Ян Шнейберг
Відомий американський письменник М. Вілсон у своїй книзі «Американські вчені і винахідники» писав про Джозефа Генрі: «Вік з чвертю і ціла епоха в галузі знань відокремлювали електростатики Франкліна і електродинаміку Максвелла. І велика частина цих знань була здобута однією людиною - Дж. Генрі ... Більшість сучасників не могла оцінити як слід і малої частки його величезного внеску в науку ». Тепер його дослідження «... стоять у ряді великих наукових відкриттів ». Видатним внеском Дж. Генрі у дослідження електромагнетизму вважається відкриття їм (майже одночасно з Фарадеєм) явища електромагнітної індукції. Не випадково його називають «американським Фарадеєм». Генрі першим виявив коливальний характер іскрового розряду конденсатора, що по гідності оцінили лише через півстоліття при зародженні електрозв'язку та радіотехніки.
На шляху до знань
Джозеф Генрі народився 17 грудня 1797 року в бідній сім'ї візника в м. Олбані (штат Нью-Йорк). Хлопчиком був відправлений до бабусі, де навчався у сільській школі, допомагав на фермі і працював у крамниці.
Серед небагатьох його розваг було полювання на кроликів. Погнавшись одного разу за одним з них, він через підземний хід потрапив в церковний підвал, заставлений шафами з книгами. Ледве вміючи читати, почав гортати всі книги підряд. Підвал-бібліотека став місцем його постійних самостійних занять. Згадуючи свою юність, Генрі підкреслював, що він був «головним чином самоучкою».
Вражаюче схожими бувають людські долі. М. Фарадей (1791-1867), що жив в Англії майже одночасно з Генрі, був сином лондонського коваля. Через брак коштів для отримання початкової освіти був відданий в учні до власника палітурної майстерні, де випадково познайомився з вмістом багатотомної «Британської енциклопедії». Він надзвичайно захопився статтею про електрику, ще не здогадуючись, що дослідженню цієї «таємничої сили природи» присвятить усе своє життя і стане всесвітньо відомим вченим.
Однією з перших книг, що викликали у Генрі незбориме прагнення до оволодіння знаннями, був твір англійської натурфілософа Дж. Грегорі «Лекції з експериментальної фізики, астрономії та хімії», видане в Лондоні в 1808 р. Будучи вже відомим вченим, Дж. Генрі подарував цю книгу своєму п'ятирічному синові з написом: «Це неглибоке твір справила дивовижне вплив на моє життя і було найпершою з книг, прочитаних з великою увагою». Ця книга відкрила для нього новий світ і наділила «величезної привабливістю речі, майже незамечаемие перш, направили ... розум на вивчення природи ».
Пробувши на фермі до 1811 р., Генрі повертається в Олбані, влаштовується учнем до дзигармайстра, але кар'єра ремісника не приваблює його, він все більше захоплюється літературою і театром. Олбані стає вельми процвітаючим містом, відомим своєю багатою бібліотекою. З юних років книги були одним з головних захоплень Генрі, його особиста бібліотека вже в томів.
З 1819 р. Генрі - вільний слухач олбанський академії (середній навчальний заклад підвищеного типу), по бідності він був звільнений від плати за навчання. В академії значна увага приділялася викладання природничо-наукових дисциплін. Майбутнього вченого захопила книга Т. Юнга «Курс лекцій з фізики і механіки», на форзаці якої Генрі написав запам'яталися йому рядки, співпадали, мабуть, з його мрією:
Часом у великій книзі таємниць природи
Мені вдається дещо прочитати!
Замолоду Генрі схилявся перед математикою. «Ясно, - писав він, - що з усіх наук, які покликані будити і підтримувати дух допитливості і підприємливості, немає більш дієвої, ніж математика».
У 1822 р. Генрі був залишений в Академії на посаді асистента і протягом трьох років брав участь у демонстрації дослідів на лекціях з хімії. Незабаром Генрі стає одним із найбільш освічених людей міста і обирається членом Вченої суспільства Олбані. Він
бере активну участь у заснуванні Інституту натуральної історії (його нерідко називали олбанський академією наук), де працював у відділенні фізико-математичних наук. Незабаром він стає «куратором» відділення природознавства, займається геологічними дослідженнями.
