Эмилий Христианович Ленц - знаменитый русский учёный.

Со школьной скамьи всем нам знаком закон Джоуля - Ленца, устанавливающий, что выделяемое током в проводнике количество теплоты пропорционально силе тока и сопротивлению проводника.

Другой известный закон - «правило Ленца», по которому индукционный ток всегда движется в направлении, обратном тому действию, которое его породило.

Ранние годы

Изначальное имя учёного - Генрих Фридрих Эмиль Ленц. Родился он в Дерпте (Тарту) и по происхождению являлся прибалтийским немцем.

Его брат Роберт Христианович стал известным востоковедом, а сын, также Роберт, пошёл по стопам отца и стал физиком. Учился Эмилий Ленц в обычной гимназии, а потом в Дерптском университете.

В 1823 году принял участие в кругосветном путешествии Отто Евстафьевича Коцебу на шлюпе «Предприятие», исполняя обязанности штатного физика; это событие было началом его научной деятельности.

Во время этой экспедиции команда доставила груз на Камчатку, а затем достигла Русской Америки. Эмилий Ленц провёл эксперименты, результаты которого были описаны в «Мемуарах Санкт-Петербургской Академии наук».

В скором времени молодой учёный увлёкся глубоководными исследованиями и сконструировал для этой цели несколько уникальных приборов: Лебёдку-глубомер; Батометр - прибор для взятия проб воды на различных глубинах. Эти приборы он разработал совместно с Е. И. Парротом - также известным учёным, в то время - ректором Дерптского университета. За свой отчёт о результатах кругосветного плавания Ленц удостоился звания адъюнкта Академии наук по физике.

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».

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.

Родился. в Дерпте 12 февраля 1804 г., умер в Риме 29 января 1864 г. Образование получил в Дерптском университете, занимаясь теологией, филологией и естественными науками. Не успев окончить здесь полного курса, Ленц в 1823 г. был приглашен физиком в кругосветную Коцебу (1823-1826 гг.). Во время путешествия он сделал важные наблюдения в области физической географии. Результаты научных исследований этой экспедиции были напечатаны им в «Мемуарах Санкт-Петербургской академии наук» (1831).

В 1827 г., по возвращении из экспедиции, Ленц получил степень доктора в Гейдельбергском университете; в том же году он начал преподавать физику в училище Св. Петра, в Главном педагогическом институте. Его лекции 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. Настолько же блестяща и плодотворна была и научная деятельность академика Ленца.

В 1828 г. Ленц был определен адъюнктом в Академию Наук, где прочел свой мемуар: "О солености морской воды и ее температуре в океанах на поверхности и в глубине".

В 1829 г. он принял участие в новой научной экспедиции на Кавказ для магнитных, термометрических, барометрических и геогностических наблюдений и исследований в окрестностях Эльбруса, под научным началом Купфера и общим руководством .

В 1830 с астрономом Кнорре он производил наблюдения над качанием маятника на берегу Каспийского моря. Интересный отчет его об этой поездке напечатан в "Recueil des actes", в это же время Ленц печатает исследования об изменениях уровня вод в Каспии и другие наблюдения,произведенные им во время поездки, равно как и ученые результаты кругосветного путешествия с Коцебу. В том же 1830 г. Ленц был назначен экстраординарным академиком и директором физического кабинета при Академии Наук. Он также начинает преподавать физику и в Михайловском артиллерийском училище.

В 1834 г. он состоял членом комитета под председательством адмирала Грейга для построения обсерватории и инспектором воспитательных заведений и частных пансионатов столицы.

В 1836 г. Ленц был приглашен на кафедру физики в Петербургский университет, где стараниями его физический кабинет был приведен в отличный порядок. В следующем году он принял участие в экспедиции с Гебелем и Клаусом в южные степи, результатом чего было его сочинение: "Reisen in die Steppen des südlichen Russlands". В 1839 г. он произнес речь на университетском акте: "Ueber die practischen Anwendungen des alwanismus".

В 1840 г. Ленц был удостоен степени доктора Гельсингфорского университета.

