Отец электродинамики: Андре-Мари Ампер - учёный, связавший электрические и магнитные явления

Джеймс Максвелл назвал Андре-Мари Ампера «Ньютоном электричества». Именно Ампер создал первую теорию, которая выражала связь электрических и магнитных явлений, ввёл в физику понятие электрического тока и предположил, что магнетизм вызван электротоками «на молекулярном уровне».

Андре-Мари Ампера (1775-1836), со дня рождения которого в этом году исполнилось 245 лет, сегодня помнят в первую очередь как создателя электродинамики: в его честь названа единица измерения силы тока (и это одна из семи основных единиц системы СИ), а премия его имени учреждена «Электрисите де Франс», крупнейшей французской государственной генерирующей компанией. Если же взять любую, сколь угодно краткую, его биографию, в глаза не может не броситься чрезвычайная широта научных интересов и обилие достижений в самых разных областях.

Андре-Мари Ампер

Основу образования юного Андре-Мари заложила непосредственно «Французская энциклопедия» Дидро и д'Аламбера, которую будущий учёный еще в детстве прочёл от корки до корки. Читал он и другие книги, имевшиеся в домашней библиотеке, - стихи, романы, философские трактаты, исторические труды, работы по естественным наукам; знал латынь и греческий. Его отец, Жан-Жак Ампер, лионский торговец шёлком, вдохновлявшийся идеями Руссо, вскоре после рождения сына, в котором заметил необычайный талант, отошёл от дел и переехал с семьёй в деревню. Он не отправлял мальчика в школу и не приглашал учителей, но постарался обеспечить его необходимыми для самообразования книгами и геометрическими инструментами. Ампер-отец погиб при драматических обстоятельствах: на волне революционных событий он вернулся в Лион, где в 1791 году занял должность мирового судьи; в 1793-м Лион восстал против якобинской диктатуры, мятеж был подавлен, а его руководители, включая Жан-Жака Ампера, осуждены и казнены. Узнав о смерти отца, восемнадцатилетний Андре-Мари испытал такое потрясение, что на целый год замкнулся в себе: почти не разговаривал и лишь смотрел в одну точку или пересыпал песок. Из оцепенения его вывела книга «Письма о ботанике» Жан-Жака Руссо; начав читать, молодой человек постепенно смог вернуться к интеллектуальным занятиям, хотя пережитое горе наложило тяжелый отпечаток на всю его дальнейшую жизнь.

Первым опубликованным научным сочинением Ампера стали «Рассуждения о математической теории игр», увидевшие свет в 1802 году; в математике известно также уравнение Монжа - Ампера. Через три года после Авогадро, но независимо от него Ампер установил, что количество молекул любого газа в том или ином объёме определяется только температурой и давлением; в споре о природе хлора он поддержал не французских химиков, считавших, что это окисел неизвестного элемента, а англичанина Хемфри Дэви, доказавшего элементарность хлора.

Ближе к старости, когда состояние здоровья уже не позволяло ему активно работать в качестве физика-экспериментатора, учёный обращался к таким дисциплинам, как логика, анатомия, оптика, ботаника, а главным трудом этого периода стал «Опыт о философии наук» - попытка аналитической классификации различных видов человеческого знания. Для этой классификации пришлось создать большое количество новых терминов, два из которых - «кинематика» (cinematique) и «кибернетика» (cybernétique) - используются и в наши дни. Под кинематикой у Ампера понимался примерно тот же раздел механики, что и сегодня, а кибернетика относилась к политическим наукам и изучала принципы управления государством. Это, конечно, имеет мало общего с современным значением термина (учение об информационных потоках в системах с обратной связью), но само слово первым употребил именно Ампер.

Зимой 1819-1820 года датский физик Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка, подвешенная над проводником, отклоняется от направления магнитного меридиана Земли, провёл серию экспериментов и через полгода опубликовал результаты. Летом 1820 года публикация попала в руки французского астронома Франсуа Араго. Он повторил опыты Эрстеда, затем швейцарский физик Огюст де ла Рив продемонстрировал их на заседании съезда врачей и естествоиспытателей в Женеве. Ампера при этом не было, он узнал об открытии в сентябре из сообщения Араго на заседании Парижской академии наук и сразу же приступил к собственным исследованиям связи между электрическими и магнитными явлениями. Можно считать, что именно тогда родилась электродинамика, которой, таким образом, в нынешнем году исполнилось ровно двести лет.

Для усиления эффекта, открытого Эрстедом, немецкий физик Иоганн Швейггер намотал проводник на прямоугольную рамку, внутрь которой поместил магнитную стрелку. Свой прибор, названный «мультипликатором», он продемонстрировал в Галле 16 сентября 1820 года. Ампер предложил другое усовершенствование: он использовал не одну магнитную стрелку, а две, с противоположными полюсами. Это позволило исключить из экспериментов влияние магнитного поля Земли и установить, что магнитная стрелка всегда ориентируется перпендикулярно к проводнику. В октябре-ноябре 1820 года Ампер, проведя серию экспериментов, пришёл к выводу, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных - отталкиваются. Тогда же он сформулировал закон (носящий сегодня его имя), который гласит, что сила этого притяжения или отталкивания прямо пропорциональна длине проводников и силе тока в них.

Учебный амперметр

В 1822 году Ампер провёл ряд опытов со спиральным проводником - соленоидом. Тот факт, что при пропускании по нему тока соленоид и вставленный в него сердечник приобретали магнитные свойства, привёл учёного к теории о круговых токах как источнике магнетизма. В постоянных магнитах, по его предположению, каждая молекула представляет собой маленький магнитик, а магнетизм Земли обусловлен мощными круговыми токами в земной коре, текущими с востока на запад.

Свои открытия Ампер обобщил в фундаментальном труде «О математической теории электродинамических явлений, однозначно выведенной из опыта», который вышел в 1827 году. Таким образом, электродинамика сформировалась как самостоятельная отрасль человеческого знания всего за семь лет.

Хотите оперативно узнавать о выходе других полезных материалов на сайте "ГИС-Профи"?
Подписывайтесь на нашу страницу в Facebook.
Ставьте отметку "Нравится", и актуальная информация о важнейших событиях в энергетике России и мира появится в Вашей личной новостной ленте в социальной сети.