Резерфорд Э.

Резерфо́рд, Эрне́ст

(англ. Ernest Rutherford)

Родился 30 августа 1871 года — умер 19 октября 1937 года

Британский физик новозеландского происхождения родился в посёлке Спринг-Грув.

Первой учительницей для Эрнеста была его мать Марта Резерфорд. И именно ей в 1931 году уже лорд Резерфорд отправил телеграмму «Заслуга более твоя, чем моя». С отличием закончил начальную школу. У него была хорошая память, здоровье и сила. Полученная стипендия позволила поступить в колледж. Стипендия по окончании этого колледжа дала возможность учиться в другом колледже. Уже в то время утверждал, что все атомы состоят из одних и тех же составных частей. Только через 12 лет он экспериментально доказал это.

По окончании колледжа получил самую крупную стипендию для перспективных молодых учёных и инженеров. Работал преподавателем в школе. В 1895 году уезжает в Англию и прибывает в Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета.

Сначала Резерфорд планировал заниматься детектором радиоволн, но эту работу профинансировали для Маркони. Поэтому он начал работать по теме процессов ионизации газов под действием рентгеновских лучей. Вместе с директором Кавендишской лаборатории Джозефом Томсоном научились, облучая газ, делать его проводником. Сделал попытку измерить массу неизвестных в то время отрицательных зарядов. Он называл их «корпускулы», сейчас электроны. Открыли явление насыщения тока при ионизации га-зов. В 1898 году показал, что радий испускает два рода лучей альфа- и бета-лучи, положительно и отрицательно заряженные частицы (рис. 1). Начал заниматься явлением радиоактивности урана и тория.

pic-37-1
Рис. 1. Состав радиоактивного излучения

В 1898 году занял должность профессора университета в Монреале. В 1903 году совместно с химиком Фредериком Содди выяснили, что в процессе радиоактивного распада происходит преобразование элементов. Они доказали, что радиоактивность сопро-вождается химическими изменения, образуются новые виды материи. Продукты этих реакций вначале радиоактивны, но эта активность равномерно затухает. Резерфорд и Содди оценили энергию, выделяющуюся граммом радия. Эта энергия содержалась в материи и была очень большой. Эта энергия является свойством всех типов атомов, существующих во Вселенной. Резерфорд ввёл понятие периода полураспада.

В 1908 году Эрнесту Резерфорду была присуждена Нобелевская премия по химии. Но самая известная работа Резерфорда была выполнена после вручения премии. В 1911 году была разработана планетарная модель атома, в соответствии с которой атом состоит из положительно заряженного ядра и обращающихся вокруг него электронов (рис. 2).

pic-37-2
Рис. 2. Планетарная модель атома

Рентген В.

Рентген, Вильге́льм Ко́нрад

(нем. Wilhelm Conrad Röntgen)

Родился 27 марта 1845 года — умер 10 февраля 1923 года

Великий немецкий физик родился под городом Дюссельдорф.

Начал учиться в частной школе, затем в технической школе. В 1865 году поступил в Федеральный политехнический институт в Цюрихе на отделение механической инженерии. В 1869 году оканчивает институт, получает степень доктора философии. Работал ассистентом на кафедре физики. В 1874 году перешёл в Страсбургский университет. Работал лектором, а затем — профессором. Был весьма суров и замкнут в общении. Отличался определённой сухостью в общении со студентами и коллегами по университету.

В 1888 году после серии опытов открыл эффект поляризации диэлектриков при их движении в однородном электрическом поле. Возникает поляризационный ток (ток Рентгена).

8 ноября 1895 года обнаружил эффект свечения экрана, покрытого одним из соединений бария, под действием полностью закрытой, но работающей катодной трубки (рис. 1). Рентген пришёл к выводу, что из трубки исходит неизвестное излучение.

pic-38-1
Рис. 1. Катодно-лучевая трубка

Рентген описал основные свойства излучения, которое носит сейчас название рентгеновского излучения. Он обнаружил, что это излучение засвечивает фотопластины и обладает большой проникающей способностью. Рентген показал, что излучение возникает в месте столкновения катодных лучей при их торможении о преграду внутри катодной трубки (антикатод — анод) (рис. 2).

pic-38-2
Рис. 2. Схематическое изображение рентгеновской трубки

22 декабря 1895 года был сделан первый рентгеновский снимок человеческого тела. Это была кисть его жены. На основе этого открытия в дальнейшем была открыта радиоактивность.

За это открытие в 1901 году первым из физиков Вильгельм Рентген получил Нобелевскую премию по физике.


Столетов А.

