Бесов Л.М. История науки и техники

Подождите немного. Документ загружается.

221

творцем якої був М.В.Остроградський. У своїй теорії Максвелл дає

визначення електромагнітного поля, вводить таке нове поняття, як

“струм зміщення”. Ним зпрогнозовано новий важливий ефект:

існування у вільному просторі електромагнітного випромінювання

(електромагнітні хвилі) і його розповсюдження у цьому просторі зі

швидкістю світла. Останнє дало Максвеллу підстави вважати світло

одним з видів електровипромінювання (ідея електромагнітної

природи світла) і розкрити зв’язок між оптичними і

електромагнітними явищами. У 1873 р він теоретично вичислив тиск

світла.

Максвелл залишив праці і в інших галузях знань. Ним

сформульована теорема і теорія пружності (теорема Максвелла). Він

установив відношення між основними теплофізичними параметрами

(гідродинамічні співвідношення Максвелла).

Розвинув теорію

кольорового зору. Дослідженнями сталості кілець Сатурна Максвелл

показав, що вони не є твердими або рідкими. Це є рій метеоритів. Він

власноручно конструював прилади і був популяризатором фізичних

знань.

Коли говорять про те, що теорія Максвелла сформулювала

електромагнітну картину світу, то мають на увазі її сприяння

поєднанню таких розділів фізики

, які до неї вважались слабко

пов’язаними. Електромагнітна теорія світла пов’язала

електромагнетизм і оптику; обмін енергією між тілами шляхом

електромагнітних хвиль (теплове випромінювання). Максвелл

висунув питання про застосування законів термодинаміки до явищ

електромагнетизму.

Електромагнітна теорія Максвелла тривалий час не

визнавалась багатьма відомими вченими (як і електромагнітна теорія

світла). Вирішальним

доказом її справедливості стало відкриття

Герцем у 1888 р. експериментальним шляхом електромагнітних

хвиль, що розповсюджуються у вільному просторі. Розвиваючи

теорію Максвелла, Герц рівнянням електродинаміки надав форму, за

допомогою якої можна визначити повний взаємозв’язок між

електричними і магнітними явищами (електромагнітна теорія

Максвелла–Герца). Досліди Герца відіграли вирішальну роль у

визнанні електромагнітної теорії

Максвелла. Як і досліди Герца,

життєздатність теорії Максвелла ствердили експерименти

російського вченого П.М.Лєбєдєва з визначення тиску світла. У 1899

р. він експериментально довів існування тиску світла на тверді тіла, а

ще через вісім років – на гази. Це стало прямим доказом

електромагнітної теорії світла.

222

Історія науки про електрику не

буде повною, якщо не згадати всіх

осіб, які по краплинці збагачували

цю галузь. У короткому

повідомленні зробити це неможливо.

Але ім’я одного з вчених ми все ж

згадаємо. Мова йде про

О.Г.Столєтова, відомого багатьма

своїми науковими досягненнями.

Його праці по намагнічуванню заліза

перетворили

електротехніку з науки

емпіричної в теоретичну. Великим внеском в електротехніку є його

праці, в яких висвітлюються системи одиниць для електричних

вимірів. На основі дослідженого вченим явища фотоефекту створені

фотоелементи, що на заводах і фабриках сортують і рахують

продукцію, управляють прокатними станами і виплавкою металу,

читають креслення і виготовляють по них

деталі. Фотоелементи

перетворили німе кіно у звукове, зробили можливим користуватись

фототелеграфом, працюють в різних автоматичних пристроях,

наприклад у метро.

Вакуумна установка Столєтова для вивчення електричних

явищ у розріджених газах стала прообразом електронної лампи, яка

здійснила справжню революцію в електротехніці. Радіоприймачі і

радіопередавачі, рентгенівські апарати і газорозрядні трубки,

радіолокатори і електронні мікроскопи

, телевізори і

електроннообчислювальні машини – ось далеко не повний перелік

того, що стало можливим завдяки науковим працям О.Г.Столєтова.

Використання досягнень електрики

Схема установки

О.Г.Столєтова для вивчення

магнітних властивостей

заліза

223

Вольтів стовп

Телефон Белла

Практичне

використання

електрики стало

одним з

найвеличніших

досягнень ХІХ ст. У

1800 р. Алессандро

Вольта

сконструював

першу

електрохімічну

батарею, яка дала

постійний струм.

