Вильгельм эдуард вебер




Скачать 228.05 Kb.
Дата19.07.2016
Размер228.05 Kb.

Журнал «Физика» № 10/2014. ИД «Первое сентября»

Подписка на сайте www.1september.ru  или по каталогу «Почта России»: 79147 (бумажная версия); 12757 (CD-версия)




В.Н. Белюстов belyustov@yandex.ru

МБОУ БГО «Борисоглебская гимназия № 1»,

г. Борисоглебск, Воронежская обл.

ВИЛЬГЕЛЬМ ЭДУАРД ВЕБЕР

В текущем году исполняется 210 лет со дня рождения одного из выдающихся физиков позапрошлого столетия – Вильгельма Эдуарда Вебера. Родившись 24 октября 1804 г., он прожил почти весь девятнадцатый век; его имя связано с величайшим завоеванием этого века – изобретением первого в Германии электромагнитного телеграфа стрелочного типа, новаторскими исследованиями в области земного магнетизма, гидродинамики, акустики, теплоты, молекулярной физики, электродинамики.




Вильгельм Эдуард Вебер

URL: http://www.beck-shop.de/fachbuch/leseprobe/9783842402416_Excerpt_001.pdf
Вильгельм был одним из двенадцати детей (к сожалению, семеро из них умерли ещё в младенчестве) Михаэля Вебера, профессора богословия университета с богатой 300-летней историей г. Виттенберга (Саксония), расположенного в ста километрах юго-западнее Берлина. В этом небольшом пятитысячном городке на берегу Эльбы семья Веберов проживала в доме, принадлежавшем профессору медицины и естествознания Кристиану Августу Ланггуту. Здесь же квартировал известный физик-акустик Эрнст Флоренс Фридрих Хладни. Именно отец, который слыл очень эрудированным человеком (хорошо разбирался в иврите и семитских языках, мог по памяти процитировать любой текст Нового Завета), и его друзья-учёные с ранних лет пробудили у всех детей интерес и уважение к науке. И, видимо, не случайно из всех детей – четыре брата и сестра – только старший стал служителем церкви, в то время как другие обратились к науке и медицине. Под влиянием Хладни Вильгельм уже с тринадцати лет принимал участие в опытах по изучению волновых явлений, проводимых старшим братом Эрнстом.

Во время освобождения прусским корпусом города-крепости Виттенберг от располагавшегося в нём гарнизона войск Наполеона (август 1813–январь 1814 гг.) один из снарядов осадного орудия угодил в дом Ланггута. Здание сгорело. За месяцы осады в полуразрушенном городе не стало водоснабжения, продукты нормировались. Семья Веберов в полной мере испытала на себе все страдания, которые приносит война, – нищету, болезни и голод. Численность населения Виттенберга сократилась на треть. Веберы вынуждены были бежать, найдя временное пристанище в расположенном в 20 км Шмидеберге (ныне – г. Бад-Шмидеберг, земля Саксония-Анхальт, Германия). Спустя год (1815) они перебрались в г. Галле, где Михаэль Вебер получил место профессора теологии в Духовной семинарии. После принятого прусским королём Фридрихом Вильгельмом III решения об объединении университетов Виттенберга и Галле (1817) Вебер-старший возглавил в этом учебном заведении факультет теологии.

Свои первые уроки Вильгельм получил от отца ещё в Виттенберге, но теперь его отдали в местную классическую гимназию, обучение в которой основывалось на методике знаменитого немецкого педагога Августа Германа Франке; проживал здесь же мальчик в интернате (его мать – Кристиана Фридерике – умерла в 1816 г.). По окончании гимназии он посвятил себя изучению натурфилософии: поступил в университет г. Галле (06.05.1822), где получил хорошую подготовку по физике у профессора Иоганна Соломона Христофора Швейггера и по математике у профессора Иоганна Фридриха Пфаффа. Учился Вебер на «отлично», выделяясь среди своих сокурсников глубокими знаниями и интеллигентностью.

Первый серьёзный труд Вильгельма Вебера – «Учение о волнах, основанное на опыте, или о волнах капельножидких тел с применением к звуковым и световым волнам» – результат его совместной работы со старшим братом Эрнстом Генрихом (профессором анатомии и физиологии Лейпцигского университета, известным в научных кругах не столько как физик, сколько как физиолог и психолог; основной закон психофизики носит его имя – закон Вебера-Фехнера). Свою 575-страничную монографию братья посвятили основателю экспериментальной акустики Э.-Ф.-Ф. Хладни, учившего их физике, когда они были ещё детьми. Интересно отметить, что это сочинение было начато Вильгельмом-школьником, а окончено – Вильгельмом-студентом, двадцатилетним юношей.