Столе́тов, Алекса́ндр Григо́рьевич

Родился 29 июля 1839 года — умер 16 мая 1896 года

Российский физик, заслуженный профессор Московского университета родился в г. Владимире.

К поступлению в гимназию по русскому языку и арифметике Александра готовила его мать. В 4 года научился читать. Окончил Владимирскую гимназию в 1856 году с золотой медалью. Блестяще знал языки. Поступил на физико-математический факультет Московского университета. Университет окончил с отличием и остался при университете. Проходил стажировку в ведущих университетах Европы. Густав Кирхгоф называл его самым талантливым своим учеником.

Область научных интересов: электромагнетизм, оптика, молекулярная физика.

Исследовал магнитную проницаемость железа, получил кривую магнитной проницаемости ферромагнетика в зависимости от напряжённости магнитного поля (кривая Столетова).

Явление фотоэффекта[1] открыл Генрих Герц в 1887 году. Столетов изучал внешний фотоэффект как самостоятельное явление. В 1889 году описал закономерности фотоэффекта. Им были установлены 3 закона внешнего фотоэффекта[2] (рис. 1, 2).

pic-39-1
Рис. 1. 1-й закон внешнего фотоэффекта (закон Столетова)
pic-39-2
Рис. 2. Фотоэлемент Столетова


1 Фотоэффект — испускание электронов веществом при поглощении им квантов электромагнитного излучения (фотонов).
2 Внешний фотоэффект — испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.


Тесла Н.

Те́сла, Нико́ла

(серб. Никола Те́сла)

Родился 10 июля 1856 года — умер 7 января 1943 года

Американский инженер, учёный-физик, изобретатель родился в деревне Смилян. Серб по национальности. Никола родился и вырос в семье священника. Считал, что способности унаследовал от своей матери. У неё была очень хорошая память, она любила поэзию.

В 1862 году переехали в городок Госпич, где Никола учился в школе. Выучил четыре языка, очень хорошо знал математику.

В 1870 году поступил в Высшее реальное училище. Занимался естественными науками, готовился к поступлению в институт. В 1873 году по окончании училища тяжело заболел. Переезжал из одного города в другой. Занимался в основном самостоятельно.

В 1881 году в Будапеште пытался найти работу в отделении компании Томаса Эдисона. Но устроился работать инженером-электриком на телеграфе. Всё-таки в 1882 году устроился в компанию Эдисона, из которой уволился в 1884 году.

Компания Эдисона разрабатывала электрические устройства постоянного тока, лампы накаливания, системы электрического освещения. Тесла же понимал преимущества переменного тока перед постоянным при массовом электроснабжении потребителей. К тому времени было создано много оборудования на постоянном токе.

После конфликта с Эдисоном Никола организовал свою компанию, занимаясь проектированием дуговой лампы для уличного освещения.

В 1888 году Галилео Феррарис опубликовал результаты работы по теоретическим основам асинхронного двигателя. Тесла в этом же году получил патент США (рис. 1).

pic-40-1
Рис. 1. Индукционный (двухфазный) двигатель

В 1889 году российский инженер Доливо-Добровольский получил патент на трёхфазный асинхронный двигатель. В 1893 году компания Тесла выиграла тендер на поставку электрооборудования и освещение павильона выставки в Чикаго.

В результате именно переменный ток стал основным для электрических сетей по всему миру. Значительно увеличились темпы электрификации.

В 1901–1917 годах проводил эксперименты с электрической энергией большого напряжения. Создал большой трансформатор с напряжением несколько миллионов вольт. Разработал конструкцию высокочастотного излучателя. Продумывал устройство модулятора. В 1901 году построил первую беспроводную телекоммуникационную башню. Она предназначалась для некоммерческой трансатлантической телефонии и радиовещания. В дополнение к беспроводной телекоммуникации продемонстрировал беспроводную передачу электроэнергии от передающей к приёмной катушке Тесла (рис. 2).

pic-40-2
Рис. 2. Конструкция передающей катушки Теслы

В честь Николы Теслы единица магнитной индукции названа 1 Тесла.


Фарадей М.

Фараде́й, Майкл

(англ. Michael Faraday)

Родился 22 сентября 1791 года — умер 25 августа 1867 года

Великий английский физик-экспериментатор и химик родился в Лондоне.

