Ампер, Андре мари

После избрания в Академию

Ампер был избран в число членов Парижской Академии наук по секции геометрии 28 ноября 1814. Круг его научных и педагогических интересов к тому времени уже вполне определился, и ничто, казалось бы, не предвещало здесь заметных изменений. Но пора этих изменений уже приближалась, близилось второе десятилетие XIX века, время самых главных научных свершений Ампера. В 1820 Ампер узнал об опытах, которые незадолго до того проводил датский физик Ханс Кристиан Эрстед. Он обнаружил, что протекающий по проводу ток оказывает воздействие на расположенную возле провода магнитную стрелку. 4 и 11 сентября Араго сделал в Париже сообщение об этих работах Эрстеда и даже повторил некоторые из его экспериментов.

Большого интереса у академиков это, впрочем, не вызвало, но Ампера захватило полностью. Вопреки своему обыкновению, он выступил здесь не только как теоретик, но занялся в маленькой комнатке своей скромной квартиры проведением опытов, для чего даже собственноручно изготовил столик; эта реликвия сохраняется поныне в Коллеж де Франс. Он отложил все остальные дела и 18 и 25 сентября 1820 сделал свои первые сообщения об электромагнетизме. Фактически за эти две недели Ампер пришёл к своим самым главным научным результатам. Влияние этих трудов Ампера на многие отрасли науки – от физики атома и элементарных частиц до электротехники и геофизики – невозможно переоценить. 

В 1785-88 Шарль Огюстен Кулон провёл свои классические экспериментальные исследования законов взаимодействия электрических зарядов и магнитных полюсов. Эти опыты были в русле той грандиозной научной программы, которая была намечена трудами самого Ньютона; имея в качестве великого образца закон всемирного тяготения, изучать все возможные типы имеющихся в природе сил. 

Многим тогда казалось, что между электричеством и магнетизмом – полный параллелизм: что есть электрические, а есть и магнитные заряды, и у мира электрических явлений есть во всем подобный ему мир явлений магнитных. Открытие Эрстеда многими толковалось тогда так, что под действием тока провод, по которому этот ток протекает, намагничивается, а потому и действует на магнитную стрелку. Ампер выдвинул принципиально новую, радикальную и даже, на первый взгляд, дерзкую идею: никаких магнитных зарядов в природе вообще не существует, есть только электрические заряды, и магнетизм возникает только из-за движения электрических зарядов, т. е. из-за электрических токов. Прошло без малого двести лет с того момента, когда Ампер выступил с этой гипотезой, и, казалось бы, пора разобраться, был ли он прав (и тогда название «гипотеза» делается неуместным), или же от неё нужно отказаться.

Первое впечатление: гипотезе Ампера противоречит даже сам факт существования постоянных магнитов: ведь никаких токов, ответственных за возникновение магнетизма, здесь, вроде бы, нет! Ампер возражает: магнетизм порождается огромным числом крошечных электрических атомных контуров тока (можно только поражаться, что такая глубочайшая идея могла появиться в ту пору, когда не только ещё не знали ничего об устройстве атомов, но даже еще не существовало и слово «электрон»!) Каждый такой контур выступает как «магнитный листок» – элементарный магнитный двухполюсник. Этим и объясняется, почему магнитные заряды одного знака – «магнитные монополи», в отличие от монополей электрических, в природе не встречаются.

Могила Ампера и его сына

Почему же всё-таки и поныне «гипотеза»? Ведь уже не раз казалось, что найдены «магниты», в которых электрических зарядов нет. Вот, к примеру, нейтрон. У этой частицы нулевой электрический заряд, но есть магнитный момент. Опять «момент», т. е. опять магнитный двухполюсник, и его появление вновь объясняется в нынешней теории элементарных частиц «микроскопическими» токами, только теперь уже не внутри атома, а внутри нейтрона. Так можно ли уверенно утверждать, что магнетизм всегда порождается движением электрических зарядов? Гипотеза Ампера в такой заострённой формулировке принимается не всеми теоретиками. Больше того, некоторые варианты теории говорят о том, что магнитные монополи («однополюсники») должны проявляться, но только при огромных, недостижимых для нас сегодня энергиях. 