Під час однієї з геодезичних експедицій він відвідав відому Військову академію у Вест-Пойнті, де вперше дізнався про досліди Ерстеда, який відкрив у 1819 р. дію електричного струму на магнітну стрілку. Будучи в Нью-Йорку, він ознайомився зі способами виготовлення підковоподібних магнітів. Навряд чи він міг тоді припускати, що майже вся його життя буде пов'язане з дослідженнями електромагнетизму.
У 1826 р. Генрі призначається на посаду професора математики і фізики олбанський академії. У своїй першій промові, що стала «офіційною подією» в кар'єрі вченого і педагога, він виявив дивовижну обізнаність у розвитку точних наук. Цікаво його твердження про те, що «Шекспір в науці трапляються так само рідко, як і в літературі».
У 1826-1832 рр.. Генрі викладав в академії алгебру, вищу математику, фізику і геометрію, керував природно-науковим факультетом.
Творець перших потужних електромагнітів
Генрі дізнався про досліди Ерстеда через сім років після їх опублікування, але, захопившись «таємницями» електромагнетизму, дуже скоро зумів домогтися успіхів, що зробили його ім'я широко відомим далеко за межами Америки. Це перш за все відноситься до створення унікальних найпотужніших електромагнітів.
Протягом 1826-1827 рр.. Генрі уважно вивчає дослідження в області електромагнетизму, проведені Ерстед, Араго, Ампером і Фарадеєм. Предметом своїх досліджень він обрав електромагніт, передбачаючи можливість його практичного застосування. Перший підковоподібний електромагніт, здатний піднімати вантаж більше 3 кг, що суттєво перевищувало його власну вагу, був створений в 1825 р. англійцем В. Стердженом. Магніт представляв собою серцево який була намотана неізольована мідний дріт. Один з учених, що вперше побачив електромагніт, писав: «дивуєшся йому, як диву». Генрі вирішив «домогтися сильних електромагнітних ефектів шляхом малої витрати електрохімічної енергії» (гальванічних батарей).
З притаманним йому майстерністю він створює многовітковие електромагніти, названі «ущільненими»: на порівняно невеликій площі електромагніту він розміщував до 400 витків ізольованою шовком мідного дроту, що підключаються до окремої батареї. Якщо з'єднати ці «пасма» обмотки паралельно, то сила струму помітно зростає.
Генрі винайшов «многокатушечную» обмотку, яка дозволила помітно збільшити підйомну силу електромагніту. Він запропонував розміщувати на електромагніті до десяти подібних обмоток - так з'явилися перші в світі технічні зразки котушок (називалися «бобінами»).
У процесі численних експериментів він зраджував кількість і схему підключення котушок до двох гальванічним батарей і зумів створити «силові» електромагніти з фантастичною підйомної силою - від 30 до 325 кг при власній вазі магніту 10 кг (рис. 1).
Розробка унікальних магнітів зажадала від Генрі чимало винахідливості, часу і сил. Він згадував про перші свої роботи: «Всю ніч я просидів біля столу, заваленого шматками заліза та дроту. Три рази довелося наливати мою маленьку лампу ... Знову і знову я включав струм, притягував до магніту шматки заліза і потім відривав їх. Магніт тримав їх так міцно, що я сміявся від радості ». Методики розрахунку напруженості магнітного поля ще не існувало, і Генрі визначав підйомну силу електромагніту, користуючись гирями.
У 1831 р. Генрі створив для Єльського коледжу великий електромагніт з силою тяги 1000 кг (він зберігається в Смітсонівському інституті у Вашингтоні. Назва інституту походить від імені вченого Сміта, який заповідав свій стан для установи центру наукових знань). Успішні експерименти Генрі привернули увагу європейських вчених. Зокрема, петербурзький академік Б.С. Якобі вважав, що «побудувати постійний сталевий магніт з подібним співвідношенням мас практично неможливо». Високу оцінку роботам Генрі дали Фарадей і Ленц. Згодом мало кому вдалося перевершити результати, досягнуті Генрі.