Из-за бедности семьи систематического образования Майкл не получил. Посещал только воскресную школу, где обучали зачаткам чтения, письма и арифметики. В 13 лет Майкл бросил воскресную школу и стал работать в переплётной мастерской. В 1805 году подписал контракт на 7 лет для обучения переплётному мастерству на 7 лет. За это время много читал романов и книг о путешествиях. Научные книги он не понимал. Через год прочёл книгу по химии, которая открыла ему новый взгляд на мир. По энциклопедии начал изучать электричество. Начал проводить простые самостоятельные опыты. Прослушал курс из 13 лекций по физике. Тогда же он начал записывать полученные знания и собственные мысли в особые тетради.

В 1813 году был принят на работу ассистентом известного британского химика, физика и геолога Хамфри Дэви, одного из основателей электрохимии. В результате Фарадей получил возможность научных занятий в Королевском институте Лондона.

Во время путешествия по Европе с конца 1813 года вместе с Х. Дэви встречались с Ампером, Гей-Люссаком, Дюма (химик) и другими. Встретились с изобретателем вольтова столба Алессандро Вольта. Путешествие продлилось до 23 апреля 1815 года.

Началась интенсивная работа в институте. Участвовал в разработке взрывобезопасной шахтной лампы. Написал свою первую научную статью. За глубокие знания по физике и химии Фарадею было поручено редактирование научного журнала. Опубликовал около 40 научных работ по химии. Он исследовал сплавы железа, изучал влияние различных добавок на их качество, получил нержавеющую сталь. Впервые получил хлор в жидком состоянии. Выделил из нефти бензин и бензол.

В 1821 году проводил работы над проблемами связи электричества и магнетизма и писал очерк истории электромагнетизма. Провел эксперимент, связанный с действием магнита на проводник с током (рис. 1). Потом он понял, что для усиления эффекта проводник надо сворачивать в катушку. При изменении полярности источника питания проводник изменял направление вращения.

pic-41-1
Рис. 1. Опыт Фарадея

Был избран членом Лондонского Королевского общества (FRS), хотя Фарадей даже не имел диплома об образовании. В 1825 году стал директором лаборатории.

Фарадей поставил задачу превратить магнетизм в электричество. Идея была такая: если электрический ток действует на магнит, то и движение магнита должно возбуждать электрический ток. Но в то время не знали, что электрический ток возникает только при изменении магнитного поля. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции (рис. 2).

pic-41-2
Рис. 2. Электромагнитная индукция

Первый генератор тока (динамо-машина) был разработан М. Фарадеем (рис. 3). Разработал трансформатор Фарадея (рис. 4).

pic-41-3
Рис. 3. Диск Фарадея
pic-41-4
Рис. 4. Трансформатор Фарадея

Уже в последние годы жизни открыл явление поворота плоскости поляризации света в веществе, помещённом в магнитное поле, и диамагнетизм. Выдвинул гипотезу о смещении спектральных линий. В 1902 году за это открытие П. Зееман получил Нобелевскую премию.


Чебышёв П.

Чебышёв, Пафну́тий Льво́вич

Родился 4 мая 1821 года — умер 26 ноября 1894 года

Великий российский математик и механик родился в деревне Окатово.

Начальное образование получил дома. Его учителями были его мать и двоюродная сестра. Занимался музыкой.

В 1832 году семья переехала в Москву, чтобы продолжить образование детей. Пафнутий поступил в Московский университет на физико-математическое отделение философского факультета, который окончил в 1841 году. В дальнейшем его занятия наукой и серьёзные достижения относились к математике.

В 1847 году Чебышёв переехал в Санкт-Петербург. В Петербургском университете продолжил научную работу в области математики.

После научной командировки в Западную Европу и знакомства с крупнейшими математиками и механиками в 1853 году была отмечена важность его работ и в области практической механики.

Известный как основоположник теории вероятностей, занимаясь баллистикой, Чебышёв оказал большое влияние на развитие российской артиллерийской науки. Он получил приближённую формулу дальности полёта снаряда. Его работы были направлены на повышение дальнобойности и точности артиллерийской стрельбы (рис. 1).

pic-42-1
Рис. 1. Траектории полёта снаряда

При решении математической задачи о стабилизации рабочей точки шарнирно-рычажного механизма создал раздел математики «Теория приближений» и стал основоположником теории синтеза механизмов. Методы теории функций были использованы в работах о центробежном регуляторе (рис. 2) и о зубчатых колёсах.

pic-42-2
Рис. 2. Центробежный регулятор Чебышёва

Для рычажных плоских механизмов с вращательными кинематическими парами вывел формулу, которая носит его имя:

fig-42-1

Чебышёв разработал более 40 различных механизмов: механизмы с остановками, выпрямители и ускорители движения и так далее. В одном из них (шарнирный четырёхзвенник) траектория точки P мало отличается от прямой (рис. 3).

pic-42-3
Рис. 3. Шарнирный четырёхзвенник

Сконструировал паровую машину, которая обладала преимуществами в сравнении с существующими. Создал «стопоходящую машину», которая имитировала движение животного при ходьбе (рис. 4).

pic-42-4
Рис. 4. Стопоход

Сконструировал инвалидную коляску (самокатное кресло) (рис. 5), табурет (рис. 6), устройство сортировки, семь механизмов, которые преобразовывали вращательное движение в другие виды движения.

pic-42-5
Рис. 5. Самокатное кресло
pic-42-6
Рис. 6. Табурет

Честь дороже прибытка — вклад в науку Пафнутия Чебышёва


Черенков П.

