Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек

Электрический ток представляет собой направленное движение элементарных частиц — электронов, являющихся единичными носителями электрического заряда. Таким образом, ток можно представить в виде течения зарядов по проводнику. Прежде чем человек открыл ток, ему предстояло обнаружить существование заряженных тел и установить законы взаимодействия зарядов, чтобы в дальнейшем прийти к мысли об их движении.

Открытие количества электрического заряда

Электрические явления были известны человеку с древнейших времен. Речь идет вовсе не о молниях, которые дали людям огонь, но при этом и порождали суеверный ужас. Молнии не так скоро связали с электричеством. В действительности история учения об электромагнетизме началась с открытия удивительного свойства, которым обладает янтарь. Древние греки заметили, что кусочек янтаря вследствие трения притягивает к себе мелкие и легкие предметы.

Так человек впервые наблюдал электричество без ужаса и пытался даже объяснить поразительный феномен с натурфилософских позиций. В XVII в. англичанин Гильберт повторял опыты древних. Он убедился, что присущими янтарю свойствами обладают и другие минералы, в частности горный хрусталь и алмаз. Изучением необычных свойств камней занялись многие физики. Поскольку янтарь по-древнегречески назывался «электроном», то и природные явления, связанные с притяжением тел минералами в результате трения, получили название электрических.

В 1672 г. выходит в свет первая книга, в которой приводится описание опытов с электричеством. Ее автор — немецкий ученый О. фон Герике, известный своими экспериментами с магдебургскими полушариями. Герике является первым изобретателем электрической машины. Его установка не выполняла полезной работы, но была опытной. Устройство состояло из крупного шара, изготовленного из серы, который заряжался посредством трения.

Герике сделал немало открытий при помощи своего шара, в т. ч. обнаружил существование электрического отталкивания. Оказалось, что под действием электричества тела не только притягиваются, но и отталкиваются друг от друга.

Француз Дюфе в 1734 г. создает теорию стеклянного и смоляного электричества, в дальнейшем преобразившуюся в теорию положительного и отрицательного электричества (теорию плюсовых и минусовых зарядов). Дюфе выяснил, что янтарь притягивает к себе строго определенные тела, а другие отталкивает. Точно так же ведут себя потертые шелк, бумага и прочие материалы и минералы. Но вот стекло ведет себя с точностью до наоборот. Оно притягивает то, что отталкивает янтарь, и отталкивает то, что янтарь притягивает. Со стеклом сходны по электрическим свойствам горный хрусталь, шерсть и прочие материалы. Тем самым Дюфе убедился, что в природе существуют две группы материалов, порождающие два противоположных друг другу рода электричества.

Нелишне будет заметить, что утверждение о притягивании тел с противоположными зарядами не совсем верно, если понимать его буквально. Если тела притягиваются, то одно из них может вовсе не иметь заряда, т. е. быть электрически нейтральным. Но вот отталкивание возможно лишь между действительно заряженными телами, причем заряженными одинаково.

Сам Дюфе называл эти две разновидности стеклянным и смоляным электричеством. Новое название — положительное и отрицательное — было предложено американским ученым Б. Франклином, который больше известен как общественный деятель. Именно Франклин первым догадался об электрической природе молнии и нашел способ показать это экспериментально. Однако этой догадке предшествовало создание лейденской банки. Это устройство, являющееся первым в истории конденсатором, было создано на рубеже 1745–1746 гг. независимо двумя учеными — голландцем Мушенбруком и немцем Клейстом.

Название конденсатора происходит от города Лейден, в котором ставил свои эксперименты Мушенбрук. Посредством металлического шеста и медной проволоки он соединил источник электричества (натираемый руками стеклянный шар) с банкой, заполненной водой. Мушенбрук стремился извлечь рукой искру из металлического шеста. Банка предназначалась для отвода излишнего электричества, поскольку тогда считалось, что вода не обладает электрическими свойствами.

Эффект получился обратный ожидаемому: вода накопила в себе электрический заряд и разрядилась в Мушенбрука, который держал лейденскую банку своей правой руке. «Моя правая рука, — признавался физик в письме Реомюру, — была поражена ударом такой силы, что все тело содрогнулось, как от удара молнии». Сходство действия лейденской банки с грозой и ярчайшие искры, которые получали последующие экспериментаторы из первого конденсатора, убедили Франклина в принадлежности молнии к электрическим явлениям.

В 1750 г. Франклин составил описание машины для изучения электрической природы молнии. Он утверждал, что специальный железный шест, размещенный на крыше башни, во время грозы будет собирать атмосферное электричество и позволит ученому извлекать искры. Спустя некоторое время Франклин уже разработал на основе своего шеста громоотвод.

С этим устройством связана прелюбопытная история. Ученые долгое время спорили, какой формы громоотвод следует устанавливать на крышах — закругленный или заостренный. Ситуация в физике напоминала войну «тупоконечников» и «остроконечников» в книге Дж. Свифта «Путешествия Гулливера».

Но на самом деле развитие науки вовсе не было таким уж забавным. Познание природы грозы было весьма опасным. После того как французский исследователь Далибар успешно проделал первый опыт по рекомендации Франклина, т. н. громовая машина была создана в России учеными Г. Рихманом и М. В. Ломоносовым. Во время одного из экспериментов, проходивших в 1753 г., Рихман погиб от соприкосновения с шаровой молнией. В конце XVIII столетия электрические силы привлекают к себе все большее внимание, причем не только физиков, но и медиков.

Сообщение Мушенбрука о действии на его организм разрядного удара не прошло незамеченным. Сходные сообщения от прочих экспериментаторов и богатые данные о пострадавших вследствие попадания молнии насторожили некоторых врачей. Знаменитый деятель Великой Французской революции Марат был по специальности медиком и одним из первых заинтересовался проблемой. Он всерьез полагал, что электричество может пригодиться медицине для лечения болезней и даже посвятил этому вопросу свой научный труд «Трактат о медицинском электричестве».

В 1820–1830-х гг. эти изыскания увенчались изобретением электрофореза, предназначенного для введения под кожу или через слизистые оболочки лекарственных веществ (в то время — соединений йода) под действием постоянного тока.

Направление исследований феномена живого электричества назвали гальванизмом. Гальванизм, как ни странно, первоначально очень мало был полезен медицине, хотя эксперименты ставились преимущественно на живых существах. Зато физика многим обязана возникновению этого учения, названного в честь итальянского врача и изобретателя Л. Гальвани. О его работах будет рассказано ниже.

Пока же рассмотрим, как ученые объясняли сущность электричества. Наиболее прогрессивные умы стремились в духе того времени свести новооткрытое явление к элементарным частицам и фундаментальным законам классической механики. Главные заслуги в данном направлении принадлежат Франклину и петербургскому академику Ф. Эпинусу. Франклин под влиянием учения о теплоте верил, что электричество связано с мельчайшими частицами особого рода, которые наделены способностью проникать сквозь вещество.