Заслуги и память

Несмотря на широту научных интересов Ампера, его главные открытия были совершены в области изучения связи магнетизма и электричества. Являясь основоположником электродинамики, учёный внёс большой вклад также в химию, математический анализ и механику. Он ввёл в науку понятие «электрический ток», а также термины кибернетика и кинематика.

Признавая выдающиеся заслуги учёного в деле изучения электромагнитных взаимодействий, в 1881 году на первом Конгрессе электриков, проходившем в Париже, была названа «ампером» единица силы тока, а приборы её измеряющие – «амперметрами». В 1888 году в Лионе ему установили памятник и в его честь назвали площадь.

Великие достижения

Жизнь величайшего ученого тесным образом связана с научной деятельностью. Экспромтом рассмотрим 5 важнейших событий в биографии Андре Мари Ампера, касающиеся его научной деятельности.

1. Открытие, касающееся фтора. В 1810 году Андре-Мари Ампер предположил, что фтористоводородная кислота представляет собой соединение водорода и неизвестного элемента, свойства которого, по его словам, были похожи на хлор. Он придумал термин “фтор” для этого элемента, предположив, что F может быть изолирован электролизом. Спустя 76 лет французский химик Анри Моисан окончательно изолировал фтор (сделал это путем электролиза по предложению Ампера.
2. Предложил свою версию идентификации элементов. В 1816 году Ампер предложил указать химические элементы в соответствии с их свойствами. В то время было известно только 48 элементов, и Андре попытался поместить их в 15 групп. Он успешно группировал щелочные металлы, щелочноземельные металлы и галогены. Спустя 53 года после попытки ученого организовать элементы, российский химик Дмитрий Менделеев опубликовал свою знаменитую периодическую таблицу.
3. Придумал «правило правой руки». Андре-Мари Ампер разработал правило, известное как правило правой руки, чтобы определить направление отклонения стрелки компаса относительно направления, в котором электрический ток протекал вдоль провода. В этом правиле, если предполагается, что правая рука наблюдателя захватывает провод, через который протекает ток, большим пальцем, направленным вдоль провода в направлении тока. Затем пальцы, скручивающиеся вокруг провода, указывают направление, в котором стрелка компаса будет отклоняться. Правило Ампера все еще используется учениками для расчета направления магнитных силовых линий.
4. Эрстед экспериментальным путем указал на связь между электричеством и магнетизмом в 1820 году. Спустя незначительное время Андре-Мари Ампер обнаружил, что два параллельных провода с электрическим током отталкивают или притягивают друг друга. Это зависит от того, совпадает или разнится ли их направление, соответственно. Таким образом, Ампер впервые показал, что магнитное притяжение и отталкивание могут быть получены без использования магнитов.
5. Андре-Мари Ампер применил математику к своим экспериментам с электромагнетизмом, чтобы сформулировать физические законы. Наиболее важный из них – это силовой закон Ампера (сформулирован в 1823 году) – показывает, что возникновение притяжения или отталкивания между двумя проводами, несущими токи, напрямую зависит от длин и интенсивности проходящего через них тока. Физическое происхождение этой силы состоит в том, что каждый провод генерирует магнитное поле.

Телеграф Ампера

Первые осмысленные попытки создать устройство, способное транслировать некие сигналы на расстояние стали предприниматься в конце XVIII века. Первопроходцами в этом деле стал Ален-Рене Лесаж, создавший простейшую конструкцию из двух приемников и 24 изолированных проволок. Внес свой вклад в развитие этого направления и Ампер. В 1829 году он предложил идею телеграфа, которая основывалась на открытии Эрстеда. Ученый разработал передающее устройство, состоящее из полусотни проводов и 25 магнитных стрелок, прикрепленных к осям. Однако этот проект не нашёл широкого применения, так как был довольно непрактичен. Предполагалось, что для каждого знака будет предназначена отдельная проволока и стрелка.

Можно сказать, что Андре Мари смог опередить ход времени. Тогда еще не существовало устройств, которые бы могли распознавать электрический сигнал. Протягивать для каждой буквы, цифры или знака свой провод очень времязатратно и неэкономично. Однако польза от этого изобретения все же была – сегодня по этому принципу функционируют электромагнитные коммутаторы.

Интересы

Наряду с академической карьерой, Ампер также занимался научными экспериментами в различных областях и был особенно заинтригован работами Ханса Христиана Эрстеда, который обнаружил связь между электричеством и магнетизмом. Биография Ампера отражает то, как сильно он повлиял на науку. Став последователем Эрстеда, посредством усердной лабораторной деятельности, Ампер сделал еще несколько открытий в этой области, которые внесли огромный вклад в становление электромагнетизма и электродинамики как наук. Ампер считается одним из основателей этой отрасли теоретической физики. Биография Ампера кратко будет изложена в этой статье.

Карьера преподавателя

• Известие о смерти отца тяжело отразилось на психике Андре. В этот период родные всерьёз опасались за его рассудок. Он утратил интерес к жизни и долгое время не занимался любимой математикой, не читал книг, бесцельно просиживая часами в отцовском кресле.
• Благодаря заботе близких людей боль в сердце юноши постепенно стихала. Он много времени проводил в походах по окрестностям Полоймье, изучая местные растения. На некоторое время ботаника стала одним из его основных занятий.
• В 1796 году Ампер переехал в Лион, твёрдо решив заняться педагогической деятельностью. Он в частном порядке давал уроки, надеясь в дальнейшем устроиться на штатное место в учебном заведении.
• В этот период он вступил в литературное общество и вскоре стал одной из его центральных фигур. Ампер много работал, почти всё время, посвящая занятиям с учениками. Однако его доходы были невелики и не стабильны из-за постоянно изменяющегося количества учащихся.
• Андре увеличил число преподаваемых предметов. Теперь это была не только математика, а также химия и физика. В 1800 году он представил в академию Лиона первую научную работу «Равенство симметричных многогранников».
• В 1801 году Амперу удалось найти постоянное место преподавателя в школе городе Бурк-ан-Брес, на физической кафедре. Курс молодого профессора постепенно стал очень популярным, благодаря оригинальности излагаемого материала и остроумию, проводимых в лаборатории школы научных экспериментов.
• В 1803 году была издана научная работа Ампера «Математическая теория игры», которую он представил Французскому институту. Она получила высокую оценку со стороны Пьера-Симона Лапласа.
• Через некоторое время комиссия инспекторов утвердила кандидатуру Андре на вакантное место преподавателя математического класса лицея Лиона.
• В 1804 году Ампер получил место репетитора в столичной Политехнической школе и переехал в Париж. После трёх лет утомительной и рутинной работы, которая в основном состояла в подготовке материала для лекций, ведения дополнительных занятий и разъяснения учащимся сложных вопросов, Андре-Мари назначили профессором математики школы, а также генеральным инспектором колледжей Франции.

Портрет начала XIX века

Работы в области электродинамики

В сентябре 1820 г., на одной из встреч Французской академии наук, Амперу и его товарищам по цеху представляют удивительное открытие датского физика Ханса Эрстеда в области электродинамики. Открытие это касается действия, оказываемого электрическим проводом на намагниченную иглу. Это пробуждает, в свою очередь, любопытство Ампера, который, продолжая опыт, исследует взаимосвязь электричества и магнетизма. Уже через две недели он обнародует результаты своих экспериментов, показавших, что два параллельных провода, по которым идёт электрический ток, взаимно притягиваются, если ток идёт в одном направлении, и взаимно отталкиваются, если ток идёт в противоположных направлениях. Открытие оказывается революционным и ляжет в основы зарождающейся электродинамики. Ампер продолжает ставить опыты, и все результаты вносит в еженедельные отчёты для академии. Позже они будут опубликованы в труде «Хроники опытов по химии и физике», который считается первой работой по электродинамике. Следующие научные заметки он представит публике в 1822 г. Все исследования и результаты опытов Ампера получают широкое распространение, и в 1826 г. выходит в свет самая значимая его работа – «Научный очерк математической теории электродинамических феноменов». Эта публикация стала истоком множества идей XIX столетия в отношении взаимодействия электричества и магнетизма. Этим трудом в своих работах руководствовались такие учёные, как Фарадей, Вебер, Томсон и Максвелл. В поисках подходящего названия для новой области науки впервые появляется термин «электродинамика». В 1827 г. Ампера избирают иностранным членом Королевского общества, а в 1828 г. и иностранным членом Королевской академии наук Швеции.

Андре Ампер

Андрэ-Мари Ампер (фр. André-Marie Ampère). Родился 20 января 1775 года – умер 10 июня 1836 года. Знаменитый французский физик, математик и естествоиспытатель, член Парижской Академии наук (1814). Член многих академий наук, в частности иностранный почётный член Петербургской Академии наук (1830). Он создал первую теорию, которая выражала связь электрических и магнитных явлений. Амперу принадлежит гипотеза о природе магнетизма, он ввел в физику понятие «электрический ток». Джеймс Максвелл назвал Ампера «Ньютоном электричества».

Ампер родился в Лионе, получил домашнее образование. После смерти своего отца, гильотинированного в 1793, Ампер был сперва репетитором в Политехнической школе в Париже, затем занимал кафедру физики в Бурке, а с 1805 года – кафедру математики в парижской Политехнической школе, где он проявил себя и на литературном поприще, впервые выступив с сочинением: «Considerations sur la thèorie mathematique du jeu» («Рассуждения о математической теории игр», Лион, 1802).

В 1814 он был избран членом Академии наук, а с 1824 занимал должность профессора экспериментальной физики в Коллеж де Франс. Ампер умер 10 июня 1836 в Марселе.

Его имя внесено в список величайших учёных Франции, помещённый на первом этаже Эйфелевой башни.

Сын Андре Мари, Жан-Жак Ампер (1800-1864), был известным филологом.

Математика, механика и физика обязаны Амперу важными исследованиями. Его основные физические работы выполнены в области электродинамики. В 1820 он установил правило для определения направления действия магнитного поля на магнитную стрелку, известное ныне как правило Ампера; провёл множество опытов по исследованию взаимодействия между магнитом и электрическим током; для этих целей создал ряд приборов; обнаружил, что магнитное поле Земли влияет на движущиеся проводники с током. В том же году открыл взаимодействие между электрическими токами, сформулировал закон этого явления (закон Ампера), развил теорию магнетизма, предложил использовать электромагнитные процессы для передачи сигналов.

Согласно теории Ампера, магнитные взаимодействия являются результатом происходящих в телах взаимодействий так называемых круговых молекулярных токов, эквивалентных маленьким плоским магнитам, или магнитным листкам. Это утверждение носит название теоремы Ампера. Таким образом, большой магнит, по представлениям Ампера, состоит из множества таких элементарных магнитиков. В этом заключается суть глубокого убеждения учёного в чисто токовом происхождении магнетизма и тесной связи его с электрическими процессами.

В 1822 Ампером был открыт магнитный эффект соленоида (катушки с током), откуда следовала идея эквивалентности соленоида постоянному магниту. Также им было предложено усиливать магнитное поле с помощью железного сердечника, помещаемого внутрь соленоида. Идеи Ампера были изложены им в работах «Свод электродинамических наблюдений» (фр. «Récueil d’observations électrodynamiques», Париж, 1822), «Краткий курс теории электродинамических явлений» (фр. «Precis de la thèorie des phenômenes électrodynamiques», Париж, 1824), «Теория электродинамических явлений» (фр. «Thèorie des phenômenes électrodynamiques»).

В 1826 году им была доказана теорема о циркуляции магнитного поля.

В 1829 Ампер изобрёл такие устройства как коммутатор и электромагнитный телеграф.

В механике ему принадлежит формулировка термина «кинематика».

В 1830 году ввёл в научный оборот термин «кибернетика».

Разносторонний талант Ампера оставил след и в истории развития химии, которая отводит ему одну из почетных страниц и считает его, совместно с Авогадро, автором важнейшего закона современной химии.

В честь учёного единица силы электрического тока названа «ампером», а соответствующие измерительные приборы — «амперметрами».

Некоторые исследования Ампера относятся к ботанике, а также к философии, в частности «Наброски по философии науки» (фр. «Essais sur la philosophie des Sciences», 2 т., 1834-43; 2-е издание, 1857).

Кибернетика и кое-что ещё

В своей фундаментальной работе «Опыт о философии наук» Ампер дал понятие новой науке кибернетике. Он понимал ее как учение об управлении государством для обеспечения всеобщих благ. Её первая часть увидела свет в 1834 году, а вторая была издана уже после кончины автора в 1843 году. Важным элементом кибернетики Андре Мари называл теорию законов. По его мнению, она должна изучать происхождение законов, предвосхищая последствия, порождаемые ими. Автор подчеркивал принципиальное значение личности управленца, поэтому выступал за отбор лучших кандидатов, которым по силам справляться со своими обязанностями.

Также Ампер вывел необходимость существования ещё одного научного направления, как ответвления от кибернетики – ценольбологии, то есть науки об общественном счастье. Он ставил перед ней задачу определить лучшие условия жизни народов, чтобы создать оптимальную для этого экономическую систему. Фактически Андре Мари поднял вопрос о рациональности ведения хозяйства людьми, что должно способствовать всеобщему счастью.

Среди изобретений ученого были и вещи иного характера. Так, Ампер пытался создать новый язык международного общения, оптимизировал конструкции воздушных змеев и планировал написать эпическую поэму. Француз одним из первых стал рассматривать дифференциальные уравнения с частными производными, которые стали называть именем Монжа-Ампера. В химии независимо от Амедео Авогадро Ампер смог вывести закон молярных объемов газов. Кроме того, он предпринимал попытки систематизировать химические элементы по их свойствам.

Андре Мари Ампер скончался от осложнений, связанных с пневмонией 10 июня 1836 года, когда находился в очередной командировке в качестве главного инспектора.

Женитьба и начало преподавательской карьеры

В 1797 году Ампер встречает молодую красавицу Жюли, в которую влюбляется с первого взгляда. Вскоре состоялась их помолвка, а молодой человек, чтобы обеспечить своей семье хорошее будущее, берётся за уроки математики. Через два года Ампер смог встать на ноги. В 1799 году он женился, вскоре у супругов родился сын, которого назвали Жан-Жак. Всё это время Андре давал частные уроки, ему предложили стать в городе Бурже преподавателем химии и математики в Центральной школе.

В 1803 г. в жизни Ампера происходит очередная трагедия: умирает его супруга Жюли, которая на протяжении многих лет страдала слабым здоровьем. Оставаться в Лионе, где многое напоминало о любимой жене, было невозможно, поэтому Андре-Мари решается перебраться в Париж.

В 1804 году в столице Франции он становится младшим преподавателем Политехнической школы. Спустя 5 лет работы учителем Ампер получает звание профессора, хоть он был самоучкой. Ученый занимал престижную должность в Политехнической школе до 1828 года, параллельно читая лекции по астрономии и философии в Парижском университете. В 1814 г. его принимают в ряды Академии наук, ученые того времени по достоинству оценили не только его преподавательские способности, но и глубокие знания в области электродинамики.

Первое десятилетие в Париже

Переезд в Париж произошёл вскоре после того, как Ампер овдовел. Потеря обожаемой жены повергла его в отчаяние и религиозное смятение. Может быть, ещё и поэтому Ампер, несмотря на мольбы его матери, поспешил оставить Лион, чтобы начать в Париже преподавание в организованной десять лет назад Политехнической школе.

Начав работать репетитором, Ампер уже в 1807 приступил к самостоятельным занятиям, а вскоре он стал профессором математического анализа. Вскоре в Политехнической школе появился 24-летний Араго, с которым Ампер проводил впоследствии важные совместные исследования. Отношение к Амперу коллег, среди которых было немало действительно крупных учёных, было вполне благожелательным, его работа шла успешно, но душевная рана, нанесённая потерей жены, была мучительной.

Движимые лучшими чувствами друзья Ампера познакомили его с семейством, в котором была дочь «на выданье», 26-летняя Жанна Франсуаза. Жертвой торгашеской алчности и грубого эгоизма этой женщины и всего её семейства вскоре и стал доверчивый, простодушный и беззащитный в своей наивности Ампер, которого через некоторое время попросту выгнали из дома, и ему пришлось обрести временный кров в Министерстве внутренних дел.

Число профессиональных обязанностей Ампера тем временем возрастало. Он назначается на должность профессора математического анализа и экзаменатора по механике в первом отделении Политехнической школы, работает (до 1810) в Консультативном бюро искусств и ремёсел и с осени 1808 в должности главного инспектора университета. Эта последняя работа, взяться за которую Ампера вынудили стеснённые материальные обстоятельства, требовала постоянных разъездов, отнимала особенно много времени и сил. Он отдал этой изнурительной работе 28 лет, и последняя командировка закончилась на дороге в Марсель в 1836 его кончиной.

Перегрузка работой и житейские невзгоды не могли не отразиться на научной продуктивности Ампера. Это особенно заметно на его исследованиях в области математики, хотя за ним сохранялось почётное право посещать заседания Академии наук и представлять мемуары. В меньшей мере спад научной активности коснулся химии, с видными представителями которой Ампер плодотворно общался. Почти весь 1808 его увлекали идеи, которые впоследствии стали относить к области атомистики. Но периодом резкого взлета научной активности, временем его главных достижений оказались годы после его избрания в 1814 в Академию наук.

Время научных открытий

• С 1808 года, помимо преподавания, Ампер регулярно уделял время научной деятельности. Круг его интересов был очень широк – это математика, химия, механика, физика, философия, зоология и ботаника.
• Он работал над классификацией химических элементов, а также проводил исследования по развитию анатомической теории. Его работы, как и труды А. Авогадро, внесли ясность в эту область научных знаний.
• Также учёный, проявив интерес к основам механики, разработал свой метод доказательства одного из основных принципов теоретической механики — «Принципа возможных перемещений».
• Ампер сделал математический анализ волновой поверхности, в рамках развитой Френелем волновой теории света, а также принял активное участие в разработке методов анализа механики твёрдого тела.
• В 1814 году его избрали членом французской Академии наук. Учёный продолжил читать лекции в Политехнической школе, а также выполнять обязанности генерального инспектора.
• В 1820 году Ампер приступил к опытам с электричеством. Через некоторое время он открыл явление взаимодействия электрических токов и описал его (закон Ампера). Также учёный исследовал взаимодействие и связь электричества и магнитного поля, создав для этого несколько приборов, и сформулировал теоретические основы этого явления.
• В 1822 году, свернув проводник в спираль, он создал катушку с током (соленоид) и обнаружил, что тот ведёт себя как постоянный магнит. Для усиления магнитного поля учёный предложил использовать сердечник из железа.
• До 1826 году Ампером было издано несколько научных трудов с изложением его идей в сфере изучения электричества, среди которых центральное место заняла работа «Теория электродинамических явлений».

Гравюра Андре-Мари Ампера

Работа в области электромагнетизма [ править ]

В сентябре 1820 года друг Ампера и, в конечном итоге, прославитель Франсуа Араго показал членам Французской академии наук удивительное открытие датского физика Ганса Христиана Эрстеда, что магнитная стрелка отклоняется под действием соседнего электрического тока . Ампер начал разработку математической и физической теории, чтобы понять связь между электричеством и магнетизмом.. Продолжая экспериментальную работу Эрстеда, Ампер показал, что два параллельных провода, по которым проходят электрические токи, притягиваются или отталкиваются друг от друга, в зависимости от того, протекают ли токи в одном или противоположных направлениях, соответственно – это заложило основу электродинамики. Он также применил математику для обобщения физических законов из этих экспериментальных результатов. Самым важным из них был принцип, получивший название закона Ампера , который гласит, что взаимное действие двух отрезков токоведущего провода пропорционально их длине и силе их токов. Ампер также применил тот же принцип к магнетизму, продемонстрировав гармонию между его законом и французским физиком Шарлем Огюстеном де Кулоном.закон магнитного действия. Приверженность Ампера экспериментальным методам и умение владеть ими закрепили его науку в новых областях экспериментальной физики.

Ампер также дал физическое понимание электромагнитных отношений, теоретизируя существование «электродинамической молекулы» (предшественницы идеи электрона ), которая служила составным элементом как электричества, так и магнетизма. Используя это физическое объяснение электромагнитного движения, Ампер разработал физическое описание электромагнитных явлений, которое было как эмпирически доказуемым, так и математически предсказуемым. В 1827 году Ампер опубликовал свой великий труд « Mémoire sur la théorie mathématique des phénomènes électrodynamiques unique déduite de l’experience» («Воспоминания о математической теории электродинамических явлений, уникально выведенные из опыта»), работу, которая дала название его новой науке о электродинамике., и впоследствии стал известен как его основополагающий трактат.

В 1827 году Ампер был избран иностранным членом Королевского общества, а в 1828 году – иностранным членом Шведской королевской академии наук .