В 1851 г. он был назначен профессором Педагогического института, но лекции по физике не прекращал читать в Михайловском артиллерийском училище и великим князьям Константину, Николаю и Михаилу Николаевичам и великим княжнам Ольге и Александре Николаевнам.

В 1863 г. Ленц, бывший до этого времени более 20-ти лет деканом физико-математического факультета, был избран ректором и оставался в этой должности до самой смерти.

«Закон индукции» («Правило Ленца») (1834 г.), по которому направление индукционного тока всегда таково, что он препятствует тому действию (напр. движению), которым он вызывается.
(1842 г.): количество теплоты, выделяемое током в проводнике, пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению проводника.
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.

Правило Ленца. Опыт показывает, что направление индукционного тока в контуре зависит от того, возрастает или убывает магнитный поток, пронизывающий контур, а также от направления вектора индукции магнитного поля относительно контура. Общее правило, позволяющее определить направление индукционного тока в контуре, было установлено в 1833 г. Э. X. Ленцем.
Правило Ленца можно наглядно показать с помощью легкого алюминиевого кольца (рис. 195).

Эмилий Христианович Ленц (1804-1865)

Эмилий Христианович Ленц сыграл весьма важную роль в развитии учения об электричестве. Он существенно дополнил законы электромагнитной индукции, лёгшие в основу современной электротехники. Через год после их опубликования Э. X. Ленц установил закон, однозначно определяющий направление индуктированных токов во всех возможных случаях, указал на тесное взаимоотношение магнитно-электрических и электромагнитных явлений, а также изучил условия, от которых зависит сила всякого индуктированного тока. Всё это сделано и изложено Э. X. Ленцем с предельной ясностью и простотой в то время, когда представления большинства физиков о "гальваническом токе" и его отношении к "электрическим явлениям" были ещё чрезвычайно сумбурны и противоречивы. Известный русский учёный-электротехник и популяризатор В. К. Лебединский следующими словами оценивал в 1895 г. значение работ Э. X. Ленца в области учения об электричестве: "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 опытов Фарадея и Ленца останется навсегда".

Эмилий Христианович Ленц родился 12 февраля 1804 года в г. Юрьеве (ныне Тарту) в Эстонии. Образование получил в родном городе и изучал в Юрьевском университете сперва теологию (богословие) и филологию, а затем естественные науки. Ещё до окончания университетского курса Э. X. Ленц, благодаря своим выдающимся способностям, был приглашён участвовать в качестве физика в кругосветном плавании Коцебу. Плавание продолжалось с 1823 по 1826 г. Работа в экспедиции предопределила на следующие годы направление научной деятельности Э. X. Ленца. Примерно до 1830 г. он работал над вопросами физической географии и приобрёл в этой области широкую известность. За это время он участвовал в экспедиции на Кавказ в окрестности Эльбруса, в 1829 г. ездил в г. Николаев для участия в наблюдениях качания маятника в этой точке земного шара, а также провёл некоторое время в Баку, на берегу Каспийского моря, где производил гидрологические наблюдения. В 1828 г. Э. X. Ленц был избран адъюнктом Петербургской академии наук и доложил там свой первый мемуар "О солёности морской воды и о температуре её в океанах на поверхности и в глубине". В этом мемуаре Э. X. Ленц подводил итоги работ, проведённых им во время кругосветного плавания. В 1830 г. Э. X. Ленц был избран экстраординарным, а ещё через четыре года - в 1834 г.- ординарным академиком. С 1830 г. в его заведывание перешёл собранный его предшественником по академии В. В. Петровым хорошо обставленный физический кабинет, который Э. X. Ленц продолжал пополнять. В конце 1835 г. или в самом начале 1836 г. Эмилий Христианович был приглашён профессором физики и физической географии в Петербургский университет. В университете он также усиленно занялся приведением в порядок и пополнением физического кабинета. В те времена широко был распространён обычай читать лекции по какому-либо иностранному учебнику с небольшими дополнениями, о чём так прямо и объявлялось в учебном плане. Ленц читал лекции "по собственным запискам". Такой порядок кажется нам теперь естественным и необходимым, но в те времена такое чтение курса являлось большой заслугой и большим достоинством лектора. Лекции Э. X. Ленца отличались строгим, критическим и систематическим изложением и всегда сопровождались опытами, к которым он приготовлялся заранее и которые потому всегда бывали удачны. Эксперименту Э. X. Ленц вообще придавал очень большое значение и, пока физический кабинет университета ещё не был в достаточной степени оборудован, допускал студентов к занятиям в физическом кабинете Академии наук и даже разрешал, под свою личную ответственность, брать приборы для производства опытов на дом. Э. X. Ленц в течение ряда лет был деканом физико-математического факультета. После утверждения университетского устава 1863 г. он был избран ректором университета, но в этой должности ему пришлось пробыть недолго. В августе 1864 г. он получил заграничный отпуск для лечения хронического заболевания глаз. 10 февраля 1865 года Эмилий Христианович Ленц скоропостижно скончался в Риме.