Эти частицы образуют в совокупности т. н. электрическую жидкость. Если у тела отнять путем трения часть электрической жидкости, то оно приобретет положительный заряд. Тело, перенявшее долю частиц, зарядится отрицательно. Если тела вновь соединить, то количество жидкости между ними выровняется таким образом, что оба станут электрически нейтральны (незаряжены). Таким образом, Франклин приблизился к открытию закона сохранения электрического заряда.

Эпинус, пребывая под влиянием открытий И. Ньютона, увязал взаимодействие заряженных тел с законом всемирного тяготения. Он полагал, что заряженные тела притягиваются и отталкиваются по аналогии с притягивающимися массами в классической механике. Эпинус сделал немало открытий, сравнивая теорию Ньютона с результатами экспериментов над электричеством, и первым четко сформулировал закон сохранения электрического заряда: «Если я хочу в каком-либо теле увеличить количество электрической материи, то я должен неизбежно взять ее вне его и, следовательно, уменьшить ее в каком-либо другом теле».

Эти воззрения, возобладавшие во всем научном мире, послужили предпосылкой для открытия основного закона электростатики, получившего название закона Кулона. Ш. Кулон — великий французский физик, установил данную закономерность в 1780-х гг. Если Эпинус только предполагал аналогию между электричеством и гравитацией, то Кулон решил проверить опытным путем существование подобного сходства между внешне разнородными явлениями. Параллельно с Кулоном и независимо от него сходными исследованиями занимался англичанин Кавендиш.

Кулон использовал в своих экспериментах изобретенные им самим же крутильные весы, представлявшие собой разновидность электроскопа. Посредством крутильных весов можно было наблюдать сравнительную величину «электрических сил» двух взаимодействующих зарядов. Кулон в ходе изысканий показал, что электрические заряды взаимодействуют между собой по закону Ньютона: сила притяжения и отталкивания обратно пропорциональна квадрату расстояния. Но ученый пошел еще дальше. Он выяснил, что отталкиваются только одноименные заряды («плюс» и «плюс» или «минус» и «минус»), тогда как притягиваются разноименные («плюс» и «минус»).

Кроме того, если Ньютон опирался в формулировке своего закона на количество вещества, как тогда называли массу, то Кулон ввел эквивалент массы в учение об электричестве. Ученый назвал этот эквивалент очень просто — количеством электричества. Экспериментально Кулон показал, что величина количества электричества пропорциональна силе взаимодействия между зарядами. Наконец, Кулон определил минимальное количество электрического заряда, возможное в природе. Впоследствии ученые поняли, что носителем минимального заряда является элементарная частица, предсказанная Б. Франклином. В такой обстановке совершил свое открытие Л. Гальвани.

Изобретение гальваноэлемента

История физики полна курьезов и парадоксов, в чем успел убедиться читатель. Если спросить у человека, далекого от точных наук, кто изобрел гальванический элемент, то можно услышать в ответ, что это сделал итальянский врач Л. Гальвани. В действительности создатель первого гальванического элемента безвестен, а само изобретение насчитывает несколько тысячелетий.

Об этом мы можем судить благодаря удивительной археологической находке, сделанной под Багдадом. Ученые во время раскопок древнего города Вавилона, находившегося прежде на этом месте, обнаружили странную конструкцию из металлических кружков, в которой специалисты узнали очень примитивную гальваническую батарею. Для чего понадобилась батарейка в ту далекую эпоху, никому неизвестно. Находка отнесена к числу самых загадочных артефактов.

Гальвани же не мог создать гальваноэлемент, поскольку придерживался ошибочных взглядов на сущность открытого им явления. Заинтересованный действием электрического тока на живые ткани, ученый в 1780-х гг. проводит серию экспериментов над препарированными лягушками. Гальвани наблюдал, как во время грозы мышцы лягушек, подвешенных на металлические крюки, сокращаются под действием атмосферного электричества.

Однако более поздние опыты, поставленные в ясную погоду и в комнатных условиях, показали, что мышцы у препарированных лягушек все равно сокращаются время от времени. Спинной мозг у таких лягушек был по-прежнему соединен с медным крюком, который касался железной пластины. Врач решил, что обнаружил «живое электричество», вырабатываемое организмом лягушки. Над Гальвани многие посмеялись. «На меня нападают две совершенно противоположные партии: ученые и невежды, — писал впоследствии Гальвани. — И те и другие называют меня лягушачьим учителем танцев».

Возможно, замечательное открытие оказалось бы забыто, но необычными опытами заинтересовался соотечественник Гальвани, физик А. Вольта, который доказал, что в организме лягушки нет «живого электричества». До известной степени Вольта ошибался, поскольку в организме любого живого существа присутствуют электрические заряды. Электротоки постоянно перемещаются в тканях, в первую очередь в нервной, передавая по ней импульсы в мозг и из мозга. Электротоки особенно ярко проявляются при работе мышц — скелетных и сердечной.

Электрокардиограммы (ЭКГ) и электроэнцефалограммы (ЭЭГ) составляются по данным измерений интенсивности биотоков, чтобы проследить за работой сердечной мышцы и коры головного мозга. Тем не менее Вольта был прав в одном: в своих экспериментах Гальвани не смог бы выявить электротоки в организме лягушки, поэтому «живого электричества» врач не открыл. Физик предположил, что мускулатура животного послужила всего лишь индикатором присутствия тока, т. е. среагировала на него сокращениями.

Мышцы лягушки в экспериментах Вольта сокращались под воздействием обычного электричества (не «живого») точно так же, как в опытах Гальвани. Источником тока в опытах врача послужил, видимо, контакт двух металлов, а именно меди и железа. Тканевые жидкости в теле лягушки играли роль дополнительного проводника, помещенного между металлами. Отталкиваясь от своих предположений, физик сконструировал первую гальваническую батарею, повлиявшую на дальнейшее развитие науки.

Вольтов столб, как назвали этот источник постоянного тока ученые, состоял из ряда металлических пластин двух типов — цинковых и серебряных, разделенных картонными кружками, которые предварительно пропитывались соленой водой. Поскольку приборов для измерения тока тогда не существовало, то Вольта использовал собственную руку для регистрации тока. Если подключить гальванический элемент в замкнутую цепь, проходящую через человеческое тело, то возникают сходные ощущения, как в эксперименте с лейденской банкой.

Вольта объяснил возникновение тока дисбалансом электрических зарядов в батарее. Когда взаимодействуют разнородные металлы, то в них нарушается равновесие электрических зарядов. В замкнутой цепи заряды приходят в движение, стремясь прийти к равновесию. Но поскольку это не удается, то заряды движутся постоянно, порождая непрекращающийся электрический ток. В дальнейшем Вольта усовершенствовал свой столб, предложив чашечную батарею гальваноэлементов.