Цим вперше було

закладено основи

практичного

використання електрики. Вченими, як уже згадувалось, були відкриті

властивості електричного струму,

спрямовано його на користь

людства. 3 цього часу освоєння

електрики набрало виключно

великих темпів.

У 1802 р. російський вчений

В.В.Петров відкрив і вивчив електричну

дугу. У 1808 р. Деві продемонстрував

принцип дії дугової лампи. Розробка у

1821 р. Фарадеєм теоретичних основ дії електродвигуна і у 1831 р.

динамомашини була доповнена

положеннями теорії, на базі яких

відбувся розвиток телеграфу і

телефону. Вони швидко

розповсюдились у

багатьох галузях

суспільного життя.

Першою і важливою галуззю

використання електрики став

телеграф. Тут практичні труднощі

були простіші, ніж у справі

електричного освітлення. Перший

у світі електромагнітний апарат був побудований у 1832 р.

Алессандро Вольта демонструє винайдену ним

електричну батарею Першому консулу Франції

Наполеону Бонапарту

Телеграфний апарат Шиллінга

224

Електродвигун Якобі

російським інженером П.Л.Шиллінгом. Через п’ять років, незалежно

від Шиллінга, такий же апарат винайшли американець Семюель

Морзе, англійці Кук і Уітсон. В Англіі і США він швидко

розповсюдився. З 1866 р. апарат перетворився у засіб міжнародного

зв’язку – відкрито трансатлантичне сполучення зв′язку за допомогою

телеграфа.

Якщо було винайдено засіб

передачі сигналів за допомогою

електрики на великі відстані, то, природно, вчені шукали вдалих

способів передачі усної мови на далеку відстань. У 1876 р. Олександр

Белл переселився з Шотландії до США і там винайшов телефон. Вже

через декілька років цей винахід використовували в усіх

цивілізованих країнах світу.

До першоі половини ХІХ ст.

відноситься зародження

прикладної електрохімії. Видатну роль у цъому відіграв Б.С.Якобі,

якого по праву назвали піонером електротехніки. Він належав до тих

вчених, хто теоретичні положення перетворював у практичні справи.

Якобі мав ясний розум, діяльний, реалістичний німецький мозок. Усі

відомі йому наукові досягнення вчений намагався втілити у

практику, слова у цифри

, формули у схеми,

перетворити щось абстрактне в залізо, в те,

що крутиться, обертається. Якобі розумів,

що водяні колеса, як рушійна сила, це

добре. Але вони диктують будівельникам

місце розташування фабрик. Потужність

парової машини обкрадена шківами,

приводними пасами, вона громіздка.

Електрика має звільнити виробництво від

вказаних недоліків – ось головна мета

Якобі.

В основу своєї діяльності вчений поклав союз думки і діла. Він

писав: «З науки я брав тільки те, що вело до практичного

результату». Його завданням стало примирення науки і техніки,

стерти несправедливість, яка виникла між теорією і практикою.

Відомий радянський вчений С.І.Вавілов писав: «Ім’я Якобі,

видатного фізика, геніального

електротехніка і винахідника по праву

має зайняти місце поряд з іншими славними іменами академіків-

фізиків – Ейлера, Ломоносова, Петрова».

Фарадей доказав, що рух у самій природі. Якобі вирішив

створити механічний електричний двигун – магнітну машину.

Перший магнітний апарат він побудував у 1834 р. Повідомив про це

у Париж і доповів на засіданні Академії

наук у Петербурзі. Його

праця «Використання електромагнетизму для приведення в рух

машин» була опублікована у грудні того ж року. Якобі примусив

електромагнітні явища служити людству. Перший електродвигун мав

225

значні переваги над його попередниками. Цар Микола І побажав,

щоб електричний двигун, насамперед, був використаний на суднах. У

вересні 1838 р. на Неві пройшов випробування човен з електричним

двигуном.

Деві і Фарадею була відома властивість осаджування металів

на катоді, що опущений в електроліт. Якобі прийшла думка про

практичне використання цього явища. У

жовтні 1838 р. він сповістив

Академію наук у Петербурзі про розробку ним способу одержання

точних копій різних предметів. Так народилась гальванопластика. У

1840 р. видано працю вченого «Гальванопластика, або спосіб

одержання зразка виробляти мідні вироби з мідних розчинів за

допомогою гальванізму».

