Читать книгу "Лорд Кельвин. Классическая термодинамика - Антонио М. Лальена Рохо"

Модель кабеля, изготовленная Томсоном, была относительно простой. Кабель состоял из медной жилы, окруженной изолятором и водоупорной защитой. Томсон предположил, что это равносильно сочетанию сопротивления и конденсатора, особые характеристики которых определялись конкретными деталями кабеля. В этой модели электрическое поведение кабеля было простым: чем больше толщина медной жилы, тем меньше сопротивление; чем шире изолирующий слой, тем меньше соответствующая способность конденсатора. Последний отвечал за накопление заряда по мере того, как электрический импульс проходил по кабелю. Томсон вычислил время, необходимое сигналу на то, чтобы дойти до другого конца кабеля, и выяснил, что при неизменном значении сопротивления и пропускной способности время пропорционально квадрату длины кабеля. Этот результат для проекта трансатлантического кабеля обескураживал, но Томсон не терял надежды, отмечая, что при достаточно интенсивном сигнале, некотором терпении со стороны операторов и, безусловно, довольно низкой стоимости передачи сигнала общение все же возможно.

Томсон опубликовал эти результаты в статье под названием «Ü теории электрического телеграфа», в которой снова провел аналогию с теорией Фурье: переданный электрический импульс аналогичен теплу, движущемуся через твердое металлическое тело. Томсон очень любил проводить аналогии между проблемами из разных областей, и это его пристрастие было общеизвестным.

Некоторые экспериментаторы, в частности английские инженеры Генри Дженкин и Кромвель Флитвуд Варли, подтвердили расчеты Томсона. Но закон квадратов — как стали называть полученное ученым отношение - вызывал споры. В 1856 году на собрании Британской ассоциации развития науки Уайтхаус представил результаты, противоречащие выводам Томсона. Основываясь на смутных экспериментах и недостоверных гипотезах, он сделал вывод, что время передачи должно быть пропорционально длине кабеля (а не ее квадрату), и не без некоторой чванливости указал:

«И каков, могли бы вы спросить меня, общий вывод, который можно сделать в результате этого исследования о законе квадратов применительно к подводным цепям? Со всей искренностью я могу рассматривать его только как выдумку преподавателей, принужденную и насильственную адаптацию принципа физики, хорошего и истинного в других обстоятельствах, но ошибочно примененного здесь».

Томсон позирует с компасом. Снимок около 1900 года.

Сайрус Филд, инициатор проекта трансатлантического телеграфного кабеля.

Члены Международной ниагарской комиссии, Томсон сидит в центре.

После этого представления между Томсоном и Уайтхаусом состоялся обмен репликами, во время которого каждый защищал свою позицию. Первый выявил неточиости в экспериментах второго; тот ответил, что расчеты оппонента сделаны на основе идеальной модели. Независимо от того, понял ли Уайтхаус предложение Томсона, также верно, что анализ последнего не был и не мог быть полным. Однако ученый верил в полученные результаты, что полностью подтверждают сказанные во время дебатов с Уайтхаусом слова: «Как и любая теория, эта является всего лишь сочетанием установленных истин». Очевидно, что такой подход не гарантирует абсолютной точности. Подводный кабель был намного более сложным объектом, чем способна описать модель, а с другой стороны - разработка электромагнитной теории также еще не была завершена. И все же у анализа Томсона было два преимущества. Одно - общего характера: рационализация, которая предполагала подход к проблеме с научной точки зрения. Другое - более прагматичное: он объяснял, хотя и очень приблизительно, поведение подводных кабелей.

О том, чем история закончилась, мы уже рассказали. Некоторые замечания Томсона были учтены при строительстве кабелей, и в итоге связь была установлена, а ученый получил титул сэра.

ДРУГИЕ ДОСТИЖЕНИЯ И ИЗОБРЕТЕНИЯ

Не оставляя телеграфии, Томсон с 1867 по 1870 год занимался разработкой так называемого сифонного отметчика (или регистратора). Использование зеркального гальванометра позволило осуществить связь с помощью трансатлантического кабеля, но за световой точкой требовалось постоянное наблюдение. С помощью сифонного отметчика Томсон хотел автоматизировать прием сообщений, которые записывались бы при получении на бумажную ленту. Также ученый занимался поддержанием точности зеркального гальванометра.

В новом устройстве, которое схематически показано на рисунке 3, бумага в катушке и в постоянном магните поменялись местами. Кабель доходил до прямоугольной катушки, которая могла вращаться вокруг своей наибольшей оси между полюсами мощного электромагнита. Движения катушки при приеме сигнала передавались трубке узкого стеклянного сифона, к которому с одной стороны была подсоединена емкость с чернилами, а с другой он опирался на маленькую металлическую подставку, удерживавшую бумажную ленту. Между чернилами и подставкой поддерживалась определенная разница потенциалов. При получении сигнала сифон двигался влево или вправо от своего положения равновесия и одновременно на бумаге появлялись капли чернил, так что на ней вычерчивалась тонкая линия. При отсутствии сигнала сифон чертил прямую линию.

Сифонный отметчик оказался намного более экономичным и достоверным устройством, чем зеркальный гальванометр, поэтому он постоянно использовался при такой связи с помощью подводных кабелей. Также некоторые решения Томсона позволили улучшить другие электрические измерительные приборы. В 1874 году работа ученого в области телеграфного дела была увенчана избранием его президентом Общества телеграфных инженеров (до этого он был членом-основателем и вице-президентом общества).

Другой эмпирический результат, найденный Томсоном, значительно повлиял на конструкцию электромагнитов. Ученый нашел связь между линейными размерами ядра мягкой стали, длиной медного провода (он наматывается для образования электромагнита), током (им питается магнит) и интенсивностью поля, которое он производит. Стало возможным изготавливать электромагниты, производящие поле одинаковой интенсивности из ядер различного размера, работающих с одной и той же силой тока. Косвенно Томсон установил характерные параметры изготовления электромагнитов.

Не может быть большей ошибки, чем смотреть с презрением на практическое применение науки. Жизнь и душа науки - ее практическое применение.

Уильям Томсон