Используя химическое действие электротока, ученые стали применять батареи для проведения исследования веществ. Так, к примеру, англичанин Дэви в 1807 г. открыл неизвестные до того момента элементы калий и натрий, расщепляя постоянным током некоторые щелочи. Ныне батареи применяются невероятно широко почти во всех компактных или переносных устройствах, работающих от электротока.

На батарейках работают переносные компьютеры, карманные фонарики, магнитофоны, наручные кварцевые часы, будильники, поющие поздравительные открытки, детские игрушки и множество других устройств. Наконец, на батарейках работают самые полезные домашние устройства — пульты дистанционного управления. Американские специалисты по маркетингу подсчитали, что сегодня в развитых странах на каждую семью приходится в среднем от 2 до 3,5 пульта дистанционного управления.

С помощью таких пультов мы включаем телевизор и видеомагнитофон, управляем джакузи и компактным домашним кинотеатром, открываем дверь гаража. Вероятно, в обозримом будущем станут выпускаться пульты, совмещающие в себе все необходимые функции, т. е. позволяющие оперировать любой бытовой техникой, рассчитанной на дистанционный контроль. Уже сейчас в продаже появились универсальные пульты, пригодные для дистанционного управления как телевизором, так и видеомагнитофоном (естественно, речь идет не о видеодвойке). По мере совершенствования пультов и их дальнейшей эволюции будут требоваться и батарейки, которые, скорее всего, тоже претерпят различные метаморфозы.

Всякий без исключения проводник электрического тока способен в силу особенностей своего атомарного строения оказывать сопротивление движущимся зарядам. Это легко заметить на простейшем опыте, который можно провести поздним вечером в каждом городе, когда включается освещение улиц. Фонари вспыхивают один за другим, по очереди, как будто бы ток бежит неторопливо, с легким запозданием.

Если принять во внимание скорость электронов, почти равную световой, то получится, что человек неспособен увидеть запаздывание зарядов. Ток должен перемещаться по проводам практически мгновенно. Тем не менее этого не происходит. Дело в том, что сам материал проводов тормозит ток.’ Описанное свойство проводников названо в физике электрическим сопротивлением.

Открыт закон Ома

Еще в 1729 г. английский физик Грей обнаружил, что электрический заряд свободно передается от одних тел к другим при наличии своеобразного моста, иными словами, вещества-посредника. Скажем, медная проволока вполне могла служить таким посредником, она хорошо проводила электричество. По шелковой нити же электричество не распространялось, что позволило в дальнейшем использовать этот материал в качестве изоляции. Грей, т. о., пришел к выводу, что в природе существуют проводники и непроводники электричества.

Движение зарядов по проводникам от одного тела к другому ученые назвали электрическим током. К открытию природы электрического тока физиков подвели работы Л. Гальвани и А. Вольта, а также некоторых других исследователей электричества. В частности, Вольта приходит к выводу о существовании разности электрических потенциалов в замкнутой цепи, которую сам же первым собрал. Ученый после открытия контактной разности потенциалов составил т. н. ряд напряжений.

Ранее рассказывалось, что при сочетании разных металлов в гальваническом элементе производится неодинаковый ток, поскольку они заряжены неодинаково. Физик описал сущность контактной разности потенциалов так: «В силу такого соприкосновения электрический флюид (заряд) гонится от… металлов, от одного больше, от другого меньше (больше всего от цинка, меньше всего от серебра)». Вольта выстроил ряд из разнородных металлов, взятых в контакте, по возрастающему напряжению между ними.

В начале 1820-х гг. А. Ампер вводит в физику понятие силы тока и находит способы измерения этой силы. Немецкий ученый Г. С. Ом решает заняться исследованиями электричества, а в первую очередь изучением количественных соотношений напряжения и силы тока. В 1826 г. в результате своих изысканий Ом пришел к выводу, что напряжение прямо пропорционально силе тока и неизвестной величине, которая выражает собой противодействие среды движущимся зарядам. Электрическое сопротивление проводника сдерживало течение тока.

На протяжении последующих десятилетий закон не обращал на себя внимания. Лишь с начала второй половины XIX столетия известные исследователи электрических явлений, такие как Г. Кирхгоф, К. Гаусс, Э. X. Ленц и Б. С. Якоби, признали исключительную важность закона Ома для изучения свойств тока и его работы. Они стали широко применять понятие электрического сопротивления в своих изысканиях и тем самым ввели закон в употребление. На сегодняшний день не найдется ни одного инженера, который не знал бы закона Ома. Между прочим, в 1881 г., уже после смерти этого физика, Международный конгресс электриков решил назвать единицу сопротивления именем ученого — первооткрывателя данного свойства проводников.

Сегодня известно, что движение зарядов в проводнике происходит весьма удивительным образом. В любом твердом теле, обладающем кристаллической решеткой, всегда существуют свободные электроны. Они являются общими для всех атомов, расположенных в узлах решетки, и переходят с орбиты вокруг одного атома на орбиту вокруг другого. Если проводник замкнут в цепь, то движение электронов становится цикличным. Оно приобретает характер непрерывного движения. Это движение хаотическое, оно обусловлено присутствием внутри кристаллической решетки энергии, увеличивающей энтропию.

Если на концах замкнутой цепи создать разность потенциалов (напряжение), то заряды придут в упорядоченное движение. Оно и называется электрическим током. Однако характер движения электронов не будет претерпевать существенных изменений. Заряженные частицы по-прежнему перемещаются в таком проводнике, перепрыгивая от одного заряженного ядра к другому. Это их сильно тормозит и вызывает, т. о., потерю энергии.

Нетрудно понять, что расходуемая электронами энергия превращается в теплоту. Разные вещества обладают неодинаковым сопротивлением, поскольку имеют различное атомарное или молекулярное строение. Положительно заряженные атомные ядра в узлах решетки неодинаково воздействуют на поток свободных электронов, но в зависимости от величины своих зарядов и плотности размещения в решетке.

Реально ли победить электрическое сопротивление. Полностью этого добиться невозможно, однако значительно уменьшить его вполне допустимо. Эффект сверхпроводимости был открыт в 1911 г. нидерландским физиком Г. Камерлинг-Ониссом. Он установил, что при очень низких температурах металлы и сплавы почти на 100 % утрачивают способность тормозить ток, поэтому электрическая энергия начинает в полном смысле слова течь по проводнику, не испытывая и малейших затрат. К сожалению, физиков вскоре ждало разочарование, поскольку использовать сверхпроводники для передачи тока высокого напряжения невозможно.

Требовались дальнейшие исследования, которые были призваны установить, что именно мешает человеку применять в промышленности перспективные материалы. Природа загадочного явления получила научное объяснение только в 1957 г. в работах отечественного физика Н. Н. Боголюбова и американцев Дж. Бардина, Дж. Шриффера и Л. Купера. Оказывается, в сверхпроводниках электроны объединяются в пары. Ток парных зарядов обладает уникальными свойствами, поскольку при движении частиц на строго определенной скорости они не испытывают трения. Во всех остальных случаях электроны встречают сопротивление со стороны атомных ядер.