С целью экспериментального определения формы волн различных жидкостей и происходящих в волнах отдельных перемещений частиц братья Веберы первыми применили специальную ванну, сконструированную ими же. Для наблюдения формы поверхности волны в ванне с маслом они брали прямоугольный кусок аспидной (из чёрного сланца) доски, посыпанной мукой; если же ванна наполнялась водой или смесью спирта с водой – такой же кусок матовой стеклянной пластинки. При опускании пластинки в ванну параллельно её горизонтальным стенкам получалась линия уровня, которая отмечалась чертой. Затем с одного конца в ванну пускали каплю жидкости и, как только первая возвышенная часть волны достигала середины пластинки, последнюю выдергивали со скоростью, превышающей скорость распространения волны; тогда передняя часть гребня волны отпечатывалась совершенно чётко. Заднюю её часть получить было уже труднее, – для этого пластинку быстро погружали в ванну и тотчас же быстро вынимали.


Ванна Веберов для изучения волновых явлений
Для определения пути, пройденного колеблющимися в волне частицами, Эрнст и Вильгельм наполняли ванну мутной водой, взятой из реки Заале со взвешенными в ней мелкими частицами твёрдых тел, и наблюдали их движения либо невооружённым глазом, либо с использованием простого микроскопа с фокусным расстоянием 4 см. Затем, при помощи маленького пружинного циркуля, концы которого помещались между микроскопом и стеклянным боком ванны, они точно определяли размеры путей. Используя узкий проход между стеклянными стенками, исследователи выясняли зависимость скорости волны от глубины налитой воды, капиллярные и гравитационные волны, поведение нефти на поверхности жидкости.

В труде братьев Веберов содержался подробный отчёт об их пионерских опытах, демонстрировавших волнообразные движения в жидкостях, дисперсию волновых пакетов, отражение волн, их интерференцию и т.д. Книга, иллюстрированная выполненными ими же гравюрами, была обнародована в 1825 г. и разрешала один из самых животрепещущих вопросов того времени. Обширное и полное экспериментальное исследование бегущих и стоячих волн обратило внимание физиков на молодого Вильгельма Вебера, и его учёная карьера была обеспечена. В 1826 г. он защитил кандидатскую диссертацию по теории органных язычковых труб, а уже в следующем – докторскую, в которой рассмотрел согласованность звучания органных труб как систему связанных осцилляторов. Теперь дальнейшие научные исследования проводил Вильгельм Эдуард Вебер – экстраординарный профессор натуральной философии (с 1827 г.).

Незадолго перед тем (в 1802 г.) Хладни опубликовал свои замечательные открытия, касающиеся колебания твёрдых тел, и удивительные фигуры, объяснить которые не удавалось. С другой стороны, Томас Юнг обратил внимание физиков на интересное явление дифракции, объясняя его на основании теории волнообразного движения эфира – теории тогда ещё не общепринятой, но бывшей в начале XIX в. предметом усиленного внимания учёного мира. Поэтому последующие работы В.-Э. Вебера почти все относятся к акустике. Он исследовал резонанс звуковых волн, колебания струн и стержней, движение воздуха в звучащих трубах. Наблюдая неодинаковость силы звука колеблющегося камертона и металлического прута по различным направлениям, объяснил это явление интерференцией волн, исходящих от противолежащих сторон прута (1826). Высказал мнение, что комбинационные тоны двух одновременно звучащих простых тонов можно найти, развернув частное из числа колебаний обоих тонов в дробь и определив её приближения (1828). Выдвинул идею записи звука (1830). Всего в период с 1825 по 1835 гг. им было опубликовано по акустике 23 статьи.

В сентябре 1828 г. молодой учёный принял участие в работе VII съезда немецких естествоиспытателей и врачей в Берлине. Его доклад об органных трубах, прочитанный на съезде, привлёк внимание «короля математиков» Карла Фридриха Гаусса. В это время Гаусс под влиянием выдающегося немецкого естествоиспытателя Александра фон Гумбольдта увлёкся проблемой изучения магнитного поля Земли: непостоянство во времени интенсивности земного магнетизма было новым и ещё необъяснённым явлением. Для осуществления задуманной Гауссом и Гумбольдтом огромной программы по исследованию геомагнетизма требовался знающий сотрудник. Гаусс предложил Веберу совместную работу.

