Открытия в области электромеханики
После открытий Майкла Фарадея осталось немало вопросов, связанных с электромагнитной индукцией. Еще не было точных приборов и методик измерения магнитных величин, не существовало количественных характеристик и закона о направлении индуктированных токов. Существенный вклад в разрешение этих противоречий внес именно Ленц.
Его активный интерес к электромагнетизму был определен открытием законов Ома и Ампера. Пытливый ум талантливого экспериментатора захотел на практике проверить справедливость выводов их авторов. Эмилий Христианович имел большой опыт использования крутильных весов Кулона, с помощью которых в 1832 году подтвердил правильность выводов Ома, что позволило признать его закон мировым научным сообществом.
После открытия явления электромагнитной индукции ученый разработал баллистический метод измерений, призванный изучать законы индукции. Он провел серию экспериментов, направленных на определение количественных законов индукции. Гипотеза Ленца состояла в следующем: сила мгновенного тока индукции обладает эффектом аналогичным удару. Его сила может быть установлена по скорости, которая сообщалась стрелке мультипликатора – единственного в эти годы индикатора тока.
Установка Ленца представляла собой укрепленный на столе постоянный магнит с якорем, имеющим обмотку, которая электрически соединялась с мультипликатором. Данные прибора наблюдались с помощью оптической трубы и специального зеркала. На основе описанного метода был создан современный баллистический гальванометр.
Полученные результаты Ленц тщательно проанализировал и сделал ряд выводов, получивших высокое научное признание.Ученый понял, что на появление индуктированного тока влияет скорость «отрывания» катушки от магнита. Возбуждаемая в ней сила прямо пропорциональна количеству витков и тождественна сумме электродвижущих сил, появляющихся при каждом витке. Но на нее никак не влияет материал и диаметр якорной обмотки. Все представленные закономерности стали ключевыми количественными характеристиками электромагнитной индукции.
Яркая молодость
Эмилий Ленц появился на свет 24 (12) февраля 1804 года в городе Дерпт (сейчас Тарту, Эстония), располагавшемся на территории Лифляндской губернии. Его отец трудился обер-секретарем городского магистрата, но довольно рано ушел из жизни. После окончания обучения в местной гимназии юноша поступает в Дерптский университет на естественно-научный факультет. Это посоветовал ему сделать дядя, профессор химии Фердинанд Гизе
Молодой и амбициозный студент сразу привлек внимание многих преподавателей своей целеустремленностью, трудолюбием и, конечно, огромным талантом. Ректор университета Егор Иванович (Георг Фридрих) Паррот создал в учебном заведении прекрасный физический кабинет и привлек к работе в нем Ленца
После смерти дяди, который оказывал ему материальную поддержку, в 1821 году Эмилий переводится на богословский факультет, так как там платили небольшую стипендию. Но теология не входила в сферу интересов любознательного студента и это замечали многие преподаватели.
Труды
- Исследование магнитной аномалии в Финском заливе : Дис., напис. для получения учен. степ. магистра физики канд. И. С.-П. ун-та Р. Ленцом Санкт-Петербург : тип. Мор. м-ва, 1862
- Исследования в Восточной Персии и в Хератском владении / Р. Ленца. Ч. 1- Санкт-Петербург : тип. Акад. наук, 1868
- О влиянии температуры на теплопроводность металлов : Рассуждение, представл. в Физ.-мат. фак. для получения степ. д-ра физики Р. Ленцом Санкт-Петербург : тип. Имп. Акад. наук, 1869
- Объемный ртутный вольтаметр / Р. Ленца Санкт-Петербург] : тип. Имп. Акад. наук,
- О применяемости к жидким проводникам закона Кирхгофа о разветвлении токов Санкт-Петербург] : тип. Имп. Акад. наук,
- О галваническом сопротивлении водных растворов солей водорода, калия, натрия и аммония Санкт-Петербург : тип. Имп. Акад. наук, ценз. 1878
- Ртутный инверсор Санкт-Петербург] : тип. Имп. Акад. наук, ценз. 1878
- О виде земли и уровня океанов Санкт-Петербург : тип. Имп. Акад. наук, 1879
- Лекции физики, читанные в С.-Петербургском технологическом институте профессором Ленцем Санкт-Петербург : Лит. Ф. Кремер, 1888
- Результаты сельского хозяйства в России за последнее десятилетие в России / Р. Э. Л. Юрьев : тип. К. Маттисена, 1902
Закон Джоуля-Ленца
Огромное значение для науки имели труды российского физика по установлению количества тепла, которое выделяется током в проводнике. В 1833 году Ленц обнаружил связь между электропроводностью металлов и степенью их нагревания. Для более объективной фиксации измерений он сконструировал специальный прибор, позволяющий точно определить количество выделяемого тепла. В результате науку обогатил еще один закон, названный именем Джоуля-Ленца. Причина двойного наименования связана с тем, что окончательную версию закона Эмилий Христианович представил в 1843 году почти в одно время с английским ученым Джеймсом Джоулем.
