Первооткрыватели. 100 научных сказок

Зададимся вопросом: как работает электрический ток в нашем доме? Не будем трогать сложные устройства, рассмотрим обычную спираль на электрической плите или в утюге, которая разогревается при прохождении через неё электрического тока. Что происходит между электронами и металлической спиралью, отчего она становится «сердита и горяча»?

Никогда не играли в футбол в лесу, состоящем из мачтовых сосен? Попробуйте как-нибудь. Поставьте перед собой простую задачу – сильными ударами по мячу переправить его на расстояние в сотню метров. Эта задача, простая для обычного футбольного поля, в лесу превращается в трудновыполнимую: пиная мяч, вы обнаружите, что при каждом ударе он попадает в дерево и отклоняется назад или в сторону. Только ваши ноги придают ему нужное направление движения, а деревья стараются его рассеять или отбить назад. Когда вы выполните поставленную задачу, вытрите пот и обернитесь – посмотрите на пройденный путь.

Мяч играл роль электрона, вы – электромагнитного поля, ускоряющего его в нужном направлении, а стволы сосен изображали атомы металла, которые рассеивают электроны, мешая им двигаться.

Энергия, которую электромагнитное поле (в виде футболиста) затратило на проталкивание электрона сквозь плотные «заросли» атомов, выделяется на проводе в виде тепла или колебания атомов.

– То есть от попадания мяча сосны начнут качаться? Это и есть аналог выделяющегося на атомах тепла? – спросил Андрей, улыбаясь.

– Верно!

Закон известного физика Ома связывает сопротивление материала спирали, напряжение и силу электрического тока. Это феноменологический закон, сформулированный на основе многочисленных опытов, но без прояснения внутренних процессов. Описать точно электрическое сопротивление можно лишь в рамках квантовой механики, которая во времена Ома не существовала. Мы жарим яичницу и гладим брюки на квантовом тепле, которое появилось из-за сложных взаимоотношений электронов, атомов и электромагнитного поля.

Однако уже в XIX веке электрические лампы освещали крупные города, а по их улицам бежали первые трамваи. Если мы осмотримся в современной городской квартире, обнаружим, что она буквально опутана электрической сетью! В стенах нашего жилища можно найти десятки электрических розеток. Именно сюда, в маленькие сдвоенные дырочки, человек загнал неуправляемую, на первый взгляд, силу, которая с грохотом раскалывает небосвод по время гроз и заставляет полярные небеса полыхать космическим огнём.

Древние греки полагали, что громовержец Зевс владеет молниями. Современные учёные и инженеры могучи, как боги: они приручили дикие молнии Зевса, заставили их течь по проводам и крутить моторы.

Каждый организм жив, пока получает энергию извне. В этом наши дома похожи на живые организмы – им тоже для функционирования нужна энергия, и они получают её по металлической проволоке. По ней движется электрический ток, который зажигает лампочки, заставляет работать холодильник, телевизор, телефон, пылесос, электроплиту и множество других «обитателей» домов, питающихся электричеством.

Радио, телевидение, компьютеры, мобильные телефоны – всё это возникло благодаря Максвеллу и его уравнениям, которым подчиняются электромагнитные поля звёзд и северных сияний, электрических розеток и компьютерных процессоров.

Но многие люди забывают о заслугах учёных, когда пользуются благами науки и после вкусного завтрака садятся за компьютер. Так происходит потому, что мало кто понимает, какие процессы протекают в проводах и лампах и какую огромную роль в создании телевизоров и компьютеров сыграли уравнения Максвелла.

Примечания для любопытных

Джеймс Максвелл (1831–1879) – великий британский физик, шотландец по происхождению. Заложил основы классической электродинамики.

Генрих Герц (1857–1894) – знаменитый немецкий физик. Опираясь на предсказания теории Максвелла, сумел сгенерировать электромагнитные волны электротехническими методами. Так он не только подтвердил справедливость уравнений Максвелла, но и заложил основы радиосвязи.

Георг Ом (1789–1854) – знаменитый немецкий физик. Открыл закон, связывающий напряжение и силу тока с сопротивлением проводника, которое сейчас измеряется в омах.

Сказка об инженере Яблочкове, осветившем Европу русским светом