Генрих ленц: биография, эксперименты, вклад, работы

Экспедиция на Эльбрус

В 1829 году Эмилий отправляется в составе первой экспедиции на Эльбрус, которую возглавлял генерал Георгий Арсеньевич Эммануэль. Его появление здесь не было случайным – поездка носила научный характер и участвовали в ней многие научные светила того времени – зоолог Эдуард Петрович Минетрие, геофизик Адольф Яковлевич Купфер, ботаник Карл Антонович Мейер. Официальным художником экспедиции выступал Иосиф Карлович Бернардацци. Во время путешествия ученый смог рассчитать высоту горы барометрическим способом.

Ленц не остался в тени коллег и принял участив в финальном восхождении на вершину. Вместе с ним было еще трое человек – два проводника и казак Лысенков. Однако первым покорителем Эльбруса талантливый физик не стал – он был вынужден остановиться на высоте 5350 м из-за недостатка кислорода. В итоге первым поднялся на вершину местный горец Киллар Хаширов. Позднее по протекции Академии наук были сделаны две плиты на арабском и русском языках, содержащие надпись с упоминанием имен всех участников экспедиции, в том числе и Ленца.

В этот период своей жизни Ленц активно изучал изменения уровня Каспия, установив, что его показатель выше, чем у Чёрного. Также он организовал изучение магнитных явлений в Николаевской обсерватории на Кавказе, а также исследовал выход на поверхность горючих газов в районе Баку. Неподалеку от города ученый собрал образцы нефти и водрузил футшток с целью фиксации уровня воды в Каспийском море.

↑ Ленц в Петербургском университете

Выше было написано, что Ленц с самого начала сотрудничал с петербургским научным сообществом. Впоследствии, в 1836 году, он был приглашён и в столичный университет, где возглавил кафедру физики и физической географии. Затем его избрали деканом физико-математического факультета, а позднее он стал ректором Петербургского университета.

Одной из важнейших задач для себя великий учёный считал улучшение преподавания физики и других естественных наук как во вверенном ему университете, так и в других учебных заведениях страны, в том числе в гимназиях. И он добился своего – при нём физики и химии в гимназиях и вузах стало больше, а богословия, соответственно, меньше.

Ленц издал «Руководство к физике» — стандартный учебник, на долгие годы ставший основным пособием в российских гимназиях. Учениками Эмилия Ленца были многие выдающиеся учёные, в том числе гениальнейший Д. И. Менделеев. Немалый вклад внёс Ленц и в отечественную (и мировую) географию и метеорологию.

Являясь одним из создателей физической географии, он определял её как науку, с помощью которой изучаются физические закономерности наблюдаемых географических и погодных явлений. Когда по инициативе целого ряда учёных было создано Русское географическое общество (1845 год), Эмилий Ленц вошёл в его Совет, состоявший из семи членов.

В 1865 году Ленц уехал в Италию на лечение и вскоре, 29.01.1865г умер. Похоронен в Риме.

Презентация по предмету «История» на тему: «Генрих Фридрих Эмиль Ленц или Эмилий Христианович Ленц, как его позже в Петербурге, родился в 1804 году в городе Дерпте (ныне Тарту). Шестнадцати лет он.». Скачать бесплатно и без регистрации. — Транскрипт:

