Путешествие в космос - Электромагнетизм космических тел

10. Пъер КЮРИ и геомагнетизм

После почти трехсотлетнего периода веры в выдвинутое Уильямом Гильбертом объяснение магнетизма Земли (Земля — большой постоянный магнит) исследования Пьера Кюри заставили отказаться от этого объяснения, и пришлось заново вернуться к этой, одной из древнейших проблем классического естествознания. Открытие Пьера Кюри имело здесь переломное значение, и об этом замечательном ученом и человеке, имя которого теперь известно всем (хотя чаще всего его связывают с проблемами радиоактивности), нужно рассказать подробнее.

Пьер Кюри родился 15 мая 1859г. в Париже. Он был вторым сыном врача Эжена Кюри, человека передовых убеждений, которому лишь материальные обстоятельства не позволили посвятить себя естественным наукам, к которым он с юности испытывал активное влечение. Он уделял воспитанию детей огромное внимание и сумел передать своим сыновьям Жаку и Пьеру (который был моложе брата на три с половиной года) свою любовь к науке и свои высокие моральные принципы, духовную независимость и даже, если угодно, гражданское мужество (в дни Парижской коммуны он оказывал медицинскую помощь коммунарам). Он считал, что казенные методы обучения неправильны и вредны (особенно для Пьера, мечтательного и несколько медлительного), и потому его дети учились дома.

Вначале с Пьером занималась его мать, позже — отец и лишь с 14 лет — преподаватель математики и латыни. Хотя этот преподаватель оказался превосходным, но значительная роль сохранялась и за самообразованием.

В 16 лет, сдав экзамены на аттестат зрелости, Пьер Кюри получил диплом бакалавра естественных наук. В 1875г. он начал работать помощником ассистента в лаборатории физики профессора Леру в фармацевтическом институте и одновременно слушать лекции в Сорбонне. Через год он получил степень лиценциата физики, а когда ему исполнилось 19 лет, он был приглашен на должность ассистента на факультете естествознания Парижского университета. Здесь, в физическом практикуме он проработал 5 лет. Здесь же он совместно с профессором Дезеном выполнил свою первую экспериментальную исследовательскую работу. Она была посвящена определению длины волны теплового излучения.

Всем хорошо известно выражение «печка пышет жаром». После работ великого Максвелла стало понятно, что собою представляет этот «жар»: горячее тело испускает электромагнитные волны, и частоты этих волн зависят от температуры тела. Чем выше температура, тем более спектр излучения смещается в сторону высоких частот. При достаточно высоких температурах возникает оптическое излучение, при более низких — не воспринимаемое человеческим глазом инфракрасное. Именно оно и было предметом исследования Кюри. Методика исследования была в принципе традиционно-спектроскопическая: использовалась дифракционная решетка, но только в оптике решетки состоят из очень тонких и близко расположенных штрихов, а в инфракрасной области так называемая постоянная решетки (расстояние между ближайшими штрихами), которая должна быть порядка длины волны, во много раз больше, чем в оптике. Пьер изготовил свою решетку из множества тонких проволочек диаметром 0,125мм, натянутых на таких же расстояниях на рамку, а в качестве детектора служил термостолбик.

В техническом отношении эксперимент был довольно несложным, хотя и требовал тщательности и аккуратности. Но, видимо, тематика не очень увлекла Кюри, во всяком случае, он более не стал к ней возвращаться.

В 1880 г. братья Кюри приступили к исследованиям, принесшим им вскоре известность — они открыли и изучили явление, получившее название «пьезоэлектрический эффект».

Этот эффект — электризация некоторых кристаллов при сжатии — не был открыт случайно. По мнению, которое высказывалось впоследствии Марией Кюри, ему предшествовали глубокие размышления, касающиеся самых общих проблем симметрии, которые особенно интересовали Пьера Кюри. (Уместно заметить, что это было задолго до того, когда эти проблемы заняли в физике важнейшее место.)