Сегодня установлено, что ряд материалов можно заставить работать, как сверхпроводники, при сравнительно высоких температурах. Это явление получило название высокотемпературной сверхпроводимости. Изучены и многие другие любопытные свойства проводников такого рода. Возможности практического применения открытого явления рассматривает криоэлектроника и ряд других наук. Приставка в названии криоэлектроники, происходящая от греческого слова krios, означает в переводе на русский язык «мороз, холод» и подразумевает, что такая электроника работает при специальном охлаждении.

Проводники способны не только увеличивать свои проводящие способности, но и снижать их. Во-первых, проводимость вещества зависит от размеров конкретного образца.

Если взять ничтожно мелкую частицу металла, то она не обязательно будет проводником, хотя сам металл таковым является. С уменьшением размеров свойство проводимости электрического тока постепенно убывает. Причиной тому служат физические особенности природы электронов, переносящих электрический ток.

Эти частицы ведут себя одновременно и как электромагнитные волны. Если внутри крупицы металла определенных размеров электроны-корпускулы и могли бы передвигаться, то волны здесь двигаться никак не могут. Для проявления волновых свойств электронов в крупицах определенного размера просто не хватает места. Предельный размер был найден опытным путем, он составляет 10 нм. Именно такую величину должны иметь крупицы проводника, чтобы он полностью потерял свои проводящие свойства.

Может показаться, что эти исследования носят чисто академический характер. На самом же деле практическое значение открытия колоссально, поскольку оно показывает нам на предел миниатюризации интегральных схем. Современные чипы уже давно собираются из элементов, габариты которых отвечают уровню микромира.

Утрата проводимости при уменьшении размеров до 10 нм служит естественным препятствием для дальнейшей миниатюризации схем и заставляет искать обходные пути для последующего развития электронной техники. Кроме того, открытие проливает свет на перспективы нанотехнологий.

Изобретена лампа накаливания

Электрическое сопротивление зачастую очень вредно, поскольку поглощает колоссальное количество энергии. Трудно вообразить, сколько драгоценного электричества, получаемого с таким трудом, расходуется впустую — превращается в теплоту, идущую на бесцельный нагрев проводов. Вредная работа электрического тока, однако, нашла свое применение во многих устройствах. В первую очередь это касается такой бытовой техники, как электрообогревательные приборы, чайники, утюги, кипятильники, титаны.

Здесь перевод тока в теплоту не только оправдан, но и необходим. Можно подумать, что в таких устройствах сопротивление материала стремится к бесконечности. Таким образом, движение электронов внезапно прекращается, и они отдают всю свою энергию. Но на самом деле этого не происходит. Если бы движение электронов было приостановлено, то цепь мгновенно оказалась бы разорванной, а прибор отключенным. Произошло бы самоотключение. Однако в действительности ток все равно продолжает течь через прибор, преодолевая его колоссальное сопротивление.

Есть и более оригинальные способы применения вредного электрического сопротивления в современной бытовой технике. Во-первых, это различные реостаты, т. е. переменные сопротивления, которые используются в электронике в качестве основного устройства для переключения режима работы. Скажем, ручки для регулировки громкости связаны с реостатом. Благодаря изменению сопротивления цепи происходит изменение в ней силы тока, соответственно меняется и величина производимой устройством работы. Во-вторых, это осветительные приборы, в которых используются лампы накаливания.

Использовать электричество для освещения впервые начали в 1860-х гг., однако применялись такие осветительные приборы только на маяках. В быту и на предприятиях использовать первые лампы было крайне неудобно. Дуговая лампа представляла собой электрическую дугу, открытую в 1812 г. англичанином Дэви. Однако на самом деле первую электрическую дугу создал русский изобретатель В. В. Петров в 1803 г. На его книгу в России не обратили внимания, а за рубежом она была неизвестна, т. к. технических переводчиков с русского языка в то время за границей не было. Поэтому значение для дальнейшего развития электротехники имела именно лампа Дэви. К сожалению, ее приходилось часто регулировать. По мере выгорания углей, между которыми горела электрическая дуга, их концы расходились слишком далеко. Увеличение расстояния приводило к разрыву в цепи и прекращению работы лампы. Дуга гасла. Дуговую лампу значительно усовершенствовал другой выдающийся русский изобретатель П. Н. Яблочков. В 1876 г. он запатентовал свое изобретение — продукт многолетних трудов. Детище ученого получило в технике название свечи Яблочкова.

Угли (электроды) здесь были направлены не навстречу друг другу, а шли параллельно. Между этими электродами находилась прослойка изолирующего вещества, сгоравшего вместе с углями. Дуговое горение протекало на концах электродов и было направлено сверху вниз, причем угли не расходились. Они всегда были удалены на одинаковое расстояние, определяемое толщиной изоляционной прослойки. Далекие от физики люди именовали изобретение «русским светом». «Русский свет» использовался во всех странах Европы, а также в США и некоторых азиатских государствах.

Лампа накаливания устроена по совершенно другому принципу. В ней используется сопротивление металлического проводника, нагреваемого электрическим током до высокой температуры, при которой металл начинает светиться, т. е. испускать электромагнитные волны видимого диапазона. Свечение является попыткой вещества избавиться от избыточной тепловой энергии. Всякое обладающее температурой тело что-то излучает. В большинстве случаев это инфракрасные лучи и радиоволны, однако высокие температуры заставляют вещество испускать видимый свет и ультрафиолетовые лучи.

Создателем лампы накаливания является русский инженер А. Н. Лодыгин. Он сконструировал свою лампу в начале 1870-х гг. В 1873 г. изобретатель провел публичные испытания своего детища, а в 1874 г. был награжден за это изобретение Ломоносовской премией Академии наук. На Западе получили распространение «фонари Эдисона», разработанные независимо от Лодыгина в 1879 г. знаменитым американским изобретателем и бизнесменом Т. А. Эдисоном.

Этот удивительный человек не занимался наукой профессионально, но был изобретателем-любителем. И вместе с тем он обладал огромными техническими знаниями и увековечил свое имя, создав немало разных прогрессивных устройств. Эдисон считал изобретательство родом предпринимательства и направлял свои занятия физикой и техникой на получение прибыли. Из-за этого научный мир относился к гению с недоверием.

Нужно заметить, что лампы Лодыгина и Эдисона, а также последующие поколения электрических лампочек выпускались пустотными, т. е. из их баллонов выкачивался воздух. Нить накала появилась впервые в лампе Эдисона. Эта нить представляла собой металлическую дугу. Современные электролампы существенно отличаются от своих предшественниц. Если внимательно рассмотреть содержимое стеклянного баллона электрической лампочки, то можно заметить, что спираль, или т. н. нить накаливания, крепится на молибденовых крючочках, которые установлены на тоководы из никелевого сплава. Молибден способен стойко выдерживать высокие температуры, что и определило выбор материала.

