Ленц

Сегодня даже школьник знает, что если проводник движется вблизи электрического тока или магнита, то в нём возбуждается гальванический ток такого направления, что он мог бы обусловить, в случае неподвижности данного проводника, его перемещение в противоположную сторону. Это закон Ленца.

Эмилию Христиановичу Ленцу, русскому учёному, для вывода этого физического закона пришлось поставить немало экспериментов – за что в 1834 году он, тридцатилетний, был избран действительным (ординарным) членом Санкт-Петербургской академии наук.

Генрих Фридрих Эмиль Ленц (так назвали его при рождении) родился в 1804 году в Дерпте, университетском городе, славном своими математиками, физиками, философами. Куда и поступил он, сын обер-секретаря магистрата, и проучился два года. И тут, по рекомендации учителей, российское Адмиралтейство успешного студента пригласило в кругосветное морское путешествие – в должности, по судовой роли, исследователя в области физики, геологии и астрономии. И там, на корабле, с 1823 до 1826 г. он кропотливо занимался изучением свойств морской воды, определением влажности воздуха, наблюдением за атмосферными явлениями, извержением вулканов, исследовал магнитное склонение и определял температурные режимы на различных глубинах Берингова пролива, Тихого и Индийского океанов – с помощью сконструированных им же глубометра и батометра (прибора для взятия проб воды). Эти систематизированные данные позволили ему установить происхождение тёплых и холодных морских течений, открыть закон океанических циркуляций.

По результатам исследований – и их систематизации и математической обработки, произведенной лично и вручную - Ленц был в 1828 г. избран адъюнктом Санкт-Петербургской академии наук.

В 1829 г. принял участие в первой экспедиции на Эльбрус - проводил магнитные и термометрические измерения, и барометрическим методом впервые - определил высоту этой вершины. В 1830 г. стал экстраординарным академиком – типа член-корреспондента.

И всё это время – на морских просторах и горных высотах Ленц продолжает своё образование самостоятельно. И, в то же время, принимает приглашения преподавать в знаменитой Немецкой школе Святого Петра в Санкт-Петербурге, Главном педагогическом институте и в Михайловском артиллерийском училище, вступает в должность профессора С-Пб университета, пишет руководства по физике и по физической географии для гимназий.

И начинает заниматься фундаментальными исследованиями в новой тогда отрасли – электротехнике - теорией и практическими применениями электричества, разработкой научных приборов для них. Работать он начал под руководством первого русского электротехника – академика В.В. Петрова. Ленц сконструировал чувствительный гальванометр, подтвердил справедливость закона Ома. Вскоре после открытия Фарадеем электромагнитной индукции, Ленц сформулировал закон, устанавливающий направление индуцированного тока, известный теперь как закон Ленца (посмотрите ещё раз первый абзац).

Важнейшим его изобретением был в 1832 г. баллистический метод количественных измерений для изучёния законов индукции. Он считал, что сила мгновенного тока индукции действует подобно удару, причем сила этого удара может быть измерена по скорости, сообщаемой стрелке мультипликатора – единственного в то время индикатора электрического тока. Схема установки: на столе укреплён постоянный магнит с якорем, имеющим обмотку, электрически соединённую с мультипликатором. Показания мультипликатора можно было наблюдать через оптическую трубу с помощью зеркала. Этот метод лежит в основе и современного баллистического гальванометра.

Э.Х. Ленц строго доказал зависимость между энергией электрического тока и тепловым его действием, независимо от Дж. Джоуля, который нашёл её чуть раньше – но этот закон физики носит имя их обоих. Мы с Вами его вспомним хоть ночью: выделение тепла обусловлено сопротивлением провода и силой тока (в квадрате). Но до Ленца и Джоуля об этом не все догадывались. Попутно Ленц ещё установил важное: при нагревании проводников их проводимость изменяется…

Ленц установил также, что возникновение индуктированного тока зависит от скорости «отрывания» катушки от магнита, что ЭДС, возбуждаемая в катушке, пропорциональна числу витков и при этом не зависит от материала и диаметра обмотки якоря. И он первым использовал эти выводы для практических целей: вывел формулу для расчета обмотки электромагнитного генератора. Интересно, что в это же время он впервые сформулировал принцип обратимости электрических машин, в 1838 г. экспериментально подтвердил его с помощью простейшего генератора, подключенного по схеме простейшего мотора.

Вместе с электротехником Б.С. Якоби Э.Х. Ленц исследовал намагничивание железа – они искали наиболее рациональные конструкции электромагнита для электродвигателя. И установили, что магнетизм, возбуждённый в железе током, пропорционален этому току, что намагничивающая способность обмотки не зависит от диаметра проволоки, что общее действие всех витков равно сумме действия отдельных токов и что притяжение двух электромагнитов пропорционально квадрату намагничивающего тока. Это были зачатки теории и практики электрических машин.

С этого момента в мире начались интенсивные разработки с использованием новых исследований Ленца – явления реакции (зависимости индукции от вращения якоря), применения электрических магнитов вместо постоянных - это вообще был коренной перелом, идеи самовозбуждения.

Без малого 35 лет ушло на эти исследования – и с начала 70-х годов XIX века началось триумфальное шествие реальных электрических машин во всех сферах жизни.

Итак, подытожим - хотя бы главное из многого: закон индукции - закон Ленца, Закон Джоуля и Ленца – они предваряют сформулированный позже общий Закон сохранения и превращения энергии. Методы расчёта электромагнитов. Опыты с термопарами - спаями висмутового и сурьмяного стержней - при пропускании через них тока удавалось нагревать или замораживать воду. Эксперименты над гальванической поляризацией электродов. Исследования о сжатии тел. Задолго до изобретения осциллографа Ленц сконструировал коммутатор, с помощью которого впервые снял фазовые кривые тока намагничивания. Ещё до Кирхгофа вывел формулу для определения тока в любой из ветвей, содержащих источники электродвижущих сил.

И 30 лет жизни он посвятил педагогической работе в Петербургском университете – благодаря его усилиям зародилась и получила мировое признание русская физико-математическая школа – и в 1863 г. стал его первым избранным ректором.

Русский академик, член-корреспондент Академий наук в Турине и Берлине, доктор философии Гельсингфорского университета… Не так уж часто одному учёному удаётся осуществить не только фундаментальные теоретические исследования, но и указать пути их практического применения и подготовить плеяду учеников.

Таким учёным был Ленц.