Вице-президент Академии наук В. Л. Буняковский говорил на соединённом заседании физико-математического и филологического отделений Академии 21 февраля 1865 г. после получения известия о смерти Ленца: "...Все мы постоянно видели в нём образец прямодушия, беспристрастия и правдивости. Всем, знавшим Эмилия Христиановича, известна его независимость мнений и поступков от всяких внешних влияний и отношений, против которых так трудно бывает устоять... Одарённый умом светлым и проницательным, он нередко разрешал сомнения, встречавшиеся при обсуждении каких-либо щекотливых или затруднительных вопросов... Академия весьма часто назначала Эмилия Христиановича в члены комиссий по таким предметам, которые требовали особенной опытности и сообразительности... Молодым людям, занимавшимся наукой, он всегда с готовностью оказывал возможное содействие и помощь...". Буняковский вспоминает и о беседах с Ленцем, "которые так поучительно умел он воодушевлять своим светлым воззрением на разнообразные вопросы жизни и науки".

Чтобы оценить по достоинству всё сделанное Э. X. Ленцем в области электромагнетизма, необходимо полнее представить себе положение дел и широко распространённые в то время воззрения в учении об "электрических" и "гальванических" явлениях.

Физики имели дело, с одной стороны, с электрическими зарядами, получаемыми путём трения, с процессами распространения этих зарядов по поверхности проводников, с зарядкой и разрядкой конденсаторов, - словом, со всеми теми явлениями, которые тогда называли электрическими и которые ещё и теперь не совсем правильно относят к области электростатики. С другой стороны, были известны явления электрического тока, источниками которого были различные гальванические элементы. Эти явления называли "гальваническими". Только очень немногие физики склонялись к тому, что в "электричестве" и "гальванизме" они имеют дело с одними и теми же явлениями природы. То было время, когда в физике господствовали представления о "невесомых жидкостях": теплороде, светоносной жидкости и т. д., наличием которых и переходом их из одного тела в другое хотели объяснить все физические явления. Явления электричества и гальванизма имели между собой коренные различия, вызываемые, как мы теперь знаем, большой "разницей потенциалов" и малыми "количествами электричества" в случае электрических явлений и, наоборот, малой разницей потенциалов (малым "напряжением") и большим количеством протекающих по проводу электрических зарядов ("большой силой тока") в случае гальванических явлений. Физикам того времени, в дополнение к предоставлениям о существовании большого числа различных невесомых жидкостей или флюидов, нетрудно было представить себе существование ещё двух различных флюидов - "электрического" и "гальванического". В то время казалось твёрдо установленным, что излучения различных источников света производят различное действие: в случае одних источников преобладали так называемые "химические" (ультрафиолетовые) лучи, в случае других - "тепловые" (инфракрасные), в случае третьих - собственно световые лучи, видимые глазом. По аналогии казалось естественным, что различные источники электрического тока, в том числе даже гальванические элементы, могут давать токи различного свойства. Поэтому вовсе не было очевидным, что к токам, полученным путём фарадеевской индукции, должны быть приложимы те же самые законы, что и к токам от гальванических элементов. Подтверждение противоположному заключению находили в ряде неправильно поставленных или неправильно истолкованных опытов. Так, вторично индуктированные переменные токи не могли сообщать магнитной стрелке постоянное отклонение, не