Сама нить, являющаяся рабочей частью лампочки, изготовляется из самого тугоплавкого металла в природе — вольфрама. Температура его плавления равна +3420 °C. Как только на спираль поступает ток, она под его тепловым действием раскаляется добела. Диаметр нити и ее протяженность подобраны таким образом, чтобы нагрев материала был максимальным, поскольку от этого зависит яркость лампочки. Вместе с тем размеры нити достаточно велики и не дают ей мгновенно испариться от собственной же температуры, которая поддерживается на уровне +2700 °C.

По нелепому недоразумению принято считать, будто современные лампы накаливания пустотные. На самом деле вакуумные лампы уже давно не создаются. Причиной тому служит тот факт, что они быстро перегорают. Внутри лампы создается низкое давление, чтобы нагреваемый металл медленнее испарялся. Однако это давление вовсе не стремятся довести до высокого вакуума. Производителей ламп больше всего настораживает не давление воздуха, но давление паров самого вольфрама. Эти пары образуются под действием высокой температуры, до которой разогревается нить накаливания.

Естественно, оставлять в лампе воздух неразумно, т. к. активный кислород легко вступит в реакцию с раскаленным вольфрамом. Поэтому воздух из лампочек действительно выкачивают, чтобы затем заправить стеклянный баллон неактивным газом при низком давлении. Этот газ препятствует образованию паров вольфрама, давление которых вызовет ускоренное перегорание спирали. В прежние времена, когда в ходу были пустотные лампы, проблему решали уменьшением их светимости. На нить подавалась меньшая нагрузка, отчего вольфрам медленнее испарялся, но и светился тусклым красноватым светом.

Сейчас яркость электролампочек удалось повысить, одновременно продлив срок их службы, посредством неактивного газа-наполнителя. В роли такого газа не так давно выступал чистый азот, а в последние 15 лет исключительно азотокриптоновая или азото-аргоновая смесь. Последняя, содержащая 86 % аргона, применяется наиболее часто. Криптон добавляют в лампы-«грибки», что делает их вдвое долговечнее аргоновых лампочек. Важным достоинством криптона являются его тепловые свойства, которые позволили уменьшить размер стеклянного баллона таких ламп.

Еще одним способом продлить срок работы лампочки является применение галогенной смеси. То есть баллон галогенных ламп заполняют смесью неактивного азота и какого-нибудь газа из группы галогенов. В подавляющем большинстве случаев в качестве такого добавочного наполнителя используется йод. Вообще-то, металлический вольфрам реагирует с газообразным йодом уже при температуре +700 °C, но именно активная реакция этих двух веществ необходима производителям лампочек.

Галогены обладают одной интересной особенностью. Они настолько активны, что вступают в реакцию не только с вольфрамом нити, но и с испарившимся металлом, осевшим в виде кристаллов на внутренней поверхности баллона. В результате атомы йода превращаются в транспортную систему, которая захватывает вольфрамовые пары и осадок и возвращает атомы металла обратно в нить. Работает же эта транспортная система исключительно благодаря кислороду. Он в малых долях, в качестве побочной примеси присутствует в газовой среде галогенной лампочки, образуя молекулы оксид-йодида вольфрама. Эти молекулы в конечном итоге и нужно считать переносчиками атомов металла.

Галогенные лампы изобретены в 1949 г., но до недавнего времени принцип их действия понимался неправильно. В конце концов физики пришли к выводу, что галогенные лампы работают в обход всех законов природы. Лишь развитие технологий очистки металлов (титана, гафния, ниобия и т. д.) посредством галогенов, а также более глубокие изучения сложной природы переходного металла вольфрама дали ответ на вопрос, почему же светят удивительные лампочки.

Одним из плюсов галогенных лампочек, кроме длительного срока исправной службы, следует назвать их компактность и мощность. Температура нити накаливания достигает в таких лампочках +3000 °C, что соответственно вдвое увеличивает их светимость. Автомобильные фары, фонарики для подсветки витрин, лампы кино- и диапроекторов наполнены йодистой смесью, потому что от этих источников света требуется большая яркость, долговечность и малые размеры.

Что касается мощности электрической лампы, то она также высчитывается посредством замера сопротивления и силы тока. Мощность равна произведению квадрата силы тока на сопротивление. Величина удельного электрического сопротивления вольфрама очень низка, она равняется всего 0,055 мкОм·м (микроом-метр). Более низкое значение имеют некоторые другие металлы, но их использовать невыгодно. Скажем, алюминий (0,028 мкОм·м) слишком легкоплавкий.

Эта же формула объясняет причину, по которой лампочки перегорают. Толщина спирали неодинакова на всем ее протяжении, и ее разрыв происходит, разумеется, в самом тонком месте. Пословица гласит в таком случае: «Где тонко — там и рвется». А вот физика объясняет, почему рвется тонкий участок нити накала. Поскольку сопротивление проводника напрямую зависит от площади его поперечного сечения, то нетрудно понять, что в тонком участке сопротивление резко увеличивается. Одновременно растет и мощность тока. Естествен но, с повышением мощности степень нагрева тонкого участка также возрастает. Этот участок активнее разрушается и в конечном итоге оплавляется, что приводит к разрыву нити.

Заканчивая рассказ о проводящих свойствах материалов, нельзя не затронуть явление сверхпроводимости. Обычно физики в широкой печати сетуют на то, что их преследуют неудачи в изучении секретов сверхпроводимости. В связи с этим далекие от физико-технических наук читатели обычно заключают, что сверхпроводящие материалы появятся лишь в далеком будущем, а пока являются чем-то из области фантастики.

В действительности же в наши дни многие загадки феномена сверхпроводимости разгаданы, получены некоторые необычные материалы, применяемые в современной технике. Получение таких материалов затруднено, поэтому они и не имеют широкого распространения. Но в любом случае недооценивать возможности науки нельзя. На сегодняшний день получены низкотемпературные, высокотемпературные и керамические сверхпроводники. К низкотемпературным относятся почти все виды данных проводящих материалов.

Высокотемпературные представлены несколькими веществами, в первую очередь сплавом из германия и ниобия, который проявляет сверхпроводящие свойства при температуре -251 °C. Он обозначает нижнюю температурную границу, а верхнюю границу физики желают поднять как можно выше. С 1987 г. ученые нашли немало материалов, которые становятся сверхпроводящими при температуре всего -148 °C. Керамические сверхпроводники были открыты в 1986 г. швейцарскими физиками. Это вещества группы металл оксидных керамик, которые начинают беспрепятственно пропускать ток при высоких температурах, около -230 °C.