3гадане далеко не повністю відображає творчий підхід Якобі

до використання

досягнень науки про електрику. Йому належить

декілька конструкцій електричних телеграфів, зокрема перший у світі

букводрукуючий апарат. У 1843 р. Якобі встановив лінію пишучого

телеграфу між Петербургом і Царським Селом.. Вперше у світовій

практиці для другого проводу використав землю. І такий перелік

новинок можна було б продовжити.

До початку 70–х років ХІХ ст

. в більшості европейських країн,

США, Японії, Рссії завершився або настав вирішальний етап

промислової революції (промислового перевороту). Як і до того, тут

використовували різні парові турбіни, водяні двигуни. Але не було ні

однієї галузі, в яку не проникла б електрика. Вона все більше почала

заявляти про себе. Її успіх проявився через

лампи розжарювання.

Початок створення таких ламп заклав Де ля Руї. У 1820 р. ним

створено першу платинову лампу розжарювання.

У 1873 р. О.М.Лодигін вперше продемонстрував ефективність

декількох конструкцій ламп розжарювання для освітлення

виробничих приміщень. У галузі дугового освітлення велику роль

відіграли праці П.М.Яблочкова. Наприкінці 70-х років його

електричні світильники

засяяли у Парижі і розповсюдились у всьому

світі. Навіть на жюль-вернівському «Наутілусі» сяяло «російське»

світло.

Перші спроби передачі електроенергії на відстань у 1873 р. на

Всесвітній промисловій виставці у Відні продемонстрували

Ф.Піроцький і французький інженер Фонтен. Ця відстань

дорівнювала всього один кілометр. Знання про електрику

Ф.Піроцький одержав від

Яблочкова, коли вони обидва служили у

Київському саперному підрозділі.

Наприкінці 70–х років ХІХ ст. свою винахідницьку творчість

розгорнув Т.Едісон. Величезне враження справили його електричні

лампи з вугільною ниткою. Про їх винахідника треба сказати трохи

більше. Він фактично не мав освіти. Працювати почав учнем

226

телеграфіста. Для нього не існувало межі у досягненні мети. Перелік

його винаходів зробити надто важко. У 1880 р. він заснував свою

компанію електричного освітлення і полонив світ великою кількістю

яскравих і дешевих ламп. У США запанував його культ і Едісону

приписують усі останні досягнення науки і техніки – телеграф,

телефон, електроосвітлення. Америка стала

претендувати на

пріоритет в електричному освітленні. Едісон настільки удосконалив

конструкцію генератора, що вона майже не відрізняється від

сучасної. Ним створена система передачі електроенергії по проводах

і кабелях. Його праці в галузі використання електроенергії сприяли

індустріалізаціі більше, ніж кого іншого.

У 1884 р. у Франкфурт-на-Майні з’явився перший міський

трамвай.

Йому визначалось стати головним видом міського

транспорту. Ф.Піроцький ще у Відні (1873 р.) демонстрував свою

схему електричної дороги. В наступні роки з метою зменшення

внутрішнього опору він намагався передати струм на електродвигун

по рейках. Ідея була втілена тоді, коли винахідник розмістив

електродвигун на рамі вагону таким чином, щоб передати обертання

якоря

на вісь коліс. У 1879 р. Піроцький підготував проект першого

трамваю. В наступному році його було випробувано. Впровадження

затрималось тому, що не розв’язувалась проблема підвісного

проводу. Але винахіднику «пощастило». Будучи розореним і в

боргах, живучи в дешевому номері київського готелю, Піроцький

побачив свій перший трамвай, який пройшов на Подолі у 1892

р.

Постачання електроенергією підприємств і її розподіл з міської

мережі до 1890 р. майже не практикувалось. Перехід на багатофазну

систему пов’язаний з розробкою у 1890 р. М.О.Доліво–

Добровольським трифазної системи передачі електроенергії. Ним

побудовано преший генератор трифазного струму з обертовим

магнітним полем. Він же сконструював двигун трифазного струму з

литого

заліза, винайшов трансформатори трифазного струму,

фазометр тощо. Ним розроблені схеми вмикання генераторів і

двигунів і побудована перша лінія електропередачі трифазного

струму на відстань 170 кілометрів.

Н.Тесла, як і М.О.Доліво–Добровольський, дуже багато

працював над розробкою конструкцій переважно двофазних

генераторів, електродвигунів і трансформаторів, а також схеми

передачі і розподілу

багатофазних струмів. Система передачі і

розподілу електроструму Н.Тесли вперше впроваджена на

Ніагарськіій гідроелектростанції у 1897–1898 рр. Обидва відкриття

дали можливість постачання електроенергією важкій промисловості.

