Валерий Чумаков - Вернер фон Сименс. Личные воспоминания. Как изобретения создают бизнес
Приложение
В своих воспоминаниях я уже неоднократно рассказывал о технических трудах, описание которых опубликовано во втором томе изданного в 1889 и в 1891 годах Юлиусом Шпрингером полного собрания моих сочинений «Научные и технические работы». Также я рассказывал о своих ранних научных статьях, поскольку они имели большое влияние на мою дальнейшую судьбу, а молодому поколению физиков они по большей части незнакомы. Однако теперь я считаю необходимым сделать несколько критических отступлений в сторону более поздних своих работ, суть которых во многом отступает от общепринятых на сегодня физических теорий, из-за чего они не признаются научной общественностью, и оценить их результаты.
В ряде статей, опубликованных в период с 1860 по 1866 год в «Анналах…» Поггендорфа, я рассказал о своих работах в области электропроводности металлов и дал описание единственного на данный момент эмпирического способа измерения их сопротивления. Мне удалось показать, что при помощи этого метода можно определить сопротивление заполненной ртутью емкости примерно призматической формы с точностью до одной десятитысячной доли, чего вполне достаточно для современных приборов, и таким образом решить вопрос абсолютной единицы сопротивления. Отныне стали возможны точные и сравнимые электрические измерения.
В ходе этих исследований я нашел верным утверждение других ученых, что сопротивление сплава разных металлов всегда превосходит по величине сумму сопротивлений этих металлов, взятых отдельно. В то же время мне удалось доказать, что закон этот верен только для твердых сплавов и не распространяется на жидкие; напротив, в жидком состоянии сопротивление металлов остается неизменным. Я показал, что такое поведение металлов можно использовать для определения удельного сопротивления тугоплавких тяжелых металлов в жидком состоянии. Далее, я обнаружил, что вообще сопротивление металлов при плавлении весьма значительно повышается и что скрытая теплота расплава увеличивает сопротивление в большей степени, чем свободное тепло твердого или жидкого проводника. Еще я нашел, что при плавке сопротивление растет непрерывно, без резких скачков, но этот плавный рост, подчиняющийся кривой сопротивления самих расплавов, происходит в пределах определенного диапазона температур. Из этого я сделал вывод, что физические процессы плавления и затвердевания подразумевают поглощение и выделение скрытой теплоты, которое происходит в некотором интервале температур во время плавления.
В более поздней работе, посвященной зависимости теплопроводности углерода от температуры, я подтвердил утверждение Матиссена о том, что его проводимость с ростом температуры увеличивается, и доказал, что возражения Бееца и Ауэрбаха[267] по этому поводу ошибочны. Для объяснения этого замечательного свойства углерода я предположил, что различные его формы – древесный уголь, графит, алмаз – есть на самом деле различные формы некоего идеального, не существующего в природе, лишенного скрытого тепла углерода, и отличаются они одна от другой как раз количеством полученной или скрытой теплоты.
Эта гипотеза получила дальнейшее подтверждение и была развита в работах, посвященных открытой Уиллоуби Смитом[268] способности селена проводить электричество на свету лучше, чем в темноте. Я обнаружил, что у селена, который при незначительном повышении температуры легко переходит из аморфного состояния, в котором он электричество не проводит, в кристаллическое, проводящее, есть еще и третье состояние. Достигается оно длительным нагреванием аморфного селена до температуры плавления, то есть примерно до 200 градусов по Цельсию. Эти два проводящих состояния значительно отличаются друг от друга. Первое из них проводит электричество подобно жидким электролитам, когда проводимость с повышением температуры растет, второе – подобно металлам, у которых она при нагревании падает. Расплавленный и затем быстро охлажденный аморфный селен при нагревании до 80 градусов отдает большую часть своей скрытой теплоты, сохранившейся при охлаждении, и получает дополнительную проводимость, но при дальнейшем нагревании почти до температуры плавления, теряя эту теплоту, приобретает металлическую проводимость, и в этом я нашел подтверждение своей гипотезы, возникшей при еще более ранних исследованиях, что электрическое сопротивление тела эквивалентно количеству свободного и связанного тепла, которое это тело может хранить. Кроме того, это доказывало, что скрытое связанное тепло имеет больше энергии для оказания сопротивления, чем свободное, и, наконец, что тела, лишенные связанного тепла, обладают проводимостью металлического типа, когда сопротивление растет по мере постепенного увеличения температуры от абсолютного нуля, при том что сопротивление самого связанного тепла во всех его проявлениях при этом падает.
Согласно этой теории все простые тела, не являющиеся аллотропными модификациями исходного металла, должны обладать проводимостью металлического типа, и вполне возможно, что так называемое активное состояние тела есть не что иное, как то самое, свободное от скрытого тепла состояние, которое я назвал металлическим. Полупроводники и неметаллы могут сохранять это состояние, не превращаясь под действием связанного тепла во что-то другое, лишь в химических соединениях. Согласно этой гипотезе следует признать, что молекулы всех твердых неметаллических тел могут принимать различные состояния покоя, стабильность которых будет напрямую зависеть от того, сколько работы было потрачено для их достижения. В химические соединения могут вступать лишь тела металлического типа. Скрытое тепло, таким образом, препятствует химическому соединению, и если соединение все-таки происходит, тепло должно высвобождаться. И наоборот, если свободное химическое тело обладает металлическим типом, в момент освобождения оно пребывает в активном состоянии. Тело само по себе, если это полупроводник или неметалл, при нагревании увеличивает свое скрытое тепло и частично, а иногда и полностью теряет проводимость. Повышение температуры делает молекулярный процесс, зависящий от поглощения тепла, менее стабильным, увеличивая электропроводность и химическое сродство. А поскольку в процессе сплава металлов образуется скрытое тепло, в сплавах сопротивление не растет пропорционально абсолютной температуре, как в простых, чистых металлах, и образовавшееся скрытое тепло становится препятствующим элементом, который увеличивает сопротивление, делая его соразмерным в отношении абсолютной температуры.
Мне удалось технически применить найденную мной вторую форму кристаллического токопроводящего селена для создания селенового фотометра.
В более ранней работе я представил доказательства того, что диэлектрик нагревается в цикле последовательного заряда и разряда, представив тем самым экспериментальное подтверждение созданной Фарадеем теории молекулярной индукции.
В 1875 году мне удалось применить на практике, в несколько измененном виде, разработанный мной еще в 1845 году метод измерения скорости прохождения электричества по проводам. Эксперимент проводился на двойной железной проводной линии длиной 12,68 километра и показал скорость, равную 32 600 географическим милям[269], что примерно соответствует результатам, к которым пришел Кирхгоф, если учесть задержку, связанную с «баночным зарядом» и с самоиндукцией. До этого, очень тщательно проведенного доктором Фрёлихом[270] опыта я склонялся к мысли, что реальная скорость электричества в проводнике неизмеримо велика, поскольку в моих опытах с резиновой, заполненной водой трубкой длиной 100 футов я не видел никакой разницы в отметках, которые оставляла электрическая искра. Скорость прохождения тока не зависела от удельного сопротивления материала, из которого был изготовлен проводник, поэтому я считал, что различные результаты, полученные Уитстоном, Физо[271], Гунеллем и другими, объяснялись замедлением, вызванным «баночным зарядом» проводника. Эксперимент развеял эти мои сомнения, но, к сожалению, у меня не было времени для того, чтобы его продолжить и развить.
Наблюдая в мае 1878 года работу Везувия, я обратился к совершенно новой для меня области науки. Мне показалось интересным, что извержения из отверстия в конусе, образовавшемся в глубине огромного кратера, происходили достаточно регулярно, с периодом в несколько секунд, и имели взрывной характер. Более внимательное наблюдение показало, что за каждым взрывом в отверстие всасывался воздух, и поток его был настолько силен, что увлекал с собой массу разбросанного вокруг шлака и камней. Я пришел к выводу, что это должны были быть горючие газы, которые, вырываясь из недр Земли, в верхней части кратера соединялись с атмосферным воздухом, затянутым туда разряжением, образованным предыдущим взрывом, и взрывались, вновь образуя область разряжения. Это наблюдение привело меня к рассмотрению вопроса о процессе формирования Земли и ее современном состоянии с физической и механической точек зрения, и мои выводы оказались отличными от тех теорий, которые на сегодняшний день являются в этой области господствующими.