14 мая 1831 г. Вильгельм Вебер согласился возглавить кафедру физики Гёттингенского университета. Прежде всего им здесь была создана одна из первых в мире физических лабораторий. К подготовке лекционных опытов он стал привлекать студентов, предлагая наиболее способным небольшие физические исследования. Позднее он ввёл бесплатные практические занятия для желающих. С 12 сентября Вебер начал проводить совместно с К.-Ф. Гауссом свои ставшие впоследствии классическими исследования. Их основной целью являлись выработка стандартов магнитных измерений, составление карты магнитного поля Земли и теоретическое осмысление локальных и временных изменений элементов земного магнетизма. 27-летний учёный деятельно участвовал в разработке технологии и приборном обеспечении абсолютных геомагнитных измерений и в самих измерениях. Поначалу работы проводились в астрономической обсерватории, а с осени 1833 г. – в новой магнитной обсерватории площадью около 50 м2, построенной из немагнитных материалов (в ней всё, что обычно делается из железа, было медным или латунным, включая гвозди) и оборудованной не только магнитными теодолитами и магнитографами конструкции Гаусса–Вебера, но и приборами для опытов в области электромагнетизма. Уникальные исследования геомагнитных вариаций выполнялись здесь в условленные дни (8 раз в год, каждый раз по 44 часа подряд), но не ежечасно, как это делалось ранее в Берлине, Фрейберге, Петербурге, Казани и Николаеве, а через каждые 10 минут, иногда и через 5 минут. В дальнейшем число сроков было сокращено до 6 в год, а их продолжительность установлена в 24 часа. Со временем круг наблюдателей значительно расширился: к 1842 г. в этом проекте участвовали уже 50 обсерваторий, из которых 35 находились в Европе, шесть – в Азии, две – в Африке, три – в Северной Америке и четыре – в южных морях.

С целью координации усилий учёных, работавших по всему миру, К. Гауссом и В. Вебером было учреждено первое интернациональное содружество магнитологов разных стран – Гёттингенский Магнитный Союз (1834). Полученные на наблюдательных пунктах результаты доставлялись в Гёттинген, где обрабатывались Гауссом и Вебером. Обобщение ими магнитных данных доказало гипотезу Гильберта о том, что источник основного магнитного поля находится внутри Земли. Наблюдения Магнитного союза обнаружили одновременность появления магнитных бурь во всех пунктах и уменьшение их интенсивности к югу. Результаты совместных наблюдений ежегодно публиковались Гауссом и Вебером в специальном альманахе: всего с 1836 по 1841 гг. вышло шесть выпусков. Кроме того, им самим принадлежали многочисленные оригинальные работы в этой области – работы, имевшие огромное принципиальное значение. Наконец, одним из серьёзных результатов проводимых исследований стал вышедший в 1840 г. «Атлас земного магнетизма».

К этому же времени (1833) относится и устройство В.-Э. Вебером и К.-Ф. Гауссом первого в Пруссии действующего электромагнитного телеграфа (независимо от русского изобретателя-электротехника П.Л. Шиллинга). Идея соединения двухпроводной линией физического кабинета университета с магнитной астрономической обсерваторией родилась у исследователей в ходе проведения экспериментов по проверке закона Ома, определению сопротивления различных проводников и установлению законов разветвления цепей (правила сформулированы Г.-Р. Кирхгофом в 1845 г.). Фактически они построили телеграфы двух видов. В первом необходимую разность потенциалов обеспечивал гальванический источник тока, изготовленный из медной и цинковой пластин, опущенных в соляную кислоту. Однако вольтовы элементы быстро теряли свой заряд, поэтому изобретатели решили применить для телеграфии более удобный индукционный ток, открытый М. Фарадеем (1831). Вторая система, работавшая с помощью магнитного индуктора, была более стабильна, с ясными реакциями магнитной стрелки. Вильгельм Вебер в деталях выполнил практически всю конструкцию телеграфа. c:\users\xxxxxxxx\pictures\первый элмг телеграф веьера.gif


Передатчик

URL:http://webdoc.sub.gwdg.de/ebook/e/2005/gausscd/html/geraete_telegraph.htm
Передаточный аппарат представлял собой вертикально установленный прямой магнит, окружённый неподвижной короткой проволочной катушкой, который посредством рычага можно было мгновенно поднять или опустить. Генерируемые в катушке индукционные токи импульсно посылались через коммутатор в линию. На станции приёма эти токи приводили в колебание магнит мультипликатора (катушка с большим количеством витков проволоки), воздействовавшего, в свою очередь, на стальную стрелу длиной 1,21 м, укреплённую на шёлковой подвеске, которая при этом отклонялась вправо или влево от земного меридиана. Различные комбинации этих отклонений представляли систему букв. Алфавит авторами был составлен из 32 различных отклонений магнитной стрелки таким образом, что наибольшее число отклонений для одной комбинации, изображавшей букву, было 4. К примеру, буква а – одно отклонение влево (обозначается «+»), буква b – одно отклонение вправо (обозначается
«–»), буква m – влево-вправо-влево («– + –») и т.д.



