Культурная эволюция Homo sapiens. История изобретений: от освоения огня до открытия электричества - Рашид Шафигулин

Русский изобретатель Александр Николаевич Лодыгин в 1890-х годах предложил использовать в качестве долговечных нитей накаливания вольфрамовые спирали. Вольфрам наряду с ниобием, молибденом, танталом и рением образует пятёрку тугоплавких металлов. Температура плавления у них выше 2000 °C, к тому же эти металлы относительно инертны химически [18].

Французским физиком Александром Эдмоном Беккерелем (1820–1891) в 1839 году был открыт фотоэлектрический эффект. Ученый проводил эксперименты с электролитическими элементами, используя платину в качестве электродов — анода и катода. В ходе процесса свет поглощался материалом и возникало электрическое напряжение. Английский инженер Уиллоуби Смит (1828–1891) был первым, кто наблюдал фотопроводимость (в 1873 году) и обнаружил, что маленькие стержни селена становятся лучшими проводниками электричества, когда они подвергаются воздействию света. Три года спустя английский ученый Уильям Гриллс Адамс и его ученик Ричард Эванс Дей открыли, что селен может производить электричество из света без тепла. Это доказало, что солнечную энергию можно собирать и сохранять без использования тепловой или механической энергии — например, для электростанций, работающих на угле. В 1891 российский ученый Александр Григорьевич Столетов (1839–1896), стал автором первого в мире фотоэлемента, в основу действия которого был положен внешний фотоэффект. Изучая зависимость силы тока от интенсивности излучения, попадающего на фотокатод, он открыл закон фотоэффекта, получивший название — закон Столетова. В 1907 году немецкий физик Альберт Эйнштейн, исходя из гипотезы Планка о квантовой природе света, разработал теоретическое обоснование фотоэлектрического эффекта. За эту работу Эйнштейну в 1921 году была присуждена Нобелевская премия по физике.

Британский физик Майкл Фарадей выдвинул идею силовых линий, которые соединяют положительный и отрицательный электрические заряды, а также показал, что магнитное поле вращает плоскость поляризации световых волн. Британский математический гений Максвелл Джеймс Клерк (1831–1879), развивая идеи и описания поля Майкла Фарадея, создал теорию электромагнитного поля (уравнения Максвелла). Его расчеты показали, что электромагнитная сила — это волна, и это оказалось одним из самых важных открытий в физике. А немецкий физик Генрих Рудольф Герц (1857–1894) экспериментально доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве. Если Максвелл предсказал и заявил о возможности о существования электромагнитных волн, то уже последующие исследователи доказали и экспериментально обнаружили эти волны такие как радиоволны, что делают возможным радиовещание, микроволны используются в микроволновых печках, также ультрафиолетовые и инфракрасные, рентгеновские и гамма-волны.

Американец шотландского происхождения Александр Грэхем Белл провел аналогичные эксперименты на лодках на реке Потомак в 1882 году и преуспел в отправке сигналов на расстояние до 1 мили. В 1887 году Эдисон, используя некоторые элементы радиотелеграфа, смог установить связь между различными участками пути на железной дороге Лихай — Вэлли. На Герца и его коллег открытие электромагнитных волн не произвело особого впечатления, но другие ученые увидели в нем возможность практического применения. В 1894 году в Болонье, Италия, двадцатилетний Гульельмо Маркони (1874–1937) начал работать с аппаратурой, подобной той, что была у Герца, имея целью использование электромагнитных волн для связи без проводов. До этого французский физик и инженер Эдуард Бранли (1844–1940) в 1890 году изобрел устройство под названием когерер (прибор для регистрации электромагнитных волн). Маркони обнаружил, что когерер может быть использован в качестве детектора электромагнитных волн. Он сумел усовершенствовать оригинальное изобретение Бранли. А российский физик изобретатель Александр Сергеевич Попов описал свой беспроволочный телеграфный аппарат, выступая перед собранием Русского Физического Общества в Санкт-Петербурге в 1895 году. Его оборудование было очень похоже на то, что использовал Маркони, и включало когерер в качестве детектора. Таким образом беспроволочный телеграф стал практической реальностью, и радиосигнал стало возможно получать на многие расстояния. 31 октября 1902 из Северной Америки в Европу была отправлена первая трансатлантическая телеграмма.

В 1840 году инженер из Шотландии Александр Бейн (1811–1877) нашел простой метод передачи факсимиле по телеграфным проводам. При этом были задействованы определенные элементы, используемые затем в более поздних факсимиле и телевидении. Особенно пригодился принцип сканирования. Изображение наносилось на передающий барабан в виде диэлектрического материала. Затем барабан сканировался, а на принимающей стороне изображение воспроизводилось на обработанной химическим образом бумаге, намотанной на второй барабан. Так происходило развитие факсимильной передачи, которая в какой-то степени была предшественницей телевидения. Но чтобы телевидение могло родиться, требовалось усовершенствовать электронно-лучевую трубку.

Прототипом ее можно считать газоразрядную трубку известного английского физика У. Крукса (1832–1919), впервые наблюдавшего изображение объекта в катодных лучах (теневое изображение креста на торцевой стенке трубки). Трубка Крукса дала толчок работам по созданию телевидения и многим другим направлениям электротехники, хотя изначально послужила развитию электрического освещения. В 1879 г. Уильям Крукс создал стеклянные вакуумные трубки, содержащие катод (отрицательный электрод) и анод (положительный электрод). Трубки заполнялись люминесцирующими веществами и в результате электрического разряда светились разными цветами. Препятствия и вращающиеся вертушки при этом отбрасывали причудливые тени. Из стеклянных трубок откачивали воздух и часто заполняли их каким-нибудь газом. Для создания такой трубы требовался только умелый стеклодув и хороший воздушный насос. Как мы уже знаем по предыдущей главе, получение таких ламп стало возможным в период, когда технология выдувания стекла достигла высокого уровня.

С появлением вакуумной трубки стало возможным усиливать поступающие сигналы. В вакуумированной стеклянной трубке в качестве светочувствительного материала использовались различные соединения цезия, калия, рубида, тантала, тория или циркония. В дополнение ко всему этому трубка Крукса не только стала предком многих других устройств, но и привела к открытию радиоактивности. Среди многочисленных ее «потомков» — столь востребованная рентгеновская трубка. 8 ноября 1895 года Вильгельм Конрад Рентген (1845–1923), профессор физики Вюрцбургского университета, экспериментируя с трубкой Крукса, обнаружил, что экран, покрытый тонким слоем платиноцианида бария и лежащий рядом с трубкой, флуоресцирует, если она работает. Он обнаружил, что объекты, помещенные между трубкой и экраном, отбрасывают на экран тени. При этом чем больше плотность объекта, тем темнее тени. Свойства открытого излучения, названного им X-лучами (икс-лучи), оказалось поразительным. При направлении лучей на руку кости отбрасывали более темные тени, чем плоть.

Открытие рентгеновских лучей пробудило желание выяснить, существуют ли другие, еще неизвестные виды излучения. Французский физик Анри Беккерель (1852–1908) экспериментировал, оборачивая различные минералы в черную непрозрачную бумагу и помещая их на фотографические пластины. Таким образом он пытался определить, существует ли естественное излучение от этих минералов. В ходе опытов с ураном обнаружилось, что фотопластинки полностью засвечены, то есть соединения урана действительно вызывают почернение пластин. Не вызывало сомнения, что проникающее излучение исходило именно от самого урана. 24 февраля 1896 года Анри Беккерель выступил с лекцией на эту тему перед французской Академией наук. Вскоре после этого опыта