2013-12-28
693
Еще в древности человек обратил внимание на такой минерал, как магнетит или магнитный железняк. Это рудная порода, содержащая до 72% железа (Fe) и отличающаяся способностью притягивать к себе другие металлы[206].
В древности было замечено также, что если потереть янтарь (окаменевшая сосновая смола)[207], он тоже начинает притягивать к себе другие, правда, только легкие предметы, например, волосы, соломинки.
Несмотря на то, что эти явления были известны людям с незапамятных времен, долгое время они не видели возможности их практического использования.
Едва ли не первыми такую возможность обнаружили китайцы.
В Научном центре Онтарио в Торонто хранится прибор, напоминающий ложку с короткой ручкой. Центр ее тяжести размещен так, что «ложка» касается пластины, на которой находится, лишь одной точкой, поэтому может свободно вращаться вокруг оси. Однако как бы вы не поворачивали ее, она всегда возвращается в одно и то же положение. Это изготовленный из магнетита древнейший китайский компас – синан, т. е. указатель юга. Первое упоминание синана в источниках относится к 80 г. н. э.[208].
Имел ли этот «компас» практическое применение, мы не знаем.
В письменных источниках XI в. упоминается другое такое же устройство – «плавающая» в воде на пробковой основе намагниченная иголка, которая одним концом показывала на север, другим – на юг. К тому же времени относится подобная же «плавающая» в воде рыба[209].
В XII-XIII вв. был изобретен «сухой компас». Он представлял собою модель черепахи, внутри которой помещался магнит. Черепаха одной точкой под туловищем опиралась на стержень, поэтому могла свободно вращаться, занимая при этом в состоянии покоя одно и тоже положение – головой на север[210].
В 1269 г. французский рыцарь Пьер де Марикур, получивший известность под фамилией Перегрин, направил другу «Послание о магнитах», в котором поделился своими опытами в области магнетизма[211]. Имеются сведения, что он ввел понятия северного и южного полюса и придал компасу современный вид[212].
К XVI в. относится первая известная нам попытка использовать магнит для передачи информации. Об этом в 1576 г. поведал французский изобретатель Блазиус де Видженер (Blasius дe Bigenere)[213]. Разделив окружность компаса на 26 частей, соответствующих 26 буквам латинского алфавита, он попытался с помощью магнита поворачивать через стену стрелку компаса таким образом, чтобы можно было читать передаваемое им сообщение[214].
И хотя опыт прошел удачно, предложенный им проект не получил практического использования, так как позволял передавать информацию на очень небольшое расстояние и с такой скоростью, при которой ее гораздо проще было передать из одной комнаты в другую обычным способом.
Но главное заключалось в том, что Б. Видженер впервые продемонстрировал возможность передачи информации на расстояние с помощью магнитных свойств и тем самым положил начало поискам, которые через полтора века привели к созданию электрического телеграфа.
Особое значение в этом отношении имели исследования английского придворного врача Вильяма Гильберта (Джильберта) (Gilberti) (1540–1603). В 1600 г. он издал книгу «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земля. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов», в которой поделился своими наблюдениями в этой области [215].
В. Гильберт ввел понятие «электричество» (от греческого слова «янтарь» – электрон)[216]. Исходя из того, что магнит обладает своими качествами от природы, а янтарь приобретает их только под влиянием воздействия на него, В. Гильберт считал, что магнетизм и электричество – это разные явления[217]. Он установил, что «электрическими» качествами обладает не только янтарь, но и другие вещества, например, алмаз, сера, стекло, сургуч, хрусталь. Для обнаружения электрических явлений В. Гильберт использовал специальное устройство, названное им «версор»[218].
Отталкиваясь от этих идей, немецкий физик Отто фон Герике (Guericke) (1602–1686), бывший бургомистром Магдебурга, вошедший в историю как изобретатель воздушного насоса, водяного барометра и знаменитых «магдебургских полушарий», пришел к следующему принципиально важному выводу: если некоторые минералы в отличие от магнита приобретают способность притягивать к себе другие предметы под влиянием механического воздействия на них, значит, таким образом можно генерировать электричество[219].