Схема приёмного устройства телеграфа Гаусса-Вебера

URL:http://histel.com/z_histel/textos_bio/images_bio/gauss_weber_tlg.gif


Наблюдения за отклонением стрелки проводились посредством шкалы и зрительной трубы. Сущность предложенного ими метода такова: к стрелке на оси О прикреплено зеркальце H; против зеркальца установлена зрительная труба D, под нею расположена горизонтальная шкала E с делениями (F – вид шкалы). Нормаль к зеркалу проходит посередине между зрительной трубой и шкалой. По закону отражения света, наблюдатель, глядя в трубу, видит в ней изображение шкалы в зеркальце H и фиксирует определённое число. Если, например, луч, исходящий от какой-либо точки шкалы, попадёт на зеркало и затем, отразившись, попадёт в трубу, то наблюдатель, смотря через трубу на зеркало, увидит деление, стоящее на шкале у этой точки. При прохождении тока через мультипликатор стрелка отклоняется в сторону; вместе с нею вращается и зеркало. Тогда наблюдатель увидит в трубе уже не среднее деление шкалы, которое он видел сначала, а боковое; ему покажется, что шкала как бы отклонилась в сторону, и посреди поля зрения трубы он увидит новое число, которое даст ясное понятие о том, на сколько повернулась магнитная стрелка. телеграф вебера - схема

Соединительная линия между передающим и принимающим устройствами длиной 1,1 км первоначально состояла из двух параллельных медных проводов, позднее – из натянутых, как струна, неизолированных железных проводов диаметром 2–3 мм. Она проходила в воздухе над домами между физическим кабинетом и астрономической обсерваторией, которая тогда ещё располагалась на окраине города. Основной опорой для линии служила северная башня церкви Св. Иоанна. В 1834 г. линия была продлена ещё на 60 м – до магнитной обсерватории.

Вначале Вебер и Гаусс посылали друг другу отдельные слова, затем полные предложения. В пасхальное воскресенье 1833 г. с помощью электрического телеграфа было отправлено первое сообщение: «Wissen vor Meinen sein vor Scheinen» («Мои знания являются кажущимися» – возможно, перевод не точен. – В.Б.). Передача этих 30 букв длилась 4,5 минуты.

Существует занимательная история относительно первой переданной фразы. Говорят, что после апробации телеграфа среди сотрудников возник спор: сможет ли человек пробежать расстояние от физкабинета до обсерватории быстрее, чем туда дойдёт телеграмма. Разрешить ситуацию вызвался сотрудник по фамилии Михельманн. Пока магнитная стрелка двигалась вперёд и назад, а Гаусс буква за буквой расшифровывал кодированное сообщение «Михельманн идёт», человек был уже на месте. Но, вероятнее всего, это не более чем легенда: действительно, у Гаусса был помощник Вильгельм Самуэль Михельманн, но он был принят на работу лишь в апреле 1848 г. Первое официальное упоминание о телеграфе К.-Ф. Гаусса и В.-Э. Вебера появилось в журнале «Гёттингенские учёные записки» 9 августа 1834 г. Общественный интерес к их изобретению был достаточно велик. В Гёттинген для знакомства с его работой специально приезжал герцог Кембриджский, а саксонский государственный министр Бернгард Август Линденау даже предложил Вильгельму Веберу представить доклад об устройстве электромагнитного телеграфа между Дрезденом и Лейпцигом. В подготовленной записке Вебер отмечал, что «если когда-нибудь земля покроется сетью железных дорог с телеграфными линиями, то это будет напоминать нервную систему в человеческом теле». К сожалению, по финансовым причинам внедрить телеграф в жизнь его создателям не удалось. В ходе дальнейшей работы над проектом авторы внесли в него много усовершенствований, и их первый электромагнитный телеграф просуществовал десять лет, пока 16 декабря 1845 г. после удара сильной молнии не сгорела большая часть его проволочной линии. Оставшийся кусок провода стал музейным экспонатом и хранится в Гёттингене, как и копия конструкции телеграфа, которую Вебер в 1873 г. заказал для всемирной выставки в Вене.