могли быть применены для получения явлений электролиза в чистом виде и т. д. Всеобщий характер закона Ома не понимали, придавая этому закону только ограниченное каждым отдельным случаем той или иной электрической цепи значение. При таком широком распространении ошибочных воззрений делать глубокие обобщения и искать общие законы явлений электрического тока представлялось трудным и смелым делом. Надо было не только установить общие положения путём гениальной индукции, основанной на чрезвычайно ясном- понимании всех отдельных фактов, но и предварительно ещё весьма строго и критически охватить умственным взором весь "фактический материал". Нужно было понять ошибки, допущенные рядом экспериментаторов, и не только проникнуться идеей об единой природе и единых законах электрического тока, но и подтвердить это единство экспериментально. Великая заслуга Э. X. Ленца заключается в том, что, несмотря на противоречивые экспериментальные данные, он твёрдо верил в единую природу электрического тока, каково бы ни было происхождение последнего; в том, что он путём безукоризненно поставленных экспериментов показал, что сила индуктированного тока определяется количественно точно теми же условиями и тем же законом Ома, что и сила любого другого тока. Тотчас же после опубликования М. Фарадеем мемуара, описывающего явления индукции электрических токов, Э. X. Ленц приступил к экспериментам, которые привели его к следующим выводам: сила индуктированного тока определяется электродвижущей силой, возникающей во вторичном контуре, и сопротивлением этого контура; индуктированная электродвижущая сила пропорциональна числу витков вторичной обмотки и не зависит ни от радиуса витков, ни от поперечного сечения проводника, ни от вещества последней.

"Эти результаты Ленца, - говорит В. К. Лебединский в статье, написанной 50 лет тому назад, - не носят теперь название законов; они все вытекают из нашего представления о магнитном поле. Но в своё время они были первым шагом в разборе чудесных явлений индукции". Насколько эти совершенно правильные выводы противоречили широко распространённым воззрениям, видно из того факта, что издатель журнала "Анналы физики и химии" - известный физик Поггендорф - далеко не сразу решился поместить их в своём журнале. Хотя эти результаты были получены Э. X. Ленцем в 1832 г., его мемуар появился в "Анналах" лишь в 1835 г. - только через год после следующей его статьи, доложенной в Академии наук 29 ноября 1833 г. и содержащей изложение и экспериментальное обоснование того обобщённого закона индукции, который теперь носит название "правила Ленца". В этой статье Э. X. Ленц говорит, что Фарадей для каждого отдельно рассматриваемого случая индукции даёт специальное указание для определения направления индуктированного тока. Эти указания нельзя обобщить, и, более того, некоторые случаи индукции токов остаются непредусмотренными. "Тотчас же после прочтения мемуара Фарадея мне показалось, что все случаи индуктированных токов могут быть сведены очень простым способом к законам электродинамических движений", - говорит Э. X. Ленц и высказывает следующее, совершенно общее и пригодное для всех случаев индукции электрических токов, положение:

"Если металлический проводник передвигается вблизи гальванического тока или вблизи магнита, то в нём возбуждается гальванический ток такого направления, которое вызвало бы движение покоящегося провода в направлении, прямо противоположном направлению движения, навязанному здесь проводу извне, в предположении, что находящийся в покое провод может двигаться только в направлении этого последнего движения или в прямо противоположном".

