Майкла Фарадея (1791-1865) - английский физик и химик.

 По вкладу в науку можно сравнить с русским учёным М. Ломоносовым. Он родился в 1791г. в Лондоне в семье кузнеца. Работал переплётчиком. В возрасте 21г. он решил посвятить себя науке и поступил на должность лаборанта Королевского Института в лабораторию известного физика Дэви. Сначала Фарадей занимался химией, сжижением газа хлора. Часто рисковал жизнью, во время проведения опытов получал ранения, был контужен. В 1820г. Дэви и Фарадей повторили опыт Эрстеда и Ампера, о работе которых они не знали. Фарадей публикует статьи, а через 11 лет начала научной деятельности его избирают членом Лондонского Королевского общества, в 1825г. становиться директором одной из лабораторий Королевского Института.

 29 августа 1831г.Майкл Фарадей открыл закон электромагнитной индукции - появление ЭДС в проводниках под действием переменного магнитного поля. К этому открытию шёл Ампер, но он не обратил внимания, что важно изменение магнитного поля, а не просто его присутствие. Фарадей создал модель электромагнитного генератора. Он плохо знал математику, поэтому вместо формул пользовался «силовыми линиями» - электрическими и магнитными!

В 1833-34г. Фарадей открыл закон электролиза. (закон химического разложения), в 1835г. он открыл явление самоиндукции (при замыкании возникает ток, противоположный основному) Фарадей проводил опыты над магнитными свойствами веществ, ввел понятие «магнитная проницаемость», ферро магнитные материалы и др. Многолетняя упорная исследовательская работа подорвала его здоровье. Он умер в 1874г. Интересное совпадение – в год (и почти в тот же день) открытия Фарадеем закона электромагнитной индукции (1831г.) появился на свет великий английский физик - Джеймс Клерк Максвелл:

Радиотехника зародилась благодаря открытию единства и взаимосвязи электричества (электрического поля) и магнетизма (магнитного поля).

Открытие в физике нового вида электромагнитного излучения явилось необходимой предпосылкой создания технических средств радиосвязи.

“Беспроволочная телеграфия” – так первоначально именовалась радиосвязь. Она явилась одним из величайших изобретений в истории науки и техники.

Объективной предпосылкой изобретению радио (с лат. Radiare - излучать, испускать лучи) были запросы мировой экономики. Связь нужна была и там, где нельзя было протянуть провода. Прокладка же трансатлантических кабелей требовала огромных затрат.

К этому моменту времени большинство элементов и устройств радиосвязи было уже известно.

 Майкл Фарадей 29 августа 1831 г. открыл наведенные или индукционные токи.

24.11.1831 он сделал доклад о великом открытии электромагнитной индукции в королевском обществе Англии. Через 21 год после своего открытия Фарадей разработал понятие о магнитном поле и силовых магнитных линиях. Он показал, что электрические и магнитные силы действуют через посредство промежуточной среды.

Родившийся в год великого открытия (1831) Джеймс Максвелл, начиная с 1864, переводил на язык математики великие идеи Фарадея об электромагнитном поле.

Он предположил, что существует особая всепроникающая среда (эфир), которая является средой распространения электромагнитных колебаний (волн).

Джеймс Клерк Максвелл родился в богатой семье английского адвоката, который интересовался физикой и техникой и даже опубликовал несколько научных статей.

Джеймс в 15 лет изобрел способ вычерчивания эллипса с помощью нити и двух иголок, потом изобрел теорему упругости (теорема Максвелла). В 19 лет (1854) оканчивает Эдинбургский университет, а через 4 года в 1854 - университет в Кембридже. С трудами Фарадея (“Экспериментальные исследования по электричеству”) познакомился в 20 лет. С этого времени он начал создавать математическую теорию поля, которая стала его величайшим вкладом в науку.

Максвелл умер в самом расцвете лет в 1879г. (в 48л.). За свою недолгую жизнь он провел исследования устойчивости колец Сатурна, сделал открытия в бытовой химии и цветной фотографии, читал лекции студентам и писал сатирические стихотворения (за подписью “dP/dt”), изобрел правило “буравчика”. Максвелл вывел 21 уравнение, в которых сформулировал фундаментальные физические закономерности, обобщающие все известное об электромагнетизме до него и справедливые до сих пор. Позднее (Г. Герц и О. Хевисайд) упорядочили уравнения Максвелла и осталось 4 всемирно известных уравнения Максвелла. Следствием из этих закономерностей является предсказание существования электромагнитного поля излучений. Из уравнений вытекает, что вокруг переменного во времени тока создается переменное магнитное поле, способное в свою очередь возбудить в соседнем элементе пространства электромагнитное поле, которое за счет особого “тока смещения” создает новое магнитное поле и т.д. Поле излучения распространяется со скоростью света 300 000 км/с. Т.е Максвелл предполагал, что если в каком-то месте эфира изменилось электрическое поле, тут же возникает магнитное поле, но т.к. оно является переменным, то вызывает в свою очередь появление электрическое поля и так далее. В результате образуется электромагнитная волна, распространяющаяся во все стороны со скоростью света (с).    

Свою теорию Максвелл изложил в “Трактате об электричестве и магнетизме” (1000стр.) который вышел в свет в 1873г.

А в 1938г. в архиве Лондонского королевского общества был вскрыт пакет, оставленный в 1832г. Фарадеем с указанием хранить до неопределенного времени. В этом пакете, вскрытом через 106 лет, находились научные документы, в которых без формул, Фарадей предсказал существование поля излучения. За 35 лет до Максвелла (без математического аппарата, по интуиции или научному ведению). Он писал, “что распространение магнитных сил похоже на колебания взволнованной водной поверхности”, и что электрическая индукция распространяется точно таким же образом.    

Фарадей предположил, что на распространение магнитного действия требуется очень незначительное время.

Максвелл сделал вывод и о том, что свет – это род электромагнитных волн. Предсказание Максвелла относительно возможности создания электромагнитного поля излучения не произвели особого впечатления на современников. Многие ученые не поверили, что открытие можно “вывести на бумаге”.

Значительную роль в утверждении этой теории Максвелла об электромагнитной природе света сыграли опыты Петра Николаевича Лебедева (1866-1912) по изучению давления света.

Лебедева интересовала причина, объясняющая отталкивание хвостов комет от солнца. Он считал, что в этом проявляются электрические силы. Лебедев измерил давление света на поверхности. Опыты Лебедева косвенно подтвердили электромагнитную теорию Максвелла.

Историческая миссия непосредственного экспериментального обнаружения эл. магнитного поля излучения принадлежит немецкому физику Генриху Герцу (1857-1894) (Герцу, как писали ранее). Он родился 22.02.1857 г. за несколько лет до появления теории Максвелла в обеспеченной семье сенатора в г. Гамбурге, где получил среднее образование. Специальное образование начал получать в Мюнхенской высшей технической школе, но вскоре перешел в Берлинский университет, где слушал лекции Кирхгофа и Гельмгольца. Он начал сразу заниматься научной работой в физической лаборатории под руководством Г. Гельмгольца, который был ярым противником теории Максвелла, в частности о конечной скорости распространения поля излучения.

Темой докторской диссертации Герца являлось вращение тел в магнитном поле. Специальным разрешением Герцу было разрешено защищать диссертацию до окончания обучения в университете. Ему присудили докторскую степень “с отличием”.

Еще в 1879 году академия наук Берлина объявила премию за опытное доказательство существования эл. магнитных волн. С 1883 года Герц преподает теоретическую физику в университете г. Киля и изучает электромагнитную теорию Максвелла.

С 1886 года он приступает к своим знаменитым опытам. 5 дек. 1886 г. он обнаружил, что появление искры (разряда) между двумя шарами, замкнутыми контуром, приводило к разряду в другом аналогичном контуре, удаленном на 1,5 м. Потом он перенес второй контур в другую комнату. Искра стала слабее. Герц решил, что он обнаружил новое явление “волны Герца”, так как он был учеником Гельмгольца и не стремился подтвердить теорию Максвелла.

Но как настоящий ученый он стремился к истине, поэтому провел сложные и трудоемкие эксперименты и обнаружил, что волны преломляются призмой из асфальта, скорость их распространения близка к скорости света (измерена косвенным путем), обладают свойством поляризации, отражаются (как световые) от металлических поверхностей.

Герц понял и признал, что обнаруженные им волны по свойствам полностью совпадают с эл. магнитными волнами, предсказанными Максвеллом.

Опыт Герца был основан на опытах французского физика Феликса Савара, который пытался намагнитить иголку внутри катушки, разряжая лейденскую банку через спиралевидный разрядник.

                    Позднее Феддерсен выяснил, что разряд лейденской банки имеет колебательный характер. Разрядный ток идет сначала от наружной обкладке к внутренней, а потом

наоборот. За 1 сек. происходят колебания высокой частоты. Лейденская банка – древний конденсатор. Получился контур C+L (катушка – спираль в опыте Савара), который создавал эл. колебания, поэтому Савар не мог получить на острие иголки северный полюс.

При подготовке своего опыта Герц использовал также математическую теорию эл. колебаний, разработанную английским физиком Вильямом Томсоном.

Катушку Румкорфа назвали «искроносной катушкой». Постоянный ток низкого напряжения намагничивал сердечник, притягивался якорем, первичная цепь размыкалась.

При этом менялся магнитный поток сердечника, во вторичной обмотке возникал ток высокого напряжения (витков много).

Парижская академия наук наградила Румкорфа большой денежной премией имени Вольта. При помощи катушки Румкорфа Герц получил между маленькими шарами разряды.

Волны создаваемые вибратором, имели длину волны в 5 м.

Основная задача заключалась в том, чтобы измерить параметры эл. магнитной волны.

Опираясь на теорию Гельмгольца о звуке, Герц рассчитал, что приемником – резонатором для эл. магнитных волн может служить кусок проволоки согнутый по кругу диаметром 70 см. с отверстием (искровым промежутком).

Для опытов применял отражательные поверхности из металла. Электро  магнитные лучи подчинялись законам оптики. Лучи проходили через призму и преломлялись. Они легко проходили через диэлектрики и очень тонкие металлы, обладают свойством поляризации. Опыты Герца были воспроизведены во многих лабораториях. Стало несомненно, что взгляды Фарадея Максвелла правильны.

В 1893 г. французский физик Эдуард Бранли изобрел когерер (сцепщик). Под действием эл. магнитных волн – сопротивление резко уменьшалось. Встряхиваешь – сопротивление возрастает.

В 1898 году Николай Тесла изобрел высокочастотный трансформатор для получения волн высокой частоты. Опыты стали еще интереснее, но Герц не поддерживал предположений по использованию его лучей для телеграфирования без проводов.

Английский физик Вильям Крукс высказывал твердую уверенность в такой возможности. Ученые осуждали Крукса за его позорные для физики увлечения духами и спиритическими фокусами.

Ток течет от батареи к стеклянной трубке через обмотку реле и обратно к батарее. Сила тока мала, якорь не притягивается. При попадании луча – сопротивление порошка уменьшается, ток увеличивается, якорь притягивается и замыкается цепь звонка. Якорь притягивается и боек ударяет по стеклянной трубке, цепь размыкается.

Герц умер знаменитым в 37 лет. Он был к этому времени награжден всеми возможными медалями и знаками отличия, которые существовали для ученых. Он был не только экспериментатором, но и теоретиком. Это он с Хевисайдом придал 21 уравнению Максвелла современный вид.