До 1900 р. на передових підприємствах електричні двигуни замінили

незграбні, шумні та небезпечні навісні трансмісії з ремінними

приводами. Спочатку двигуни просто пристосовували до існуючих

227

машин. Але згодом промисловість почала виготовляти верстати з

індивідуальними електричними двигунами.

Коли проводи вперше з′явились у будинках і на вулицях, у

виробничих приміщеннях, єдиним їх призначенням було нести

світло. У той час ще ніхто не міг передбачити, насільки кардинально

зміниться під впливом електрики образ людського життя. Електричне

освітлення стало безпечніше

, чистіше і яскравіше, ніж освітлення за

допомогою газу, гасу або свічок. Ним легше було керувати. Однак

після створення нової інфраструктури були винайдені і нові прилади,

які спирались на переваги електрики. Електричні холодильники,

фонографи і кондиціонери – це приклади застосування нової

технології для задоволення потреб, які вже мала людина. Найбільш

революційними додатками

електрики стали телефон, радіо і

телебачення. Ці винаходи зробили справжній переворот як в

економіці, так і в образі життя. Поки не було відповідної

інфраструктури, про них ніхто і не мріяв.

Торкнемося ще одного напрямку використння досягнень

електрики – електрозварювання. Можливість використання

електричної дуги для плавки металів, як вже згадувалось,

запропонував В.В

.Петров. 3вичним для нас стало і використання

електроду. Практичне здійснення процесу електрозварювання

пов’язане з тривалою еволюцією. Відкрито дугове зварювання

М.Бенардосом у 1881 р. Він використав вугільні стрижні. Його

сучасник інженер М.Слав’янов впровадив металевий електрод, який

швидко розповсюдився у світі.

Шведський інженер О.Кольберг під час виконання

зварювальних

робіт на стелі помітив, що краплини металу стікають

по стрижню і часто пропалюють одежу робітників. Тоді він

випробував електрод з термостійким покриттям. Це не лише

покращало умови праці робітників, але і якість шва, тому що обмазка

захищала розплавлений метал від кисню. Американські спеціалісти

добавили до покриття силікат натрію – рідке скло. Цей

хімікат

випаровувався і створював хмару диму. Вона відтискувала із зони

зварювання все повітря.

На завершення викладених матеріалів про електрику варто

звернути увагу на наступне. Запропонований матеріал з історії

зародження науки про електрику, її використання не вичерпує усіх

цікавих відомостей про цю галузь. Наше завдання полягало в тому,

щоб усвідомити: без

електрики, сформованої протягом декількох

століть в науку, її безпосереднього впливу на розвиток інших галузей

науки і техніки, не було б тих відкрить, які іменують результатами

новітньої революції на зламі ХІХ і ХХ ст. З досягненнями у галузі

електрики пов’язані досягнення в галузі природничих наук,

228

насамперед фізики і хімії цього періоду, в цілому стрімкий розвиток

науки і техніки з початку ХХ ст.

229

НОВІТНЯ РЕВОЛЮЦІЯ У ПРИРОДОЗНАВСТВІ НАПРИКІНЦІ

ХІХ – НА ПОЧАТКУ ХХ СТОЛІТЪ

Історичні передумови пізнання таємниці атомного ядра

Новітня революція в природознавстві на рубежі ХІХ-ХХ ст.ст.

підготовлена всією історією філософії, фізики, хімії. Вона зберігає

досить багато фактів і явищ, що істотно вплинули на формування

нашого уявлення про навколишній світ

, зокрема про мікросвіт.

Багато в чому ця історія своїми витоками сягає античного

світу. Середньовіччя було важким періодом для науки. Але і у цей

час допитливі люди зробили багато для поповнення знань про

Всесвіт. Панування схоластики і теології у середньовіччі

перешкоджало розквіту атомістики так, як це спостерігалось в епоху

античності.

Відзначимо,

що Західна Європа раннього середньовіччя у

розвитку фундаментальних наук представляла собою далеко не те,

що було властиво античній Греції та Риму. В той же час

середньовічний Схід мав широкі зв’язки з далекими і близькими

країнами. Внаслідок співробітництва розвивались такі науки, як

геометрія, алгебра, тригонометрія, медицина та ін. Праці Аристотеля,

Птолемея

з’явились у Європі в перекладі з арабських видань. В

історії науки араби, як вже згадувалось, були поєднувальним

ланцюгом між античною і середньовічною наукою та культурою.

