пиктэ и Делярив. Они повторили опыты с электрическим током и магнитной стрелкой в присутствии находившегося в то время в Женеве парижского физика Араго. Вернувшись в Париж, Араго рассказал об этих опытах на собрании Парижской Академии наук 4 сентября 1820 года. Доклад Араго поразил академиков. И больше всех был поражен новым открытием математик Андре-Мари Ампер.
 |
| Эрстед демонстрирует отклонение магнитной стрелки под действием электрического тока. |
Придя к себе домой, Ампер принялся изучать явление, открытое Эрстедом. Вот, что он писал впоследствии:
«Первое размышление, какое я сделал, когда хотел изыскать причины новых явлений, открытых Эрстедом, было следующее. Допустим на мгновение, что свойство магнитной стрелки располагаться перпендикулярно к направлению электрического тока было бы открыто учеными прежде, чем стало известно ее свойство располагаться с юга на север. Простейшая мысль, которая в этом случае, естественно, представилась бы всякому, кто захотел бы объяснить стремление стрелки расположиться с юга на север, не заключалась ли бы в том, что в земле течет электрический ток в направлении от востока к западу?»
«Но если, — продолжает Ампер, — электрические токи суть причина направляющего действия земли на стрелку, то не в них ли должны мы искать причины и действия одного магнита на другой?»
Ампер взял медную проволоку и изогнул ее в виде спиральной пружины. По этой пружине он пропустил электрический ток, а затем поднес к ней магнитную стрелку. Стрелка отклонилась.
Тогда Ампер сделал новый шаг. Он заменил магнитную стрелку другой спиралькой с электрическим током и поднес ее к первой спиральке. И что же? Оказалось, что конец спиральки № 1 отталкивается от одного конца спиральки № 2 и притягивается к ее другому концу.
Об этом замечательном открытии притяжения и отталкивания двух спиральных проводов, по которым течет ток, Ампер сделал сообщение в Парижской академии 18 сентября 1820 года — всего лишь через две недели после того, как впервые услышал об открытии Эрстеда.
На этом Ампер не остановился. Через месяц он докладывает Академии о новом и еще более замечательном открытии. Продолжая свои опыты над током, идущим по спиральному проводнику, Ампер пришел к заключению, что если пустить токи не по спиральным, а по прямолинейным параллельным проводникам, то они тоже должны действовать друг на друга: они должны отталкиваться, если токи по ним текут в противоположных направлениях, и притягиваться, если токи текут в одном и том же направлении. Так и оказалось.
Вот эти-то опыты Ампер и показал Академии наук в заседании 9 октября 1820 года.
*
Из своих опытов Ампер вывел новую замечательную теорию магнетизма. До Ампера ученые считали, что в природе есть две невесомые магнитные жидкости — северная и южная. Северная жидкость отталкивается от северной, южная — от южной. А две разные жидкости друг к другу притягиваются.
Этим притяжением и отталкиванием магнитных жидкостей ученые стремились объяснить все магнитные явления.
Но Ампер утверждал: никаких магнитных жидкостей нет. Вещества обладают магнитными свойствами потому, что в атомах этих веществ текут электрические. токи. «Магнетизм, — писал Ампер, — это электричество в движении».
Теория Ампера казалась в его время темной и непонятной. Но современные физики знают, что Ампер был прав. Ведь внутри атомов, — утверждает современная физика, — есть электроны. Они движутся вокруг атомного ядра. Движения таких электронов — это и есть тот текущий внутри атомов электрический ток, о существовании которого столетие назад говорил гениальный Ампер.
Этими открытиями Ампера не удовлетворился. Ему было недостаточно знать, что электрический ток вызывает силу, действующую на другой электрический ток. Он стремился найти точный закон этой силы, количественный закон, математическую формулу, которая позволит в каждом отдельном случае в точности рассчитать, чему будет равна эта сила и куда она будет направлена.
Чтобы найти точный закон, нужно проделать точные опыты. Чтобы проделать точные опыты, нужны точные приборы. И вот Ампер принимается изобретать эти приборы, строить динамометры (приборы для измерения сил) — один точнее другого. Многие из этих приборов, с небольшими видоизменениями, дошли и до наших дней. В лаборатории физика, на рабочем столе электротехника можно видеть приборы, которые изобрел Ампер. Недаром, когда потребовалось дать название тем единицам, которыми измеряют электрический ток, физики и техники стали называть эти единицы амперами. Недаром и самый прибор для измерения электрического тока зовется амперметром. Наш амперметр — это прямой потомок тех приборов, которые собственными руками мастерил Ампер в своей домашней лаборатории на улице Фоссé-Сен-Викто́р.
 |
| Станок Ампера, изготовленный по его заказу в 1820 году. На этом станке Ампер демонстрировал отклонение проводников под действием электрического тока. |
Изыскания Ампера были успешны. Он нашел точную формулу, которую искал. И эти важные добытые им результаты он изложил в книге «Теория электродинамических явлений, выведенная из опытов». Книга Ампера, напечатанная как 6-й том серии «Мемуары Академии наук», вышла в 1827 году.
