Category: наука

Category was added automatically. Read all entries about "наука".

размышление

Оглавление

promo eponim2008 сентябрь 21, 2020 12:37 3
Buy for 10 tokens
Женщинам дозволено кокетство. Скрывать свой возраст у прелестных дам стало общепринятой причудой. Даже если и скрывать особенно нечего. Потому я в начале моего рассказа тоже пококетничаю немного и своего возраста сразу не назову. Скажу только, что нахожусь я на том отрезке женской жизни,…
размышление

Мои твиты

размышление

Мои твиты

размышление

Мои твиты

Collapse )
размышление

Мои твиты

размышление

Георг Ом, его жизнь и закон


Закон Ома. Как запомнить?


Закон Ома. Как запомнить?

Закон Ома – основа электротехники. На основе этого закона действуют все электрические приборы: телевизоры, компьютеры, электрические утюги, стиральные машин.

Формулировка этого закона кажется простой и очевидной даже для троечников: сила тока, протекающего по проводнику прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) на концах этого проводника и обратно пропорциональна сопротивлению, которое является характеристикой проводника. Впрочем, троечники иной раз не знали, что этот простой закон открыл реальный человек, Георг Симон Ом. В отличие от закона, названного его именем, жизнь этого человека не была простой и бесхитростной. Впрочем, если приглядеться, то окажется что и собственно закон Ома не так прост, как кажется.

Начало жизни

Георг Симон Ом родился 16 марта 1789 года в Германии, в городе Эрлангене. Ом происходил из протестантской семьи. Его отец, Иоганн Вольфганг Ом, был ремесленником, слесарем, а мать, Мария Элизабет Бек, – дочерью портного. Родив семерых детей, она умерла в родах, когда Георгу было десять лет. Это было обычно в те благословенные времена. Из семи детей Омов до совершеннолетия дожили только трое: Георг, его брата Мартин, который впоследствии стал известным математиком, и сестра Элизабет Барбара. Георг был старшим среди трёх.Отец Ома всё свободное время посвящал воспитанию своих детей. Он не жалел денег на книги, которые тогда были довольно дорогим удовольствием, и смог дать своим сыновьям прекрасное образование.

Памятник Георгу Ому возле Технического университета в Мюнхене


Памятник Георгу Ому возле Технического университета в Мюнхене

Образование и ранняя работа

В 1805 году Ом поступил в Эрлангенский университет. Учёба давалась Георгу легко и весело. Парень был хорошим спортсменом, лучшим бильярдистом и лихим танцором. Что ещё нужно студенту? Впрочем, и успеваемость у Ома была высокой. Можно было подумать о том, чтобы начать длинный путь к профессорскому званию.

Но всё хорошее быстро кончается. Отец уже не мог содержать семью, и Георг, как старший сын, должен был прийти ему на помощь. После третьего семестра он покинул университет, и стал учителем математики в частной школе, которая находилась в швейцарском городке Готтштадт. Самостоятельная жизнь вдали от семьи началась.

Однако с мечтой закончить университет, чтобы заниматься потом наукой, не оставила Георга. В 1811 году он возвращается в родной Эрланген.  Интенсивная учёба принесла свои плоды. Ом смог за год окончить университет, успешно защитить диссертацию и стать доктором философии. По окончании университета ему предложили должность приват-доцента на кафедре математики.

Звание приват-доцента звучит гордо. Но это – всего лишь внештатный преподаватель, которого университет привлекает к преподаванию, если в этом возникает необходимость. Поэтому, хотя Ом был замечательным преподавателем, проработав три семестра, он принялся искать более оплачиваемую должность. Материальные соображения не давали ему возможности почивать на лаврах.

16 декабря 1812 года Георга Ома принимают учителем математики и физики в реальную школу города Бамберга. Но место учителя оказалось не удачным. Жалованье было небольшим, к тому же выплачивали его нерегулярно, а работы было много. Через три с половиной года школу вообще закрыли. Ом неохотно становится учителем математики в местной подготовительной школе. Работа эта кормила плохо и в добавок была весьма тягостной для Ома. Однако весной 1817 года он публикует первую из своих печатных работ по методике преподавания геометрии. Работа эта, к слову сказать, была оценена начальством только через пять лет, автор получил денежную премию.

Поиск лучшего места работы привёл Георга Ома в Кёльн, где он становится учителем физики и математики в местной иезуитской коллегии. Здесь он проработал девять лет. У Ома, наконец, появилось свободное время, и в его распоряжении была физическая лаборатория. В 1820 году Георг Ом узнаёт о работах Ампера и об открытии им электромагнетизма. Электричество было перспективным направлением исследований, этим стоило заняться!

Многотрудное открытие закона Ома

Ом применил в своих экспериментах только что открытую термопару


Ом применил в своих экспериментах только что открытую термопару

Экспериментальное исследование Ома по электропроводимости были важным шагом к выработке количественных закономерностей по перемещению электрических зарядов в проводниках. Свой прибора Ом основал на конструкции крутильных весов Кулона.

Простой закон, который впоследствии назвали законом Ома оказался не так прост в исследовании, как это кажется сейчас. Результаты первой серии своих исследований Ом описал в статье «Предварительное сообщение о законе, по которому металлы проводят контактное электричество», опубликованной в 1825 году в «Журнале физики и химии». Но опубликованное Омом выражение зависимости между силой протекающего по проводнику тока и разностью потенциалов на его концах, оказалось неверным. Эта ошибка дорого стоила исследователю. Из-за неё и последующие работы считались недостоверными и в качестве серьёзного исследования не принимались.

Ом упрямо и последовательно отыскал все погрешности первого эксперимента. Главным их источником была гальваническая батарея. Её электродвижущая сила существенно изменялась в ходе эксперимента. Говоря по-нашему, батарейки у Ома были слабые и быстро садились, их заряда не хватало на время эксперимента. Поэтому в следующих опытах Ом стал использовать только что открытую Т. И. Зеебеком термопару. Термоэлемент, представляющий собой пару «медь-висмут» давал слабое, зато постоянное в течение всего времени эксперимента напряжение. Было также сомнение по поводу чистоты материала из которого были сделаны исследуемые проводники. Ом тщательно отобрал для опытов провода из более чистых металлов. Схему же измерения он оставил принципиально той же: крутильные весы измеряли угол отклонения магнита под воздействием возникавшего в цепи электрического тока.

Закон Ома на картинке


Закон Ома на картинке

Результаты новых экспериментов Ом опубликовал в 1826 году, а в мае 1827 года вышла его монография «Теоретические исследования электрических цепей». На 245 страницах этого труда содержались теоретические рассуждения Ома по электрическим цепям. Ом построил модель проводимости по аналогии с математической моделью распространения тепла в металлических пластинах и стержнях, предложенной в 1820 году французским учёным Жаном-Батистом Фурье.

В этой же монографии Ом ввёл в научный обиход термин «сопротивление» для характеристики электрических свойства проводника. Поэтому не вызывает удивления, что его имя присвоили единице измерения сопротивления. А как же иначе?

Но наука бывает суровой к предыдущим ошибкам. Доверия к работам Ома не проявлял никто. В таких условиях непросто продолжать научную деятельность, но Ом был достаточно упрям. Ведь от признания научного мира зависело, сможет ли он достигнуть назначения на хорошую должность и, как следствие, материальное благополучие, к которому сын слесаря из Эрлангена стремился всю жизнь. В 1833 году он, наконец, становится профессором физики в политехнической школе в Нюрнберге.

Закон Ома признали сначала за пределами Германии. В 1837 году французский учёный Пулье как бы повторно открыл уже открытый закон Ома. В 1841 году в России физики Э. Х. Ленц и Б. С. Якоби подтвердили правильность закона Ома, а в 1842 году Лондонское Королевское общество наградило Ома золотой медалью Копли и избрало своим членом. В 1841 году работа Ома была переведена на английский язык, в 1847 году — на итальянский, в 1860 году — на французский. Только после этого к Ому стало приходить признание (а значит, материальное благосостояние) на родине. В 1845 году его избрали членом Баварской академии наук, а через 4 года пригласили в Мюнхен на должность экстраординарного профессора физики в той же академии. Здесь Ом продолжил читать лекции, вести научные исследования, конструировать демонстрационные приборы, а также собирать и хранить физико-математические коллекции академии

Закон Ома и его значение

Закон Ома записывается в виде уравнения I = U / R. Этот закон утверждает, что величина постоянного тока через проводник (I) прямо пропорциональна напряжению, приложенному к концам проводника (U). Коэффициент пропорциональности, проводимость, является величиной, обратной сопротивлению материала (R). Величина сопротивления определяется длиной и поперечным сечением проводника, а также материалом. из которого он сделан. На этом фундаментальном соотношении базируется анализ электрических цепей.

Ом, единица электрического сопротивления, равен сопротивлению проводника, в котором под воздействием разности потенциалов в один вольт протекает ток величиной в один ампер. В системе единиц измерения СИ единица электрического сопротивления называется Омом.

Хорошей аналогией закона Ома является протекание воды по водопроводной трубе. При этом поток воды является подобием электрического тока, а давление воды на концах участка трубы (напор) – аналогом напряжения. Сопротивление при этом аналогично силе противодействия движению воды. Именно так представлял в 1820-е годы физику электрического тока Георг Ом. Ведь до открытия электрона до открытия электрона оставалось более пятидесяти лет.



Статья опубликована на сайте Жизнь замечательных имён
Лого для рассылки.jpg

Полезные ссылки:

  1. Георг Ом. Его жизнь и его закон

  2. Electricity: Georg Ohm and Ohm's Law (англ.)

  3. Георг Симон Ом

  4. Георг Симон Ом. 230 лет!

  5. Ohm's Law (англ.)

  6. История о том, как Георг Симон Ом открыл закон Ома

  7. История открытия закона Ома, виды закона Ома

размышление

Как измеряется атмосферное давление?


Торричелли и ртутный барометр, в котором сверху торричелиева пустота


Торричелли и ртутный барометр, в верхней части которого образуетс торричелиева пустота

Когда-то Остап Бендер неожиданно для себя совершил открытие: на каждого человека, даже партийного, давит атмосферный столб. Высота этого столба равна высоте атмосферы Земли, то есть, около 120 километров. Собственно говоря, к этому давлению мы привычны и его не чувствуем. Но оно существует. Медицинский факт, как говорил тот же Остап Бендер.

Об этом факте люди узнали только в 17-м веке. Как это открытие произошло? В 1638 году Великий герцог Тосканский решил украсить столицу своего герцогства, Флоренцию, фонтанами. Но поднять воду из реки Арно в сады, находящиеся на возвышенности, как оказалось, было невозможно. Вода упрямо останавливалась на высоте в 10.3 метра и подниматься выше не хотела.

До того времени воду на большую высоту поднимать не приходилось, поэтому тогдашние гидротехники с таким явлением не встречались. Вслед за древнегреческими философами и римскими инженерами, они считали, что «природа не терпит пустоты». Значит, создавая разрежение над поверхностью воды (к примеру, перемещая вверх поршень, плотно прилегающий к стенкам трубы), эту воду можно поднимать сколь угодно высоко. И вдруг оказалось, что природа не терпит пустоты до некоторого предела.

В окружении герцога Тосканского был ученый Эванджелиста Торричелли (1608 — 1647). В 1643 году он понял, в чём была причина неудачи с подъемом воды. По трубе насоса жидкость поднимается вверх не из=за того, что её тянет сверху пустота, а потому что снизу на поверхность воды давит тот самый атмосферный столб, существования которого мы не замечаем. Вода поднимается до тех пор, пока давление столба воды не уравняется с давлением столба воздуха. Для воды это происходит при высоте подъема 10.3 метра. Если вместо воды взять более тяжёлую жидкость, высота её подъёма должна быть соответственно меньше. Например, ртуть тяжелее воды приблизительно в 13.6 раз, значит, высота подъема ртутного столба будет в 13.6 раз меньше, то есть, ртуть поднимется на высоту 760 миллиметров.

Рассуждения Э. Торричелли оказались верными. Взяв метровую стеклянную трубку, запаянную с одной стороны, он наполнил эту трубку ртутью, перевернул и опустил ее открытый край в широкую стеклянную же тарелку. Часть ртути из трубки вылилась, и ее уровень снизился до 760 миллиметров. Однако дальше ртуть не выливалась. В запаянной части трубки, над поверхностью ртути находилась та самая пустота, которую природа не должна бы терпеть, однако вытерпела. «Торричеллиева пустота», как стали выражаться учёные люди или люди, желавшие свою учёность показать.

Прибор, придуманный Э. Торричелли, тут же стали использовать не только для доказательства существования атмосферного давления, но и для его измерения по высоте подъема ртути в трубке. Посему прибор этот стали называть «барометром», то есть в переводе с греческого, измерителем давления. Атмосферное же давление принялись измерять миллиметрами ртутного столба. Чуть позже эту единицу стали называть тором в честь Э. Торричелли

Французский ученый Блез Паскаль (1623 — 1662) повторил опыт Э. Торричелли с другими жидкостями: с водой и с вином. В самом деле, как же может француз обойтись без вина! Кроме того, Паскаль определил, что атмосферное давление изменяется с высотой. Показания барометра на вершине горы был ниже, чем у ее основания. Паскаль также обнаружил зависимость атмосферного давления от влажности и температуры воздуха. А  ещё  он стал использовать барометр для предсказания погоды. Одним словом, его научные заслуги были достаточно велики, чтобы одну из единиц измерения давления назвали в его честь «паскалем» (Па). Атмосферное давление приблизительно равно 0.1 МПа.

Барометр Э. Торричелли был не слишком удобным прибором. Хрупкая стеклянная трубка, ртуть, которая могла из неё вытечь… К тому же, пары ртути вредно действуют на организм. Не удивительно, что в скором времени придумали барометр новой конструкции, в котором не использовалась никакая жидкость. Такой барометр стали называть «анероидом», что в переводе с греческого означает «безжидкостный».

Основу конструкции барометра-анероида составляет гофрированная металлическая коробка, из которой выкачан воздух. При изменении давления такая коробка расширяется или сжимается. Движение крышки коробки с помощью рычажной передачи превращалось в движение стрелки вдоль размеченного циферблата. Такие барометры были незаменимы на кораблях.

Атмосферное давление, как определил ещё Паскаль, определяется многими факторами. Он зависит от географического положения места, его высоты над уровнем моря, температуры… С другой стороны, атмосферное давление – одна из главных причин, определяющих погоду на нашей планете. Ветер всегда дует туда, где атмосферное давление меньше из мест с высоким атмосферным давлением. Поэтому барометры пытались использовать также для предсказания погоды. На циферблате барометра ставили пометки «буря», «ясно», «дождь» или «великая сушь». Как прибор, предсказывающий изменения погоды, барометр «поселился» во многих богатых домах.

Когда появилась авиация, барометры-анероиды стали применять для измерения высоты полета. Такой прибор стали называть «альтиметром» или «высотомером». Естественно, что его циферблат размечали не в миллиметрах ртутного столба, а в сотнях метров.



Статья опубликована на сайте Жизнь замечательных имён
Лого для рассылки.jpg

Полезные ссылки:


размышление

Кто придумал первый термометр? Габриэль Даниэль Фаренгейт


Мемориальная доска на доме Фаренгейта в Гданьске


Мемориальная доска на доме Фаренгейта в Гданьске

Температуру по шкале Фаренгейта измеряют сейчас только в США и нескольких маленьких странах вроде Каймановых островов. Если бы американский писатель Рэй Брэдбери не назвал свою знаменитую книгу «451 градус по Фаренгейту» («Farehnheit 451»), вряд ли кто-либо вспомнил бы сейчас о создателе экзотической температурной шкалы, по которой бумага вспыхивает при 451 градусе, вода закипает при 212 градусах, и замерзает при 32 градусах. Но – спасибо великому писателю! – имя Даниэля Габриэля Фаренгейта (Daniel Gabriel Fahrenheit; 1686 — 1736) известно во всём мире. И его уже не скоро забудут.

Как торговец стал ученым

Габриэль Фаренгейт родился 24 мая 1686 года в старом городе Данциге (который сейчас называется Гданьск). В то время этот город процветал благодаря торговле. И его жители тоже процветали. А жители здесь были самых разных наций: немцы, поляки, голландцы… Ганзейский союз, о чём говорить!

Габриэль был старшим из пяти выживших детей в семье торговца Даниэля Фаренгейта и Конкордии Шуман, которая происходила из знатной городской семьи. Но 14 августа 1701 года родители умерли самым трагическим образом, отравившись грибами, и пятнадцатилетний парень не захотел быть обузой для родственников. Поэтому он переехал в Амстердам, чтобы начать там самостоятельную жизнь. Амстердам был город более крупный, чем Данциг, и возможностей там было больше.

Чем заниматься в Амстердаме, если не торговлей? Но именно этим Габриэлю Фаренгейту заниматься не хотелось. Он сбежал из амстердамского офиса, и побывал во многих странах северной Европы: в Дрездене, Лейпциге, Галле, Берлине, Копенгагене… Среди прочего, молодой человек познакомился с такими выдающимися учёными, как Оле Рёмер, Кристиан Вольф и Готфрид Лейбниц. От его внимания не скрылся факт: параллельно росту естественнонаучных исследований появился значительный спрос на производство научных приборов. Этим ремеслом можно было хорошо заработать! Уже в 1714 году Фаренгейт возвратился в Амстердам, начал работать там стеклодувом и занялся производством научных приборов.

Изобретение, изменившее мир



Что такое шкала Фаренгейта?

Измерять давление учёные уже могли. Первый прибор для измерения давления атмосферы, ртутный барометр, изобрёл в 1643 году Эванджелиста Торричели. Умелый стеклодув Фаренгейт быстро освоил производство барометров, и, можно сказать, поставил это производство на поток.

А вот с измерением температуры дела обстояли сложнее. Точно измерять температуру в широком интервале во времена Фаренгейта ещё не могли. Известно, что Исаак Ньютон (Isaac Newton; 1642 – 1727) для изучения кипения воды придумал метод температурных стандартов, размещая на нагреваемой поверхности особенный сплав из висмута, свинца и олова, который плавился при температуре 98 °C. Но этот метод был, естественно, непрактичный и сравнительный, а значит, неточный.

Фаренгейт же изобрёл стеклянный ртутный термометр. Термометр состоял из колбы, наполненной ртутью. С колбой была соединена стеклянная трубка. При нагревании колбы ртуть расширялась и выходила в стеклянную трубку. Чем больше нагрев, тем больше расширялась ртуть и тем дальше она продвигалась по трубке. Если к стеклянной трубке присоединить шкалу с делениями, температуру можно измерять, измеряя длину ртутного столбика. Просто, не правда ли?

Соотношение между шкалой Цельсия и Фаренгейта


Соотношение между шкалой Цельсия и Фаренгейта

Возможно, многие, читая описание ртутного термометра, изобретённого Фаренгейтом, вспомнили медицинский ртутный термометр, который в детстве им засовывали под мышку, чтобы проверить, не простыл ли ребёнок, не жар ли у него? Да-да, можно сказать, что это был праправнук того самого, первого термометра Фаренгейта. Конечно, сейчас ртутные термометры больше не продают и рекомендуют изъять из пользования, тем более, что термометры новой конструкции, измеряют температуру почти мгновенно, не содержат ртути, а значит, безопаснее и дешевле.

Фаренгейт изобрел и другой прибор, ареометр, который применяют до сих пор для определения плотности жидкости. Он представлял собой запаянную утяжелённую колбу, которая могла вертикально плавать в сосуде с жидкостью. В зависимости от плотности этой жидкости колба приподнималась или опускалась. Для определения плотности достаточно было нанести на стенки колбы шкалу с делениями.

Шкала Фаренгейта

Главная часть любого измерительного прибора – шкала. Изобретя первый в мире термометр, Фаренгейт в 1724 году предложил и первую в мире температурную шкалу. В качестве двух реперных точек этой шкалы Фаренгейт взял температуры кипения воды и таяния льда при стандартном атмосферном давлении. Для точки таяния льда он установил значение температуры +32 °F, а для точки кипения воды +212 °F. Разность между этими температурами он разделил на 180 равных интервалов, каждый из которых был назван градусом Фаренгейта (1 °F). Таким образом, изменение температуры на 1 °F соответствует изменению на 5/9 °С.

t °С = 5/9 (t °F - 32),

Учёные заслуги

Изобретение термометра и температурной шкалы сделали Фаренгейта широко известным в учёной среде. В 1724 году его пригласили в Англию, где приняли в члены Королевского общества. Изобретённую Фаренгейтом шкалу упорно используют в США, а ещё раньше – в Великобритании, хотя сам Фаренгейт никогда не был в Америке, а Великобританию впервые посетил в 1724 году.

Кончина

Температурная шкала по Фаренгейту оказалась плодотворной идеей и вскоре многие учёные-физики предложили свои шкалы, более или менее удобные для разных случаев измерения температуры: Цельсия, Кельвина, Реомюра. Но Фаренгейт не дожил до этого события. Он умер в Гааге 16 сентября 1736 года и был похоронен в церкви Клоостеркерк.

В 2002 году в церкви размещён памятный знак в честь Габриэля Фаренгейта, изображающий главное его изобретение, ртутный термометр.



Статья опубликована на сайте Жизнь замечательных имён
Лого для рассылки.jpg

Полезные ссылки:

  1. Кто придумал первый термометр? Габриэль Даниэль Фаренгейт

  2. Poor Merchant to Scientific Fame: The Forgotten Tale of Gabriel Daniel Fahrenheit (англ.)