Сергей Бердышев - Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек
Раскрытие природы магнетизма пришло только в начале XIX в. В 1820 г. датский физик X. Эрстед читал лекции о тепловом действии тока. По случайности рядом оказался компас. Его стрелка пришла в движение, едва Эрстед замкнул цепь. Один из студентов обратил внимание физика на этот факт, и ученый сразу же понял, что электрический ток, движущийся в цепи, создает собственное магнитное поле. В том же году проводили сходные исследования Ампер и Араго.
Физики также подтвердили существование магнитных свойств электрического тока. Как оказалось впоследствии, электричество и магнетизм представляют собой две стороны одного и того же природного явления. Магнитное и электрическое поля есть разновидности единого электромагнитного поля, посредством которого между собой взаимодействуют заряженные частицы. Каждый электрический заряд обладает электрическим полем. Если он движется, то способен генерировать магнитное поле. А переменное магнитное поле неизменно порождает электрический ток. Это объясняет причины притяжения магнитного железняка. Его магнитное поле порождается движущимися электронами.
Практически всякий природный магнит состоит из множества мельчайших частиц, которые представляют собой маленькие магнитики. Эти магнитики ориентированы в пространстве строго определенным образом и тем самым формируют направленное магнитное поле, усиливая друг друга.
Железо и сталь также состоят из магнитиков, которые, однако, очень слабы и в малой степени упорядочены.
Если на эти материалы повлиять сильным магнитным полем, то частицы железа выстроятся в ряды и металл приобретет магнитные свойства. Железо станет притягиваться магнитом, как если бы само было магнитным. Интересно, что перестройку малых магнитиков можно услышать. Достаточно для этого подсоединить катушку со стальным сердечником к динамику и пустить через нее ток. Катушка начнет вырабатывать магнитное поле, под влиянием которого частицы стали начнут упорядочиваться, принимать ориентированное по силовым магнитным линиям расположение. Звуки, раздающиеся из динамика, порождены этим процессом, они как бы служат его отражением.
Среда существования электрических и магнитных тел — электромагнитное поле. Первым высказал такую мысль Дж. Максвелл, который в 1860–1865 гг. обосновал свои идеи математически. Также Максвелл понял, что колебания зарядов приводят к возмущениям электромагнитного поля, которые тоже имеют характер колебаний. Эти колебания распространяются в поле со скоростью 300 000 км/с в виде электромагнитных волн. Физики привыкли называть электромагнитные волны излучением.
Каждый вид излучения, включая световое, является разновидностью электромагнитных колебаний с определенной длиной волны. Скорость движения электромагнитных волн, как впоследствии установили ученые, является максимальной скоростью распространения электромагнитного и любого другого взаимодействия в природе. Немецкий ученый Г. Герц в 1887 г. создал прибор для генерации электромагнитных колебаний и с его помощью поставил эксперименты, доказывающие справедливость теории Максвелла.
Изобретение средств связи
Покорение безграничного электромагнитного поля позволило человеку обеспечить свое техническое могущество посредством создания средств связи. Современные средства связи весьма разнообразны, однако все они в той или иной степени основаны на использовании электромагнитных явлений. Радиосвязь всецело опирается на возбуждение и прием электромагнитных волн большой длины, которые так и назвали радиоволнами. Изобретателем радио является русский физик A. C. Попов, придерживавшийся взглядов Максвелла на природу электромагнетизма.
В 1890-х гг. он увлекся опытами Герца и стал ставить сходные эксперименты самостоятельно, значительно усовершенствовав устройства излучения и приема электромагнитных волн. В результате этих экспериментов Попову удалось сконструировать радиопередатчик и радиоприемник, демонстрация которых проводилась 7 мая 1895 г. Первыми словами, переданными по радио, были имя и фамилия Генриха Герца.
Попов заложил фундамент техники радиосвязи, которую называл беспроволочным телеграфом. Изобретатель непрерывно совершенствовал свое детище. В 1897 г. он добился сначала увеличения расстояния передачи сигнала с 250 м до 600 м, а затем и до 5 км. При этом ученый прилагал все усилия, чтобы беспроволочный телеграф шире применялся во флоте. Благодаря стараниям Попова в начале XX в. была установлена радиосвязь на морских судах Российского флота. В январе 1900 г. радио впервые было применено в практических целях: на ледоход «Ермак» было передано сообщение о терпящих бедствие рыбаках. Таким образом, история радиосвязи началась со спасательной акции. В 1920-е гг. радиоприемники широко распространяются почти во всех странах мира.
От радиоэлектроники исходят электромагнитные колебания. Плотный электросмог окутывает планету, вызывая у многих проблемы со здоровьем. По большей части, к счастью, страхи по поводу болезней электронной цивилизации сильно преувеличены. Рост бытовой электроники и усложнение систем связи безвредны для здорового человека до тех пор, пока он соблюдает технику безопасности.
Из всех бытовых устройств самым опасным является только микроволновая печь, способная «изжарить» человека на расстоянии. Но микроволновые печи именно в силу этой причины создают с весьма надежной защитой. Что касается компьютеров, то современные их модели выпускаются со значком Low Radiation (низкая радиация), что означает низкий уровень излучения, идущего от экрана. Таким компьютерам уже не нужны защитные экраны, поскольку на расстоянии всего 30 см от монитора уровень радиации равен нулю.
Однако опасность для человека существует вне дома. Высоковольтные линии электропередачи, мощные радиопередатчики, промышленные и прочие электромагниты, а также трансформаторные будки генерируют сильные электромагнитные колебания. Длительное пребывание в местах, где находятся подобные установки и устройства, может оказаться чрезвычайно опасным. Как уже было сказано выше, вредные для человеческого организма колебания электромагнитного поля называются экологами электросмогом.
Впрочем, в последние 25 лет ученые столкнулись с удивительной болезнью — аллергией на электрические и магнитные поля. Аллергия такого рода является редким заболеванием, однако причиняет больным, страдающим ей, массу проблем. Такой человек реагирует на любой электросмог, в т. ч. минимальный, существующий в наших квартирах. У больных меняется состав крови, появляются головные боли, тошнота и кровотечения из носа, а также другие болезненные симптомы. По-видимому, перед нами плата за достижения научно-технического прогресса.
Немало слухов ходит и вокруг другого популярного и необходимого средства связи — телефона. Познакомимся с ним поближе. Изобретателем телефона является уроженец шотландского города Эдинбурга А. Г. Белл. Отец будущего техника был специалистом по фонетике и преподавал технику ораторского искусства, именно от него сын перенял интерес к языку. Впоследствии в Бостоне (США) изобретатель преподавал в школе для глухих и попутно активно изучал механику речи в надежде создать прибор, возвращающий людям слух.
Тогда-то Белл совершенно случайно разработал принципы телефонной связи. В ту пору многие работали над созданием телефонного аппарата, включая великого Т. А. Эдисона, которому иногда ошибочно приписывают первенство в создании этого устройства. Белл опередил всех. Успех пришел к нему 10 марта 1876 г. Изобретатель находился в номере бостонской гостиницы и пытался связаться со своим помощником Т. Уотсоном, который среди шумов неожиданно услышал историческую фразу: «Мистер Уотсон, приходите, пожалуйста; я хочу вас видеть!». Это была первая фраза, переданная по телефонному проводу. Любопытно, что после утверждения патента на изобретение телефона газеты во всем мире разразились страшной критикой. «Речь нельзя передавать по проволоке, поскольку это противоречит законам природы», — утверждали газетчики.
Одна из бостонских газет даже решила привлечь полицию, чтобы наказать мошенника, «который вытягивает у доверчивых людей деньги, показывая им аппарат, могущий якобы передавать на расстояние человеческий голос посредством металлической проволоки». Несмотря на эту критику, изобретатель еще при жизни достиг вершины славы. Он проявил настойчивость и продавал телефоны всем желающим. Если продавать не получалось, то он давал телефоны напрокат и сам же потом звонил своим клиентам, чем приводил людей в неописуемый восторг.
Как ни странно, Белл не любил свое детище. Он считал телефон кошмарным изобретением, которое своими назойливыми звонками прерывает ход мыслей. Белл уверял, что единственным стоящим техническим изобретением нужно считать радио. Оно исправно обеспечивает связь и легко отключается в любой момент!