Вот что говорил об этой книге знаменитый английский физик Максвелл:
«Исследования Ампера, в которых он установил законы взаимодействия электрических токов, принадлежат к самым блестящим работам, когда-либо произведенным в науке. Ампер был для электричества тем же, чем для механики был Ньютон. Теория и опыт вылились из его головы сразу, в полной силе и законченности. Его сочинение совершенно по своей форме и недосягаемо по точности выражения».
Магнетизм — это электричество в движении; магнитные силы — это силы электрической природы. Вот главный вывод, главный результат открытий Ампера. Гениальный английский физик Михаил Фарадей дополнил открытие Ампера. Электричество в движении, электрический ток вызывает магнитные силы. Фарадей высказал догадку: магнетизм в движении, движущееся или изменяющееся магнитное поле, наоборот, должно вызывать электрические силы. Опыты подтвердили догадку Фарадея, и на основе этих опытов возникла динамо-машина, в которой движущееся магнитное поле создает электрический ток. Без открытия Ампера не было бы открытия Фарадея, без открытия Фарадея была бы невозможна современная электротехника.
*
Ампер был одним из самых замечательных людей своей эпохи. Вот как рассказывает о нем его современник, известный химик Дюма:
«Ампер был высокого роста, меланхоличен, неловок в движениях, почти слеп. Ему было трудно написать строчку, а начертить правильно круг или квадрат просто невозможно. Его твердая память, укрепленная упражнением, удерживала все: историю, философию, зоологию, физику, химию, стихи французских и латинских классиков, мелкие подробности отличительных признаков растений по Жюссье, животных — по Кювье. Он был универсален. Один из глубочайших геометров своей эпохи, он любил разговаривать в обществе, и когда его видели в беседе с Кювье, Жюссье, Сент-Илером, невольно говорили: он знает все, все проникает. Он имел поэтическое воображение, открытое сердце и высокую душу. Чтобы дать своей мысли материальную форму, он, столь неловкий, сделался искуснейшим строителем инструментов; близорукий, он сделал видимыми всем для телесных очей и с помощью яснейших опытов свойства материи, которые одно размышление открыло его умственному взгляду. Мечтатель был объят живым чувством, и его внезапно воспарившее воображение в несколько недель раскрыло новые теории молекулярного строения магнитов, новые факты, предсказанные с удивительной логикой и вполне оправданные; наконец, законы, составляющие кодекс электродинамики, освященной уже временем».
Ампер родился в Лионе 20 января 1775 года. Его удивительные способности обнаружились в раннем детстве. С 12 лет принялся он изучать анализ бесконечно-малых. К восемнадцати годам он знал важнейшие труды Эйлера, Бернулли, «Аналитическую механику» Лагранжа. Знаменитую «Энциклопедию» Даламбера и Дидро, которую он нашел в отцовской библиотеке, он прочитал от доски до доски все двадцать томов и запомнил так крепко, что через сорок лет без труда цитировал из нее на память длинные отрывки, чуть ли не слово в слово.
В 1793 году, когда войска Национального конвента взяли приступом непокорный Лион, отец Ампера, мировой судья, взошел на эшафот вместе с другими «подозрительными». Казнь отца потрясла восемнадцатилетнего Ампера. Больше года он провел в состоянии, близком к идиотизму. Утратив дар речи, он проводил целые дни, сидя в саду на земле, пересыпая пальцами песок. Из этого умственного отупения его вывели попавшиеся в руки книги: «Письма о ботанике» Жан-Жака Руссо и сборник латинских поэтов.
В 1799 году Ампер женился на мадемуазель Жюли Каррон. От нее он имел сына. В 1804 году Жюли Каррон умерла.
Средства к существованию Ампер добывал себе сначала частными уроками математики, затем его математические сочинения дали ему возможность получить место преподавателя в провинциальной школе в Бурге, а впоследствии — в Парижской политехнической школе. Через несколько лет после переезда в Париж Ампер стал членом французского института (Академии).
Амперу было 45 лет, когда он впервые услышал об открытии Эрстеда.
Умер Ампер 10 июня 1836 года во время поездки в Марсель.
Комментариев нет:
Отправить комментарий