За экспериментальным обнаружением электризации в ряде кристаллов (особенно детально исследовались явления в турмалине и в кварце), последовали работы, посвященные обратному эффекту — возникновению механических напряжений из-за воздействия электрического поля. Этот эффект был предсказан заранее, но опыты по его обнаружению оказались более тонкими.

Иногда высказывалось мнение, что пьезоэлектрический эффект был открыт еще в начале XIX в. Гаюи и Беккерелем, но более поздние работы показали, что это не так. В кальците, который они исследовали, этот эффект отсутствует (хотя там также наблюдалась электризация, но ее физическая природа оказалась иной).

Открытые братьями Кюри эффекты, помимо того, какое видное место они заняли в физике твердого тела, получили многочисленные применения, без которых немыслима техника, в частности аудиотехника нашего времени. Начало деятельности в этом направлении было положено самими братьями Кюри, создавшими несколько принципиально новых измерительных приборов (часть из них позже была использована Пьером Кюри и при исследованиях радиоактивности).

Начатая в 1878 г. совместная работа братьев Кюри по изучению свойств кристаллов продолжалась до 1883г., когда Жак Кюри переехал в Монпелье, где ему были поручены работы по минералогии. После этого он только изредка мог бывать в Париже и участвовать в продолжении опытов. В этом же году Пьер получил назначение руководителем в только что созданную Парижским муниципалитетом Школу промышленной физики и химии.

Новая работа Пьера Кюри потребовала значительных усилий, тем более, что он отдался ей с большим энтузиазмом. О том, как серьезно он относился к работе со студентами написал позже один из них, ставший известным физиком Поль Ланжевен.

На эксперименты времени (да и необходимого оборудования) не было.

Исследования пьезоэлектрического эффекта были по достоинству оценены. В 1895 г. за работы по физике кристаллов братьям Кюри была присуждена премия Планте. В том же году Пьер Кюри защитил диссертацию на факультете естествознания Парижского университета. Но к тому времени научные интересы Пьера Кюри претерпели заметные изменения. Он увлекся проблемой намагничивания веществ.

Эта новая масштабная проблема, начало разработки которой относится к 1891г., привела Пьера Кюри к открытию явления, в самом названии которого было увековечено его имя. Проблема касалась влияния температуры на намагничивание.

Многочисленные эксперименты показали, что это влияние заметно различно для разных веществ — для так называемых парамагнетиков (у которых нагревание плавно уменьшало намагничивание), для диамагнетиков (где такое уменьшение не доминировало) и наконец, для ферромагнетиков. Этот последний класс веществ (в самом названии которого слышится «фер-рум» — железо) замечателен тем, что в них может существовать остаточное намагничивание (известные с давних пор постоянные магниты).

Но Кюри обнаружил, что при достижении определенной температуры (она получила наименование точки Кюри; для никеля она близка к 600°, для железа примерно вдвое выше) ферромагнетик скачком теряет остаточное намагничивание и переходит в новое состояние — парамагнетик.

Одно из следствий открытия Кюри имеет прямое отношения к геофизике. Как уже давно известно, недра планет (и, тем более, звезд) имеют очень высокую температуру. Температура ядра Земли, например, превышает 2000°, а так как точка Кюри для железа вдвое (а для никеля почти в четыре раза) ниже, то ни о каком постоянном намагничивании речи быть не может.

Но ведь магнитное поле у Земли несомненно есть! Более того, оптические методы исследования надежно установили присутствие магнитных полей на многих космических телах, в частности и на звездах.

Вновь во всей ее значительности встала проблема выяснения физической природы магнетизма планет и звезд. И на фоне этой проблемы менее заметной выглядела проблема объяснения электрического поля Земли (о других небесных телах долгое время не думали), хотя оно уже было открыто и вызвало определенный интерес.

<<<Назад Страница 12 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz