Антониус ВАН ДЕН БРУК (Van den Broek)

(04.05. 1870 - 25.10. 1926)

Антониус Ван ден Брук - голландский физик, член Нидерландской Академии наук (с 1923 г.). Родился в Зутермеере. В 1889 -1895 гг. учился в Лейденском и Парижском университетах. В 1895 году получил диплом доктора права Лейденского университета. До 1903 года занимается юридической практикой, затем его интересы перемещаются в область естественных наук. В 1907 году вышла его первая статья по физике.

Основные труды связаны с изучением строения атомного ядра, изотопии. В 1913 году он выдвигает гипотезу, согласно которой заряд ядра атома численно равен порядковому номеру соответствующего элемента в периодической системе. Впоследствии эта гипотеза блестяще оправдалась. Тогда же Ван ден Бруком была предложена протонно-электронная модель атомного ядра.

 

 

 

 

 

Ван-дер-Ваальс

 

Ян-Дидерик ВАН-ДЕР-ВААЛЬС (Van der Waals)

(23. XI. 1837 - 8. III. 1923)

Нидерландский физик Ян-Дидерик Ван-дер-Ваальс родился в Лейдене, в семье Якобуса Ван-дер-Ваальса, плотника, и Элизабет Ван-дер-Ваальс (в девичестве Ван-ден-Бург). Окончив начальную и среднюю школу в Лейдене, Ян стал учителем начальной школы. С 1862 по 1865 г. он посещал Лейденский университет как вольнослушатель. В 1864 г. он получил удостоверение учителя средней школы по математике и физике и преподавал физику сначала в Девентере в 1864 г., а затем в Гааге, где стал в 1866 г. директором школы.
Вскоре после этого он начал аспирантскую работу по физике и получил степень доктора в Лейдене в 1873 г. Его докторская диссертация, посвященная непрерывности газообразного и жидкого состояний, получила горячее одобрение со стороны Джеймса-Клерка Максвелла, одного из величайших физиков XIX в., который сказал о работе Ван-дер-Ваальс : "Она сразу поставила его имя в один ряд с самыми выдающимися именами в науке".
Эта диссертация, которая затем была переведена на немецкий и французский языки, не только утвердила репутацию Ван-дер-Ваальса как блестящего физика, но и определила предмет его исследований до конца его научной деятельности. Через четыре года после получения докторской степени он стал первым профессором физики во вновь организованном Амстердамском университете, где и оставался вплоть до самого ухода в отставку в 1908 г., передав свое дело сыну.
Идеи Ван-дер-Ваальса возникли под влиянием написанной в 1857 г. статьи Рудольфа-Юлиуса-Эмануэля Клаузиуса, немецкого физика, внесшего большой вклад в кинетическую теорию газов. Согласно этой теории, молекулы газа быстро движутся в разных направлениях. Их удары о стенки содержащего их сосуда определяют давление газа, а средняя скорость молекул (характеризующая их кинетическую энергию) прямо связана с температурой. Клаузиус показал, как можно использовать эту теорию, чтобы вывести закон, найденный экспериментально в 1662 г. (когда еще не было известно о молекулах) Робертом Бойлем, ирландским физиком и химиком. Закон Бойля утверждает, что для заданной массы газа при постоянной температуре произведение давления на объем постоянно. Если, например, объем уменьшается из-за того, что в цилиндр вдвигается поршень, то давление возрастает в такой степени, чтобы сохранялось постоянным данное произведение.
Позднее, в XIX в., другие ученые, как, например, французские физики Жак-Александр-Сезар Шарль и Жозеф-Луи Гей-Люссак, показали, что при постоянном давлении отношение объема к абсолютной температуре сохраняет постоянное значение. Этот закон тоже можно непосредственно вывести из кинетической теории. Эти два закона можно объединить в одном уравнении состояния, которое справедливо при не слишком большой плотности: pV = RT, где p - давление, V - объем, Т - абсолютная температура, абсолютный нуль, т.е. -273 °C, a R - универсальная газовая постоянная. Было известно, что это уравнение не совсем точно, причем в разной степени для различных газов и различных условий. Газы, которые точнее всего удовлетворяют этому уравнению, получили название идеальных. Исследуя возможные источники погрешностей, Ван-дер-Ваальс заметил, что уравнение основывалось на двух предположениях: что молекулы действуют как точечные массы (что приблизительно соответствует действительности, если они удалены друг от друга) и что молекулы не оказывают воздействия друг на друга (за исключением соударений). Он ввел конечный объем для каждой молекулы и силу притяжения между молекулами (не уточняя ее природы), которая сокращала увеличивающееся расстояние. Другие исследователи позже выяснили детали, но слабое притяжение нехимической природы между молекулами до сих пор часто называют силами Ван-дер-Ваальса. Затем Ван-дер-Ваальс вывел модифицированное уравнение состояния реального газа: (p + a/V2) (V - b) = RT, где a выражает взаимное притяжение молекул газа (деленное на V2, чтобы учесть ослабление этой силы в большем объеме, т.е. при большем среднем расстоянии между молекулами), а b выражает собственный объем молекул. Как a, так и b принимают разные значения для разных газов.
Хотя уравнение Ван-дер-Ваальса и не удовлетворяло полностью экспериментальным данным, оно явилось существенным улучшением более простого закона и обладало важными следствиями. Притяжение между молекулами приводит к тому, что Ван-дер-Ваальс назвал внутренним давлением, которое стремится удержать молекулы вместе. По мере того как объем уменьшается под действием внешнего давления, внутреннее давление возрастает гораздо быстрее внешнего. Если оно окажется равным или превысит внешнее давление, то молекулы "сцепятся" друг с другом и им уже не потребуется более давление со стороны содержащего их сосуда. В результате газ превратится в жидкость. Это иллюстрирует убеждение Ван-дер-Ваальса, выраженное в его диссертации, что между газообразным и жидким состояниями нет существенной разницы. Те же самые силы и эффекты молекулярного объема действуют в обоих случаях. Различие свойств газов и жидкостей связано с различием в величине, а не в типе сил и объемных эффектов, поскольку молекулы могут располагаться ближе или дальше друг от друга.

Уравнение Ван-дер-Ваальса значительно прояснило обнаруженное ранее существование критической температуры, различной для разных газов, выше которой газ, независимо от величины давления, нельзя было перевести в жидкое состояние. Критическая температура связана с критическим объемом и критическим давлением, которые вместе определяют критическую точку, совокупность специальных значений температуры, давления и объема, при которых нет видимой грани между газом и жидкостью: при этих условиях оба состояния примерно одинаковы, резкого перехода между ними нет. Ван-дер-Ваальс использовал критическую точку для того, чтобы вывести уравнение, в котором переменные температура, давление и объем выражаются через их значения в критической точке. В результате получилось универсальное соотношение, применимое ко всем газам и зависящее в каждом случае только от критической температуры, давления и объема, а не от природы газа. Это послужило основой для формулировки в 1880 г. его наиболее важного открытия - закона соответственных состояний. Согласно этому закону, если поведение некоторого газа и соответствующей жидкости известно при всех температурах и давлениях, то состояние любого другого газа или жидкости можно вычислить для любой температуры и давления при условии, что известно их состояние при критической температуре.
Этот закон не дает окончательного описания чрезвычайно сложного характера газов и жидкостей, однако он достаточно точен для того, чтобы приближенно определить условия, необходимые для сжижения газов, отталкиваясь от имеющихся экспериментальных данных. Руководствуясь этим законом, шотландский физик Джеймс Дьюар в 1898 г. получил жидкий водород, а Хейке Камерлинг-Оннес, нидерландский коллега Ван-дер-Ваальса, в 1908 г. получил жидкий гелий.
В своих дальнейших исследованиях Ван-дер-Ваальс пытался учесть отклонения от уравнения состояния реального газа, вводя переменный молекулярный объем. Он предположил, что молекулы способны образовывать кластер, который затем ведет себя как одна молекула большего размера. Поскольку кластер мог содержать любое число одиночных молекул, газ способен превратиться в сложную смесь. Хотя исходное уравнение Ван-дер-Ваальса оставалось полезным в целом ряде случаев, его простота во многом была принесена в жертву более точному описанию поведения газа. Ван-дер-Ваальс получил в 1910 г. Нобелевскую премию по физике "за работу над уравнением состояния газов и жидкостей". По словам Оскара Монтелиуса, члена Шведской королевской академии наук, во время презентации лауреата, "исследования Ван-дер-Ваальса имеют огромное значение не только для чистой науки. Современное конструирование холодильных установок, которые ныне являются столь мощным фактором нашей экономики и индустрии, базируется в основном на теоретических исследованиях награжденного".
Ван-дер-Ваальс женился на Анне Магдалене Смит в 1864 г. Она скончалась, когда три их дочери и сын были еще очень юными, и он никогда уже не женился. Невысокий человек, ведший скромный образ жизни, Ван-дер-Ваальс проводил свободное время, играя в бильярд, читая или раскладывая пасьянс. Он умер в Амстердаме в 1923 г.

Помимо Нобелевской премии, Ван-дер-Ваальс получил почетную докторскую степень Кембриджского университета. Кроме того, он являлся членом Нидерландской королевской академии наук и искусств и был избран иностранным членом Французской академии наук, Берлинской королевской академии наук, Московского императорского общества естествоиспытателей, Британского химического общества и американской Национальной академии наук.

 

 

 

 

 

Алессандро Вольта

 

Алессандро ВОЛЬТА (Volta)

(18.02. 1745 - 5.03. 1827)

Алессандро Вольта родился в 1745 г. в Комо, в обеспеченной и образованной семье. Призвание к научным исследованиям проявилось в нем еще в юности. На 18-м году Вольта находился в переписке с известным аббатом Нолле, а 24 лет написал диссертацию, предметом которой ему послужили некоторые опыты с лейденской банкой. В 1774 году Вольта занял место преподавателя физики в гимназии родного города. В 1779 г. он получил профессуру в университете г. Павии.
Увлекаясь экспериментальными исследованиями в области электричества, Вольта успел обогатить науку рядом замечательных не случайных открытий, а вполне научных, связанных между собой строгой логической последовательностью. Электрофор, конденсатор, чувствительный соломенный электроскоп с конденсатором, водородная лампа, эвдиометр - доставили Вольта такую громкую известность в науке, что лондонское королевское общество в 1791 г. избрало его своим членом и наградило медалью Коплея. В 1800 году в письме к Бенксу, опубликованному в "Philos. Trans" того же года под заглав. "
Oh the electricity excited by the mere contact of conducting Substances oi different kinds", Вольта описывает знаменитый "вольтов столб", составивший эпоху в истории физики.
Возбуждение электричества соприкосновением разнородных тел - таков, новый источник этого физического деятеля. Вольта начал размышлять об этом предмете и делать опыты и исследования по поводу открытого его соотечественником, анатомом Гальвани, явления - движения ног мертвой лягушки при соприкосновении ее с металлом. Знаменитый ученый спор, возникший между Гальвани и Вольтою и окончившийся изобретением Вольтового столба, заслуживает особенного внимания. "Столб, составленный из кружков медного, цинкового и влажного суконного. Чего ожидать, a priori, от такой комбинации. Но этот столб из разнородных металлов, разделенных небольшим количеством жидкости составляет снаряд, чуднее которого никогда не изобретал человек, не исключая даже телескопа и паровой машины". Так говорит об этом открытии знаменитый биограф Вольта - Арого.

В 1801 г. Вольта, по просьбе Бонапарта, повторил свои опыты со столбом во французском институте, за что удостоился от Наполеона особых почестей и наград: 2000 экю на путевые издержки, графское достоинство и звание сенатора Италии. В то же время была основана премия в 60000 фр. за открытия в области электричества и магнитизма, сравнимые по важности с тем что сделал по электричеству Франклин и Вольта.
В 1804 г. Вольта оставил профессуру в университете, а затем непродолжительное время, по просьбе австрийского императора Франца, занимал должность директора философского факультета падуанского университета. Многие ученые академии призывали Вольта в свою среду, в том числе и петербургская, но Вольта отвечал постоянным отказом. В 1819 году Вольта совершенно покинул общественную деятельность и удалился в Комо. Здесь он скончался 5 марта 1827 г. в один час с умершим в Париже знаменитым Лапласом. После изобретения Вольтова столба, родоначальника наших гальванических батарей, Вольта долгое время почти ничего не публиковал. Некоторые биографы Вольта полагают, что он чувствовал, что его позднейшие работы не могут идти в сравнении с открытием Вольтова столба. Только через 17 лет после этого открытия он опубликовал свою теорию града и о периодичности гроз.
По отзывам современников, Вольта был высокого роста, имел правильное античное лицо со спокойным взором, говорил ясно, просто, легко, иногда красноречиво, но всегда скромно и изящно. Владея сильным и быстрым умом, высказывая верные и широкие идеи, Вольта отличался особенной искренностью и обязательностью. Вольта иногда путешествовал и почти исключительно с целью свидания с знаменитыми современниками. Он был в Фернее у Вольтера, в Швейцарии у Соссюра, в Голландии у Ван-Марума, в Англии он виделся с Пристли, во Франции - с Лавуазье и Лапласом. Несмотря на высокое свое общественное положение, он всегда был далек от политической жизни. Он был исключительно ученым и общественной деятельностью, никогда не занимался. Полное собрание мемуаров Вольта (в 3 томах) было опубликовано в 1816 г. во Флоренции. Близ деревни Камнаго, откуда произошел род Вольта, ему поставлен великолепный памятник.