Формулировка научного закона звучит так:
Сегодня, пользуясь этим законом, рассчитывают мощность электрических нагревателей и объем теплопотерь на линиях электропередач.
В соавторстве с Борисом Семёновичем Якоби Ленц организует эксперименты по изучению законов намагничивания железа. Их совместные труды «О притяжении электромагнитов» и «О законах электромагнитов» были оценены научным сообществом очень высоко. В 1844 году ученый узнает о трудностях одного из коллег, работавшего в области электромедицины, которые были связаны с подключением нескольких пациентов к параллельным цепям источника. Озабоченный этой проблемой Ленц, предложил формулу, позволяющую определить ток в любой из параллельных цепей, которые содержат источники электродвижущих сил.
↑ Круче Ампера и Фарадея
В дальнейшем Эмилий Ленц занимался различными исследованиями проводил магнитные и гравитационные наблюдения, изучал пробы нефти из открытого в Баку месторождения и т. д. Однако его всё больше привлекало такое перспективное на то время направление физики, как электротехника.
Собственно, самой электротехники как науки тогда ещё не существовало – Ленцу предстояло стать одним из её основоположников. Были опыты ряда отечественных и особенно зарубежных учёных, в том числе таких именитых, как Фарадей и Ампер.
Эти знаменитые физики в 1830-е годы сформулировали несколько правил, по факту мнемонических, для определения направления индуктивного тока; однако закономерности образования такого тока и его направления никто не знал. Ленц заполнил этот пробел и вывел закон, который и известен сегодня как «правило Ленца».
↑ Ленц в Петербургском университете
Выше было написано, что Ленц с самого начала сотрудничал с петербургским научным сообществом. Впоследствии, в 1836 году, он был приглашён и в столичный университет, где возглавил кафедру физики и физической географии. Затем его избрали деканом физико-математического факультета, а позднее он стал ректором Петербургского университета.
Одной из важнейших задач для себя великий учёный считал улучшение преподавания физики и других естественных наук как во вверенном ему университете, так и в других учебных заведениях страны, в том числе в гимназиях. И он добился своего – при нём физики и химии в гимназиях и вузах стало больше, а богословия, соответственно, меньше.
Ленц издал «Руководство к физике» – стандартный учебник, на долгие годы ставший основным пособием в российских гимназиях. Учениками Эмилия Ленца были многие выдающиеся учёные, в том числе гениальнейший Д. И. Менделеев. Немалый вклад внёс Ленц и в отечественную (и мировую) географию и метеорологию.
Являясь одним из создателей физической географии, он определял её как науку, с помощью которой изучаются физические закономерности наблюдаемых географических и погодных явлений. Когда по инициативе целого ряда учёных было создано Русское географическое общество (1845 год), Эмилий Ленц вошёл в его Совет, состоявший из семи членов.
В 1865 году Ленц уехал в Италию на лечение и вскоре, 29.01.1865г умер. Похоронен в Риме.
Интересные факты
- Ленц внес большой вклад в изучение науки о Земле, сделав вывод о первостепенном влиянии солнечной радиации на процессы, происходящие в атмосфере планеты.
- Задолго до изобретения осциллографа ученому удалось создать коммутатор, позволивший ему первым в мире снять фазовые кривые тока намагничивания и показать их как синусоиды.
- Студентом Ленца в Главном педагогическом институте был выдающийся химик Дмитрий Иванович Менделеев, на становление личности которого он оказал большое влияние.
- Эмиль Христианович был членом научных обществ многих европейских государств, в том числе Туринской и Берлинской академии наук.
- В честь Ленца был назван кратер на Луне, находящийся на её оборотной стороне.
- Несмотря на то, что Ленц всю жизнь прожил в Российской империи, он так и не выучил русский язык, что ему не помешало стать основателем отечественной школы электротехники.
Ленц Эмилий Христианович
Ленц Эмилий Христианович Родился: 24 марта 1804 года.
Умер: 29 января (10 февраля) 1865 года.