Подобные материалы служат главным образом науке. На ускорителях заряженных частиц на питание магнитов затрачивается большая энергия, которая могла бы использоваться в других целях. Сверхпроводящие магниты обладают колоссальной мощностью при меньших энергетических затратах. Созданы диагностические медицинские приборы — компьютерные томографы, в которых применяется т. н. ядерно-магнитный резонанс. Магнитное устройство томографа, изготовленное из обычных проводников, делало бы его слишком громоздким и совершенно неудобным для работы врачей. Сверхпроводящие материалы обеспечили необходимую компактность и доступность универсального средства диагностики.

Во многих странах создаются экспериментальные «левитирующие» поезда на магнитной подвеске. Они разработаны специалистами Японии, США, Канады, Германии и Франции. Это сверхскоростные транспортные средства, движущиеся без трения. Они летят над монорельсом за счет магнитных сил, удерживающих их в воздухе и ведущих вперед.

Естественно, чудо-магнит удалось создать благодаря применению сверхпроводников. Магнитная подвеска для такого поезда должна обладать свойством сверхпроводимости. Еще в 1913 г. удалось установить, что сверхпроводящие материалы боятся интенсивных магнитных полей, но стремятся вытеснить их. Приближая к сверхпроводнику магнит, можно возбудить в поверхностном слое первого незатухающие токи. Они заэкранируют внешнее магнитное поле и заставят магнит висеть над проводником.

Другим замечательным применением сверхпроводимости в науке стало создание высокочувствительных приборов — измерителей напряженности магнитного поля, т. н. СКВИДов. Поскольку сверхпроводники стремятся заэкранировать внешнее магнитное поле, то они на него очень чутко реагируют. Магнитное поле проникает внутрь замкнутого проводника постепенно, квантами. Квант, как известно, является чрезвычайно малой величиной. Вот почему чувствительность СКВИДов очень велика. Они способны зарегистрировать проникновение минимальной величины магнитного потока. Применение СКВИДов позволило точно замерить магнитные поля сердца и головного мозга человека, что было бы невозможным с применением обычной аппаратуры.

Одним из самых примечательных достижений будущего в области техники сверхпроводников станет постройка электронной вычислительной машины на подобных материалах. Сверхпроводящие элементы, используемые в ядре чипа, будут обладать многочисленными достоинствами. Во-первых, крайне низкое сопротивление току приведет к ничтожному выделению тепла. А именно высокое тепловыделение элементов микросхем препятствует повышению их компактности. Во-вторых, скорость переключения такого элемента составит всего 10¹¹ с, т. е. 10 миллиардных долей секунды! Сверхпроводящий компьютер будет отличаться высокой скоростью действия.

Взаимодействие между телами передается разными способами, однако общим моментом для всех случаев является наличие передатчика взаимодействия. Таким передатчиком может служить какая-либо особая среда. Гравитационное взаимодействие распространяется посредством поля тяготения, через которое передается сила притяжения между массами. Электромагнитное поле служит средой для передачи взаимодействия между электрическими и магнитными зарядами.

Открытие электромагнетизма

Люди обратили внимание на магнитные силы еще в далекие от современности времена. Само название феномена происходит от древнего города Магнесии, близ которого располагались внушительные залежи магнитных руд. О свойствах магнита люди знали испокон веков, еще задолго до того, как магнитный железняк получил свое название.

Первооткрывателями магнетизма следует считать древних индейцев ольмеков, сформировавших развитую цивилизацию. Они около 4000 лет назад открыли свойства магнитного железняка и высекали из него скульптуры тучных людей. Назначение этих скульптур до конца не определено историками, однако ученые установили, что силовые линии магнитного поля каждой скульптуры сходятся в точности на ее пупе. Таким образом, ольмеки имели представление о силовых линиях магнитного поля.

Они, видимо, знали о существовании земного магнетизма и о том, что с его помощью можно ориентироваться на местности. О наличии таких познаний свидетельствуют каменные изваяния черепах с магнитной головой. Далекие странствия морских черепах были известны многим древним народам. Видимо, ольмеки связали навигационные способности животных с наличием у них магнитного чувства.

С древнейших времен люди сложили немало легенд о загадочном явлении природы. Собиратель разнообразных занимательных историй, римский литератор Плутарх рассказывал о магнитной горе близ берегов Индии. Эта гора якобы могла вытягивать силой своего магнитного притяжения металлические гвозди из досок кораблей, отчего суда разрушались и тонули. Позднее страшная легенда вошла в состав сборника арабских сказок «Тысяча и одна ночь».

Но римляне не довольствовались пересказом красочных легенд, они пытались материалистически объяснить сущность сил и процессов в окружающем их мире. Атомист Лукреций в своей энциклопедической поэме «О природе вещей» (I в. до н. э.) подробно описывает действие магнетизма:

Далее Лукреций дает объяснение феномена в духе того времени. Античные атомисты наивно полагали, что притяжение и отталкивание железа и магнита вызвано потоками неустойчивых частиц в магнитном веществе. В целом объяснение невероятно сложно и совершенно ошибочно. Однако оно представляет собой продукт работы ума и свободно от фантазий о душах, которыми наделяли магнитный железняк мистики.

Примерно 2000 лет назад обнаруживают магнитные свойства китайцы. Уже в период Средневековья, около 1000 лет назад, они изобретают компас, а несколько позднее защитные ворота. Магнитные ворота были установлены у императорского дворца. Они притягивали к себе всяческие металлические изделия и тем самым могли выдать преступника, задумавшего пронести в императорский дворец оружие.

Первый компас представлял собой намагниченную металлическую пластинку (стрелку компаса), закрепленную на дощечке, которая свободно плавала в глиняном сосуде с водой. Поскольку трение воды было очень слабым, а масса магнитной пластинки невелика, то металл активно притягивался к полюсам планеты. Магнитные полюса создают равные силы, которые действуют на намагниченное тело так, что оно не смещается в сторону полюсов, а занимает положение вдоль силовых линий.

Стрелка компаса, т. о., выстраивается вдоль линий напряженности магнитного поля Земли и тем самым указывает направление на магнитный полюс. В XII столетии компас попадает в Европу, где получает широкое распространение, поскольку оказывается очень выгодным навигационным прибором для активно развивающегося мореходства. Появление компаса в Европе способствовало наступлению Эпохи Великих географических открытий, которая началась с открытия Америки и морского пути в Индию.

Значение компаса для колонизаторских и торговых походов европейцев было исключительным, что заставило ученых уже в средние века заняться исследованием необычной природы магнетизма. Знатоки морской навигации прекрасно знали о существовании у Земли двух полюсов, а кроме того, установили, что строгое направление на магнитный полюс не совпадает с точным направлением на полюс географический, находимый по Полярной звезде. Дело в том, что два полюса совпадают лишь частично. Небольшое расстояние между ними требует внесения в путевые расчеты поправки, которая называется магнитным склонением.

