Курс истории физики

Э.Х. Ленц в 40-х годах XIX в. пытался преобразовать физический кабинет Академии наук в физическую лабораторию, привлекая молодых исследователей для работы в нем. Но учеников у Ленца было немного, кроме того, после смерти Ленца исследовательская деятельность в физическом кабинете Академии наук затухла. Но дело, начатое Ленцем, не пропало бесследно. Его ученики, продолжая традиции своего учителя, организовывали физические лаборатории в различных высших учебных заведениях.

Первая лаборатория в России создается при Петербургском университете Ф. Ф. Петрушевским (1828-1904) в 1865 г.

В первые пять лет число работающих в ней не превышало десяти человек; в 1870 их было 18, в 1875 - уже 76, а в 1878 — 115. Надо отметить, что введение Петрушевским лабораторного практикума в университете шло в одно время с введением подобного практикума за границей.

Лаборатория испытывала большие трудности из-за недостатка помещения, приборов и средств, отпускаемых на ее нужды.

Петрушевский и его ученик И.И.Боргман (1849-1914) боролись за создание физической лаборатории, отвечающей современным требованиям. Благодаря их хлопотам средства на постройку нового здания физического института были отпущены, и 9 сентября 1901 г. физический институт был открыт.

В новом помещении появилась возможность значительно расширить физический практикум и также проводить многочисленные физические исследования.

В лаборатории Петрушевского было подготовлено много известных русских ученых и педагогов. Учениками Петрушевского были А.С.Попов, И.И. Боргман, Н. Г. Егоров (1849-1919), В. К. Лебединский (1868—1937), Н.П.Слугинов (1854—1897) и ряд других замечательных русских и советских физиков. Ученики лаборатории распространили практические занятия по физике в большей части России.

В 1867 г. Д.А. Лачинов (1842-1902) создает физическую лабораторию в Петербургском земледельческом институте. В 70-х годах М.П. Авенариус организовывает физическую лабораторию в Киевском университете, а А. Г. Столетов — в Московском университете. В лаборатории Московского университета был выполнен ряд замечательных ра бот, сыгравших большую роль в развитии физики, и подготовлено много способных учеников, занявших впоследствии посты заведующих кафедрами физики многих университетов России (Р.А.Колли, Н.Н.Шиллер, П.А.Зилов, Н.П.Кастерин, Д. А. Гольдгаммер, В. А Михельсон).

Столетов провел в своей лаборатории актиноэлектрические исследования, принесшие ему мировую славу. Он привлек в лабораторию П. Н.Лебедева, впоследствии создавшего замечательную школу русских физиков, прославившего родную науку исследованиями светового давления.

После смерти Столетова заведующим физическим кабинетом был избран Н.А.Умов. Понимая важность создания физического института — не воплощенной при жизни мечты Столетова, Умов прилагает много энергии для претворения ее в жизнь. Над созданием проекта института работала комиссия во главе с Умовым, в которую входили П.Н.Лебедев и А.П.Соколов. Институт был выстроен в 1903 г. Именно в стенах этого института достигла своего расцвета школа физики П. Н.Лебедева.

Итак, одновременно с лабораториями за границей в России появились физические лаборатории в Петербургском и Московском университетах. Но экономическая отсталость России, реакционность правительства мешали развитию лабораторий. Мизерность отпускаемых на нужды лабораторий средств, недооценка важности научных исследований вынуждали руководителей физических лабораторий вести постоянную борьбу за каждую комнату для экспериментальной работы, за каждый прибор, за каждого ученика, что отнимало много времени и сил.

И все же в таких условиях передовые русские физики Ф. Ф. Петрушевский, Д.А.Лачинов, М.П.Авенариус, Н.А.УМОВ, А.Г.Столетов, П.Н.Лебедев обогатили не только русскую науку, но и внесли фундаментальный вклад в развитие физики.