Досягнення античної науки почали проникати і в країни 3акавказзя.

3міцнились культурні зв’язки Вірменії та Грузії з Візантією.

У ХІІ ст. у Середній Азії

з’явився курс фізики Альхазена (Абу

Алі Хайсама, 965–1039 рр.). В ньому подані таблиці питомої ваги

деяких тіл у твердому і рідкому стані. Найбільшу зацікавленість

викликають відомості про оптичні дослідження Альхазена. Вони

викладені вченим у трактаті, що перекладений латинською мовою. В

ньому Альхазен описує будову ока. Численні досліди дали йому

підставу

спростувати уявлення Платона та Євкліда про світло, як про

промені, що виходять з ока і «ощупують» предмети. 3гідно з його

теорією «природний колір і промені впливають на око» і «зоровий

образ одержується за допомогою променів, що їх випускають видимі

тіла».

В Європі нові наукові думки підлягали цензурі церкви, а їх

автори

навіть фізично знищувались. Уже в 1348 р. М. д’Отрекур за

вироком суду у Парижі повинен був зректись від деяких стверджень,

які розповсюджувались разом з неоплатонізмом, в тому числі і

наступного змісту: «У явищах Природи немає нічого, крім атомів, які

з’єднуються і поділяються». М.Кузанський, про якого ми вже знаємо,

230

написав грунтовний трактат про атомізм. Він перший в історії вказав

на відносність атома.

В середині ХV ст. в економічному, політичному і культурному

розвитку Європи з’являються нові риси. Коперник спростував стару,

загальновизнану концепцію світогляду, згідно з якою Земля

вважалась нерухомою відносно Сонця. Він побудував

геліоцентричну систему Всесвіту і започаткував наукову революпію

Вона виникла в астрономії, в науці про небесні тіла. Але

розповсюдилась на фізику і дала, зокрема, новий поштовх розвитку

атомістичних ідей. Коперник писав, що атоми невідчутні. Декілька

атомів не складають видимого тіла. І все ж таки ці частки можна так

помножити, що врешті-решт вони зіллються в помітне тіло. Це

прямим свідченням того, що нове вчення про космос підвело

Коперника до матеріалістичної атомістики.

Але тим мислителем, що детально розвив атомістику, є

Джордано Бруно. Його роботи у цій галузі дуже цінні. Для

тлумачення його атомістики варто мати на увазі латинські роботи

вченого і, насамперед, «Про потрійне, найменше і про міру». На

думку Бруно, усі тіла складаються з незмінних і непрониклих атомів,

які він називає також малостями або монадами. Увесь тілесний світ є

результатом з’єднання первинних елементів. Між атомами може бути

перемішування, але не у схоластичному розумінні, про що Бруно

заперечував, а у розумінні фізичному, тобто явище, яке зводиться до

з’

єднання і роз’єднання кінцевих часток. Відносно поділу речовини

Бруно в противагу аристотелівській теорії стверджував, що він

(поділ) не може продовжуватись нескінчено. Для обгрунтування

цього він увів поняття про існування між атомами вакууму або ефіру,

світового духу, який проникає у кожне тіло. Ефір для Бруно є небо,

нескінченний простір, незмінне

і непорушне, як і малість. Він, як і

Кузанський, стверджував відносність пізнання. Його атомістичні

праці не загинули повністю, а проклали стежинку, яка вела від

античності до наукового відродження ХVІІ ст.

Новий етап у розвитку атомістики розпочинається з початку

ХVІІІ ст. 3авдяки науковій спадщині Ньютона класична фізика

відчула серйозний злам

і підвела вчених до нового осмислення. У

зв’язку з цим у 1746 р. М.В.Ломоносов писав: «Ми живемо у такі

часи, коли науки після свого відродження в Європі набирають сили і

удосконалюються». Ним було написано перший підручник з фізичної

хімії в Росії. В галузі фізики Ломоносов залишив цілий ряд

важливих

робіт з кінетичної теорії газів, теорії теплоти, оптики та ін. Хімічні

явища він розглядає на основі атомно–молекулярних уявлень,

розвиває вчення про «нечутливі» частки матеріі – «корпускули»

(молекули).