Незабаром електромагніти Генрі отримали практичне застосування в промисловості. Так, в 1831 р. на одному з металургійних заводів в штаті Нью-Йорк електромагніт використовувався для сепарації залізної руди.
Разючий діапазон наукових експериментів Генрі. Після відомих дослідів Фарадея, довів ще в 1821 р. обертання провідника навколо магніту і магніту навколо провідника, в 1831-му їм була створена модель електродвигуна з хитним рухом «електромагніту-коромисла», що здійснював 75 рівномірних хитань на хвилину. І хоча Генрі вважав свій винахід лише «фізичної іграшкою», він сподівався, що при подальшому удосконаленні цей винахід «може бути використано для некоторлей, створені в 30-70-х роках XIX ст. в різних країнах, також не могли отримати практичного застосування через відсутність економічного джерела струму.
І навіть у наш час немає «електрохід», а є дізельелектроход, турбоелектроход, атомохід.
Зірковий час Генрі
Головний науковий подвиг Генрі - відкриття ним явища електромагнітної індукції. В історії науки є чимало прикладів, коли видатні відкриття та винаходи робились майже одночасно вченими різних країн, нічого не знали один про одного. Але те, що сталося восени 1831 року в Лондоні і в головному місті штату Нью-Йорк Олбані, трапляється, можливо, раз на століття.
У щоденнику Фарадея записано дату історичного відкриття явища електромагнітної індукції: 29 серпня 1831 року. Майже через три місяці, 24 листопада 1831 р., він повідомив про це Лондонському Королівському товариству, а 17 лютого 1832-го виступив з доповіддю про своє відкриття в Королівському інституті.
Стаття Фарадея з докладним викладом експериментів була опублікована в 1832 р. в журналі «Philosophical Transactions», а потім у найбільших фізичних журналах континенту.
Професор фізики олбанський академії Джозеф Генрі, багато років займався дослідженням електромагнітних явищ і нічого не знав про роботи Фарадея, 16 листопада 1831 пише в листі одному зі своїх колег: «Нещодавно я викував велику підкову вагою 101 фунт, яку має намір використовувати для деяких повчальних експериментів, що стосуються тотожності електрики і магнетизму », тобто індукувати електрику за допомогою магнетизму. (Нагадаємо, що Фарадей, зробивши своє відкриття, домігся того, про що мріяв - «перетворити магнетизм в електрику».)
Нікому з біографів не вдалося з'ясувати, з якої причини Генрі припинив розпочаті у вересні експерименти і продовжив їх лише дев'ять місяців тому.
Незаперечно встановлено, що електромагнітну індукцію Генрі відкрив у проміжку між 14 і 28 червня 1832 р. в листі своєму колезі від 28 червня Генрі повідомив, що деякий час був дуже зайнятий, але «на днях ... домігся успіху в дуже цікавому експерименті з отримання електричних іскр з магніту ».
Відкриття Генрі було опубліковано у липні 1832 р., одночасно вийшли в світ реферати перших двох серій «Експериментальних досліджень з електрики» Фарадея, з якими Генрі ознайомився тільки восени того ж року. Як пише один з біографів Генрі Г. Цверава, «ніщо в житті Генрі не викликало настільки тяжких переживань, як це сакраментальне перерву в його заняттях наукою».
Зі статті Фарадея відомо, що спочатку він відкрив «індукцію струмів» і лише в кінці експериментів отримав ефект індукції, застосувавши електромагніт.
Генрі, багато років займався електромагнітами, відразу поставив експеримент з електромагнітом і котушкою, підключеною до гальванометра. Перший експеримент був проведений з підковоподібними магнітом вантажопідйомністю 360-380 кодключенная до гальванометра, віддаленого (щоб уникнути перешкод) приблизно на 12 м.
Разючі інтуїція і майстерність експериментатора Генрі: він не повторив помилки, допущеної європейськими вченими. Свої досліди робив разом з помічником, який, будучи в іншій кімнаті, включав і відключав батарею (при цьому виникало і зникало магнітне поле), і Генрі спостерігав відхилення стрілки гальванометра. Швейцарський фізик Колладон, досліджував явища електромагнетизму ще раніше Фарадея і Генрі, стояв біля порога відкриття електромагнітної індукції, але ... Включаючи батарею, він поспішав у іншу кімнату, де знаходився гальванометр, однак до цього часу встановлювався стаціонарний процес і стрілка гальванометра не рухалася. До кінця своїх днів Колладон, прожив 90 років, дорікав собі за те, що допустив таку прикру помилку.