Это положение Э. X. Ленц обосновывает многочисленными примерами, взятыми как из чужих, так и из собственных опытов. Анализируя физическую сущность высказанного положения, Э. X. Ленц приходит ещё к следующему обобщению: "Если мы хорошо уясним себе приведённый выше закон, то мы сможем вывести заключение, что каждому явлению движения под действием электромагнитных сил должен соответствовать определённый случай электромагнитной индукции", или, выражаясь короче: каждому электромагнитному явлению соответствует определённое магнитно-электрическое явление. Это обобщение естественно приводит к следующему: при передвижении проводника в магнитном поле и возбуждении в нём тока (магнитно-электрическое явление) мы преодолеваем действие какой-то силы; эта сила не что иное, как та, которая приводит в движение проводник при соответствующем электромагнитном явлении. Таков был, повидимому, ход мысли, приведший Э. X. Ленца к его "правилу".

Современное теоретическое обоснование закона Ленца зиждется на законе сохранения энергии и близко к указанному ходу мыслей. Но закон сохранения энергии был окончательно сформулирован лишь в 1847 г., т. е. 14 лет спустя после доклада Э. X. Ленца в Академии наук. Это показывает, что Эмилий Христианович был в числе тех физиков, которые, хотя и неясно, но "предчувствовали" существование закона сохранения энергии. Весьма интересно, что в том же томе "Анналов" некто физик Ричи, из чисто умозрительного сопоставления движения проводника с током в магнитном поле и явлений индукции Фарадея, но без деятельного сличения с опытом, приходит к ошибочному выводу, прямо противоположному закону Ленца.

Другой общеизвестный закон физики, с которым связано имя Э. X. Ленца, это закон Джоуля-Ленца, выведенный Э. X. Ленцем в 1844 г., независимо от работы Джоуля, путём более точно поставленных экспериментов, чем опыты Джоуля. Закон Джоуля-Ленца устанавливает, что количество тепла, выделяющееся в проводнике при прохождении тока, прямо пропорционально сопротивлению проводника и квадрату силы тока.

Мы не имеем возможности остановиться на всех работах Э. X. Ленца в области электромагнетизма. Скажем только, что Э. X. Ленд и Б. С. Якоби установили условия, от которых зависит подъёмная сила магнита. Их выводы опять вполне согласуются с законом сохранения энергии и разбивают несбыточные мечты некоторых фантазёров. Э. X. Ленц использовал своё глубокое понимание законов электродинамики для рассмотрения явлений в динамомашине. Он показал, что необходимо учитывать не только токи, индуцируемые во вращающемся якоре машины магнитным полем полюсов машины, но и самоиндукцией обмотки якоря; эта самоиндукция приводит к очень существенному а работе электрической машины явлению, носящему название "реакции якоря"; Э. X. Ленц объяснил, таким образом, почему, например, первые попытки применить генераторы постоянного тока для гальванопластики потерпели неудачу и почему положение "щёток" машины должно быть сдвинуто на некоторый угол по сравнению с тем наивыгоднейшим положением, которое указывает первоначальная теория машины, не учитывающая реакции якоря.

Исследования Э. X. Ленца легли в основу грандиозного здания современного учения об электричестве и важнейших разделов практической электротехники.

Главнейшие труды Э. X. Ленца: работы, помещённые в "Poggendorfs Annalen" (в скобках указаны год и том): О правиле, по которому происходит сведение магнитоэлектрических явлений на электро-магнитные (правило Ленца) (1834, 31); Об опытах с индуктированными токами (1835, 34); Мемуар, в котором даётся критический разбор работ де-ла-Рива об особенных свойствах индукционных токов (1839, 48); Исследования над динамомашинами (1842, 57); Работа, в которой устанавливается закон, известный как закон Джоуля-Ленца (1844, 61); О значении скорости вращения на индукционный ток, возбуждённый магнитно-электрической машиной (1849, 76); на русском языке: Физическая география, Спб., 1851 (3 изд. - 1858); Руководство к физике, Спб., 1839 (б изд.-1864); Руководство к физике для военно-учебных заведений, Спб., 1855.

О Э. X. Ленце: Савельев А., О трудах акад. Ленца в магнито-электричестве, "Журн. Министерства нар. просв.", 1854, №8, 9; Лебединский В., Ленц, как один из основателей науки об электромагнетизме, "Электричество", 1895, № 11-12; Очерк работ русских по электротехнике с 1800 по 1900 год, Спб., 1900.

