ЭРСТЕД ГАНС ХРИСТИАН (1777-1851)

ЭРСТЕД ГАНС ХРИСТИАН (1777-1851)

ЭРСТЕД ГАНС ХРИСТИАН (1777-1851)

Девятнадцатое столетие, продолжая прекрасную традицию восемнадцатого, оставляет потомкам память об удивительно разносторонних ученых, их личности, человеческой сущности, беззаветной деятельности и научных достижениях. Вот один из примеров.

Ганс Христиан Эрстед, известный датский профессор-физик, получил золотую медаль при окончании Копенгагенского университета за литературное эссе «Границы поэзии и прозы», представив одновременно химическое исследование о свойствах щелочей. Звания доктора философии Эрстед был удостоен за диссертацию, посвященную медицине. Самостоятельные исследования будущий ученый начал в университете на кафедре фармацевтики, где изучали лекарства, а стал профессором университета по кафедре физики.

Ганс Христиан Эрстед родился в небольшом городке Рюдкобинг на датском острове Лангеланд в семье бедного аптекаря в 1777 году. Семья постоянно испытывала нужду, и начальное образование Гансу Христиану и его брату Андерсу пришлось получать, где и как придется. Городской парикмахер учил их немецкому языку, его супруга - датскому, пастор церквушки познакомил их с правилами грамматики, историей и литературой; землемер научил азам арифметики - сложению и вычитанию, а заезжий студент открыл удивительные знания о свойствах минералов, разжег любознательность и любовь к проникновению в тайны.

В двенадцать лет Ганс, прикоснувшийся лишь к малой части науки, был вынужден стать за стойку отцовской аптеки и помогать отцу. Здесь он увлекся проблемами медицины. Она казалась ему научным предназначением и надолго оставила в стороне химию, историю, литературу и другие ранее привлекательные науки.

Эрстед решил поступать в Копенгагенский университет, однако его интересы очень широки - ему хочется изучать и медицину, и физику, и астрономию, и философию, и поэзию. И он берется за все, и все изучает серьезно.

Молодому человеку было очень хорошо в университетских стенах. Эрстед позднее писал, что юноше для ощущения себя абсолютно свободным необходимо пребывание в царстве мысли и воображения с его свободой высказываний и борьбой, где побежденный имеет право собрать силы, подняться и бороться снова.

Ганс Христиан радовался и трудностям, которые учили жизни, и первым небольшим победам, и открываемым истинам, и возможности исправить предыдущие ошибки.

Как уже было сказано выше, он интересовался всем. В 1797 году он получил медаль университета за эссе о поэзии и прозе. В том же году он получил диплом фармацевта, а через два года защитил диссертацию, посвященную медицине и получил звание доктора философии.

Наступивший новый XIX век принес новый подход к жизненным вопросам и новые мысли, новую философию и новое восприятие культурных ценностей. Эрстед, желая приобщиться к передовым позициям науки и философии, после успешной защиты диссертации отправился на стажировку по направлению университета во Францию, Германию и Голландию. Он слушал лекции о возможном поэтическом подходе к исследованию физических явлений, о связи физики с мифологией. Его поразили взгляды философа Шеллинга на всеобщую связь явлений, они оказали большое влияние на формирование научного мировоззрения Эрстеда. Ганс Христиан увидел в этой связи причину своих разносторонних интересов. Он нашел поддержку своим стремлениям в лице немецкого физика Риттера, изобретателя аккумулятора и невероятного фантазера, который, в частности, по астрономическим данным предсказал начало эпохи новых открытий в области электричества в 1819-1820 годах. Известно, что предсказание сбылось: Эрстед поставил свой опыт с магнитной стрелкой, позволивший сделать открытие, в 1820 году.

Эрстед и ранее, в 1812-1813 годах, высказывал идею о возможной связи электрического тока и магнетизма. Он был в непрерывном поиске. В 1813 году во Франции выходит его работа «Исследования идентичности химических и электрических сил», где он предполагает возможность такого воздействия. Ведь производит же электричество свет, звук (треск), тепло!

Говорят, что Эрстед не расставался с кусочком намагниченного железа, чтобы постоянно думать в этом направлении.

К идее связи электричества и магнетизма обращались еще в предыдущем веке многие ученые. К ним относились петербургский академик Эпинус, французский физик и академик Араго, которого интересовали опыты с молнией Франклина в Америке, Ломоносова и Рихмана в России, а также, каким образом молния могла размагнитить стрелки компасов на французском военном судне «Ля Ралейн». Араго собирал все факты подобного воздействия, в том числе и «сухопутные», и предчувствовал новое открытие. Это открытие и было сделано в феврале 1820 года Эрстедом (он с 1806 года стал профессором химии Копенгагенского университета).

На первый взгляд, открытие произошло как бы случайно. Эрстед, читая лекцию студентам университета, демонстрировал способность электрического тока нагревать проволоку. На столе возле проволоки случайно оказался компас, и один из студентов, обратив на него внимание, указал профессору на отклонение стрелки компаса в то время, когда по проволоке шел ток. Для Эрстеда это был давно искомый им эффект, и он воспринял сообщение студента с удивлением и восторгом. Правда, Эрстед в своих более поздних работах писал, что все, присутствовавшие в аудитории, были свидетелями заранее сделанного им заявления о результатах эксперимента. Следует отметить также, что в то время набор инструментов для электрических и магнитных исследований был достаточно прост, и компас туда входил как непременный элемент. По словам физика Брэгга (автора рентгеноструктурного анализа кристаллов), удивительно не открытие Эрстедом действия тока на магнитную стрелку, а то, что открытия пришлось ждать целых двадцать лет, в то время, как в десятках лабораторий проводники и компасы множество раз находились рядом!

Придя домой, ученый стал анализировать обнаруженное явление, затем в июле 1820 года он повторил эксперимент, используя более мощные батареи источников тока. Эрстед также обнаружил обстоятельство, идущее в разрез с представлениями Ньютона о действии и противодействии: сила, действующая между магнитом и проволокой, была направлена не по соединяющей их прямой, а перпендикулярно к ней. По словам Эрстеда, «магнитный эффект электрического тока имеет круговое движение вокруг него». Магнитная стрелка всегда была направлена по касательной к окружностям, охватывающим проволоку. Именно это (вихревое) поле (и в этом суть открытия) и удивило ученого более всего, и в своем труде («памфлете») он, опасаясь недоверия и насмешек, скрупулезно перечислил свидетелей эксперимента со всеми их научными заслугами.

Описывая свой эксперимент, Эрстед высказал мысль о вихревом характере электромагнитных явлений, что было новой тайной и долго не находило сторонников, так как большинство ученых считало, что силы между проводником с током и магнитной стрелкой есть обычными силами притяжения и отталкивания, подобно силам между электрическими зарядами.

Работа Эрстеда «Опыты, которые касаются действия электрического конфликта на магнитную стрелку» была опубликована 21 июля 1820 года и была им лично разослана ученым различных стран. Это был мемуар на четырех страничках на латинском языке. Араго увидел его в Женеве, где находился с визитом, и сразу понял, что мучившая его загадка связи электрических и магнитных явлений решена. Здесь же, в Женеве, Араго повторил опыты Эрстеда, и впечатление от них было так велико, что один из присутствовавших при демонстрации сказал: «Господа, происходит переворот!» С этим настроением Араго вернулся в Париж и на первом же заседании Академии, 4 сентября 1820 года, сделал устное сообщение об опытах Эрстеда. По просьбе академиков на следующем заседании в сентябре того же года Араго продемонстрировал опыт Эрстеда «в натуральную величину».

Особенно заинтересовали сообщения Араго академика Андре-Мари Ампера, который в течение последующих после первого сообщения двух недель проводил бесконечные эксперименты с проводниками с током и подтвердил экспериментально гениальную идею о том, что все магнитные явления можно свести к электрическим. Так зародилась новая наука - электродинамика, которая теоретически связала электрические и магнитные явления. Еще через сорок лет эта наука стала составной частью теории электромагнитного поля Джеймса Клерка Максвелла.

Таким образом, работа Эрстеда стала крупным явлением в истории физики, хотя объяснение обнаруженного эффекта, которое он дал, было ошибочным.

Эрстед и после своего главного открытия занимался вопросами электромагнетизма. В 1821 году он одним из первых высказал мысль о связи света с электрическими и магнитными явлениями. В 1822-1823 годах он независимо от Фурье переоткрыл термоэлектрический эффект и создал первый термоэлемент. Эрстед занимался также вопросами акустики и молекулярной физики: изучал отклонения от закона Бойля-Мариотта и изобрел пьезометр.

Научные интересы Эрстеда были широкими и разнообразными. С 1815 года он являлся секретарем Датского Королевского общества, а с 1829 года - директором копенгагенской Политехнической школы. В 1824 году Эрстед организовал общество для поощрения научных занятий в области естествознания и литературный журнал.

Под влиянием работ Л. Гальвани и А. Вольта Эрстед начал интересоваться явлениями электричества. В 1819 году в результате многочисленных экспериментов он установил, что если над магнитной стрелкой разместить прямолинейный проводник, ориентированный вдоль магнитного меридиана, и соединить его концы с источником электрической энергии, а затем пропустить через него ток, то магнитная стрелка отклоняется. Это еще одно, данное в литературе, объяснение описанного нами выше опыта Эрстеда, изложенного в знаменитом мемуаре.

Открытие Эрстеда дало возможность найти индикатор электрического тока в поле, вследствие чего И. Поггендорф в 1821 году создал один из первых гальванометров для количественного измерения электрического тока.

Эрстед создал первую в Дании физическую лабораторию и много внимания уделял повышению уровня преподавания физики.

За научные заслуги он был избран членом многих известных научных обществ: Лондонского Королевского общества, Парижской Академии. Он получил в Англии медаль за научные заслуги, а во Франции премию в 3 тыс. золотых франков, назначенную ранее Наполеоном за открытия в области электричества. Он был также избран иностранным членом Петербургской Академии наук. Польщенный европейской славой Эрстеда датский король Фредерик VI пожаловал ему Большой крест Данеборга - высшую награду и, кроме того, разрешил основать Политехнический институт.

Эрстед совершает десятки зарубежных поездок, овладевает немецким, французским, английским языками, на которых читает лекции и ведет просветительскую работу.

Он покровительствует своему тезке «маленькому Гансу Христиану» - будущему великому датскому сказочнику и писателю Гансу Христиану Андерсену.

Эрстед становится национальным героем.

Он скончался 9 марта 1851 года. Ночью толпа из 200 тысяч человек с факелами провожала его в последний путь. Звучали написанные в его память траурные мелодии. Люди разных сословий, и королевская семья, и дипломаты, и ремесленники, и студенты, и горожане, восприняли его смерть как личную потерю. За многое они были благодарны ему.



Рассказы об ученых по физике.