Під час дослідження електромагнітної індукції Генрі виробляв кілька різних експериментів. Схема одного з них зображена на рис. 2. Велика котушка підключена до гальванометра (ліворуч). При опусканні всередину котушки електромагніту, підключеного до батареї (праворуч), стрілка гальванометра відхилялася (те саме відбувалося і при піднятті електромагніта з котушки). Ця схема нагадує малюнок з лабораторного журналу Фарадея. Дивно, як схожі виявилися експерименти двох великих фізиків, які працювали незалежно один від одного на різних континентах! У своїй статті, написаної вже після знайомства з досвідом Фарадея, Генрі, віддаючи належне англійському фізику, підкреслив, що він йшов до відкриття власним, відмінним від Фарадея шляхом і, як пише один з біографів, «... дуже короткими натяками вказав, що першовідкривачем був все-таки він ».
Звичайно, ніхто не заперечує пріоритет Фарадея, але якби Генрі не довелося перервати свої експерименти, він розділив би славу відкриття з Фарадеєм. Науковий подвиг Генрі повинен бути оцінений ще й тому, що умови його діяльності різко відрізнялися від тих, в яких знаходився Фарадей. Він був знайомий з відомими вченими, працював в одній з найкращих лабораторій Королівського інституту. У Генрі не було навіть «компетентних друзів», він не міг друкуватися у провідних журналах Європи. «Талант Генрі мужнів поодинці, духовне самотність обтяжувало Генрі, гальмувало його творчі пориви».
У квітні 1832 Генрі першим зробив ще одне важливе відкриття - виявив явище самоіндукції. Фарадей досліджував це явище лише через два роки.
Генрі вперше створює і використовує у фізичних експериментах плоскі котушки індуктивності, виготовлені з «смуговий міді», що дозволяє йому домагатися великих ефектів, ніж від звичайних дротяних соленоїдів. За допомогою таких котушок Генрі вдалося дослідити ще одне раніше невідоме явище - взаємну індукцію. Весь цей цикл досліджень Генрі відобразив у трьох статтях «Про електричної індукції» в 1838-1840 рр..
Останні експерименти Генрі проводив вже в Прінстонському коледжі (штат Нью-Джерсі), куди був запрошений му натуральної філософії ». У цьому коледжі, який став в 1896 р. університетом, Генрі досить плідно працював протягом 14 років.
У Прінстоні Генрі встановив, що індукція виявляється в таких разючих явищах, які «... не мали місця у всьому протязі науки ... суть їх у тому, що індукція проявляється через цегляну стіну, що розділяє суміжні кімнати ». Для того часу це було сенсацією.
Біля витоків електрозв'язку
Винятково важливим для науки, зокрема для електрозв'язку та радіотехніки, стало відкриття Генрі в 1840-1842 рр.. коливального характеру іскрового розряду лейденської банки (конденсатора). Це був прообраз першого осцилятора. Генрі вперше дав опис відкритих їм «сильно затухаючих електричних коливань» і запропонував спосіб їх збудження. Він стверджував, що «хвилі електрики», що виникають при розряді, «пробігають по поверхні провідника, а не всередині його, як це відбувається при проходженні гальванічного струму».
Відкриття Генрі було гідно оцінено півстоліття тому на зорі радіотехніки.
У 1844 р. Генрі провів ще один важливий експеримент: у фізичному корпусі коледжу на шовкових нитках був підвішений мідний дріт, який утворює прямокутник зі сторонами 9 і 15 м. Прямо під ним у підвалі був підвішений такий же прямокутний контур.
Коли верхній провід приєднувався до іскруючий магнітоелектричної машині, в нижньому дроті виникав струм, здатний намагнітити голку. Ці дослідження Генрі дозволяють вважати його одним з піонерів, що заклали основи вчення про електромагнітні хвилі. Зауважимо, що відомий дослідник електромагнітних хвиль німецький фізик Г. Герц народився 15 років після відкриття Генрі коливального характеру іскрового розряду.