Биография
Эмилий Христианович Ленц (при рождении Генрих Фридрих Эмиль Ленц, нем. Heinrich Friedrich Emil Lenz; 12 (24) февраля 1804, Дерпт — 29 января (10 февраля) 1865, Рим) — выдающийся русский физик немецкого происхождения. Выходец из балтийских немцев. Э. Х. Ленц является одним из основоположников электротехники. С его именем связано открытие закона, определяющего тепловые действия тока, и закона, определяющего направление индукционного тока.
С 1823 до 1826 год принимал участие как физик в кругосветном путешествии Коцебу. Результаты научных исследований этой экспедиции были напечатаны им в «Мемуарах Санкт-Петербургской академии наук» (1831). В 1829 принимал участие в первой экспедиции на Эльбрус под руководством генерала Эммануэля. В 1828 году выбран адъюнктом академии, а в 1834 году академиком. Вместе с тем он состоял профессором, а в последние годы и ректором СПб университета. Преподавал также в знаменитой Немецкой школе Святого Петра (1830—1831), в Главном педагогическом институте и в Михайловском артиллерийском училище. Лекции его по физике и физической географии отличались замечательной ясностью и строгой систематичностью. Такими же качествами обладали и его известные руководства физики (для гимназии) и физической географии; оба учебника выдержали несколько изданий, но первый из них был особенно распространён. Настолько же блестяща и плодотворна была и научная деятельность академика Ленца.
В истории физики научным трудам его всегда будет отводиться почетное место. Многие его научные исследования относятся к физической географии (о температуре и солености моря, об изменчивости уровня Каспийского моря, о барометрическом измерении высот, об измерении магнитного наклонения и напряженности земного магнетизма и др.). Но главным образом он работал в области электромагнетизма
Выяснению важного значения этих работ посвящены, между прочим, сочинения А. Савельева: «О трудах академика Ленца в магнитоэлектричестве» (СПб., 1854) и В
Лебединского: «Ленц как один из основателей науки об электромагнетизме» (журн. «Электричество» 1895). Главнейшие результаты его исследований излагаются и во всех учебниках физики. Именно:
Закон индукции («Правило Ленца»), по которому направление индукционного тока всегда таково, что он препятствует тому действию (напр. движению), которым он вызывается (1834 г.).«Закон Джоуля — Ленца»: количество теплоты, выделяемое током в проводнике, пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению проводника (1842 г.).Опыты, подтверждающие «явление Пельтье»; если пропускать гальванический ток через висмутовый и сурьмяной стержни, спаянные концами и охлажденные до 0 °C, то можно заморозить воду, налитую в ямку около спая (1838).Опыты над поляризацией электродов (1847) и т. д.
Некоторые свои исследования Ленц производил вместе с Парротом (о сжатии тел), Савельевым (о гальванической поляризации) и академиком Борисом Якоби (об электромагнитах). Список его мемуаров, которые печатались в «Записках Императорской Академии Наук» и в журнале «Poggendorfs Annalen», помещён в «Biographisch-literarisches Handwörterbuch von Poggendorf» (I, 1424). Сын Ленц, Роберт Эмильевич
Экспедиция на Эльбрус
В 1829 году Эмилий отправляется в составе первой экспедиции на Эльбрус, которую возглавлял генерал Георгий Арсеньевич Эммануэль. Его появление здесь не было случайным – поездка носила научный характер и участвовали в ней многие научные светила того времени – зоолог Эдуард Петрович Минетрие, геофизик Адольф Яковлевич Купфер, ботаник Карл Антонович Мейер. Официальным художником экспедиции выступал Иосиф Карлович Бернардацци. Во время путешествия ученый смог рассчитать высоту горы барометрическим способом.
Ленц не остался в тени коллег и принял участив в финальном восхождении на вершину. Вместе с ним было еще трое человек – два проводника и казак Лысенков. Однако первым покорителем Эльбруса талантливый физик не стал – он был вынужден остановиться на высоте 5350 м из-за недостатка кислорода. В итоге первым поднялся на вершину местный горец Киллар Хаширов. Позднее по протекции Академии наук были сделаны две плиты на арабском и русском языках, содержащие надпись с упоминанием имен всех участников экспедиции, в том числе и Ленца.
В этот период своей жизни Ленц активно изучал изменения уровня Каспия, установив, что его показатель выше, чем у Чёрного. Также он организовал изучение магнитных явлений в Николаевской обсерватории на Кавказе, а также исследовал выход на поверхность горючих газов в районе Баку. Неподалеку от города ученый собрал образцы нефти и водрузил футшток с целью фиксации уровня воды в Каспийском море.
