Митчел Уилсон - Американские ученые и изобретатели

• Название: Американские ученые и изобретатели
• Автор: Митчел Уилсон
• Издательство: Pyfybt
• Жанр: Научпоп
• Год: 1964

Очерки, посвящённые самым выдающимся учёным и изобретателям Америки, чья деятельность оказывала часто решающие влияние на развитие мировой науки и техники. Рассказывая об их жизни и творчестве, автор в то же время показывает их неразрывную связь с мировой наукой, с мировой культурой. Поэтому содержание книги значительно шире того, что можно предположить по её названию.

Книга представляет собой серию литературных портретов известных американских ученых и изобретателей — Франклина, Морзе, Эдисона, братьев Райт, Фултона, Эли Уитни, Генри, Чарльза Гудийра, Александра Белла, Уилларда Гиббса, Альберта Майкельсона, Роберта Милликена, Ли де Фореста, Ирвинга Пангмюра.

Читателя, который даст себе труд познакомиться с очерками Митчела Уилсона, воскрешающими яркие страницы истории изобретательской мысли, не придётся убеждать в высоких литературных достоинствах этого труда. Писатель выступает не только как острый новеллист, но и как глубокий знаток тех конкретных областей человеческой деятельности, в которых подвизаются его герои.

---

«Имея в виду достичь этого, я и начал опыты, — писал он, спрятав глубокое разочарование за подчеркнутой беспристрастностью. — Тем временем цель, к которой я стремился… была достигнута господином Фарадеем из Королевского общества».

Затем он изложил работу Фарадея и описал собственные опыты, ограничившись очень краткими косвенными намеками на то, что первооткрывателем был все-таки он.

Прибор Генри состоял из двух катушек, ничем не соединенных между собой. Одна из них с магнитом внутри была включена в замкнутую цепь с батареей. Другая катушка, для которой первая служила якорем, соединялась лишь с гальванометром. Она не имела никакого источника питания.

«Я встал около гальванометра, и по моему сигналу ассистент… подключил батарею к якорю. Северный конец стрелки гальванометра отклонился на 30 градусов, указывая на наличие тока в катушке, в которую вставлялся якорь…» Иными словами, ток возникал в том проводнике, который не был подключен ни к какому источнику электрической энергии. Однако тут же Генри ожидало разочарование, ибо стрелка гальванометра возвратилась в нулевое положение, хотя в катушке вокруг магнита еще шел ток. Генри дал знак своему ассистенту выключить этот ток. К его великому удивлению, в тот момент, когда ток был выключен, стрелка гальванометра прыгнула опять, но уже в другом направлении.

Теперь, оглядываясь назад, нетрудно объяснить случившееся: когда электрический ток пошел по катушке с магнитом, магнитный поток в якоре изменился от нуля до своего максимального значения. Это мгновенное изменение магнитного потока индуцировало электрический ток в наружной катушке. Когда ток в магнитной катушке внезапно прекратился, величина магнитного потока в якоре опять упала до нуля. И тем самым еще раз был дан импульс току в наружной катушке.

Генри сделал следующий вывод из этого явления: «Мгновенно возникающий в том или другом направлении ток сопровождает каждое изменение степени намагниченности железа…»

Телеграф, трансформатор и электрический мотор Генри

Итак, Генри установил, что как только в проводнике возникает напряжение, устремившийся ток создает на какое-то мгновение увеличивающееся магнитное поле. В любом проводнике, помещенном в это изменяющееся магнитное поле, возникает индуцированный ток. И Генри нашел, что в значение слов «любой проводник» обязательно включается и тот самый проводник, который вначале создал поле.

Электрическое реле и первый электромагнитный телеграф Генри создал в 1831 году, опередив Морзе на 6 лет. Приемником у Генри служил звонок. В Принстоне Генри передал сигналы по проводам на расстояние в одну милю и заявил, что его реле позволяют как угодно удлинить цепь.

Еще в 1829 году он наблюдал влияние на ток собственного изменяющегося магнитного потока — явление, названное теперь самоиндукцией.

В статье, опубликованной в 1838 году, Генри впервые описал это явление Друзья его были очень огорчены тем, что вся слава этого открытия досталась Фарадею, а не Генри. Со времен Франклина американской науке не представлялось такой возможности заслужить мировое признание. Молодая республика была особенно чувствительна к мнению европейцев о том, что Америка якобы не способна дать что-либо в области культуры. Вместо того, чтобы сочувствовать Генри, соотечественники во всем винили его. Он был так подавлен, что всерьез подумывал о том, чтобы навсегда оставить науку, но его друзья, стараясь создать ему лучшие условия для исследовательской работы, выхлопотали ему назначение в Принстонский университет.

