|
|
  |
Главная страница / Архитектура отрасли Затерявшийся приоритетКажется, что для каждого времени и будто для каждого человека особливые сохранены изобретения. Сие довольно показывает история наук всех веков. Не знаю, не может ли в число оных причтен быть и способ замораживать ртуть, недавно мной изобретенный. И. А. Браун [1] Начало ХVIII в. – переломный период в русской истории. Послепетровская Россия вырывалась из многовековой отсталости. Развивались промышленность и торговля, армия и флот пополнялись квалифицированными специалистами. Неслучайно в это время открывается множество различных школ и профессиональных училищ. Понятно, что своих научных кадров не было. Их приглашают из-за границы. На расходы не скупились, приглашали лучших. Достаточно назвать имена Ж. Делиля, Л. Эйлера, Д. Бернулли. Но ученых, специализирующихся в области электричества, среди них не было. Экспериментальные работы по электричеству в Академии наук начались зимой 1745 г. профессором физики Г. В. Рихманом и адъюнктом физического класса М. В. Ломоносовым. Сначала это были компиляционные наработки и освоение техники эксперимента, затем самостоятельная постановка задач и их опытное решение. Впрочем, на кафедре физики Ломоносов задерживается недолго. Представившаяся вакансия профессора химии более соответствовала его интересам. Уже 25 июля 1745 г. ученый становится полноправным академиком. Однако «вопросы электричества» по-прежнему интересуют его. Об этом свидетельствуют многочисленные записи в документах и лабораторных журналах. Обратим внимание на одну из них. В «Протоколах Конференции Академии наук» от 30 апреля 1753 г. опубликовано следующее сообщение Рихмана: «Ломоносов передал мне три порции стекла, различавшихся между собой степенью размельченности, и высказал желание, чтобы я исследовал, что произойдет, если электризующаяся масса будет покоиться на этих порошках, давая мне таким образом случай открыть истины немаловажные» [2] . Рихман на основе тщательно проведенных экспериментов установил, что мелкий стеклянный порошок притягивает большее количество водяных паров, чем крупный, т. е. обладает лучшей адсорбцией и, соответственно, имеет лучшую электропроводность. Он даже высказал идею создания гигрометра, основанную на электропроводности стекла: «Об изобилии влаги в воздухе можно узнать по тому, что сухой стеклянный порошок быстрее изменяется, становясь проводником». Как бы то ни было, но подчеркнем тот факт, что вопросы электропроводности в 1753 г. интересовали Ломоносова. Был ли он единственным в своих интересах? Электропроводность. Первые опыты В 1729 г. английский исследователь Стивен Грей, занимаясь опытами по электризации тел, в качестве источника электричества пользовался стеклянной трубкой, натираемой шерстью. Тогда он и обнаружил хорошо известное всем нам явление: наэлектризованное стекло активно собирало окружающую пыль. Но если с кинескопа ее легко удалить тряпкой, то внутри трубки сделать это достаточно сложно. трубку обыкновенной пробкой от бутылки. Продолжая опыты, Грей обнаружил, что притягивало соломинки и бумажки не только натертое стекло, но и пробка. Электричество трубки каким-то образом передалось пробке. Решив усложнить опыт, ученый воткнул в одну из пробок сосновую палочку длиной 10 см и с помощью льняной нити подвесил к ней шар из слоновой кости. Шар тоже начал притягивать к себе бумагу! То же самое происходило, если шар был подвешен на проволоке. Однако когда для крепления шара использовалась шелковая нить (причем только голубого цвета!), подобного не наблюдалось. Опытами заинтересовались француз Шарль Дюфе, оксфордский профессор Жан Дезагюлье и множество других служителей науки. Они расширили номенклатуру исследуемых материалов. Оказалось, что цвет шелка не влияет на его свойства, а некоторые нити, например, медицинский кетгут, в зависимости от влажности, изменяли свойство электропроводности. Именно Дезагюлье ввел в науку термин «проводник» электричества. Он же обнаружил, что сухой воздух проводником не