ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 45
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Александр Григорьевич СТОЛЕТОВ
(29.VII(10.VIII).1839 - 14(26).V.1896).
Сперва мечтай... Однажды ранним летом
Приди во храм на Ленинских горах,
Где Лебедев и сумрачный Столетов
Внушат тебе благоговейный страх.
Александр Кессених "Быть физиком"
Александр Григорьевич - профессор физики в Московском университете. Родился в городе Владимире в июне 1839 г., скончался в Москве в мае 1896 г. По окончании курса во Владимирской гимназии Столетов поступил на математический факультет Московского университета, где окончил курс в 1860 г. и в том же году был оставлен при университете для приготовления к профессорскому званию. С лета 1862 г. до начала 1866 г. Столетов пробыл за границей, занимаясь физикой сначала в Гейдельберге, потом в Геттингене, Берлине, Париже и наконец опять в Гейдельберге, в лаборатории Кирхгофа. С февраля 1866 г. Столетов начал в Московском университете чтение лекций по математической физике. В мае 1869 г. он защитил магистерскую диссертацию под заглавием "Общая задача электростатики и приведение ее к простейшему случаю" и в июне того же года был утвержден доцентом по кафедре физики. В 1871 г. Столетов снова отправился за границу, где и пробыл около полугода, работая в лаборатории Кирхгофа над своей докторской диссертацией. Эта диссертация, под заглавием "Исследование о функции намагничения мягкого железа", была защищена в апреле 1872 г. В июне этого же года Столетов был утвержден экстраординарным профессором, а в следующем, 1873 г., ординарным профессором. Столетов читал вначале различные курсы математической физики и физическую географию, впоследствии он перешел на изложение опытной физики. Немало потрудился Столетов по устройству физической лаборатории и организации практических занятий в дорогом для него Московском университете. Непрерывно занимаясь своим любимым предметом, физикой, Столетов умел возбудить интерес к этой науке и в своих многочисленных учениках, о которых он вообще заботился отечески. Большая часть университетских профессоров физики - ученики Столетова. Все работы Столетова, как строго научные, так и литературные, отличаются замечательным изяществом мысли и выполнения. Обширная эрудиция Столетова, его замечательный критический анализ и красота изложения проявляются во всех произведениях, вышедших из-под пера Столетова, и производят чарующее действие на читателя. Прекрасны и по содержанию, и по стилю все его популярные статьи и речи. Кроме занятий в университете, Столетов немало времени посвятил работе в Обществе любителей естествознания и в Музее прикладных знаний. В течение нескольких лет Столетов состоял председателем физического отделения Общества любителей естествознания и директором физического отдела при Политехническом музее. Проводя почти каждое лето за границей, Столетов имел возможность познакомиться со всеми выдающимися западноевропейскими физиками, с которыми и поддерживал постоянно сношения. Он принимал участие и в Международных конгрессах. Столетов состоял членом очень многих ученых обществ как русских, так и иностранных, а именно он был Почетным членом Общества любителей естествознания, Почетным членом Киевского физико-математического общества, Почетным членом Киевского общества естествоиспытателей, членом обществ Московского математического, Русского физико-химического, Парижского Societe Francaise de Physique, членом основателем и корреспондентом Парижского Societe internationale des electriciens, иностранным членом Лондонского Institution of Electrical Engineers. Он был также Почетным членом Императорского университета святого Владимира. Кроме занятия наукой Столетов интересовался литературой, искусством. Не крепкий по натуре он испытал в 1893 г. большие огорчения и окончательно расстроил свой организм. В конце 1894 г. здоровье Столетова как будто восстановилось и он отдался устройству физической секции на IX съезде естествоиспытателей и врачей, превосходно организовав демонстративные заседания этой секции. В течение года Столетов чувствовал себя еще довольно сносно, но с зимы 1895 г. он стал прихварывать и, наконец, отошел в другой мир. Слишком рано похитила смерть Столетова! Еще много мог бы он сделать для русской науки. Перечень работ Столетова приведен в "Журнале Русского Физико-химического Общества", т. 29, стр. 72. Кроме двух диссертаций, наиболее важные статьи Столетова суть следующие: "О Кольраушевом измерении ртутной единицы сопротивления"; "Sur une methode pour determineh le rapport des unites electromagnetiques et electrostatiques" (le "v" de Maxwell); "Об электричестве сопротивления"; "О критическом состоянии тел" (4 ст.); "Актиноэлектрические исследования"; "Эфир и электричество" (речь); "Очерк развития наших сведений о газах"; "Введение в акустику и оптику" (курс). И. Боргман.