1

Генрих Фридрих Эмиль Ленц или Эмилий Христианович Ленц, как его позже в Петербурге, родился в 1804 году в городе Дерпте (ныне Тарту). Шестнадцати лет он поступил в Дерптский университет, но учебу не закончил, поскольку 1823 году был приглашен принять участие в кругосветной экспедиции на шлюпе «Предприятие» под командованием капитан-лейтенанта Отто Евстафьевича Коцебу. За время путешествия Ленц сумел сделать ряд важных географических исследований, за которые по возвращении получил степень доктора в Гейденбурском университете. После чего стал преподавать физику в петербургских военных училищах. Уже через год Эмилия Ленца избрали адъютантом Петербургской академии наук, и он принял предложение участвовать в новой экспедиции, на этот раз на Кавказ «для магнитных, термометрических, барометрических и диагностических наблюдений и исследований в окрестности Эльбруса». Затем вместе с астрономом Карлом Христофоровичем Кнорре, директором Николаевской обсерватории, производил географические наблюдения на берегу Каспийского моря. В 1830 году Ленц опубликовал результаты своих исследований и отчет о работах во время путешествия. Решением академического совета он был назначен экстраординарным академиком и директором физического кабинета при Академии наук. Здесь он и познакомился с Борисом Семеновичем Якоби. К этому времени относится начало работ Ленца в области электричества и магнетизма. Общность научных интересов сблизила его с Якоби, связав ученых на всю жизнь тесной дружбой. Они бок о бок трудились в новой, развивающейся области науки об электричестве. Ленц был, как сказали бы сегодня, теоретиком. Якоби – экспериментатором и очень изобретательным человеком. Вместе с Якоби Ленц установил, что любая магнитоэлектрическая машина, которая служит для производства электрического тока, может быть использована в качестве электродвигателя. Ленц знакомится с работами Фарадея, заинтересовывается его опытами, проводит свои эксперименты, на основе которых формулирует свое знаменитое правило. После убедительных экспериментов Ленц дал обобщенный закон индукции. Многие достижения Ленца опережали время, и о них забывали. А через полвека – называя краеугольными камнями нарождающиеся электротехники. Трудолюбие Ленца и разнообразность его интересов невероятны. Он был еще геофизиком и океанографом, университетским профессором и администратором, преподавал во множестве учебных заведений, являлся академиком и непрерывно вел научную работу. Он написал несколько учебников и руководств, которые пользовались большой популярностью и выдерживали не одно издание. При этом Ленц никогда не искал выгоды, не наживался на своем таланте. Его лекции и учебники, его научная работа отличались замечательной ясностью и строгой систематичностью. Опыты его были всегда точны, результаты многократно проверены и убедительны. Он преподавал в Морском кадетском корпусе, в Михайловском артиллерийском училище, читал лекции в Главном педагогическом институте и возглавлял кафедру физики и физической географии в Педагогическом университете. Везде вокруг Ленца теснились молодые люди – ученики и помощники. Все знали независимость го мнений и поступков от внешних влияний. За эти качества характера Эмилия Христиановича часто назначали в комиссии по разным щекотливым вопросам. Избранный сначала деканом физико-математического факультета, он был в 1863 году избран ректором университета. Но пробыл в этой должности недолго. Получив в 1864 году отпуск для лечения, Ленц уезжает за границу и 10 февраля 1865 года скоропостижно умирает в Риме. Из школы Ленца вышли замечательные ученые, сыгравшие видную роль в развитии физической науки. А сам Эмилий Христианович Ленц в истории физики, в истории науки занимает видное место не только по своим научным результатам, но и по нравственному облику, являясь примером четного и беззаветного служения России.

Открытие закона Ленца

Отталкиваясь от работ Фарадея, Ленц организовал несколько оригинальных опытов, призванных объяснить природу открытых им явлений. Осенью 1833 года ученый выступил на заседании Академии наук с докладом о полученных в ходе экспериментов выводах в области электромагнетизма. Он познакомил научную общественность с основополагающим законом электродинамики (закон Ленца), в котором утверждалось, что любому электромагнитному явлению соответствует затраченная механическая энергия. Тем самым российский физик вплотную приблизился к открытию закона сохранения и превращения энергии, который спустя 8 лет сформулировал немецкий физик Р. Майерс.

Вывод справедлив, ведь если внешняя сила заставит магнит или проводник с током перемещаться рядом с замкнутым проводником, его механическая энергия трансформируется в электромагнитную энергию тока индукции. Согласно закону Ленца, побуждаемая сила индуктированного тока блокирует движение, которым он был вызван. Иными словами, при наличии магнита необходима большая затрата энергии, нежели в его отсутствие.

Эмилий Христианович был уникальным ученым, ведь ему удавалось успешно сочетать фундаментальные научные исследования с их практическим использованием. Взяв за основу собственноручно открытый закон, он вывел принцип обратимости электрических машин. В итоге Ленцу удалось доказать, что одна и та же электромашина может выступать в качестве источника тока (генератора) либо быть электрическим двигателем.

Внимательно изучая характер работы электромашин, Ленц открыл еще одно важнейшее физическое явление, полезное для электротехники. Оно связано с влиянием магнитного поля, которое создается током в обмотке якоря на обмотку полюсов. Возникающие таким образом явления стали называть «реакция якоря».