В 1835 г. Вильгельм Вебер опубликовал статью, в которой описал открытое им при растяжении шёлковых нитей, применяемых для крепления подвижных катушек в электромагнитных приборах, явление упругого последействия: вопреки ожиданию, остаточные эффекты возмущения растянутого шёлкового волокна с течением времени уменьшались гиперболически, а не экспоненциально. В то же самое время В.-Э. Вебер успевает заниматься ещё одним вопросом, не имеющим ничего общего с магнетизмом. Вместе со своим младшим братом, Эдуардом Фридрихом Вебером, профессором анатомии Лейпцигского университета, он изучает механику походки человека. В обширном сочинении, появившемся в 1836 г., братья Веберы дали полную картину того сложного механизма, которым мы бессознательно пользуемся при хождении и беге. Они, в частности, впервые описали последовательные перемещения центра масс тела при выполнении различных движений, провели расчёты динамики отдельных кинематических звеньев тела человека как систем рычагов. Тело человека они сравнивали с маятником, а процесс ходьбы рассматривался как обусловленное силой тяжести падение тела вперед и торможение падения, обусловленное весом и перемещёнием другой части маятника – опорной конечности.


В. Вебер с книгой (фрагмент памятника «Гёттингенской семёрке» в Ганновере)

URL:http://www.vanderkrogt.net/statues/object.php?webpage=ST&record=dens139



Совместная работа Гаусса и Вебера, к сожалению, неожиданно закончилась – политические треволнения проникли и в тихий уголок, где два учёных мужа занимались наукой. В 1837 г. Вильгельм Вебер и 6 его коллег-профессоров (Фридрих Христоф Дальманн, историк; Вильгельм Эдуард Альбрехт, юрист-правовед; Георг Готфрид Гервинус, историк и литературовед; Якоб и Вильгельм Гримм, филологи; Георг Генрих Август Эвальд, филолог-арабист) были уволены из Гёттингенского университета за то, что выразили протест против отмены ганноверским королём Эрнстом Августом I либеральной Конституции 1833 г. Гаусс и Гумбольдт пытались добиться восстановлении Вебера, но король настаивал на его публичном отречении, что для учёного было совершенно неприемлемо. Вебер остался в Гёттенгене, чтобы продолжать свои магнитные исследования. Почти шесть лет учёный жил за счёт субсидий фонда, созданного в поддержку «Гёттингенской семёрки», и частных уроков. С марта по август 1838 г. он побывал в Берлине и Лондоне, где обсуждал с астрономом и физиком Джоном Гершелем возможность расширения сети магнитных станций наблюдения, а также в Париже, где познакомился со многими ведущими учёными своего времени. Неопределённость сложившегося положения тяготила его, и когда в 1843 г. Лейпцигский университет пригласил занять кафедру физики вместо Густава Теодора Фехнера, страдавшего тяжёлой болезнью глаз, то Вебер, после некоторого колебания, согласился и оставил Гёттинген. hannover - die gцttinger sieben

С этого момента его внимание всецело обращается к новой области – электромагнетизму. Учёный поставил своей целью объединить в одной формуле электростатическое и магнитное взаимодействия зарядов, а также объяснить явление электромагнитной индукции. Исследовав взаимодействие между двумя «электрическими массами», находящимися в движении друг относительно друга, он в 1846 г. первым сформулировал электродинамический закон (закон Вебера), согласно которому между движущимися частицами с зарядами е и е, расположенными на расстоянии r, действует мгновенная сила



,

зависящая от относительной скорости и ускорения обеих частиц (первых и вторых производных от расстояния между зарядами), откуда магнитные и индукционные эффекты проистекают как частные проявления электрических. Входящая в уравнение величина с – так называемая веберовская постоянная, имеющая размерность скорости, – трактовалась им как некий коэффициент перехода от «электростатической» к «электродинамической» системе единиц. Отправной точкой для написания данной работы послужил сформулированный в 1825 г. А.-М. Ампером закон, описывающий силу взаимодействия двух проводников с током. Вебер считал, что электрический ток состоит из одинакового количества отрицательно и положительно заряженных частиц электричества, которые движутся в противоположных направлениях с одинаковой скоростью, причём частицы одинакового знака взаимно притягиваются, если движутся в одном и том же направлении, и отталкиваются, двигаясь в противоположных направлениях.