является. В то время понятия «изолятор» не существовало, еще долгие годы использовались термины «проводник» и «непроводник». К 1751 г. корифей науки об электричестве Б. Франклин суммировал знания об электропроводности: «Идеальными проводниками электрической субстанции являются только металлы и вода. Прочие тела проводят лишь постольку, поскольку в них имеются примеси металлов и воды, и без того или иного содержания последних они вообще проводить не могут [3]. Сотни исследователей проверяли тела и материалы на их электропроводность. Земля, вода, металлы, соли и кислоты, дерево и животные, люди и уголь, смолы и стекло... Все это заносилось в группы проводников или непроводников электричества. Это было понятно и удобно для дальнейших электрических экспериментов. Однако правомочность такого разделения вскоре начала подвергаться сомнению. Англичанин Б. Вильсон обнаруживает, что пчелиный воск, являющийся непроводником, при расплавлении становится электропроводным. Дж. Кантону не удалось зарядить горячую воду в стеклянной банке, что дало повод подозревать, что горячее стекло токопроводно. Графит металлом не был, но являлся прекрасным проводником. И наконец, позже Б. Франклин обнаруживает, что «сухой кусок льда или ледяная сосулька в цепи предотвращают удар, чего нельзя было ожидать, так как вода отлично передает его». Под «ударом» здесь подразумевается электрический разряд через тело исследователя. Эксперименты с электропроводностью различных материалов продолжались. И в этом отношении большой интерес для науки представляла ртуть, которая широко применялась в опытах и обладала прекрасной электропроводностью. Однако даже уверенности в том, металл ли она или нет, в то время не было. Читаем у Ломоносова запись 1742 г.: «Сей минерал по виду ничем не различается от растопленных металлов, однако оные в таком жару застывают, от которого многие вещи загораются, а ртуть и в самый жестокий мороз застынуть нодильные смеси До настоящего времени технологически проще обеспечить более высокие температуры в сравнении с окружающей средой, чем низкие. Еще в древности человек умел получать многие сотни градусов при выплавке металлов из руд. Но лишь в 1665 г. физику Бойлю удалось получить искусственный холод. Он добился этого, растворяя нашатырь (хлористый аммоний) в холодной воде. Давно было известно, что растворение одного вещества в другом практически всегда сопровождается поглощением или выделением некоторого количества теплоты. На этом принципе основано применение охладительных смесей, которые без нагреваний и перемены давлений позволяют пользоваться скрытой теплотой плавления льда [5]. К примеру, если смешать снег при температуре таяния и поваренную соль, то можно получить двадцатиградусный мороз. Растворяя другие вещества, удается достичь и более низких температур. Тем более, если снег применять более холодный, чем при температуре таяния. Этот способ был единственным для получения холода вплоть до того времени, когда наука и техника научились сжижать газы. Но это произошло лишь к концу XVIII столетия. В Петербургской Академии криогенными (от греч. «крио» – холод) опытами занялся профессор И. А. Браун (1716–1762), прибывший в Россию из Лейпцига. По контракту Брауну поручалась в основном педагогическая работа в Академии, но в его обязанности входили и метеорологические наблюдения и сводки, которые печатались в газетах и календарях, издаваемых Академией [6]. 