Закон Джоуля-Ленца

Огромное значение для науки имели труды российского физика по установлению количества тепла, которое выделяется током в проводнике. В 1833 году Ленц обнаружил связь между электропроводностью металлов и степенью их нагревания. Для более объективной фиксации измерений он сконструировал специальный прибор, позволяющий точно определить количество выделяемого тепла. В результате науку обогатил еще один закон, названный именем Джоуля-Ленца. Причина двойного наименования связана с тем, что окончательную версию закона Эмилий Христианович представил в 1843 году почти в одно время с английским ученым Джеймсом Джоулем.

Формулировка научного закона звучит так:

Сегодня, пользуясь этим законом, рассчитывают мощность электрических нагревателей и объем теплопотерь на линиях электропередач.

В соавторстве с Борисом Семёновичем Якоби Ленц организует эксперименты по изучению законов намагничивания железа. Их совместные труды «О притяжении электромагнитов» и «О законах электромагнитов» были оценены научным сообществом очень высоко. В 1844 году ученый узнает о трудностях одного из коллег, работавшего в области электромедицины, которые были связаны с подключением нескольких пациентов к параллельным цепям источника. Озабоченный этой проблемой Ленц, предложил формулу, позволяющую определить ток в любой из параллельных цепей, которые содержат источники электродвижущих сил.

↑ Круче Ампера и Фарадея

В дальнейшем Эмилий Ленц занимался различными исследованиями проводил магнитные и гравитационные наблюдения, изучал пробы нефти из открытого в Баку месторождения и т. д. Однако его всё больше привлекало такое перспективное на то время направление физики, как электротехника.

Собственно, самой электротехники как науки тогда ещё не существовало – Ленцу предстояло стать одним из её основоположников. Были опыты ряда отечественных и особенно зарубежных учёных, в том числе таких именитых, как Фарадей и Ампер.

Эти знаменитые физики в 1830-е годы сформулировали несколько правил, по факту мнемонических, для определения направления индуктивного тока; однако закономерности образования такого тока и его направления никто не знал. Ленц заполнил этот пробел и вывел закон, который и известен сегодня как «правило Ленца».

Кругосветная экспедиция

С 1823 по 1826 год Ленц принял участие в очередной кругосветке Отто Коцебу на 24-пушечном корабле «Предприятие», где участвовал в проведении научных исследований. Студента третьего курса привлекли не случайно – уже тогда он умел на высоком уровне проводить физические измерения, грамотно фиксируя полученные данные. Поэтому Паррот рекомендовал Адмиралтейству именно Ленца, как одного из лучших учеников. Эмилий изучал физические свойства океанической воды, наблюдал и подробно описывал атмосферные явления. Все это послужило началом точных наблюдений в области океанографии.

Во время долгого плавания Ленц доказал наличие взаимосвязи между соленостью океанической воды и количеством солнечной радиации, а также силы ветра. Он сделал вывод, что наименее соленая вода на экваторе, так как там больше всего солнечного тепла, а воздух малоподвижен. В этих условиях в процессе испарения микрокапли остаются над поверхностью воды, создавая препятствие для воздействия солнца.

Еще на этапе подготовки к плаванию ученый создал несколько приборов, которые помогли в изучении океана. Среди них батометр – устройство для взятия проб воды с большой глубины. В конце XIX века адмирал Степан Осипович Макаров высоко отозвался об изобретении физика, назвав его лучшим способом доставки воды с глубины. Ленц также разработал циркуляционную теорию морских течений, правильность которой впоследствии подтвердили другие исследователи. Также он впервые четко обозначил задачи физической географии как научной дисциплины.

По результатам экспедиции Ленц написал подробное сообщение о результатах работы, на основе которого позднее были изданы «Мемуары Санкт-Петербургской академии наук». Теперь стало ясно, что в стране появился замечательный физик-экспериментатор, прекрасно владеющий приемами математического анализа. Выдающиеся достижения в области геофизики помогли ученому стать адъюнктом Петербургской академии наук.

