Три ипостаси Эмилия Ленца
Иллюстрация из книги Historic England: Science
Laboratories to 1900
Эмилий Христианович Ленц (1804-1865), родившийся 220 лет назад, работал в целом ряде областей физики, а также в физической географии, но наиболее значимый вклад внёс в развитие учения об электричестве.
Путешественник
Эмилий Христианович (Генрих Фридрих Эмиль) Ленц появился на свет 24 февраля 1804 года в Дерпте (сегодня это Тарту) в семье остзейских немцев. Окончив гимназию, юноша поступил на философский факультет Дерптского университета, где тогда глубоко изучались физика, химия и другие естественные науки. Правда, по материальным соображениям юноша вскоре был вынужден перевестись на богословский факультет, где платили небольшую стипендию, но подготовка к карьере сельского пастора была прервана на третьем курсе приглашением в кругосветное плавание на шлюпе «Предприятие» под командованием капитан-лейтенанта Отто Коцебу.
Экспедицию снаряжали для доставки грузов на Камчатку и охраны поселений Русской Америки, но адмиралтейство разрешило параллельно проводить географические исследования, для которых научная команда формировалась из студентов Дерптского университета. Девятнадцатилетний Ленц вошёл в неё в качестве физика. Исследовательскую программу для него разработал профессор Егор Иванович (Георг Фридрих) Паррот; они вместе сконструировали и изготовили научную аппаратуру, которая обеспечила исключительно высокую точность измерений.
После экспедиции, продолжавшейся с 1823 по 1826 год, учёный не стал возвращаться в Дерпт, а отправился в Гейдельберг, где уже в 1827 году защитил диссертацию по результатам своих океанографических исследований, получив степень доктора философии. Вскоре после этого по приглашению Паррота (уже ставшего академиком) он переехал в Санкт-Петербург. В 1828 году Паррот представил в Академии наук работу своего протеже «О солёности и температурах воды океанов на разных глубинах», и 7 мая того же года Ленц был избран адъюнктом академии.
Год 1829-й приносит Ленцу новые научные путешествия: Эмилий Христианович посещает Николаев, где участвует в экспериментах по измерению силы тяжести, едет в Баку, где проводит гидрологические наблюдения и обнаруживает изменение уровня воды в Каспийском море, присоединяется в качестве физика к первой экспедиции на Эльбрус под руководством генерала Георгия Эммануэля. Вместе с ещё тремя восходителями он выходит на верхнюю границу скал, выступающих из ледника на северном склоне восточной вершины (сейчас они носят имя Ленца), но здесь, на высоте 5300 метров, вся группа за исключением местного жителя Хилара Каширова (который продолжает путь один и официально становится первым покорителем Эльбруса) вынуждена остановиться из-за нехватки кислорода. Во всех местах Ленц наряду с другими наблюдениями проводил измерения магнитного поля Земли по международной программе Александра фон Гумбольдта.
Педагог
Двадцать четвёртого марта 1830 года Ленц избирается экстраординарным, а 5 сентября 1834-го - ординарным академиком, и с 1830-го под его начало переходит физический кабинет (учебная и научно-исследовательская лаборатория) академии, собранный Василием Петровым. (О нём см. статью «Напряжение научной мысли» в «Энерговекторе» № 1/2021 на с. 9.) Сам Петров заведовал кабинетом до 1827 года. В лаборатории, которую Ленц продолжает развивать и пополнять, проходит вся его дальнейшая исследовательская деятельность.
Помимо этого Ленц преподаёт физику и физическую географию в различных учебных заведениях Санкт-Петербурга - в университете, в Немецкой школе Святого Петра (Петришуле), в Главном педагогическом институте, в Михайловском артиллерийском училище; пишет учебники по обеим дисциплинам. Особенно много он сделал для университета, где с 1840 по 1863 год занимал пост декана физико-математического факультета, а в 1863-м, под конец жизни, стал ректором. Он добился повышения бюджета факультета, улучшил оснащение физического кабинета и оборудовал аудиторию при нём, постоянно заботился о пополнении библиотеки. Ленц привлекает к преподаванию выдающихся учёных, таких как математики В. Я. Буняковский и П. Л. Чебышев, химики А. А. Воскресенский и Д. И. Менделеев (в прошлом его ученик в педагогическом институте). Однако обратимся к научным достижениям в сфере электромагнетизма.
Основоположник
Правило Ленца, сформулированное им в 1833 году, определяет направление индукционного тока и гласит: «Индукционный ток всегда имеет такое направление, что ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток». Сегодня это почти очевидно, но в то время различные случаи электрической индукции воспринимались учёными как совершенно разнородные. Проанализировав данные экспериментов Фарадея, Ампера, Эрстеда и других физиков, а также результаты собственных изысканий, Ленц смог показать, что здесь действует общий закон.
Несколько позднее он совместно с Борисом Якоби установил, что любая магнитоэлектрическая машина, производящая электрический ток, может быть использована как электродвигатель, если через её якорь пропускать ток от внешнего источника, то есть сформулировал принцип обратимости (или эквивалентности) электрических машин постоянного тока. Другая совместная работа, нацеленная на поиск оптимальной конструкции электромагнитов, привела учёных к выводу о принципиальном ограничении силы их действия (сегодня мы знаем, что оно вытекает из эффекта насыщения сердечника и закона сохранения энергии, но тогда это ещё не было известно). В ходе дальнейших экспериментов Ленц обнаружил влияние магнитного поля, создаваемого током в обмотке якоря, на статорную обмотку, создающую в двигателе магнитные полюса, - так называемую «реакцию якоря», существенную для конструирования электрических машин.
Закон Джоуля - Ленца устанавливает, что количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении тока, прямо пропорционально сопротивлению проводника и квадрату силы тока. Двое учёных вели исследования независимо друг от друга, но Джоуль опубликовал свои результаты в 1841 году, а Ленц - только в 1842-м. Поскольку эксперимент Ленца позволял отвергнуть некоторые возражения, высказывавшиеся против выводов Джоуля, честь открытия по праву принадлежит им обоим. Ленц исследовал также зависимость электрического сопротивления металлов от температуры и получил довольно точную формулу.
Читайте другие наши материалы
