Квинтэссенция. Книга первая

Эрстед в 1823 году назвал этот ток термоэлектрическим током. В этом же году Эрстед и французский математик и физик Ж. Фурье независимо установил, что термоэлектрический ток обладает свойством суперпозиции. Это значит, что напряжения, возникающие при последовательном соединении двух спаев разнородных металлов, складываются, если оба «левых» и оба «правых» спая имеют одинаковую температуру, но температуры «левых» спаев отличаются от температуры «правых». Так, наращивая спаи один за другим, и в наши дни создают термоэлектрические батареи, преобразующие тепловую энергию в электрическую. Одиночные термопары позволяют точно и надежно измерять разность температур между двумя спаями разнородных металлов.

В 1824 году Араго обратил внимание на то, что стрелка компаса, заключенная в медный корпус, движется медленнее, чем в корпусе, изготовленном из изолирующего материала. Иначе, чем наитием не назовешь его решение поместить над стрелкой компаса медный диск. Диск мог вращаться вокруг оси, являющейся продолжением оси, на которой укреплена стрелка. Произошло чудо — при вращении диска стрелка отклонилась! Изменение направления вращения диска заставило стрелку отклониться в противоположную сторону…

Не кажется ли тебе, читатель, что ученые подобны детям, складывающим из отдельных кубиков картинку? Но в отличие от детской игры у ученых нет этой картинки! Они — наоборот — перебирают кубики до тех пор, пока у них не складывается картинка, отражающая истинные контуры окружающего мира. У них нет достоверного образца, к истине их ведет интуиция, жажда найти ответ на поставленный вопрос, любознательность и знания!

Итак, продолжим повествование.

Причина, связывающая отклонение стрелки с вращением диска, представлялась весьма таинственной. Гипотезы, придуманные для объяснения опыта Араго, не выдерживали критики. К этой тайне мы еще возвратимся.

Француз Ж. Пельтье, бывший до тридцати лет часовщиком, а потом увлекшийся физикой, в 1835 году задумался над вопросом: как распределяется температура при прохождении электрического тока через границу двух металлов? Оказалось, что в местах спаев температура резко изменяется.

К его удивлению один и тот же спай изменял свою температуру в зависимости от направления тока.

Если спай при одном направлении тока нагревался сильнее, чем соседние участки металлов, то при изменении направления тока спай охлаждался. Наибольший эффект наблюдался для спаев висмута с сурьмой.

Многие физики усомнились в открытии Пельтье. Ведь результат противоречил твердо установленному факту нагревания проводников при прохождении электрического тока. Может быть такое отношение было связано с тем, что Пельтье был в физике самоучкой?

Лишь через четыре года немецкий физик Погендорф бесспорно подтвердил правоту Пельтье. Его путь в науку тоже был долгим. В течении восьми лет он был аптекарем, лишь в двадцать четыре года поступил в университет и, будучи студентом первого курса, изобрел гальванометр — измеритель слабых токов, успешно доживший до наших дней. Через пять лет он изобрел «зеркальную шкалу», узкую зеркальную дугу, помещаемую под стрелку измерительного прибора, под его шкалу и помогающую наблюдать стрелку без параллакса. При этом нужно «держать» глаз всегда строго над стрелкой.

Сейчас широко распространены терморегуляторы, основанные на эффекте Пельтье. Изменяя силу и направление тока, с их помощью добиваются выделения или поглощения тепла или поддержания температуры на заданном уровне. Они с успехом работают в качестве охладителей или терморегуляторов электронной техники, в медицине и в некоторых бытовых приборах.

Наряду с открытием неожиданных эффектов, связанных с прохождением электрического тока через проводники, в течение долгого времени оставались неясными законы и «механизмы», приводящие к нагреванию обычных проводников, лишенных спаев.

Лишь в 1841 году англичанин Д. П. Джоуль, бывший пивовар, начал экспериментировать, основываясь на представлении о течении электрического флюида и предполагая, что теплота выделяется при соударении частиц флюида с частицами проводника. Он писал: «… я подумал, что действие тока должно изменяться при изменении силы электрического тока, как квадрат силы тока. Ясно, что в таком случае сопротивление должно изменяться в двойном отношении: из-за увеличения количества проходящего электричества в данный промежуток времени, а также из-за увеличения самой его скорости».

Сколь ни наивным кажется нам это рассуждение, эксперимент подтвердил ожидания Джоуля. Открытый им закон, наряду с проведенными исследованиями процесса выделения тепла за счет механической работы, легли в основу фундаментального закона сохранения энергии.

Этот важнейший физический закон впервые сформулирован немецким врачом Ю. Р. Майером. Непонимание современников оказалось причиной того, что судьба Майера была трагичной.