Яркая молодость

Эмилий Ленц появился на свет 24 (12) февраля 1804 года в городе Дерпт (сейчас Тарту, Эстония), располагавшемся на территории Лифляндской губернии. Его отец трудился обер-секретарем городского магистрата, но довольно рано ушел из жизни. После окончания обучения в местной гимназии юноша поступает в Дерптский университет на естественно-научный факультет. Это посоветовал ему сделать дядя, профессор химии Фердинанд Гизе

Молодой и амбициозный студент сразу привлек внимание многих преподавателей своей целеустремленностью, трудолюбием и, конечно, огромным талантом. Ректор университета Егор Иванович (Георг Фридрих) Паррот создал в учебном заведении прекрасный физический кабинет и привлек к работе в нем Ленца

После смерти дяди, который оказывал ему материальную поддержку, в 1821 году Эмилий переводится на богословский факультет, так как там платили небольшую стипендию. Но теология не входила в сферу интересов любознательного студента и это замечали многие преподаватели.

Интересные факты

• Ленц внес большой вклад в изучение науки о Земле, сделав вывод о первостепенном влиянии солнечной радиации на процессы, происходящие в атмосфере планеты.
• Задолго до изобретения осциллографа ученому удалось создать коммутатор, позволивший ему первым в мире снять фазовые кривые тока намагничивания и показать их как синусоиды.
• Студентом Ленца в Главном педагогическом институте был выдающийся химик Дмитрий Иванович Менделеев, на становление личности которого он оказал большое влияние.
• Эмиль Христианович был членом научных обществ многих европейских государств, в том числе Туринской и Берлинской академии наук.
• В честь Ленца был назван кратер на Луне, находящийся на её оборотной стороне.
• Несмотря на то, что Ленц всю жизнь прожил в Российской империи, он так и не выучил русский язык, что ему не помешало стать основателем отечественной школы электротехники.

Некоторые любопытства

Одним из учеников Ленца был крупный химик, известный как Дмитрий Иванович Менделеев. Дмитрий отвечал за обнаружение существующей схемы упорядочивания элементов в периодической таблице элементов.

Генрих Ленц был членом нескольких научных обществ в разных странах Европы, в том числе Академии наук в Турине и Берлине.

В его честь назван кратер на Луне.

Несмотря на то, что он всю жизнь прожил в Российской Империи и работал там учителем, Ленц так и не выучил русский язык. Это не помешало ему стать основателем такой школы, как электротехника.

Индуктивность, которая относится к свойству, присутствующему в электрических цепях, измеряется в генри, и ее представление происходит с помощью символа L в честь русского ученого.

Однако слово индуктивность впервые было использовано только в 1886 году благодаря английскому физику и инженеру Оливеру Хевисайду. Это произошло почти через 20 лет после смерти Генриха Ленца.

Жизнь

семья

Эмиль Ленц родился в 1804 году и был сыном секретаря мэра Дерпта (ныне Тарту в Эстонии), города, в то время еще преимущественно немецкоязычного. Учился в Дерптском университете . Два года спустя 18 июля 1830 года он женился на Анне Хельмерсен, от которой у него было шестеро детей. Тем временем Ленц работал учителем физики в немецкоязычной петербургской школе Петри . Его первый сын Роберт (1833–1903) позже стал, как и он, профессором физики в Санкт-Петербурге. Двое из его детей умерли в 1859 году. Когда он заболел весной 1864 года, ему предоставили отпуск в Риме, где он умер от инсульта 10 февраля следующего года .

Карьера

Перед выпуском он получил важные научные знания в качестве напарника русского мореплавателя Отто фон Коцебу в его третьем кругосветном путешествии с 1823 по 1826 год, которое в основном служило для исследования Тихого океана . Во время этой поездки он был в основном активен в области геофизики, включая океанографические исследования профиля температуры воздуха и воды, а также солености воды в различных географических широтах . По возвращении он получил докторскую степень в Гейдельбергском университете, а затем работал в столице России Санкт-Петербурге . В результате его заслуг в кругосветном путешествии он стал адъюнктом Академии наук в Санкт-Петербурге в 1828 году . Через три года он занял пост директора физического кабинета Академии. Между тем, в 1830 и 1831 годах он преподавал математику в Петровском училище и Михайловском артиллерийском училище в Петербурге. Через четыре года после того, как Ленц стал ассоциированным членом, в 1834 году он был избран действительным членом Российской академии наук. В том же году он стал профессором физики в Санкт-Петербургском университете, где он также был ректором с 1861 года до своей смерти в 1865 году. С 1853 г. член-корреспондент Берлинской академии наук . В 1864 году он был избран членом-корреспондентом Геттингенской академии наук .

Открытия в области электромеханики

После открытий Майкла Фарадея осталось немало вопросов, связанных с электромагнитной индукцией. Еще не было точных приборов и методик измерения магнитных величин, не существовало количественных характеристик и закона о направлении индуктированных токов. Существенный вклад в разрешение этих противоречий внес именно Ленц.

Его активный интерес к электромагнетизму был определен открытием законов Ома и Ампера. Пытливый ум талантливого экспериментатора захотел на практике проверить справедливость выводов их авторов. Эмилий Христианович имел большой опыт использования крутильных весов Кулона, с помощью которых в 1832 году подтвердил правильность выводов Ома, что позволило признать его закон мировым научным сообществом.

После открытия явления электромагнитной индукции ученый разработал баллистический метод измерений, призванный изучать законы индукции. Он провел серию экспериментов, направленных на определение количественных законов индукции. Гипотеза Ленца состояла в следующем: сила мгновенного тока индукции обладает эффектом аналогичным удару. Его сила может быть установлена по скорости, которая сообщалась стрелке мультипликатора – единственного в эти годы индикатора тока.

Установка Ленца представляла собой укрепленный на столе постоянный магнит с якорем, имеющим обмотку, которая электрически соединялась с мультипликатором. Данные прибора наблюдались с помощью оптической трубы и специального зеркала. На основе описанного метода был создан современный баллистический гальванометр.

Полученные результаты Ленц тщательно проанализировал и сделал ряд выводов, получивших высокое научное признание.Ученый понял, что на появление индуктированного тока влияет скорость «отрывания» катушки от магнита. Возбуждаемая в ней сила прямо пропорциональна количеству витков и тождественна сумме электродвижущих сил, появляющихся при каждом витке. Но на нее никак не влияет материал и диаметр якорной обмотки. Все представленные закономерности стали ключевыми количественными характеристиками электромагнитной индукции.

Биография

Родился в Дерпте 12 () февраля  года. Образование получил в Дерптском университете, занимаясь теологией, филологией и естественными науками. Не успев окончить полного курса, в 1823 году он был приглашён физиком в морскую кругосветную экспедицию Отто Коцебу на шлюпе «Предприятие». Результаты научных исследований экспедиции были напечатаны им в «Мемуарах Санкт-Петербургской академии наук» (1831).

В 1829 году принимал участие в первой экспедиции на Эльбрус под руководством генерала Эммануэля.

В 1828 году был выбран адъюнктом Петербургской академии наук, а в 1834 году — академиком. Вместе с тем он состоял профессором, а в последние годы и ректором Санкт-Петербургского университета. Преподавал также в Немецкой школе Святого Петра (1830—1831), в Главном педагогическом институте (с 1851) и в Михайловском артиллерийском училище. Лекции его по физике и физической географии отличались замечательной ясностью и строгой систематичностью. Такими же качествами обладали и его известные руководства физики (для гимназии) и физической географии; оба учебника выдержали несколько изданий, но первый из них был особенно распространён.

В истории физики научным трудам его всегда будет отводиться почётное место. Многие его научные исследования относятся к физической географии (о температуре и солености моря, об изменчивости уровня Каспийского моря, о барометрическом измерении высот, об измерении магнитного наклонения и напряженности земного магнетизма и другие). Но главным образом он работал в области электромагнетизма

Важнейшие результаты его исследований излагаются во всех учебниках физики. Именно:

Закон индукции или «Правило Ленца», согласно которому направление индукционного тока всегда таково, что он препятствует тому действию (например движению), которым он вызывается (1834).

«Закон Джоуля — Ленца»: количество теплоты, выделяемое током в проводнике, пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению проводника (1842).

Опыты, подтверждающие «явление Пельтье»; если пропускать гальванический ток через висмутовый и сурьмяной стержни, спаянные концами и охлажденные до 0 °C, то можно заморозить воду, налитую в ямку около спая (1838).

Опыты над поляризацией электродов (1847) и т. д.

Некоторые свои исследования Ленц производил вместе с Парротом (о сжатии тел), Савельевым (о гальванической поляризации) и академиком Борисом Якоби (об электромагнитах).