Основные исследования Столетова псвящены проблемам электричества и магнетизма, оптики, молекулярной физики, философии. В докторской диссертации "Исследование о функции намагничения мягкого железа" он показал, что кривая зависимости магнитной восприимчивости от напряженности магнитного поля имеет максимум, что было существенно для электротехники, Столетов также снял кривую магнитной проницаемости ферромагнетика ( названная в последствии кривой Столетова), придумал два метода магнитных измерений веществ (метод тороида с замкнутой магнитной цепью и баллистическое измерение намагниченности). В 1876 году Столетов измерял отношение электромагнитнитных и электорстатических единиц, получив значение, близкое к значению скорости света. Эти исследования Столетова, проведенные ещё до опытов Генриха Герца, и его предложение организовать измерение этой величины, принятое первым конгрессом электриков (1881), способствовали утверждение электромагнитной теории света. В 1882-1894 годах Столетов исследовал методы определения критического состояния, в 1889 году открыл явление понижения чувствительности фотоэлемента со временем (явление фотоэлектрического утомления).
Открытие явления испускания электрически заряженных частиц твердой поверхностью при поглощении световой энергии (фотоэлектрический эффект) принесло известность Столетову, Официальное же открытие явления, имевшее место после экспериментов Александра Столетова, принадлежит Генриху Герцу и его опытам с металлическими электродами и ультрафиолетовым светом. А за несколько лет до этого Столетов внес предложение организовать измерение величины отношения электромагнитных и и электростатических единиц, оно было принято первым конгрессом электриков и способствовало утверждению электромагнитной теории света. В 1888 году Столетев создал первый фотоэлемент и применил его на практике, потом он установил прямую пропорциональность силы фототока интенсивности падающего света. В 1899 Дж. Томпсон и Ф. Ленард доказали, что при фотоэффекте свет выбивает из вещества электроны.
Схема опытов Столетова изображена на рисунке. В вакуумированном , прозрачном для световых и ультрафиолетовых лучей сосуде располагаются два электрода. Они подсоединены к источнику тока. Когда на катод падает световой поток, из катода вылетают электроны и устремляются к аноду. Возникает фототок, вольтамерная характеристика которого приведена на рисунке. Когда все выбитые светом электроны достигают анода, рост фототока с дальнейшим ростом напряжения прекращается. Это значение фототока называют фототоком насыщения.
Столетов установил три закона фотоэффекта:
1. Фототок насыщения прямо пропорционален световому потоку, падающему на катод.
2. Максимальная скорость фотоэлектронов, покинувших катод, уменьшается с ростом длины волны света.
3. Существует критическая длина волны (своя для каждого металла), с превышением которой фотоэффект прекращается. Т.к. эта длина волны лежит в длинноволновой области спектра, то её принято называть красной границей фотоэффекта.
Первый закон фотоэффекта может быть разумно объяснен в рамках классической волновой физики: чем больше световой поток, тем большая энергия передаётся катоду, тем большее число электронов вылетает из катода. Зависимость скорости фотоэлектронов от длины волны нельзя объяснить с классических позиций. По законам классической волновой физики энергия волны зависит от квадрата амплитуды, но не зависит от длины волны. Для объяснения сложившейся ситуации Эйнштейн привлёк представление о фотонах (квантах света), предложенное Планком для объяснения теплового излучения тел. Фотон, по Планку, имеет энергию, пропорциональную частоте электромагнитной волны. W = hn, где h = 6,62 ? 10-34 Дж? с - постоянная Планка. По Эйнштейну, фотон, попавший на металл, поглощается одним из электронов этого металла. Часть полученной энергии электрон тратит на то чтобы вырваться из этого металла (Авых - работа выхода), а оставшуюся часть уносит с собой в виде кинетической энергии. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта имеет вид: hn = Aвых + Eкин. При уменьшении частоты электромагнитной волны энергия фотона уменьшается. Поэтому кинетическая энергия электрона и его скорость уменьшаются, что и объясняет второй закон фотоэффекта. При частоте nкрит энергии фотона хватает только на совершение работы выхода, и при дальнейшем снижении частоты фотоэффект прекращается, что объясняет третий закон фотоэффекта.
hnкрит = Aвых
С изобретением лазеров появилась возможность экспериментировать с очень интенсивными пучками света. Применяя сверхкороткие импульсы лазерного излучения, удалось наблюдать многофотонные процессы, когда электрон, прежде чем покинуть катод, претерпевал столкновение не с одним , а с несколькими фотонами. В этом случае уравнение фотоэффекта записывается:
Nhn
= Aвых + Eкин
Изучая зависимость фототока от давления газа, Столетов внес существенный вклад в теорию несамостоятельного газового разряда, установмв, что отношение напряженности электрического поля к давлению газа при максимальном токе величина постоянная (названная в последствии константой Столетова).
Фотоэффект находит широкое применение в технике. Фонограмма звуковых кинофильмов воспроизводится за счет фотоэффекта. На явлении фотоэффекта основано действие фотоэлементов. Фотоэлементы используются, для автоматизации технологических процессов, в робототехнике, в системах охранной cигнализации: включают и выключают маяки , уличное освещение, автоматически открывают двери , сортируют детали, останавливают мощный пресс, когда рука человека оказывается в опасной зоне.
Исследование о функции намагничения мягкого железа.
Мысль заняться исследованием процесса намагнеичения железа возникла у Столетова ещё в Гейдельберге, незадолго перед возвращением на родину. Тогда он не успел осуществить свой замысел. Вернувшись в университет, Столетов не забыл о проблеме исследования тайн железа.
В начале весны 1871 года учёный твёрдо решает заняться исследованием магнитных свойств железа. Эту задачу Столетов избирает темой своей докторской диссертации.
Задумав исследовать железо, Столетов внимательно просмотрел научную литературу за последние годы, чтобы убедиться, что никто на Западе ещё не затрагивал этой проблемы. Убедившись в этом, Столетов внимательно проанализировал методы, которыми пользовались в своих опытах его предшественники.
Все они, исследуя магнитные свойства образцов, пользовались очень “капризным” прибором магнитометром, который был очень чувствителен к тряске. Делая замеры, необходимо было учитывать много посторонних факторов, вводить поправки на действие магнитного поля Земли, на присутствие в лабораториях железных предметов и т.д. Одним словом, работа с магнитометром была сложна и кропотлива.
Однако, ошибки возникали вследствие любопытной особенности намагниченных брусков и стержней. Магниты, как известно, создают вокруг себя силовое поле, посредством которого они действуют не только на окружающие тела, но и, как оказалось, на самих себя.
Дело в том, что направление силовых линий по отношению к породившему их магниту таково, что магнитное поле стремится как бы перемагнитить его, образовать северный магнитный полюс на том конце, где у магнита находится южный и наоборот.
Этим воздействием ослабляется намагниченность образца. ,Размагничивающие действие проявляется неодинаково у образцов разной формы. Показания магнитометра будут говорить не магнитных свойствах вещества, а о намагничении данного образца.
Предшественники Столетова знали о размагничивающем действии магнитов, они пытались отделаться от ошибок, придумывая всяческие ухищрения, но они только уменьшали ошибки, а не избавлялись от них.
Столетов решил проблему размагничивающего фактора, для этого он использовал кольцеобразный, замкнутый магнит. Как намагнитить кольцо - это ясно. Надо обвить его проволокой. Когда по обмотке пойдет электрический ток, кольцо намагнитится. Однако, такой магнит не создает в окружающем пространстве магнитного поля, поэтому невозможно применить для исследования магнитометр. Магнитное поле внутри кольца не будет действовать на магнитную стрелку.
Поэтому для исследования намагниченности кольцеобразного образца Столетов воспользовался явлением электромагнитной индукции.
При включении тока намагниченность кольца быстро возрастает, пока не достигнет значения, соответствующнго данной силе тока и числу витков обмотки. Меняющееся магнитное поле должно индуктировать ток в проводнике, поставленном на пути магнитных силовых линий. Если на кольцо одеть ещё одну обмотку, то в ней в момент включения тока в первичную обмотку должен возникнуть ток. Этот ток будето идти только короткое мгновение. Ток возникнет и при отключении обмотки от источника тока. Магнитное поле, исчезая, также порадит во вторичной обмотке импульс электрического тока.
Если замерить количество электричества, протекающее в эти периоды через вторичую обмотку, то можно будет определить теоретически, какво было магнитное поле, создаваемое кольцом,- значит узнать и степень намагничения железного образца.
Зарегистрировать импульс тока, измерить количество заряда, прошедшего через вторичную обмотку можно с помощью баллистического гальванометра, который способен улавливать и кратковременные толчки электрического тока.
К концу весны 1871 года у Столетова полностью созревает план исследований железа. Закончив лекции и экзамены, Столетов в июне 1871 года приехал в Гейдельберг. В лаборатории Киргофа он собирает свою установку и проводит опыты.