Ханс Кристиан Эрстед

Зимой 1819/20 учебного года на лекции в Копенгагенском университете Ханс Кристиан Эрстед демонстрировал нагрев проволоки электричеством. На столе рядом лежал морской компас, и кто-то из студентов — или сам профессор — заметил, что при замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется. Так было впервые установлено, что электричество и магнетизм связаны. Через несколько месяцев об этом узнали в научных кругах, а сам Эрстед, датский физик и химик (1777–1851), стал знаменитым учёным своего времени.

Аптека как начало пути

Эрстед родился в маленьком городке Рудкёбинге на острове Лангеланн в семье аптекаря. Денег не хватало, и начальное образование братья Ханс Кристиан и Андерс получали у кого придётся: парикмахер учил их немецкому, его жена — датскому, пастор — грамматике и истории, землемер — арифметике, а приезжий студент познакомил с минералами. С двенадцати лет Ханс помогал отцу в аптеке, где и заинтересовался естественными науками.

В 1794 году семнадцатилетний Эрстед уехал в Копенгаген готовиться к экзаменам в университет. Учился он разносторонне: за эссе «Границы поэзии и прозы» получил Золотую медаль, следующая работа была о свойствах щелочей, а диссертация, за которую в 1798 году он получил степень доктора философии, посвящалась медицине. После выпуска Эрстед устроился управляющим аптекой, но хотел преподавать. Он занял должность адъюнкта — читал две лекции в неделю бесплатно — и продолжал работать в аптеке, используя её оборудование как лабораторию.

Старательного адъюнкта заметили и отправили в заграничную командировку. В Германии он встретил физика и химика Иоганна Вильгельма Риттера, сторонника натурфилософии Шеллинга — учения о том, что все силы природы происходят из единого источника. Эта идея захватила Эрстеда. В Париже он слушал лекции Шарля, Бертолле и Кювье, а студенческие лаборатории Политехнической школы произвели на него такое впечатление, что он писал: «Все успехи науки должны начинаться с экспериментов».

Право на кафедру

Вернувшись в 1804 году в Данию, Эрстед не мог получить оплачиваемую должность. Ему поручили ведать коллекцией физических и химических приборов короля, и он начал читать частные лекции. Они пользовались такой популярностью, что в 1806 году Эрстед стал профессором физики Копенгагенского университета. После этого назначения физика впервые была признана полноправной дисциплиной в университете, где с начала XVIII века кафедру физики ликвидировали ради усиления курса богословия.

В 1812 году Эрстед снова побывал в Берлине и Париже, где написал работу «Исследование идентичности электрических и химических сил». Он продолжал руководствоваться философской концепцией единства природы. С 1815 года Эрстед — непременный секретарь Датского королевского общества. Ему же приписывают введение термина «мысленный эксперимент»: он использовал латинско-немецкий термин Gedankenexperiment около 1812 года.

Как повторяли опыт

После лекционного случая Эрстед повторил опыт и стал менять условия. Он обнаружил, что при расстоянии от проволоки до стрелки в три четверти дюйма отклонение составляет 45 градусов и уменьшается с увеличением расстояния. Проволоки из платины, золота, серебра и железа — металлов, не обладавших магнитными свойствами, — тоже отклоняли стрелку, когда по ним шёл ток. Экранирование стеклом, деревом, смолой и камнями не помогало: стрелка отклонялась даже под водой. Когда провод ставили вертикально, стрелка располагалась по касательной к окружности с центром по оси провода — Эрстед назвал это действие вихревым.

В июне 1820 года он напечатал на латинском работу «Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на магнитную стрелку». В ней он сформулировал вывод: стрелка отклоняется, когда контур замкнут, и не отклоняется, когда разомкнут. Именно поэтому, писал Эрстед, не увенчались успехом прежние попытки других физиков. Он также предложил правило для определения направления отклонения полюса.

Результаты ставили науку в затруднительное положение: сила действовала не по прямой, соединяющей полюс и провод, а перпендикулярно ей. Это противоречило ньютонианской картине мира. Переводчики на французский, итальянский, немецкий и английский языки, сомневаясь в точности перевода, приводили в примечаниях латинский оригинал.

Признание и после

Открытие сделало Эрстеда всемирно известным. Англичане присудили ему медаль Копли, из Франции он получил премию в 3000 золотых франков, назначенную Наполеоном за крупнейшие открытия в области электричества. Он был избран членом Лондонского королевского общества, Парижской и Петербургской академий наук.

Наукой Эрстед занимался и дальше: в 1822–1823 годах независимо от Фурье открыл термоэлектрический эффект и создал первый термоэлемент, изобрёл пьезометр для измерения изменения объёма веществ под давлением, изучал сжимаемость жидкостей и газов, пытался обнаружить электрические эффекты под действием звука.

Не меньшее значение имела его просветительская деятельность. В 1824 году он создал Общество по распространению естествознания, а в 1829-м стал директором организованной по его инициативе Политехнической школы в Копенгагене — будущего Датского технического университета. Эрстед придумал для датского языка научные термины, которые используются до сих пор: кислород (ilt), водород (brint), объём (rumfang), плотность (vægtfylde).

Умер он в Копенгагене 9 марта 1851 года. Его хоронили как национального героя.

Вопросы об Эрстеде

Правда ли, что открытие электромагнетизма произошло случайно на лекции?

Источники расходятся: кто-то говорит, что отклонение стрелки заметил студент или швейцар, кто-то — что сам Эрстед. Однако он давно задумывался о связи электричества и магнетизма, увлекаясь идеей единства сил природы, так что случайность скорее в обстоятельствах, чем в интересе.

Почему открытие Эрстеда вызвало такой переполох в науке?

Сила между магнитным полюсом и током действовала не по прямой, а перпендикулярно ей. Это противоречило ньютонианской механике, и переводчики его работы на другие языки даже сомневались в точности латинского текста.

Что ещё, кроме электромагнетизма, открыл Эрстед?

Он независимо от Фурье открыл термоэлектрический эффект, создал первый термоэлемент и изобрёл пьезометр — прибор для измерения изменения объёма веществ под гидростатическим давлением.