Черенко́в, Па́вел Алексе́евич

Родился 15 июля 1904 года — умер 6 января 1990 года

Советский физик родился в селе Новая Чигла (Воронежская область).

Родители Павла были крестьяне. С детства увлекался чтением книг, обладал хорошей памятью. Окончил церковно-приходскую школу, затем работал чернорабочим, конторщиком. В 1924 году после окончания гимназии поступил на физико-математическое отделение Воронежского университета. По окончании университета работал учителем в г. Мичуринск.

В 1930 году переехал в Ленинград, где поступил в аспирантуру Физико-математического института Академии Наук СССР. Работал под руководством С. И. Вавилова, основателя школы физической оптики.

В ходе экспериментов с люминесценцией растворов ураниловых солей под действием гамма-лучей обнаружил необычное фоновое голубое свечение. Такое свечение наблюдали ещё Мария и Пьер Кюри, но считали его обычной флуоресценцией (разновидностью люминесценции). Однако такое излучение имело характерные особенности: Свечение наблюдалось у всех прозрачных жидкостей; излучение имеет поляризацию; не наблюдается температурное тушение. Свет излучали быстрые электроны, образующиеся при облучении вещества. Черенков установил основное свойство излучения — излучение было направлено под острым углом к скорости частицы (световой конус). В 1937 году физики И. Е. Тамм и И. М. Франк дали теоретическое обоснование излучения Черенкова-Вавилова на основе уравнений классической электродинамики. Эффект излучения широко используется при регистрации частиц высокой энергии, измерения их скорости. Приборы для измерения называются черенковскими счётчиками, детекторами быстрых заряженных частиц (рис. 1).

pic-43-1
Рис. 1. Оптическая система дифференциальных Черенковских счётчиков

В 1958 году Черенков, Тамм и Франк были награждены Нобелевской премией по физике «за открытие и толкование эффекта Черенкова—Вавилова». Звание члена-корреспондента Академии наук получил в 1964 году.


Эйнштейн А.

Эйнште́йн, Альбе́рт

(нем. Albert Einstein)

Родился 14 марта 1879 года — умер 18 апреля 1955 года

Американский, немецкий и швейцарский физик-теоретик родился в г. Ульме.

Альберт рано научился читать. В 1886 году поступил в начальную государственную школу в Мюнхене. Математических талантов в школе не замечали, хотя обладал логическими способностями и упорством. Затем поступил в гимназию. Стал отличником по математике, хорошо знал иностранные языки. С 1889 года Альберта интересовала только математика. И немного музыка, игра на скрипке. В 1894 году семья переехала в Италию, а Альберт поступил в Высшее политехническое училище в Цюрихе на педагогический факультет. В училище преподавали математику и физику в университетском объёме, изучал историю, геологию, астрономию, статистику. Но часто прогуливал занятия. В 1899 году сдал выпускные экзамены. Тема диплома — теплопроводность. Долгое время давал частные уроки. В 1902 году был принят на должность эксперта в Федеральное бюро патентования изобретений после принятия гражданства Швейцарии. Характер работы позволял заниматься исследованиями в области теоретической физикой.

В 1905 году были опубликованы три выдающиеся статьи Эйнштейна: «К электродинамике движущихся тел» (специальная теория относительности (СТО)), «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света» (квантовая теория), «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты» (статистическая физика).

СТО базируется на постулатах:

  1. Законы природы одинаковы во всех системах координат, которые движутся прямолинейно и равномерно относительно друг друга.
  2. В этих системах координат скорость света в вакууме одинакова.

Была получена формула, связывающая значения массы и энергии:

fig-44-1

В СТО пространственные и временные характеристики зависят от скорости. Время в движущихся объектах течёт медленнее.

Материальным носителем гравитации является само пространство-время. Источником гравитации в соответствии с теорией Эйнштейна является кривизна пространства-времени (рис. 1).

fig-44-1
Рис. 1. Кривизна пространства-времени