История сохранила сведения о любопытном случае. Во время экспедиции адмирала X. Колумба в Новый свет среди матросов поднялась паника, т. к. компас внезапно изменил свои показания и стал указывать совершенно новое магнитное склонение. Адмирал, уверенный в правильности выбранного маршрута, чтобы успокоить матросов, тайком повернул картушку компаса. Прибор стал давать привычные показания.

Причиной же странного поведения компаса было, во-первых, нахождение каравелл Колумба в другом полушарии планеты, а во-вторых, махинации адмирала с путевым журналом, куда он заносил неверные данные. Колумб стремился держать матросов в неведении относительно количества пройденного пути, иначе команда могла решить, что путешествие слишком затянулось.

Физики, явившиеся первыми исследователями необычного явления природы, обнаружили непонятную связь между электрическими и магнитными явлениями. Однако объяснить ее физики тогда не пытались, потому что не испытывали большого практического интереса к электричеству. Оно привлекло к себе внимание лишь с наступлением Нового времени, особенно в конце XVIII — начале XIX вв.

В 1600 г. англичанин Гильберт издает первый в истории труд, посвященный магнетизму. В этой работе собраны многие интересные наблюдения, касающиеся, в частности, земного магнетизма, а также ряда известных в то время электрических явлений. Гильберт называл нашу планету большим магнитом, поскольку она, так же как и любой магнитный камень, имеет разноименные полюсы. Физик доказал свои воззрения экспериментальным путем. Он намагнитил большой шар и приложил к его поверхности компас. Стрелка непременно указывала направление на полюс. Ученый сообщает также о другом своем замечательном открытии: оказывается, противоположные полюсы притягиваются, но вот одноименные отталкиваются.

Причины, по которым некоторые планеты обладают магнитным полем, до конца не выяснены. Предполагается, что магнитное поле Земли генерирует ее железоникелевое ядро, которое окружено подвижной вязкой жидкостью. Ядро и обтекающая его жидкость действуют подобно динамо-машине. У Луны магнитное поле чрезвычайно слабое, почти нулевое, поскольку ее недра давно утратили активность. То же касается и прочих планетных спутников. Исполинский Юпитер обладает самым мощным магнитным полем из всех планет Солнечной системы.

Астрофизики отметили некоторые необычные свойства этого поля. Например, оно резко уменьшается в районе юпитерианского спутника Ио. Пока у астрофизиков есть только одно правдоподобное объяснение феномена. Спутник, недра которого крайне активны, обладает собственным слабым полем. Приборы автоматических станций это поле не зарегистрировали. Зато оно служит силовым барьером, экранирующим Ио от действия мощного магнитного поля планеты-гиганта. Получается, что магнитная оболочка Ио напоминает собой маленький пустотный пузырь в магнитной оболочке Юпитера.

Магнитная оболочка Земли, простирающаяся в космическое пространство, называется магнитосферой. Наиболее значимые части земной магнитосферы получили название радиационных поясов Земли (РПЗ). Это области, где силовыми линиями магнитного поля захватываются заряженные частицы солнечного излучения. Некоторые из частиц периодически высыпают в область схода силовых линий, т. н. касп, где ионизируют воздух.

Такая ионизация вызывает свечение, получившее название полярного сияния. В настоящее время полярные сияния тщательно исследуются с помощью специальной техники — гелиографов, особых фотографических устройств, компьютеров, благодаря которым ученые получают информацию о свойствах магнитного поля Земли, о приближающихся магнитных бурях, о солнечной активности, поскольку именно Солнце поставляет в зону РПЗ заряженные частицы.

Раскрытие природы магнетизма пришло только в начале XIX в. В 1820 г. датский физик X. Эрстед читал лекции о тепловом действии тока. По случайности рядом оказался компас. Его стрелка пришла в движение, едва Эрстед замкнул цепь. Один из студентов обратил внимание физика на этот факт, и ученый сразу же понял, что электрический ток, движущийся в цепи, создает собственное магнитное поле. В том же году проводили сходные исследования Ампер и Араго.

Физики также подтвердили существование магнитных свойств электрического тока. Как оказалось впоследствии, электричество и магнетизм представляют собой две стороны одного и того же природного явления. Магнитное и электрическое поля есть разновидности единого электромагнитного поля, посредством которого между собой взаимодействуют заряженные частицы. Каждый электрический заряд обладает электрическим полем. Если он движется, то способен генерировать магнитное поле. А переменное магнитное поле неизменно порождает электрический ток. Это объясняет причины притяжения магнитного железняка. Его магнитное поле порождается движущимися электронами.

Практически всякий природный магнит состоит из множества мельчайших частиц, которые представляют собой маленькие магнитики. Эти магнитики ориентированы в пространстве строго определенным образом и тем самым формируют направленное магнитное поле, усиливая друг друга.

Железо и сталь также состоят из магнитиков, которые, однако, очень слабы и в малой степени упорядочены.

Если на эти материалы повлиять сильным магнитным полем, то частицы железа выстроятся в ряды и металл приобретет магнитные свойства. Железо станет притягиваться магнитом, как если бы само было магнитным. Интересно, что перестройку малых магнитиков можно услышать. Достаточно для этого подсоединить катушку со стальным сердечником к динамику и пустить через нее ток. Катушка начнет вырабатывать магнитное поле, под влиянием которого частицы стали начнут упорядочиваться, принимать ориентированное по силовым магнитным линиям расположение. Звуки, раздающиеся из динамика, порождены этим процессом, они как бы служат его отражением.

Среда существования электрических и магнитных тел — электромагнитное поле. Первым высказал такую мысль Дж. Максвелл, который в 1860–1865 гг. обосновал свои идеи математически. Также Максвелл понял, что колебания зарядов приводят к возмущениям электромагнитного поля, которые тоже имеют характер колебаний. Эти колебания распространяются в поле со скоростью 300 000 км/с в виде электромагнитных волн. Физики привыкли называть электромагнитные волны излучением.

Каждый вид излучения, включая световое, является разновидностью электромагнитных колебаний с определенной длиной волны. Скорость движения электромагнитных волн, как впоследствии установили ученые, является максимальной скоростью распространения электромагнитного и любого другого взаимодействия в природе. Немецкий ученый Г. Герц в 1887 г. создал прибор для генерации электромагнитных колебаний и с его помощью поставил эксперименты, доказывающие справедливость теории Максвелла.

Изобретение средств связи

Покорение безграничного электромагнитного поля позволило человеку обеспечить свое техническое могущество посредством создания средств связи. Современные средства связи весьма разнообразны, однако все они в той или иной степени основаны на использовании электромагнитных явлений. Радиосвязь всецело опирается на возбуждение и прием электромагнитных волн большой длины, которые так и назвали радиоволнами. Изобретателем радио является русский физик A. C. Попов, придерживавшийся взглядов Максвелла на природу электромагнетизма.

