Ленц Эмилий Христианович. Разработка важнейших принципов электротехники
Эмилий Христианович Ленц (Генрих Фридрих Эмиль Ленц) родился 12 (24) февраля 1804 года в городе Дерпте (нынешний Тарту, Эстония) в семье обер-секретаря городского магистрата. Обучался в частной школе, затем — в гимназии. Увлекался естественными науками, математикой и языками. В 1820 году поступил на физико-математический факультет Дерптского университета, после перевелся на факультет теософии, а затем принял участие в кругосветном плавании с экспедицией О. Е. Коцебу. Во время путешествия Ленц исследовал течения, свойства морской воды, вел астрономические и географические наблюдения. В Санкт-Петербург Эмилий Христианович вернулся уже зрелым ученым. Результаты научных исследований он напечатал в «Мемуарах Академии наук». В 1828 году Ленц был избран адъюнктом Санкт-Петербургской академии наук, через шесть лет стал академиком. В 1836-м он возглавил кафедру физики и физической географии Санкт-Петербургского университета, с 1840-го был деканом физико-математического факультета. В этом же году ученый получил степень доктора Гельсингфорского университета. В 1843-м его избрали ректором Санкт-Петербургского университета. В общем, Эмилий Ленц более 30 лет преподавал физику и физическую географию в различных высших учебных заведениях Санкт-Петербурга. Параллельно с преподаванием Ленц регулярно выезжал в научные экспедиции. Тяжелое заболевание глаз вынудило Эмилия Христиановича в 1864 году оставить научную и педагогическую деятельность и уехать в Рим на лечение. 29 января 1865 года ученый скоропостижно скончался.
В истории физики научным трудам Эмилия Ленца всегда отводится почетное место, однако среди его научных работ особенно известны две. А все потому, что главнейшие результаты его исследований настолько значимы и фундаментальны, что излагаются во всех учебниках физики и известны всем закончившим среднюю школу: правило Ленца, согласно которому можно определить направление индукционного тока; закон Джоуля — Ленца, который определяет количество теплоты, выделяемое током в проводнике. Классическая современная формулировка правила Ленца такова: индукционный ток имеет такое направление, что препятствует причине, его вызывающей. Иначе говоря, если магнит приближать к замкнутому проводнику, то появляющийся при этом в замкнутом проводнике ток (индукционный) своим магнитным полем обязательно будет отталкивать этот магнит.
Правило Ленца имеет глубочайший для физики смысл. В нем ученый четко и ясно высказал мысль, которая воплотилась несколько лет спустя в одном из важнейших и фундаментальных законов естествознания — законе сохранения и превращения энергии. Правило Ленца впервые устанавливает связь между электромагнитными и электродинамическими явлениями, то есть всеобщность закона сохранения энергии. В своей работе, посвященной сделанному открытию, Ленц пишет: «…работа перемещения первого проводника превращается в электрическую энергию во втором проводнике». Эти слова не что иное, как пример применения к электричеству принципа превращения одного вида энергии в другую.
Закон сохранения энергии был окончательно сформулирован четырнадцать лет спустя после появления правила Ленца. Это говорит о том, что физик был в числе тех, кто предчувствовал существование основного закона Вселенной. К слову сказать, свое правило Ленц изложил столь четко и предельно просто, что сразу внес ясность в представления большинства физиков о токах, знания о которых в те времена, были чрезвычайно сумбурны и противоречивы. Так, известный русский ученый и популяризатор научных идей Владимир Лебединский оценил значение работ Эмилия Ленца следующим образом:
«Напрашивается невольно сравнение с бессмертным Фарадеем. Опыты этих двух физиков раскрыли явления индукции, и в то время как теории Ампера и Вебера заменяются новыми, истинное значение опытов Фарадея и Ленца останется навсегда».
С именем физика связан еще один закон. После продолжительных экспериментов, в процессе которых проявились его изобретательность и конструкторские способности, ученый устанавливает количественное соотношение между электрической энергией в проводнике и тепловой энергией. Интересен тот факт, что этот же вывод незадолго до Ленца сделал английский физик Джеймс Джоуль, но попал под обстрел жесточайшей критики. Поэтому именно безупречные опыты Ленца, подтвердившие правильность выводов Джоуля, заставили общественность признать верность закона. В последующем открытие было признано одним из самых точных физических законов и получило двойное имя: закон Джоуля — Ленца.
В результате проведенных физиком опытов было установлено, что количество тепла, выделяемого током при прохождении по проводнику, зависит от сопротивления самого проводника, тока и времени его прохождения. Исследования Ленца легли в основу учения об электричестве и важнейших разделов практической электротехники. Так, тепловое действие тока нашло широкое применение в технике — уже в 1873 году русский инженер Александр Лодыгин впервые использовал его при создании лампы накаливания, предназначенной для электрического освещения. Кроме этого, на нагревании проводников при прохождении через них электрического тока основано действие электрических муфельных печей, электрической дуги, контактной электросварки и других бытовых электронагревательных приборов.