14 декабря 1759 г. в Петербурге «чрезмерная случилась стужа, которой прежде сего никогда при Академии не примечали». В этот день Браун и решил узнать «сколько сию естественную стужу искусством умножить можно». Он взял снег, «наполнил им стеклянный сосуд, влил несколько капель крепкой водки (азотная кислота. – Прим. авт.), где поставлен был термометр». Через некоторое время Браун термометр вынул и «с радостью увидел, что он не поврежден, а ртуть неподвижною стояла». Неужели ртуть замерзла? Академик немедленно сообщил об этом коллегам, но полной уверенности не было даже у экспериментатора. Сообща приняли решение разбить термометр и уже точно убедиться в твердости ртути. Для этого было заказано несколько термометров, которые были готовы к 25 декабря. Хорошо, что морозы не уменьшились. В этот день Браун, повторив опыт, разбивает термометр и обозревает шарик твердой ртути. А с 26 числа к проведению опытов присоединяются академики Ломоносов, Эпинус, Цейгер и аптекарь Модель. Исследуя явление, они занимаются двумя вопросами: определением температуры, при которой ртуть замерзает, и изучением свойств замерзшей ртути. И если на первый вопрос в тот момент ответа и быть не могло, так как замерзшая ртуть неизвестно что показывала, то по второму ответ был однозначным: твердая ртуть, как было определено, обладала всеми свойствами металлов – она изгибалась, ковалась, звенела (?) и твердостью напоминала свинец. Опыты продолжались весь январь. Открытие замерзшей ртути произвело сенсацию в учение об этом было напечатано в «Санкт-Петербургских ведомостях» и с поразительной для того времени быстротою достигло Парижа, Берлина, Лондона и Амстердама. Предположения ученых были подтверждены – ртуть и в самом деле была металлом, только с очень низкой температурой плавления. Исторический эксперимент Свои опыты Ломоносов тоже начал с определения механических свойств твердой ртути. Заморозив термометр и разбив «стеклянную скорлупу» его, он получил шарик металла с хвостиком и остальную часть «наподобие чистой серебряной проволоки», которая свободно изгибалась, как любой мягкий металл. Он попытался расплющить шарик. Ударив по нему обухом топора, ученый «почувствовал, что замороженная ртуть имеет твердость, как свинец или олово». После трех-четырех ударов ртутные лепешки начинали трескаться, и их можно было резать ножом [7]. Этот опыт был проведен 26 декабря 1759 г. Дата следующего опыта точно неизвестна. У Ломоносова записано: «По учиненным в следующие морозы опытам наблюдено мною». Этот первый в истории электричества криогенный эксперимент был осуществлен, скорее всего, в январе 1760 г. и описан достаточно подробно. В рюмку с «морозящей материей» была опущена U-образная стеклянная трубка со ртутью. Из трубки были выведены железные проволочки АВ и СF. Когда ртуть замерзала, проволочки в нее вмораживались, создавая электрический контакт. Проволочка СF подсоединялась к кондуктору электростатического генератора (как тогда говорили – электрической машины). Другая проволочка в точке А подключалась к электрическому указателю (электроскопу). При вращении ручки электрической машины электроскоп всегда показывал наличие потенциала, когда ртуть была и в жидком, и в твердом состоянии. Это бесспорно доказывало, что ртуть в любом состоянии электропроводна. В дальнейшем опыт был усложнен. На пути «электрической материи» к электроскопу проволочку АВ нагрели до красного каления пламенем двух свечек. При вращении ручки машины электроскоп также уверенно давал отклонение указателя. Это и позволило Ломоносову сделать вывод, «что электрическая сила действует сквозь замороженную ртуть и сквозь раскаленное железо». То есть твердая ртуть и горячее железо токопроводны. Выводы для физики чрезвычайно важные. Причем опыт не имел и не мог иметь аналогов в мировой науке, хотя бы по той причине, что до экспериментов в Петербурге никто не мог получить твердую ртуть. Впрочем, дело не только в этом. Наш великий ученый одним из первых начал исследовать электропроводность тел и при нагревании. Среди зарубежных ученых этого периода этими же вопросами занимался и Чарльз Кавендиш, описание опыта которого относится к 1762 г. Он проверял электропроводность стекла в зависимости от температуры. Техника постановки опыта англичанином почти точно совпадает с ломоносовской: «Стеклянная трубка со сплошной частью ВС была снабжена с каждого конца проволочками, заделанными в точках В и С в стекло. Выгнутая часть трубки помещжелезными опилками. Под котел устанавливалась лампа». При нагреве стекла до красного каления электроскоп Е начал показывать наличие заряда, получаемого проволочкой