Второе начало термодинамики

Прогресс теплотехники не только стимулировал открытие закона сохранения и превращения энергии, но и двинул вперед теоретическое изучение тепловых явлений. Уточнялись основные понятия, создавалась аксиоматика теории теплоты, разрабатывались математические методы. Ведущую роль в основании теории тепловых явлений сыграли Р. Клаузиус, В. Томсон и другие ученые.

Рудольф Клаузиус родился 2 января 1822 г. в г. Кёслине. По окончании университетского курса в Берлине он был преподавателем в Артиллерийской школе. С 1855 г. он стал профессором в Высшей политехнической школе в Цюрихе, а затем в Цюрихском университете. С 1869 г. он переехал в Бонн, где и умер 24 августа 1888 г.

Статьи Клаузиуса по механической теории теплоты были изданы в 1867 г. В 1879-1891 гг. вышло второе, перера_-ботанное и дополненное, издание этой книги под заглавием «Die mechanische Warmetheorie» в трех томах. Второй том книги был посвящен механической теории электричества, третий — кинетической теории газов.

Первая статья Клаузиуса «О движущей силе теплоты» появилась в 1850 г. В ней он разбирает работу Карно (вслед за В. Томсоном) и, отказываясь от его концепции неуничтожаемости теплоты, считает, что надо сохранить основную часть его положения в виде нового принципа — второго начала, который Клаузиус формулирует следующим образом: «Теплота не может переходить сама собой от более холодного тела к более теплому». Клаузиус неоднократно в своих статьях разъяснял смысл выражения «сама собой». «Появляющиеся слова «сама собой», — писал он в «Статьях по механической теории тепла»,— требуют, чтобы быть вполне понятными, еще объяснения, которое дано мною в различных местах моих работ». Теплота в ряде процессов может перейти от холодного тела к теплому, но «тогда одновременно с этим переходом от более холодного к более теплому телу должен иметь место и противоположный переход теплоты от более теплого к более холодному, либо должно произойти какое-либо другое изменение, обладающее той особенностью, что оно не может быть обращено без того, чтобы не вызвать с своей стороны, посредственно или непосредственно, такой противоположный переход теплоты ». Клаузиус указывает, что такой противоположный процесс должен рассматриваться «как компенсация перехода теплоты от более холодного тела к более теплому», и дает новую формулировку принципа: «Переход теплоты от более холодного тела к более теплому не может иметь место без компенсации».

«Это предположение, выставленное мною в качестве принципа, — пишет Клаузиус в своем обобщающем труде, — встретило много возражений, и мне пришлось его неоднократно защищать». В борьбе за утверждение нового принципа большую роль сыграл английский физик Вильям Томсон.

Вильям Томсон родился 26 июня 1824 г. в Белфасте в семье преподавателя математики. Когда Вильяму было восемь лет, семья переехала в Глазго, который стал впоследствии местом жизни и труда знаменитого физика. Одаренный мальчикуже в десятилетнем возрасте стал студентом Глазговского университета. Вскоре юный студент опубликовал свою первую работу по теории теплопроводности. Двадцати двух лет Томсон становится профессором в Глазго и занимает кафедру до 1899 г., в течение пятидесяти трех лет.

Заняв пост профессора натурфилософии университета и ознакомившись с положением дел на кафедре, Томсон нашел его неудовлетворительным. Старомодная аппаратура, большая часть которой столетней давности, остальная — пятидесятилетней. Такими приборами пользовались для лекционной демонстрации.

«...Здесь абсолютно не было обеспечено какого-либо рода экспериментальных исследований и совсем не было идей даже для какой-нибудь студенческой практической работы».

Вскоре Томсон в Глазго предпринял серию экспериментов по электродинамическим свойствам материи. В помощь себе он пригласил нескольких студентов. Приглашенные добровольцы с энтузиазмом принялись за работу. Другие студенты, узнав, что их товарищи предприняли экспериментальные исcледования, захотели участвовать в этом.