О. Герике изготовил из серы шар диаметром около 15 см, закрепил его на вращающемся стержне и обнаружил, что если одной рукой приводить шар в движение, а другую прижать к нему, шар приобретает способность притягивать к себе легкие предметы[220].
В этом не было ничего нового. Новое заключалось в другом. Оказалось, что отмеченная способность находилась в зависимости от длительности и скорости вращения шара: чем быстрее и дольше вращался шар, чем сильнее он притягивал к себе другие предметы. Это означало, что в результате трения действительно происходит генерирование электричества.
Так была создана первая электростатическая машина.
Еще в древности было замечено, что магнит способен передавать свои магнитные качества другим металлическим предметам. Этот факт нашел отражение в трактате римского философа Лукреция Кара «О природе вещей» и в упоминавшемся послании Пьера де Марикура (Перегрина)[221].
В. Гильберт показал, что подобная способность характерна и для электричества[222].
Англичанин Стивен Грей (1670–1736) не только подтвердил это, но и разделил все материалы на две группы, которые затем получили название проводников и диэлектриков (изоляторов)[223]. Более того, натирая шелковой тряпочкой стеклянную трубку и используя прикрепленную к ней пеньковую бечевку, он сумел передать электрический заряд на расстояние около 200 м[224].
Но если электрические заряды можно генерировать и передавать на расстояние, нельзя ли их накапливать? Впервые этот вопрос поставил профессор Георг Маттиас Бозе (1710–1761) из Виттенберга, который по сути дела сформулировал идею аккумулятора или же конденсатора[225].
Интерес к электричеству привел к тому, что в середине XVIII в. стали делать опыты его использования в медицине. В 1745 г. немецкий монах Э. Ю. фон Клейст (1700–1748) решил получить для себя наэлектри-зированную воду. Он взял стеклянную банку с водой, опустил в нее обыкновенный гвоздь и подключил его к источнику электричества, а когда через некоторое время отключил контакт и голой рукой взялся за гвоздь, то вздрогнул от электрического разряда[226].
В следующем году подобный же эффект обнаружил и описал лейденский физик Питер ван Мушенбрук (1692–1761)[227].
Так был создан первый конденсатор, получивший название лей-денской банки. Он представлял собою наполненную водой стеклянную банку, оклеенную металлической фольгой. Внутри банки находился метал-лический стержень. Подключение его к источнику электричества позволя-ло накапливать электричество[228].
Идя по этому пути, немецкий физик Иоганн Винклер (1703–1770) и американский физик Бенджамин Франклин (1706–1790) почти одновремен-но предложили объединить несколько конденсаторов и создать таким образом электрическую батарею[229].
Используя такую батарею, И. Винклер сумел вызвать настолько сильный электрический разряд, что его звук был слышен за 200 м. Тогда же было доказано, что электрическим зарядом можно убить живое существо[230].
Одновременно с созданием и совершенствованием конденсатора продолжалось совершенствование электростатической машины. Сначала шар из серы заменили стеклянным шаром. Потом для генерирования электрических зарядов стали использовать не руку, а подушечку из шерсти и кожи. Затем на смену стеклянному шару пришел стеклянный диск и подушечка тоже приобрела форму диска, что позволило увеличить площадь их касания. А чтобы увеличить силу трения, диски стали вращать в разные стороны[231].
Успехи опытов с электричеством привели к тому, что в 1746–1747 гг. французский ученый Луи Гийом Лемонье начал экспериментировать с целью создания основанного на использовании электричества устройства для «сигнализации на расстоянии»[232].
Некто Ч. М. 1 февраля 1752 г. опубликовал на страницах шотландского журнала «The Scot`s Magazine» проект электрического телеграфа, который во многом напоминал проект Б. Видженера. Разница заключалась только в том, что в публикации предлагалось использовать для передачи информации не магнит, а электричество, а также воздействовать с его помощью не на стрелку компаса, а на 26 подсоединенных к источнику питания шариков из бузины, которые должны были притягивать листочки бумаги с написанными на них буквами[233].
Во второй половине XVIII в. появилось более десятка проектов электрического телеграфа[234]. Однако для того чтобы они получили практическое осуществление, необходим был другой, более мощный источник электричества.
И вскоре он появился.