Предложенный В.-Э. Вебером закон охватил всё, что тогда было известно об электричестве. Из него, в частности для случая неподвижных зарядов, следовал закон Кулона, формула Ампера для пондеромоторной силы между двумя элементами токов, теорема Неймана об индукции. Также учёный одним из первых указал на связь силы тока с плотностью электрических зарядов и скоростью их упорядоченного перемещения (1845). По сути, теория Вебера была первой электронной теорией, так как основывалась на представлении о зернистом строении «электрического флюида». Закон Вебера был подвергнут основательной критике со стороны Германа Людвига Фердинанда фон  Гельмгольца, утверждавшего, что закон противоречит принципу сохранения энергии (1847). Знаменитый естествоиспытатель считал потенциалы функциями одних лишь координат. Вебер же пошёл дальше и первым ввёл скалярный потенциал заряда, зависящий от его относительной скорости. Позднее Дж.-К. Максвелл показал, что аргументы Гельмгольца, касающиеся сохранения энергии, были несостоятельными (1873). Во второй половине XIX в. этот закон широко применялся в теории движения планет (Меркурий и Венера) и в теории тяготения.

В 1848 г. В.-Э. Вебер выдвинул идею сверхлёгкой частицы (за 50 лет до открытия электрона Дж.-Дж. Томсоном в 1897 г.!), а также гипотезу о прерывности электрического заряда. Построенная им теория электромагнетизма, основанная на принципе дальнодействия, господствовала в науке больше четверти века, уступив по исторической необходимости место другой – теории Фарадея–Максвелла, основанной на принципе передачи действия через окружающую среду.

В 1849 г. Вильгельм Вебер снова переходит в Гёттингенский университет, после того как революция 1848 г. заставила правительство понять значение шага, который был сделан семью гёттингенскими профессорами. При нём вновь начался подъём научно-педагогической деятельности физического отдела университета. Но о совместной работе с Гауссом уже не могло быть и речи. Великий геометр был слишком стар для того, чтобы посвятить себя упорному труду. В.-Э. Вебер продолжил свои исследования в области геомагнетизма, гальванизма и электрических колебаний. В его лаборатории работали учёные из разных стран мира, среди них – наш замечательный физик Александр Григорьевич Столетов, английский учёный Артур Шустер и другие. Вскоре маленькая лаборатория была расширена и превратилась в физический институт. Здесь появился первый учебник по практической физике, с выходом которого практические занятия по физике начали распространяться по всем университетам и политехническим институтам мира.

Продолжая работу К.-Ф. Гаусса, Вебер предложил абсолютную систему мер для магнетизма и электричества (1851). В ней все единицы, нужные для измерения величин, встречающихся в электродинамике, выводились из единиц трёх основных величин механики – длины, времени и массы (1 мм, 1 с и 1 мг). Позднее, в 1881 г. Парижский конгресс электриков одобрил электростатическую систему (СГСЭ), электромагнитную систему (СГСМ) и практическую систему единиц, базирующуюся на системе СГСМ, только приняв в качестве основных единиц сантиметр, грамм и секунду (система СГС), что уже практически было введено в науку Вебером. На этом конгрессе так же были установлены названия единиц в честь выдающихся физиков: ом, вольт, ампер, кулон и фарад. Члены английской делегации (Уильям Томсон, Вильям Споттисвуд и др.) характеристику тока, равную отношению вольт/ом предлагали назвать «вебер», однако большинство участников Конгресса всё же высказались за «ампер». Тем не менее, введение абсолютной системы электромагнитных единиц измерения сыграло чрезвычайно важную роль в науке и технике, так как сделало возможным точное количественное сравнение различных сил – электрических, магнитных и механических.

В 1852 г. Вильгельм Вебер высказал предположение, что каждый атом магнитного вещёства представляет собой крошечный магнит, или магнитный диполь, так что полная намагниченность вещества достигается, когда все отдельные атомные магниты оказываются выстроенными в определённом порядке. Он полагал, что сохранять своё упорядочение вопреки возмущающему влиянию тепловых колебаний этим элементарным магнитам помогает молекулярное или атомное «трение». Его теория элементарных магнитов – магнитных диполей – (1854) смогла объяснить намагничивание тел при соприкосновении с магнитом, их размагничивание при ударе или нагреве, «размножение» магнитов при разрезании намагниченной иглы или магнитного стержня на части. Проведя ряд экспериментальных работ по исследованию диамагнетизма висмута, учёный высказал гипотезу, что диамагнетизм зависит от отсутствия или присутствия в телах молекулярных токов (1852).