Наступною областю докладання його талантів стала електрозв'язок. У той час у США використовувався примітивний Семафорний телеграф, не відповідав потребам у швидкій і надійної далекого зв'язку. Перший електромагнітний апарат, створений Генрі, був здатний передавати інформацію, за словами вченого, "... з швидкістю думки».
Експеримент проводився у великій аудиторії
Олбанський академії. Уздовж стін був підвішений мідний дріт довжиною 350 м, що з'єднував гальванічну батарею з 25 елементів з «ущільненим» електромагнітом. Приймальне пристрій складався з настільного дзвіночка і стрижневого постійного магніту, насадженого на вертикальну вісь «якоря». Один кінець «якоря» розташовувався між полюсами підковоподібного магніту, а інший міг стосуватися дзвіночка, що відбувалося при включенні батареї (рис. 3).
Характеризуючи свій експеримент, Генрі писав: «Це дозволило вперше встановити той факт, що струм, створюваний гальванічної батареєю, може порушувати магнітне поле в електромагніті, що знаходиться на відстані, і створювати в ньому механічні сили, а також те, що за допомогою цього способу можна забезпечити передачу сигналу »(курсив наш. - Я.Ш.). У подальшому Генрі слеграфах, але сам конструюванням телеграфів не займався.
Однак відомо, що один з винахідників телеграфу Морзе в 1837 р., коли у нього «... все валилося з рук», неодноразово приїжджав до Генрі і що він напоумив Морзе, «як діяти далі». Генрі, «нічого не тая», показав йому в дії свої схеми з електромагнітами. Пізніше Морзе використовував отримані відомості у своїх патентах без вказівки джерела.
Зауважимо, що Генрі не патентував свої відкриття, чим нерідко користувалися недобросовісні люди.
У 1835 р. Генрі винайшов пристрій, впровадження якого в практику мало найважливіше значення для розвитку телеграфу й зумовило виникнення техніки телекерування. Він розробив схему дистанційного керування дією основного електромагніту за допомогою електромагнітного реле.
Ім'я Генрі не згадувалося і в патенті на винахід телеграфу, що діяв на індукційному принципі, отриманому в 1891-1892 рр.. американським винахідником Едісоном. Щоправда, пізніше Едісон зазначив, що він «не досліджував закони природи і не зробив великих наукових відкриттів ... не вивчав їх так, як вивчали Ньютон, Фарадей і Генрі ». Один з біографів писав: «Будь Генрі живий, він залишився б задоволений цією сентенцією в устах людини, скупого на похвали».
Президент Американської академії наук
До середини 30-х років науковий авторитет Генрі надзвичайно зріс, він стає загальновизнаним лідером американської науки.
У 1836 р. в якості заохочення наукових заслуг Генрі йому була надана можливість відвідати центри європейської науки. У своєму «Європейському щоденнику» Генрі докладно описав кожен день незабутньої подорожі.
Після 20 (!) Діб плавання через океан вітрильний пакетбот кинув якір в Плімуті, звідки Генрі приїхав до Лондона. Він давно мріяв побувати в Королівському інституті, відомому науковому центрі країни, і познайомитися з великим Фарадеєм, який очолював лабораторію цього інституту.
Зустріч з Фарадеєм запам'яталася Генрі на все життя. Як писав один з біографів, Фарадей і Генрі з перших днів знайшли спільну мову і «відчували себе побратимами. У їх спілкуванні один з одним не було видно й тіні заздрощів чи неприязні, що говорить про благородство їх характерів ».
Англійський фізик Ч. Уїтстона продемонстрував Генрі створений ним електромагнітний телеграф з використанням «вторинної гальванічної ланцюга». «Я поінформував його, - писав пізніше Генрі, - що мною розроблений інший метод, що приводить до схожих результатів». Уїтстона ознайомив Генрі з вмістом брошури з викладом «теорії р. Ома», опублікованій в 1827 році. Генрі був «... багато чув (про цей закон. - Я.Ш.) ще вдома», але після цього став першим американцем, який визнав «неминущу цінність» відкриття німецького вченого.
Генрі продемонстрував Фарадею і Уїтстона кілька своїх експериментів, удостоєних високої оцінки вчених. Визнаючи внесок Генрі у дослідження електромагнетизму, Фарад Коплі. На жаль, отримати цю медаль Генрі не вдалося.
Цікавими були зустрічі Генрі з вченими Франції та Бельгії. Поїздка по європейських країнах тривала протягом восьми місяців. Йому також вдалося замовити найбільшим приладобудівним фірмам новітні фізичні прилади та пристрої.
У 1846 р. Генрі був одноголосно обраний «секретарем-директором» найбільшого наукового центру Америки - Смітсонівського інституту. Особливу увагу він приділяв фізичній (одному з трьох) відділу інституту. Але в нього вже не було часу займатися електромагнітними дослідженнями, і він очолив роботи з геофізики і метеорології. Федеративні влада вважала, що прогнози погоди, необхідні для потреб сільського господарства, були більш важливими, ніж «туманні обіцянки» фізиків-теоретиків.
Для прискорення передачі інформації про стан погоди на величезній території США споруджували протяжні телеграфні лінії, загальна довжина яких до 1848 р. досягла 8 тис. км. Надійність експлуатації цих ліній забезпечувалася створеним Генрі електромагнітним реле для дистанційного управління. Вчений по праву вважається піонером в застосуванні телеграфу в метеорології. Не всім відомо, що американські метеорологи в 40-80-х роках XIX ст. підтримували тісні зв'язки з науковими установами Росії з проблем метеорології. Особливо високо цінував Генрі праці відомого російського вченого-метеоролога А.І. Воєйкова.
У 1863 р. президент США А. Лінкольн підписав білль про заснування Національної Академії наук. У числі перших 50 академіків був і Дж. Генрі. У 1868 р. після смерті першого президента Академії наук Генрі був обраний на цей пост. Він підкреслював, що право на членство в Академії повинні давати «... тільки і тільки справді наукові відкриття». У 1870 р. вже в якості офіційного лідера американської науки він знову відвідав Європу. Вчені його покоління або вже померли, або «зійшли зі сцени», а молоді фізики дивилися на Генрі «... як на поважну, але все ж історичну особистість».
У 1876 р. у Філадельфії проходила Міжнародна виставка на честь 100-річчя США. Генрі, можливо, краще за інших відвідувачів виставки розумів, що людство опинилося на порозі «царства електрики».
Незважаючи на видатні наукові заслуги, Генрі був напрочуд скромною людиною.
Дуже характерно його висловлювання незадовго до смерті: «Моє життя в основному була присвячена науці, і мої дослідження в різних галузях фізики створили мені відому репутацію за частиною фундаментальних відкриттів. Я ... не домагався винагороди за свою працю, задовольняючись лише радісним свідомістю, що мої роботи доповнили суму людських знань.
Єдина нагорода для мене - прогрес науки, щастя від відкриття нових істин і наукова репутація, на яку дають права мої дослідження ».
Навесні 1878 р. вчений тяжко захворів, 13 травня Генрі не стало. Його поховали на кладовищі в передмісті Вашингтона Джорджтауні. У 1883 р. перед будівлею Смітсоновсьптура на весь зріст прикрашає головний читальний зал бібліотеки Конгресу; пам'ятник знаменитому землякові встановили жителі Олбані. Були видані «Наукові праці» Генрі.
Один з американських вчених з гіркотою писав: «Хоча тисячі людей щодня погожий день на Молл-сквері у Вашингтоні затримуються перед пам'ятником Джозефу Генрі, встановленим перед старим будинком Смітсонівського інституту ... може здатися неправдоподібним, але це саме так, що лише деякі з них твердо знають, хто він і що він зробив ».
Науковий внесок Генрі в скарбницю знань отримав найвищу оцінку: в 1893 р. на Електротехнічному Конгресі в Чикаго одиниця індуктивності була названа «генрі». Як зауважив М. Уїлсон, «... наука віддала йому належне і звела на самий почесний п'єдестал, написавши його ім'я з маленької букви: Генрі став генрі поряд з ампер, вольт, Фарадей».