Наука высокого напряжения. Фарадей. Электромагнитная индукция - [20]
Открытие самоиндукции
Хотя Фарадей и Генри ставили свои опыты в одно время, Фарадей первым опубликовал результаты. В любом случае, за Генри признается открытие самоиндукции: он подключал к батарее смотанный в катушку провод, при этом наблюдалась искра; при отключении искра была более сильной. Генри сделал вывод, что провод был заряжен и при отключении реагировал сам на себя. Дело в том, что при прохождении тока по контуру вокруг образуется магнитное поле, но если ток изменяется, измененное магнитное поле дает временное изменение магнитного потока на контур. Генри понял это, потому что при подключении и отключении контура интенсивность тока в короткие интервалы времени резко менялась. Благодаря этому открытию в честь Генри Джозефа коэффициент самоиндукции измеряется в генри. Также ученый помогал Сэмюэлю Морзе и Грэхему Беллу в их разработках телеграфа и телефона соответственно.
ПЕРВЫЙ ТРАНСФОРМАТОР
В августе 1831 года Фарадею пришло в голову расположить две обмотки на противоположных сторонах железного кольца, что представляло собой примитивный вариант трансформатора. Изобретение напоминало две половины железной баранки, стороны которой были обмотаны длинным куском проволоки. Половины ученый расположил друг напротив друга. Фарадей пропустил ток по проводу одного полукольца 29 августа 1831 года.
Чтобы углубиться в технические детали данного варианта трансформатора, использованного для получения электромагнитной индукции, можно изучить «Дневник» Фарадея, опубликованный Королевским институтом в 1932 году. В нем сказано, что было использовано кольцо из мягкого металла с внешним диаметром, равным шести дюймам, с обмотками из проволоки, спирали которой были разделены индийским хлопком. Затем Фарадей зарядил батарею из десяти пар пластин по четыре квадратных дюйма.
Ученый догадывался, что это произведет завихрения на первом полукольце, что-то вроде магнитной бури. А если на втором полукольце возникнет электрический ток, будет подтверждено, что магнетизм может создавать электричество. Использование стрежня из мягкого металла должно было усилить магнитное поле первого полукольца. Этот эксперимент был не очень сложным, и Фарадей решил, что другие ученые не обнаруживали описанного явления, потому что величина электрического тока была слишком маленькой, практически незаметной. По этой причине он разместил на проволоке второго полукольца чувствительное устройство для измерения тока, способное отмечать даже небольшие колебания, — гальванометр, основанный на движущей силе электричества, описанной Фарадеем в 1821 году.
Наконец, ученый пропустил электрический ток через проволоку первого полукольца, подключив ее к батарейке, и увидел, как стрелка гальванометра, измерявшего ток на втором полукольце, дрогнула. Фарадей испытал такую же надежду, как в юности, когда он мечтал найти следы Создателя в мире и решил глубже проникнуть в тайну электричества, заставлявшего шевелиться мертвых лягушек. Увиденное ошеломило ученого, и за эти несколько секунд он осознал масштаб своего открытия и то, как оно может изменить мир.
Фарадей, как всегда, очень скрупулезно подошел к своему открытию, он всю ночь подключал и отключал ток на металлическом кольце, чтобы удостовериться в постоянстве результатов. Он понял, что измерительное устройство улавливало электрический ток, когда интенсивность тока, проходящего по первому полукольцу, увеличивалась или уменьшалась, в момент когда контур замыкался или размыкался. И напротив, если ток был постоянным, ничего не происходило, и это объясняло, почему никто раньше не заметил данное явление: колебание стрелки было мгновенным и прекращалось при стабилизации электрического тока.
Фарадей открыл явление, связывавшее механическое движение и магнетизм с появлением электрического тока, — электромагнитную индукцию. Это явление было обратно тому, которое открыл Эрстед.
Тогда уже было известно, что статическое электричество обладает силой индукции, то есть электрически заряженное тело может передать заряд другому телу при приближении, заряд индуцируется от первого тела ко второму. Однако никто еще не смог доказать, что электрический ток ведет себя аналогично, то есть индуцирует электричество на ближайший контур. Фарадей смог доказать эту теорию, но совершенно неожиданным образом: индукция проявлялась не только при течении индукционного тока, но и при его изменении.
За несколько дней до своего 40-летия Фарадей отправил записку одному из своих лучших друзей, Ричарду Филлипсу:
«23 сентября 1831
Дорогой Филлипс,
[…] я сильно занят, снова работаю над электромагнетизмом, думаю, что у меня получилось нечто замечательное, но не могу еще утверждать это. Очень может быть, что после всех моих трудов я в конце концов вытащу водоросли вместо рыбы [...]»
Благодаря систематическим экспериментам Фарадей рассмотрел все виды индукции. Он доказал, что существует несколько способов индуцировать ток на провод: подключая и отключая ток на соседнем кабеле; приближая и удаляя проволоку, по которой проходит стационарный ток; приближая и удаляя магнит и кабель; вращая магнит рядом с кабелем или кабель рядом с магнитом и так далее (см. схему).
Ни один другой великий человек в истории не был так труден для понимания, как Исаак Ньютон, тридцать лет проживший ученым-отшельником в Кембридже, а затем ставший знаменитым публичным деятелем. Однако Майклу Уайту, биографу Ньютона, удалось его «разговорить»: Уайт разъясняет идеи ученого и воссоздает его портрет так убедительно, как если бы тот действительно рассказал ему о себе в доверительной беседе. С предисловием популярного американского писателя Билла Брайсона, автора «Краткой истории почти всего на свете» и других бестселлеров.* * * «У Ньютона был нелегкий характер, он был часто неприятен и недружелюбен в общении и поэтому имел очень мало друзей.
Разговор о том, что в нашем питании что-то не так, – очень деликатная тема. Никто не хочет, чтобы его осуждали за выбор еды, именно поэтому не имеют успеха многие инициативы, связанные со здоровым питанием. Сегодня питание оказывает влияние на болезни и смертность гораздо сильнее, чем курение и алкоголь. Часто мы едим нездоровую еду в спешке и с трудом понимаем, как питаться правильно, что следует ограничить, а чего нужно потреблять больше. Стремление к идеальному питанию, поиск чудо-ингредиента, экстремальные диеты – за всем этим мы забываем о простой и хорошей еде.
Как коммунистическая и религиозная идеологии относятся к войне и советскому воинскому долгу? В чем вред религиозных предрассудков и суеверий для формирования морально-боевых качеств советских воинов? Почему воинский долг в нашей стране — это обязанность каждого советского человека защищать свой народ и его социалистические завоевания от империалистической агрессии? Почему у советских людей этот воинский долг становится их внутренней нравственной обязанностью, моральным побуждением к самоотверженной борьбе против врагов социалистической Родины? Автор убедительно отвечает на эти вопросы, использует интересный документальный материал.
Способны ли мы, живя в эпоху глобального потепления и глобализации, политических и экономических кризисов, представить, какое будущее нас ждет уже очень скоро? Майя Гёпель, доктор экономических наук и общественный деятель, в своей книге касается болевых точек человеческой цивилизации начала XXI века – массового вымирания, сверхпотребления, пропасти между богатыми и бедными, последствий прогресса в науке и технике. Она объясняет правила, по которым развивается современная экономическая теория от Адама Смита до Тома Пикетти и рассказывает, как мы можем избежать катастрофы и изменить мир в лучшую сторону, чтобы нашим детям и внукам не пришлось платить за наши ошибки слишком высокую цену.
Последняя египетская царица Клеопатра считается одной из самых прекрасных, порочных и загадочных женщин в мировой истории. Её противоречивый образ, документальные свидетельства о котором скудны и недостоверны, многие века будоражит умы учёных и людей творчества. Коварная обольстительница и интриганка, с лёгкостью соблазнявшая римских императоров и военачальников, безумная мегера, ради развлечения обрекавшая рабов на пытки и смерть, мудрая и справедливая правительница, заботившаяся о благе своих подданных, благородная гордячка, которая предпочла смерть позору, — кем же она была на самом деле? Специалист по истории мировой культуры Люси Хьюз-Хэллетт предпринимает глубокое историческое и культурологическое исследование вопроса, не только раскрывая подлинный облик знаменитой египетской царицы, но и наглядно демонстрируя, как её образ менялся в сознании человечества с течением времени, изменением представлений о женской красоте и появлением новых видов искусства.
Перепады настроения, метаболизм, поведение, сон, иммунная система, половое созревание и секс – это лишь некоторые из вещей, которые контролируются с помощью гормонов. Вооруженный дозой остроумия и любопытства, медицинский журналист Рэнди Хаттер Эпштейн отправляет нас в полное интриг путешествие по необычайно захватывающей истории этих сильнодействующих химикатов – от промозглого подвала девятнадцатого века, заполненного мозгами, до фешенебельной гормональной клиники двадцать первого века в Лос-Анджелесе.
Мария Кюри — первая женщина в мире, получившая Нобелевскую премию. Вместе с мужем, Пьером Кюри, она открыла радиоактивность, что стало началом ее блистательной научной карьеры, кульминацией которой было появление в периодической системе Менделеева двух новых элементов — радия и полония. Мария была неутомимой труженицей, и преждевременная смерть Пьера не смогла погасить в ней страсть к науке. Несмотря на то что исследования серьезно вредили здоровью женщины, она не прерывала работу в лаборатории, а когда разразилась Первая мировая война, смогла поставить свои достижения на службу больным и раненым.
Томас Альва Эдисон — один из тех людей, кто внес наибольший вклад в тот облик мира, каким мы видим его сегодня. Этот американский изобретатель, самый плодовитый в XX веке, запатентовал более тысячи изобретений, которые еще при жизни сделали его легендарным. Он участвовал в создании фонографа, телеграфа, телефона и первых аппаратов, запечатлевающих движение, — предшественников кинематографа. Однако нет никаких сомнений в том, что его главное достижение — это электрическое освещение, пришедшее во все уголки планеты с созданием лампы накаливания, а также разработка первой электростанции.
Эрвин Шрёдингер сформулировал знаменитый мысленный эксперимент, чтобы продемонстрировать абсурдность физической интерпретации квантовой теории, за которую выступали такие его современники, как Нильс Бор и Вернер Гейзенберг. Кот Шрёдингера, находящийся между жизнью и смертью, ждет наблюдателя, который решит его судьбу. Этот яркий образ сразу стал символом квантовой механики, которая противоречит интуиции точно так же, как не поддается осмыслению и ситуация с котом, одновременно живым и мертвым. Шрёдингер проиграл эту битву, но его имя навсегда внесено золотыми буквами в историю науки благодаря волновому уравнению — главному инструменту для описания физического мира в атомном масштабе.Прим.
Пифагор Самосский — одна из самых удивительных фигур в истории идей. Его картина гармоничного и управляемого числами мира — сплав научного и мистического мировоззрения — оказала глубочайшее влияние на всю западную культуру. Пифагор был вождем политической и религиозной секты (первой группы такого рода, о которой нам известно), имевшей огромный вес в разных регионах Греции. Ему приписывается одно из важнейших открытий древности: равенство суммы квадратов катетов и квадрата гипотенузы в прямоугольном треугольнике.