Вещёство намагничивается, когда его отдельные атомы, в отсутствие поля расположенные хаотически (а), под действием внешнего поля располагаются в определённом порядке (б)

URL: http://dic.academic.ru/pictures/enc_colier/6747_004.jpg


В октябре 1855 г. В. Вебер совместно с марбургским профессором Рудольфом Кольраушем представили Королевскому саксонскому научному обществу в Лейпциге мемуар «Электродинамические измерения, в частности, приведение измерений силы тока к механическим единицам». В этой работе они подробно изложили метод и результаты экспериментального измерения константы с, входящей в универсальный закон Вебера. Её определение представляло для Вебера значительный интерес ещё со времён работы в Лейпциге. Принцип их исследования заключался в том, что измеренный в электростатических единицах заряд пропускался через цепь, в которую был включён прибор, измеряющий силу тока в электромагнитных единицах. Последовательность самих измерений осуществлялась следующим образом. Небольшая лейденская банка заряжалась первоначально неизвестным зарядом проводящей сферы (покрытого станиолем шара), подвешенной на тонкой шёлковой нити к потолку вдали от стен помещёния. Ёмкость сферы вычислялась из её радиуса. Заряд, полученный сферой, измерялся в абсолютных электростатических единицах с помощью специально проградуированных крутильных весов. Зная абсолютную величину заряда, полученного сферой, и отношение зарядов между сферой и банкой, можно было определить заряд, оставшийся в банке. Далее банка с остаточным зарядом разряжалась через цепь, состоявшую из двух длинных трубок, наполненных водой, и мультипликатора гальванометра с зеркальным отсчётом, имевшего 5635 витков. «Количество электричества» в токе в электромагнитных единицах определялось измерением максимального отклонения катушки гальванометра.

В результате пяти очень тщательно проведённых измерений В. Вебер и Р. Кольрауш установили, что искомый коэффициент с = 439 450 ∙ 106 мм/с. А с учётом того, что магнитная единица в больше динамической, полученное ими значение скорости оказалось равным 310 740 000 м/с, то есть несколько превышало скорость света. Это «завышение», скорее всего, происходило из-за того, что время, необходимое для получения показания электрометра, было слишком велико по сравнению со временем, в течение которого происходил разряд через гальванометр, то есть завышенной оказалась оценка разряда в электростатических единицах. Казалось бы, полученный результат должен был заставить обоих учёных задуматься о причинах поразительного сходства величины электромагнитной постоянной и скорости света. Однако они просто не обратили на это внимание: ведь в рамках придерживающейся ими теории дальнодействия не было места универсальным скоростям – взаимодействие осуществляется мгновенно! Тем не менее, установленный учёными факт впоследствии имел огромное эвристическое значение для максвелловой электромагнитной теории света.

Начиная с 1862 г., в ряде работ В.-Э. Вебера появились ясные и чёткие идеи об атомном строении электричества: «При всеобщем распространении электричества можно принять, что с каждым весомым атомом связан электрический атом». В 1870 г. Вебер подал в отставку, но по-прежнему продолжал заниматься вопросами электродинамики и изучением электрической структуры материи. В 1871 г. он одним из первых предложил «электрическую модель» атома, как бы состоящего из двух частиц электричества – положительной и отрицательной. По мнению исследователя, отрицательная частица находится в покое, тогда как положительная движется вокруг неё (планетарная структура). Эта веберовская модель являет пример предвидения, взятого, так сказать, с «обратным знаком». Стоит лишь «поменять местами» отрицательную и положительную частицы, как перед нами вырисовывается прообраз атомных моделей начала ХХ в. Учёный считал, что лёгкие частицы могут вылетать из атома, то есть атом делим – мысль для того времени очень смелая. На основе молекулярных параметров он пытался объяснить ряд явлений, связанных с электрическим током, в том числе явления теплопроводности (как перенос тепла «свободными», лёгкими заряженными частицами), электропроводности, термоэлектричества, явление Пельтье и др. При этом ему удалось предвосхитить ряд положений, установленных позднее в электронной теории.

За долгие годы работы В.-Э. Вебер изобрёл и усовершенствовал для проведения исследований множество новых, более точных, более чувствительных приборов и приспособлений (инклинатор – земной индуктор, тангенциальный гальванометр, электродинамометр, портативный магнитометр, диамагнитометр и др.) и неутомимо проводил огромное количество таких точных измерений, какие до него ещё никто не делал. Достижения Вильгельма Вебера в науке были признаны во всём мире. За свои новаторские исследования он отмечен высшей наградой Лондонского Королевского общества – медалью Копли (1859), наградой итальянской Национальной академии наук – медалью Маттеуччи (1879), прусским орденом «За заслуги в науке и искусстве» (1864), также получил почётный титул «тайный советник», дававший право на обращение «превосходительство».