Еще в Олбани Генри изобрел электрическое реле, которое использовал для создания первой электромагнитной телеграфной системы. В Принстоне он продолжил свои исследования и так наглядно описал взаимную индукцию, что приведенное ниже описание опыта вполне может служить чертежом электрического трансформатора:

«Основные части прибора, применявшегося в опыте, состоят из нескольких плоских витков с намотанной медной лентой… Катушка N 1 подключена к маленькой батарее, а катушка N 2 (с небольшим числом витков) помещается на ней. Полная изоляция обеспечена вставленной между ними стеклянной пластинкой. Как только ток в катушке N 1 прерывается, в катушке № 2 возникает сильный вторичный ток… Однако этот ток едва ощущается пальцами, и удар от него слаб».

Иными словами, сила тока возрастала, а напряжение падало. Такое сочетание катушек представляло собой первый понижающий трансформатор. «Если катушка № 1 остается такой же, а в катушке № 2 увеличивается количество витков, то при таком сочетании намагничивание гораздо слабее… но удары тока намного сильнее».

Генри уменьшил силу тока, но поднял напряжение, т. е. сделал первый образец повышающего трансформатора. Техника постановки опытов была весьма изобретательной, и Генри ясно понимал сущность явлений. Поэтому он смог доказать, что происходит колебательный разряд конденсатора. Это был наиболее важный опыт по исследованию емкости со времени анализа лейденской банки, произведенного Франклином.

Своей последней крупной работой в области электричества Генри опередил Герца. В 1842 году он обнаружил, что иглы, находящиеся в подвале здания, намагничиваются от электрической искры, полученной на втором этаже.

Первый электромотор был создан Генри в 1831 году. Железный прут, обмотанный проволокой, качался на оси, по очереди замыкая контакты гальванических элементов с помощью проволок ор и qr. Это была всего лишь игрушка, но живший по соседству кузнец Девенпорт построил настоящий мотор с вращающимся якорем.

Он ясно понимал, что это явление, так же как и распространение света, объясняется распространением волн. Спустя 25 лет Максвелл изложил все, что открыл Генри, в четырех уравнениях электродинамики.

Правительство Соединенных Штатов искало подходящую кандидатуру на пост директора только что организованного Смитсонианского научного общества. Этот пост был предложен Генри. Ученый понимал, что основание такого общества впервые давало возможность привести американскую науку в стройную систему. Двадцать лет назад чувство долга перед наукой заставило его отказаться от профессии инженера, сулившей ему богатство. Точно так же и теперь он отказался от исследований, став первым государственным администратором по вопросам науки.

Именно в роли директора Смитсонианского научного общества он и был известен своим соотечественникам. Генри знали как советника Авраама Линкольна по вопросам науки в годы войны и как человека, который оказал поддержку молодым изобретателям Морзе, Беллу и другим.

В последние десятилетия своей жизни он был известен всем как человек неподкупной честности, твердый и властный. И еще долго после его смерти для всех, кроме его дочери, оставалось тайной, что этот замкнутый, внешне холодный старик горько сожалел о том, что в прежние годы был обойден вполне заслуженной им славой.

Семюэл Морзе

Люди всегда находили способы связи на расстоянии. Костры, мерцавшие на вершинах холмов во мраке доисторических времен, предупреждали отдаленные племена о приближении противника или о том, что стаи диких зверей перебираются на новые места. В XVII веке, когда англичане начали эксперименты с семафорами различных конструкций, стали употреблять слово «телеграф». Наблюдатель, находящийся на далеком холме, получал сигнал и передавал его наблюдателю на следующий пост.

В конце XVIII века стали применять систему Шаппе. Телеграфист на башне с помощью подзорной трубы принимал сигнал, передаваемый с другой вышки, расположенной на расстоянии пятнадцати миль от первой. Получив сигнал, телеграфист спускался вниз, переводил ручки семафора и усердно передавал сообщение на следующую вышку.

В Соединенных Штатах на мысе Код до сих пор высится множество телеграфных холмов — остатки первой коммерческой семафорной системы, построенной Джонатаном Гроутом в 1800 году для передачи с острова Мартас-Вайньярд бостонским купцам известий о прибытии кораблей.

Молодой республике нужна была связь вдоль всего Атлантического побережья. Правительство предложило награду в 30 тысяч долларов за телеграфную систему, которая действовала бы на протяжении в тысячу миль.

И тут произошла историческая случайность: вместо слова «семафор» в предложении правительства было употреблено слово «телеграф». После нескольких лет бесплодных ожиданий, на исходе 30-х годов прошлого века правительство, к своему удивлению, узнало, что на его полузабытое предложение откликнулся человек, который придал слову «телеграф» совершенно новое значение.

Звали этого человека Сэмюэл Финли Бриз Морзе. И Морзе, и Америка проделали большой путь с начала столетия. Морзе родился в 1791 году в Чарльзтауне, штат Массачузетс, в семье Джедида Морзе, прославленного проповедника в Новой Англии. Морзе был еще мальчиком в то время, когда умер отчаявшийся Дж. Фитч[4], когда Оливера Эванса[5] высмеивали скептики, не желавшие верить глазам своим. Морзе поступил в Йельский университет в 1807 году, через несколько месяцев после того, как Фултон совершил первое путешествие в Олбани на борту «Клермонта».