Биография

Эмилий Христианович Ленц (при рождении Генрих Фридрих Эмиль Ленц, нем. Heinrich Friedrich Emil Lenz; 12 (24) февраля 1804, Дерпт - 29 января (10 февраля) 1865, Рим) - выдающийся русский физик немецкого происхождения. Выходец из балтийских немцев. Э. Х. Ленц является одним из основоположников электротехники. С его именем связано открытие закона, определяющего тепловые действия тока, и закона, определяющего направление индукционного тока.

С 1823 до 1826 год принимал участие как физик в кругосветном путешествии Коцебу. Результаты научных исследований этой экспедиции были напечатаны им в «Мемуарах Санкт-Петербургской академии наук» (1831). В 1829 принимал участие в первой экспедиции на Эльбрус под руководством генерала Эммануэля. В 1828 году выбран адъюнктом академии, а в 1834 году академиком. Вместе с тем он состоял профессором, а в последние годы и ректором СПб университета. Преподавал также в знаменитой Немецкой школе Святого Петра (1830-1831), в Главном педагогическом институте 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. Настолько же блестяща и плодотворна была и научная деятельность академика Ленца .

В истории физики научным трудам его всегда будет отводиться почетное 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 др.). Но главным образом он работал в области электромагнетизма. Выяснению важного значения этих работ посвящены, между прочим, сочинения А. Савельева: «О трудах академика Ленца в магнитоэлектричестве» (СПб., 1854) и В. Лебединского: «Ленц как один из основателей науки об электромагнетизме» (журн. «Электричество» 1895). Главнейшие результаты его исследований излагаются и во всех учебниках физики. Именно:

Закон индукции («Правило Ленца»), по которому направление индукционного тока всегда таково, что он препятствует тому действию (напр. движению), которым он вызывается (1834 г.).
«Закон Джоуля - Ленца»: количество теплоты, выделяемое током в проводнике, пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению проводника (1842 г.).
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). Список его мемуаров, которые печатались в «Записках Императорской Академии Наук» и в журнале «Poggendorfs Annalen», помещён в «Biographisch-literarisches Handwörterbuch von Poggendorf» (I, 1424). Сын Ленц, Роберт Эмильевич

Эмилий Христианович Ленц (нем. Heinrich Friedrich Emil Lenz, 1804-1865) – известный российский ученый немецкого происхождения, стоявший у истоков электротехники и учения о магнитных явлениях. Открыл закон, определяющий тепловое воздействие электрического тока и закон индукции, названный именем автора. Помимо физики, ученого интересовали проблемы механики, геофизики, океанографии, а также химические технологии.

Эмилий Христианович Ленц — русский физик

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.

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.

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.

Открытия в области электромеханики

После открытий 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.

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:

Количества теплоты, выделяемой в проводнике, прямо пропорционально его сопротивлению, квадрату силы тока и времени движения тока по проводнику.

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

В соавторстве с 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.

Преподавательская стезя

Эмилий Христианович был блестящим преподавателем, чьи лекции студенты старались не пропускать. Его занятия по физике и физической географии выделялись ясностью и доходчивостью, подкупая безупречной систематизацией материала. Ленц написал учебники для гимназий по этим дисциплинам, которые сумели выдержать несколько изданий. За свою преподавательскую карьеру он успел поработать в одном из старейших учебных заведений страны Петришуле (школа св. Петра), Михайловском артиллерийском училище и Главном педагогическом институте.

На протяжении трех десятилетий ученый был профессором, а с 1863 года первым избранным ректором Петербургского университета. Он приложил огромные усилия для становления и развития знаменитой физико-математической школы. Благодаря Ленцу были внедрены современные на тот момент принципы преподавания профильных дисциплин, что стало причиной их дальнейшего расцвета.

Эмилий Ленц скоропостижно ушел из жизни 10 (29) января 1865 года в Риме, куда отправился для лечения глаз. Похоронен в Вечном городе на одном из протестантских кладбищ.

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.