Несмотря на высокие заслуги, в повседневной жизни Вильгельм Эдуард слыл доброжелательным, скромным и приветливым человеком; в свободное время любил совершать пешие прогулки, особенно на дальние расстояния. В отличие от отца, который был женат дважды, семьи у него не было; управляться по дому ему помогала сначала сестра, а в последние годы жизни – племянница. Скончался Вильгельм Эдуард Вебер 23 июня 1891 г. в Гёттингене в возрасте 86 лет.

24 октября 1904 г. в Виттенберге в 100-летний юбилей В.Э. Вебера на фасаде отреставрированного дома, где он родился, была установлена мемориальная доска с его барельефом. В честь знаменитых изобретателей телеграфа К. Гаусса и В. Вебера Гёттингенский университет учредил памятную медаль, а в городе установлена известная во всём мире скульптура учёных (1899). Жители Гёттенгена имеют возможность каждый вечер наблюдать лазерный зелёный луч, который посылает закодированное сообщение из обсерватории в церкви Св. Иоанна в астрономическую обсерваторию. Он символизирует тот самый провод, по которому впервые был передан сигнал на расстояние. В немецких городах Хемниц, Гёттинген, Гамбург, Виттенберг, Ольденбург и Оффенбах можно найти улицы Вильгельма Вебера. В 1930 г. Международная электротехническая комиссия приняла решение в качестве практической единицы магнитного потока принять название «вебер», а Международный астрономический союз присвоил имя Вебера ударному кратеру на обратной стороне Луны диаметром 43,95 км (1970).

Литература

1. Белюстов В.Н. Памятные даты. // Газета «Физика» №18, 2009 [Электронный ресурс] URL: http://fiz.1september.ru/view_article.php?ID=200901811


2. Гаусс К.Ф. Избранные труды по земному магнетизму. Серия «Классики науки». [Djv ZIP] – М.: Издательство Академии Наук СССР, 1952. [Электронный ресурс] URL: http://publ.lib.ru/ARCHIVES/G/GAUSS_Karl_Fridrih/_Gauss_K.F..html

3. Дорфман Я. Г. Всемирная история физики (с начала XIX до середины ХХ вв.) – М., «Наука», 1979. [Электронный ресурс] URL: http://www.ph4s.ru/book_ph_istoriya.html

4. Клейн Феликс. Лекции о развитии математики в XIX столетии. Часть I. – М.-Л.: ОНТИ НКТП СССР, 1937. [Электронный ресурс] URL: http://math-portal.ru/2854-lekcii-o-razvitii-matematiki-v-xix-stoletii-kleyn-f-chast-1.html

5. Максвелл Дж. К. Трактат об электричестве и магнетизме. Т. II. – М.: Наука, 1989. [Электронный ресурс] URL: http://www.bookva.org/books/311

6. Розенбергер Ф. История физики. Часть III. – М.: ГТТИ 1933. [Электронный ресурс] URL: http://physicsbooks.narod.ru/Rosenberger/Rozenberger_vol3_ch1.pdf

7. Роузвер Н.Т. Перигелий Меркурия от Леверье до Эйнштейна. – М.: Мир, 1985. [Электронный ресурс] URL: http://bourabai.ru/articles/roseveare/chapter6.htm

8. Столетов А.Г. «Комиссия единиц» на Парижском конгрессе. // Собрание сочинений. Т. I. – М.–Л.: ГИТТЛ, 1939. [Электронный ресурс] URL: http://publ.lib.ru/ARCHIVES/S/STOLETOV_Aleksandr_Grigor'evich/_Stoletov_A.G..html

9. Хвольсон О.Д. Популярные лекции об электричестве и магнетизме. – СПб. Издание Ф. Павленкова, 1886. [Электронный ресурс] URL: http://books.e-heritage.ru/book/10070145

10. Laurence Hecht. The Significance of the 1845 Gauss-Weber Correspondence. URL: http://www.21stcenturysciencetech.com/articles/Atomic_Science.pdf

11. Magdalena Kersting. Der Gauß -Weber-Telegraf. URL: http://www.uni-goettingen.de/de/document/download/0188fd8f56a96739a307f28545ed41d2.pdf/Gauss_Weber_Telegraf_Magdalena%20Kersting.pdf

12. Woodruff A.E. Weber, Wilhelm Eduard. Complete Dictionary of Scientific Biography. 2008. URL: http://www.encyclopedia.com/topic/Wilhelm_Eduard_Weber.aspx

13. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Michael_Weber_ (Theologe)

14. URL: http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Weber.html

15. URL: http://www.thefamouspeople.com/profiles/wilhelm-weber-551.php



16. URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/5789/МАГНИТЫ



База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница