Выводы М.В. Ломоносова послужили одной из основ разработанной им теории атмосферного электричества. В сентябре 1753 г. на публичном собрании Академии наук «Рихман, – писал Ломоносов, – будет предлагать опыты… а я – теорию и пользу от оной происходящую».
Но Г. В. Рихману не суждено было дожить до этого события всего двух месяцев. Смерть ученого послужила поводом для нападок со стороны духовенства и реакционных кругов на ученых, стремившихся проникнуть в тайны природы; их опыты они называли «кощунственными» и требовали их прекратить. Они утверждали, что смерть Рихмана – это «наказание Господне за вторжение в область божью».
Первым в защиту Рихмана выступил М.В. Ломоносов. В письме «первому Куратору» Московского университета графу И.И. Шувалову он писал: «Умер господин Рихман прекрасною смертию, исполняя по своей профессии должность. Память о нем никогда не умолкнет… Между тем, чтобы… сей случай не был истолкован противу приращения наук, всепокорнейше прошу миловать науки».
Огромный научный авторитет Ломоносова и поддержка наиболее прогрессивных отечественных ученых позволила ему публично доказать недопустимость нанесения «ущерба престижу и славе» России. И в ноябре 1753 г. он выступил в Академии наук со своим знаменитым докладом «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих». В его докладе, произнесенном на русском языке (в отличие от многих академических докладов, излагавшихся либо на латинском, либо на одном из европейских языков), была изложена разработанная им строго научная теория атмосферного электричества, которая, по утверждению современных специалистов, в своей принципиальной основе соответствует представлению об этих явлениях и в наши дни.
Рис. 4.3. Автоматический прибор Ломоносова:
1 – металлический стержень с трезубцем; 2 – проволочная пружина, припаянная к металлическому кружку
Заметим, кстати, что Ломоносов подчеркивал, что в своей теории он «Франклину ничем не обязан», все у него «собственное и новое». В разработке этой теории Ломоносов ближе, чем кто-либо из его предшественников, подошел к современным теориям грозы. Небезынтересно отметить, что в целях более безопасных методов измерения «электрической громовой силы» Ломоносов разработал своеобразный автоматический регистратор максимальной величины грозового разряда (рис. 4.3). После удара молнии по прибору «сему увидеть можно коль велика была самая большая «громовая сила». Находящийся в трубке металлический стержень припаян внизу к «металлическому кружку». При ударе «электрическая сила… погонит кружок» из трубки вниз и увлечет за собой металлический стержень с трезубцем, преодолевая сопротивление «проволочной пружины», а «зубцы не допустят» возвращения стержня в исходное положение.
Хотелось бы отметить еще одно удивительное по своей, можно сказать, мудрости и человеколюбию предложение нашего выдающегося соотечественника. В первое время после изобретения Франклином громоотвода его обычно устанавливали состоятельные граждане больших городов на крышах высоких зданий. Но молния часто поражала людей, животных и разрушала «храмины» в малонаселенных сельских местностях или в поле.
Ломоносов, опираясь на многие известные факты, писал о громоотводах: «Такие стрелы на местах, от человеческого обращения отдаленных, ставить за небесполезное дело почитаю, дабы ударяющая молния больше на них, нежели на головах человеческих и на храминах силы свои изнуряла».
К сожалению, Рихману не суждено было продолжить свои пионерские исследования, он трагически погиб, когда ему едва исполнилось 42 года. В день своей гибели он пригласил в свою домашнюю лабораторию «академического гравера» И. Соколова для зарисовки опытов с атмосферным электричеством. И когда он приблизился к электрическому указателю «на расстоянии одного фута, прямо в его лоб ударил бледно-синеватый огненный шар». Возможно, это была шаровая молния. Попытки врача вернуть ученого к жизни оказались безуспешными.
Георг Вильгельм Рихман пожертвовал собой во имя науки, «научая других своим примером».
Вклад Бенджамина Франклина в изучение атмосферного электричества
Бенджамин Франклин (1706-1790) – сын бедного бостонского мыловара, был пятнадцатым ребенком в семье. Но именно ему было суждено принести заслуженную славу всей династии Франклинов. Он рано начал трудовую жизнь, старался много читать и успешно занимался самообразованием. После долгих лет лишений он стал одним из образованнейших людей и крупным общественным деятелем, генерал-почтмейстером американских колоний, основателем Пенсильванского университета, активным борцом за независимость и создателем государства Соединенных Штатов Америки.
С большим увлечением он занялся изучением электрических явлений и сделал большой вклад в американскую и мировую науку.
В своем труде «Опыты и наблюдения над электричеством» (1747) он излагает разработанную им «унитарную» теорию электричества и опыты, доказавшие электрическую природу молнии.
В 1752 г. в Филадельфии он впервые произвел знаменитый опыт с воздушным змеем, которого он запускал при приближении грозовых туч. К крестовине змея он прикрепил заостренную проволоку, а к концу бечевки привязал ключ и шелковую ленту, которую держал рукой. «Как только, – писал Франклин, – грозовая туча окажется над змеем, заостренная проволока станет извлекать из нее электрический огонь, и змей вместе с бечевкой наэлектризуется. А когда дождь смочит змей вместе с бечевкой, сделав их тем самым способными свободно проводить электрический огонь, Вы увидите, как он обильно стекает с ключа при приближении Вашего пальца». Затем от ключа он зарядил лейденскую банку и произвел ряд опытов, убедительно доказавших полнейшее сходство электричества и молнии.
Французский священник Далибар, живший близ Парижа, прочитав книгу Франклина, в которой высказывалась мысль, что молния – есть электрический разряд, решил проверить на практике это утверждение. И в мае 1752 г., еще не зная об опыте Франклина со змеем, он продемонстрировал в своем саду толпе прихожан, как во время грозы, держа железный шест за бутылку, укрепленную на его конце, «получил из шеста несколько длинных голубых искр». А когда один из разрядов попал ему в руку, то он ощутил впечатление «удара кнутом».
Сообщая о своих опытах в Парижскую академию наук, Далибар писал: «Материя грома неоспоримо та же, что и электричество. Идея, высказанная Франклином, перестает быть загадкой и сделалась достоверным фактом».
Еще в 1747 г. Франклин впервые указывает свойство металлических остриев собирать электричество, а в 1749 г. он сооружает первый громоотвод. Внедрение громоотводов в быт больших городов пробивало себе дорогу с большим трудом главным образом из-за религиозных опасений. Сохранилось свидетельство о том, как в 1783 г. один из французов установил на своем доме громоотвод, чем вызвал волнение жителей города. Между властями и домовладельцем состоялся судебный процесс, который получил большую огласку и положил начало карьере блестящего адвоката, ставшего известным всей Франции. Имя адвоката было Робеспьер.
Постепенно громоотводы стали широко применяться. Первый в Европе громоотвод был водружен в 1760 г. на Эдистон- ском маяке. Несколько типов молниеотводов были созданы известным чешским естествоиспытателем П. Дивишем (1698- 1765). Ранее мы уже упоминали об оригинальных молниеотводах, предлагавшихся М.В. Ломоносовым. Первый громоотвод в России был установлен в 1772 г. на колокольне Петропавловского собора.
ГЛАВА 5 Открытие электромагнетизма и создание разнообразных электрических машин, ознаменовавших начало электрификации
Открытие действия «электрического конфликта» на магнитную стрелку
В июне 1820 г. в Копенгагене была издана на латинском языке небольшая брошюра профессора Копенгагенского университета Ханса Кристиана Эрстеда с необычным названием: «Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на магнитную стрелку». Открытие Эрстеда не только обессмертило имя ученого, но явилось эпохальным событием в истории электромагнетизма. Как выразился один из ученых, электромагнетизм привлекал к себе не только железо, но и мысли европейских физиков.
Эрстед сделал свое открытие в декабре 1819 г. во время опытов на студенческой лекции: если расположить магнитную стрелку над проводом или под ним и пропустить электрический ток, то северный полюс стрелки повернется или к западу или к востоку. Эрстед подчеркнул, что речь идет не о притяжении или отталкивании, наблюдавшихся ранее в опытах с электричеством, а о вращении стрелки, вызываемом «вихрем» магнитных сил, возникающем вокруг проводника. В то время еще не было известно понятие «направление» тока и Эрстед считал, что положительное и отрицательное электричество, сталкиваясь в проводнике, образуют «конфликт», вызывающий «вихрь» магнитного поля.