В 1890-х гг. он увлекся опытами Герца и стал ставить сходные эксперименты самостоятельно, значительно усовершенствовав устройства излучения и приема электромагнитных волн. В результате этих экспериментов Попову удалось сконструировать радиопередатчик и радиоприемник, демонстрация которых проводилась 7 мая 1895 г. Первыми словами, переданными по радио, были имя и фамилия Генриха Герца.

Попов заложил фундамент техники радиосвязи, которую называл беспроволочным телеграфом. Изобретатель непрерывно совершенствовал свое детище. В 1897 г. он добился сначала увеличения расстояния передачи сигнала с 250 м до 600 м, а затем и до 5 км. При этом ученый прилагал все усилия, чтобы беспроволочный телеграф шире применялся во флоте. Благодаря стараниям Попова в начале XX в. была установлена радиосвязь на морских судах Российского флота. В январе 1900 г. радио впервые было применено в практических целях: на ледоход «Ермак» было передано сообщение о терпящих бедствие рыбаках. Таким образом, история радиосвязи началась со спасательной акции. В 1920-е гг. радиоприемники широко распространяются почти во всех странах мира.

От радиоэлектроники исходят электромагнитные колебания. Плотный электросмог окутывает планету, вызывая у многих проблемы со здоровьем. По большей части, к счастью, страхи по поводу болезней электронной цивилизации сильно преувеличены. Рост бытовой электроники и усложнение систем связи безвредны для здорового человека до тех пор, пока он соблюдает технику безопасности.

Из всех бытовых устройств самым опасным является только микроволновая печь, способная «изжарить» человека на расстоянии. Но микроволновые печи именно в силу этой причины создают с весьма надежной защитой. Что касается компьютеров, то современные их модели выпускаются со значком Low Radiation (низкая радиация), что означает низкий уровень излучения, идущего от экрана. Таким компьютерам уже не нужны защитные экраны, поскольку на расстоянии всего 30 см от монитора уровень радиации равен нулю.

Однако опасность для человека существует вне дома. Высоковольтные линии электропередачи, мощные радиопередатчики, промышленные и прочие электромагниты, а также трансформаторные будки генерируют сильные электромагнитные колебания. Длительное пребывание в местах, где находятся подобные установки и устройства, может оказаться чрезвычайно опасным. Как уже было сказано выше, вредные для человеческого организма колебания электромагнитного поля называются экологами электросмогом.

Впрочем, в последние 25 лет ученые столкнулись с удивительной болезнью — аллергией на электрические и магнитные поля. Аллергия такого рода является редким заболеванием, однако причиняет больным, страдающим ей, массу проблем. Такой человек реагирует на любой электросмог, в т. ч. минимальный, существующий в наших квартирах. У больных меняется состав крови, появляются головные боли, тошнота и кровотечения из носа, а также другие болезненные симптомы. По-видимому, перед нами плата за достижения научно-технического прогресса.

Немало слухов ходит и вокруг другого популярного и необходимого средства связи — телефона. Познакомимся с ним поближе. Изобретателем телефона является уроженец шотландского города Эдинбурга А. Г. Белл. Отец будущего техника был специалистом по фонетике и преподавал технику ораторского искусства, именно от него сын перенял интерес к языку. Впоследствии в Бостоне (США) изобретатель преподавал в школе для глухих и попутно активно изучал механику речи в надежде создать прибор, возвращающий людям слух.

Тогда-то Белл совершенно случайно разработал принципы телефонной связи. В ту пору многие работали над созданием телефонного аппарата, включая великого Т. А. Эдисона, которому иногда ошибочно приписывают первенство в создании этого устройства. Белл опередил всех. Успех пришел к нему 10 марта 1876 г. Изобретатель находился в номере бостонской гостиницы и пытался связаться со своим помощником Т. Уотсоном, который среди шумов неожиданно услышал историческую фразу: «Мистер Уотсон, приходите, пожалуйста; я хочу вас видеть!». Это была первая фраза, переданная по телефонному проводу. Любопытно, что после утверждения патента на изобретение телефона газеты во всем мире разразились страшной критикой. «Речь нельзя передавать по проволоке, поскольку это противоречит законам природы», — утверждали газетчики.

Одна из бостонских газет даже решила привлечь полицию, чтобы наказать мошенника, «который вытягивает у доверчивых людей деньги, показывая им аппарат, могущий якобы передавать на расстояние человеческий голос посредством металлической проволоки». Несмотря на эту критику, изобретатель еще при жизни достиг вершины славы. Он проявил настойчивость и продавал телефоны всем желающим. Если продавать не получалось, то он давал телефоны напрокат и сам же потом звонил своим клиентам, чем приводил людей в неописуемый восторг.

Как ни странно, Белл не любил свое детище. Он считал телефон кошмарным изобретением, которое своими назойливыми звонками прерывает ход мыслей. Белл уверял, что единственным стоящим техническим изобретением нужно считать радио. Оно исправно обеспечивает связь и легко отключается в любой момент!

Давно известно, что телефоны являются настоящим стихийным бедствием для женщин, которые зачастую проводят с трубкой в руке целые часы. Однако последние исследования показали, что изобретение Белла таит опасность и для представителей сильного пола. Американские медики наблюдали группу физически и психически здоровых мужчин, которых в ходе эксперимента лишили мобильных телефонов. Без них мужчины впали в состояние подавленности, депрессии и даже сильного стресса. Некоторые из испытуемых постоянно ощущали неуверенность в себе.

Однако именно от мобильных телефонов медики рекомендуют отказаться. Дело в том, что люди прижимают трубку вплотную к уху, в результате чего вмонтированный в нее передатчик воздействует на головной мозг своими сильными электромагнитными полями. А это грозит возникновением опухоли мозга и прочих неприятностей со здоровьем. Гораздо безопаснее телефоны в салоне автомобиля, передатчик которых достаточно удален от пользующегося таким телефоном человека. Чтобы обезопасить себя от вредного действия сотового телефона, необходимо держать трубку в 3–5 см от уха. На этом расстоянии генерируемые передатчиком поля ослабевают и не могут причинить вред человеку.

Если спросить у ряда людей, кто придумал слово «телефон», то почти все ответят, что это сделал сам изобретатель устройства или, по крайней мере, другие инженеры, продвигавшие технику телефонной связи после Белла. На самом деле А. Белл использовал для описания разработанной им технологии уже готовое слово «телефония», которое появилось как минимум за 20 лет до изобретения телефона и было составлено из корней греческих слов tele — «далеко» и phone — «звук». Первоначально так назывались в совокупности все средства передачи сообщений с помощью звуковых сигналов. Начиная с 1860-х гг. под телефонией понимается исключительно передача кодирующих сигналов посредством стрельбы из пушек и ружей. Лишь в конце 1880-х гг. телефонию связали с электрическими способами передачи звуковой информации.