НАШИ ЛЮДИ
Яценко, Леонид Петрович
Физики
украинский физик действительный член Национальной академии наук Украины, директор Института физики НАН Украины
Ярив, Амнон
Физики
израильский и американский профессор прикладной физики и электротехники в Калифорнийском технологическом институте, известный своими разработками в области оптоэлектроники
Яппа, Юрий Андреевич
Физики
советский и российский физик-теоретик
Янус, Рудольф Иванович
Физики
советский физик
Янсонс, Юрис (учёный)
Физики
советский и латвийский физик в области механики полимеров
Янский, Карл
Физики
американский физик и радиоинженер, основоположник радиоастрономии
Янг Чжэньнин
Физики
китайский и американский физик
Ялоу, Розалин Сасмен
Физики
американский биофизик
Биография
Родился 16 ноября 1833 года в Санкт-Петербурге. Первоначальное и среднее образование получил в реформатской школе, а высшее получил в Санкт-Петербургском университете, где в 1855 году окончил курс со степенью кандидата математических наук. Стал преподавать общую физику (с 1857 года ещё и техническую физику) в Петербургском технологическом институте. Преподавал также в университете, Горном институте и в строительном училище.
В последующие годы получил учёные звания магистра и доктора физики. Став членом Императорского русского географического общества, Ленц вскоре занял место председателя отделения физической географии. Им были организованы все международные полярные станции и экспедиция для систематического исследования силы тяжести в России.
Он принимал личное участие в производстве астрономических и магнитных наблюдении в Персии и Афганистане и в работах по определению силы тяжести в Финляндии, являлся представителем России на международных полярных конгрессах в Гамбурге, Берне и Вене, и на электрическом конгрессе в Париже. Ленц долго занимался педагогической деятельностью. В 1865 вместе с А. И. Савичем объехал западный берег Финляндии для наблюдения над качанием маятника. Директор Экспедиции заготовления государственных бумаг (с 1889), член Комитета министров
За 10 лет руководства Экспедицией заготовления государственных бумаг, он обогатил её множеством нововведений, обращая постоянно внимание на улучшение быта рабочих и служащих экспедиции.
При нём были учреждены испытательные отделения экспедиции: химико-техническое, фото-химическое, художественное, открыты классы рисования и гравирования на меди. Работы Роберта Ленца посвящены, главным образом, исследованию гальванического сопротивления аргентана, ртути, растворов различных солей и пр. Занимался изучением прочности бумаги в зависимости от температуры, влажности и других условий. Действительный член РГО, председатель Отделения физической географии, награждён малой золотой медалью РГО. Участник международных конгрессов в Гамбурге, Берне, Вене, Париже.
Скончался 5 апреля 1903 года в имении Куярви близ станции Новая Кирка Финляндской железной дороги (посёлок Краснофлотское Выборгский район).
Открытие закона Ленца
Отталкиваясь от работ Фарадея, Ленц организовал несколько оригинальных опытов, призванных объяснить природу открытых им явлений. Осенью 1833 года ученый выступил на заседании Академии наук с докладом о полученных в ходе экспериментов выводах в области электромагнетизма. Он познакомил научную общественность с основополагающим законом электродинамики (закон Ленца), в котором утверждалось, что любому электромагнитному явлению соответствует затраченная механическая энергия. Тем самым российский физик вплотную приблизился к открытию закона сохранения и превращения энергии, который спустя 8 лет сформулировал немецкий физик Р. Майерс.
Вывод справедлив, ведь если внешняя сила заставит магнит или проводник с током перемещаться рядом с замкнутым проводником, его механическая энергия трансформируется в электромагнитную энергию тока индукции. Согласно закону Ленца, побуждаемая сила индуктированного тока блокирует движение, которым он был вызван. Иными словами, при наличии магнита необходима большая затрата энергии, нежели в его отсутствие.
Эмилий Христианович был уникальным ученым, ведь ему удавалось успешно сочетать фундаментальные научные исследования с их практическим использованием. Взяв за основу собственноручно открытый закон, он вывел принцип обратимости электрических машин. В итоге Ленцу удалось доказать, что одна и та же электромашина может выступать в качестве источника тока (генератора) либо быть электрическим двигателем.
Внимательно изучая характер работы электромашин, Ленц открыл еще одно важнейшее физическое явление, полезное для электротехники. Оно связано с влиянием магнитного поля, которое создается током в обмотке якоря на обмотку полюсов. Возникающие таким образом явления стали называть «реакция якоря».