АВ от электрической машины. Чтобы не оставалось сомнения, что холодное стекло неэлектропроводно, конец трубки D был заземлен. Так было точно доказано, что горячее стекло – прекрасный проводник. Франклин, описавший этот опыт, с восторгом писал: «Остается только пожелать, чтобы этот благородный философ побольше сообщал человечеству о своих опытах, которых он проводит много и с большой точностью». Эти эксперименты он считал важными для науки. Опыты же Ломоносова никто не комментирует, невзирая на их явную оригинальность и важность. Почему? Получилось как всегда... О результатах криогенных опытов И. А. Брауна и М. В. Ломоносова сообщили Петербургской Академии в сентябре 1760 г. на «торжественном празднике тезоименитства императрицы Елизаветы Петровны». На рис. 3 воспроизведен титульный лист работы Брауна на русском языке. И если работы Брауна стали известны всему ученому миру и никем не оспорены, то электрический опыт Ломоносова оставался незамеченным вплоть до последнего времени. Известно, что Ломоносов придавал большое значение приоритету своих работ. Вот какой факт приводит П. Л. Капица на юбилее Ломоносова: «В 1753 г., когда Рихман был убит молнией, общее собрание Академии наук было отложено, но Ломоносов просил, чтобы ему была дана возможность произнести его речь об электричестве, «пока она не утратила новизны» [9]. Значит, великий русский ученый понимал важность своих работ по электричеству. Но... В истории публикации данной работы Ломоносова, носившей название «Рассуждение о твердости и жидкости тел...», есть что-то необъяснимое, почти мистическое. У историка науки, автора «Истории Императорской Академии наук в Петербурге» П. П. Пекарского, можно прочесть, написанное в 1873 г.: «Это произведение нашего академика постигла странная участь – его забыли внести в наиболее распространенные собрания сочинений, так что оно было напечатано только один раз – в издании 1778 г., которое ныне составляет библиографическую редкость. Неудивительно, что «Рассуждения...» Ломоносова касательно твердости и жидкости тел не встречается в упоминаниях ни в одном отзыве позднейших русских ученых» [8]. Понятно, и зарубежных... Знакомая для отечественной науки картина! Но и это, оказывается, не все! К 100-летию со дня рождения Ломоносова была попытка издать собрание сочинений родоначальника русской науки. В академическом издании сочинений в 7 томах (1891–1934) «Рассуждение...» было напечатано в пятом томе (СПб., 1902), однако только на русском языке, к тому же без рисунков, что делало текст непонятным. Каких комментариев ученых можно было в таком случае ждать?.. В 1911 г. в Лейдене (Голландия) физик Камерлинг Оннес совершенно неожиданно обнаружил, что при температуре жидкого гелия сопротивление ртутного проводника внезапно практически исчезает. Это странное дляазвание «сверхпроводимость», а первооткрыватель этого явления в 1913 г. заслуженно получил Нобелевскую премию по физике [10]. И все-таки, где-нибудь, может быть, в нобелевской лекции, необходимо было бы упомянуть, что у истоков изучения электропроводности ртути при низких температурах стоял русский ученый М. В. Ломоносов. И не его вина, что эти опыты остались неизвестными научному сообществу. Литература 1. Браун И. А. Об удивительной стуже, искусством произведенной. – СПб., 1760. 2. Рихман Г. В. Труды по физике. – М.: АН СССР, 1956. 3. Франклин В. Опыты и наблюдения над электричеством. – М.: АН СССР, 1956. 4. Ломоносов М. В. Полное собрание сочинений. – М. Л.: АН СССР, 1954. – Т. 5. 5. Менделеев Д. И. Основы химии.– 13-е изд. – М. Л., 1947. – Т. 1. 6. Кладо Т. Н. Иосиф Адам Браун и его сотрудничество с М. В. Ломоносовым // Ломоносов: Сб. статей и материалов. – Л.: Наука, 1983. – Т. 8. 7. Ломоносов М. В. Рассуждение о твердости и жидкости тел //Ломоносов. Полное собрание сочинений. – М. Л.: АН СССР, 1952. – Т. 3. 8. Там же. 9. Капица П. Л. Эксперимент. Теория. Практика. – М.: Наука, 1981. 10. Чолаков В. Нобелевские премии. – М.: Мир,1987. Главная страница / Архитектура отрасли |