Мир электричества

Томилин Анатолий Николаевич

Много было всевозможных попыток приспособить магнитные силы для службы человеку. И многое получилось. Оглянитесь вокруг, сколько электромагнитов работает в самых обычных домашних приборах. Тут и телефон, и магнитофон, даже простой дверной звонок… Нет, Уильям Стёрджен вполне достоин того, чтобы мы сохранили в своей памяти его славное имя.

От фантастики к реальности

Во второй половине XX века, в годы первых космических полетов, снова вспыхнул интерес к электромагнитным устройствам, предназначенным для ускорения макроскопических тел. Космическим ракетам при запуске приходится тащить с собой наверх огромную массу топлива. Полезный груз составлял всего несколько процентов от

стартового веса. А нельзя ли придумать устройство, способное поднимать тот же груз в космос без «накладных расходов»?

Читатель наверняка помнит идею Жюля Верна: послать на Луну корабль с людьми, выстрелив им из огромной пушки. Идея неприемлемая в связи с гигантскими перегрузками, которые не вынесет человек. А если без людей? Расчеты показывают, что в принципе такая установка может быть создана, если заменить пороховую пушку электромагнитной.

И вот в Канберре лаборатория национального Австралийского университета, работая совместно с американскими лабораториями в Лос-Аламосе и Ливерморе (Калифорнийский университет), а также совместно с фирмой «Вестингауз», построила «рельсовую пушку». Это некое подобие простейшего электромагнитного ускорителя, состоящего из двух проводящих ток рельсов, вмонтированных в трубу, напоминающую артиллерийский ствол. В систему посылаются импульсы электрического тока. Между рельсами быстро движется плазменный разряд – электрическая дуга, подталкивающая вперед «снаряд» из непроводящего материала. Последнее достижение – выталкивание «снаряда» (им являлся пластмассовый кубик массой 3 г) со скоростью до 10 км/с. Этого уже достаточно, чтобы вывести груз на орбиту. К сожалению, выйдя из канала ствола, «снаряд» мгновенно разрушился под воздействием силы, создающей ускорение, которое в миллионы раз превзошло ускорение свободного падения.

В 1974 году изобретатели предложили электрическую пушку – «Массовый ускоритель» для доставки на Землю с Луны минералов, руд, богатых алюминием. Позже теоретики предложили построить подобные же «массовые ускорители» на Земле и использовать их для запуска космических аппаратов. Только длина таких «пушек» должна быть несколько километров.

Георг Ом – просьба не путать со знаменитым братом

В широко известном сочинении конца XIX века «Очерк истории физики» Фердинанда Розенбергера в одном из примечаний написано: «Георг Симон Ом (не смешивать с его братом Мартином Омом, знаменитым математиком)…» Прекрасный пример исторической несправедливости современника. Кто из нас знает сегодня «знаменитого математика» Мартина Ома, получившего известность в первой половине XIX века в связи с построением арифметики натуральных чисел? Пожалуй, только специалисты. Тогда как имя Георга Ома знакомо всем.

В Кёльне, на одной из боковых улочек, отходящих от площади перед знаменитым собором, на глухой стене бывшей церковной школы, выкрашенной пронзительной охрой, висит металлическая плита с барельефом и надписью, гласящей, что здесь учительствовал Г. С. Ом. Скромная черная доска на глухой стене. Между тем именно Георг Симон Ом дал в руки ученым один из первых количественных законов электричества.

Что мы называем законом природы? Прежде всего устойчивое, повторяющееся и очень существенное соотношение между наблюдаемыми явлениями. Законы природы независимы от нашего желания и вообще от сознания людей. Они определяют, как одно явление взаимодействует с другим, и какой результат при этом должен получиться. Все в нашем устойчивом мире детерминировано, все подчинено определенным правилам. Мы их еще далеко не все знаем. И вот открытие (точнее – познание) законов природы является главной задачей естествознания.

В физике электрических явлений нужда количественной оценки разнообразных действий гальванизма ощущалась давно, и многие пытались найти непреложные правила – законы. Это и сумел сделать Ом.

Георг Симон Ом родился 16 марта 1787 года в городе Эрлангене,

в семье ремесленника-слесаря. Отец его был достаточно умным человеком, чтобы внушить своим сыновьям любовь к учению. Поэтому, окончив гимназию, Георг поступил в Эрлангенский университет.

Георг Симон Ом (1787–1854)

Биографы туманно намекают на то, что учебу он оставил, не закончив курса. Но с другой стороны, он вроде бы некоторое время был приват-доцентом в том же университете и преподавал математику… Тут есть какая-то неувязка. Но оставим ее на совести историков.

Доподлинно же известно, что позже, до 1817 года, он был школьным учителем и кочевал из школы в школу, из одного города в другой. В промежутках между уроками учитель математики Георг Симон Ом занимался весьма увлекательным делом – физическими исследованиями, в том числе опытами с гальваническими батареями.

В то время многие физики пытались выяснить, как зависит действие гальванической батареи от качества и от рода металла, из которого сделана проволока, замыкающая ее полюсы. Сделать это было нелегко, поскольку электродвижущая сила любой гальванической батареи быстро падала. Восстанавливалась она лишь постепенно. Такая неустойчивость в работе очень мешала исследователям. И потому, как только Зеебек сконструировал термоэлемент, дававший ток постоянной силы, проблема была решена. Ому о термоэлементе рассказал немецкий физик Иоганн Поггендорф – издатель журнала «Аннален дер фюзик», бывший в курсе всех научных новостей своего времени.

В 1826 году в своей крохотной лаборатории в Кёльне Георг Ом соорудил элемент, состоящий из висмутового стержня, впаянного между двумя медными проволоками. Опустив один из спаев в кипящую воду, а другой в мелко наколотый лед, он приступил к опытам. Скоро Ом пришел к выводу, что электрический ток ведет себя подобно водному потоку в наклонном русле: чем больше перепад уровней и свободнее путь, тем поток сильнее. Так же и с током: чем больше электродвижущая сила батареи и меньше сопротивление току на его пути, тем больше сила тока. Применяя в своих опытах проводники из разных материалов, разной длины и поперечного сечения, Ом установил, что сила тока в цепи при постоянном источнике электродвижущей силы (он называл это «разностью электро-скопических сил») обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

В 1827 году из печати вышла большая монография Ома «Гальваническая цепь, разработанная математически доктором Омом». Однако местные физики не слишком благосклонно отнеслись к результатам его работ, поскольку в опытах с вольтовым столбом применение простого правила Ома не согласовывалось с результатами эксперимента.

В других странах его работы пока известны не были. Профессор прикладной физики Парижской школы искусств и ремесел Клод Серве Пуйе в октябре 1831 года сообщил Парижской академии, что открыл количественное соотношение между электродвижущей силой, силой тока и сопротивлением. При этом он ни словом не упомянул Ома. Правда, позже вынужден был признать, что читал сочинение немецкого физика о гальванической цепи и, пожалуй, согласен с тем, что Георг Ом сформулировал этот закон первым. Благодаря этой довольно скандальной истории о работах Ома узнали и другие французские физики. Узнали о его работах и в Англии.

В 1842 году Лондонское королевское общество наградило Ома почетной золотой медалью Коплея и избрало его своим членом. Георг Ом оказался вторым немцем, удостоенным этой чести. Чарлз Уитстон, изобретатель широко распространенного измерительного прибора, «моста сопротивлений», а также другой измерительной аппаратуры, писал, что «наконец-то столь долго господствовавшие туманные представления количества и напряженности уступили место определенным понятиям сил и сопротивлений, установленным Омом».