ПЕТР ЛЕОНИДОВИЧ КАПИЦА
Содержание
Содержание.
Введение.
Вольт и Фарадей. Первые исследования природы электрического удара.
П. Л. Капица. Первые серьёзные исследования импульсных магнитных полей.
История восхождения в письмах.
Проблемы исследования больших электрических полей.
Совместная работа П.Л. Капицы и М.П. Костенко.
Импульсный генератор П.Л. Капицы и М.П. Костенко.
Создание лаборатории имени Монда.
Новые способы получения сильного магнитного поля. Принцип концентрации тока.
Исследования А.Д. Сахарова. Вершина исследований сверхсильных магнитных полей.
Заключение. Перспективы технического использования импульсных полей.
Введение.
Увеличивая ток, обтекающий обмотку электромагнита можно перегружать электромагнит. Магнитные рекорды обычно принадлежат создателям импульсных систем, потому что последний резерв на пути достижения сверхсильных полей называют форсажем
Вольт и Фарадей. Первые исследования природы электрического удара.
Раньше уже были известны такие способы создания электричества, как натирание стекла шерстью, лейденская банка, нагрев турмалина, но лишь Вольт, заинтересовавшись электрическими рыбами, попробовав искусственно создать что-то подобное живой природе, дал действительное начало этому направлению
Исследования Вольтом рыб, способных создавать электрический заряд, показали, что Нильский сом намного слабее гигантского электрического ската Торпеды, который, создавая разряд напряжением 50...60 В., может убить зашедшего в воду теленка, ещё сильнее электрический угорь Амазонки, который способен создать импульс напряжением до 500 Вольт. В результате многочисленных наблюдений, расчётов, экспериментов Вольта научился электризовать жидкости кипячением и химическими реакциями, опустив два разнородных металла в едкую жидкость, построил вольтов столб. Изобретатель придал своей конструкции форму рыбы, больше этот источник не имел с Торпедо ничего общего
После Вольта природой электрического удара угря занялся Фарадей
Он использовал два металлических электрода, один конец которых касался рыбы, а к другому были присоединены небольшие медные проводники, которые, в свою очередь, крепились к небольшому соленоиду проволочной спирали, внутри спирали помещалась железная проволока. Во время разряда угря соленоид создавал относительно сильное магнитное поле, которое намагничивало проволочку. По расположению магнитных полюсов проволочки Фарадей научился определять полярность напряжения рыбы
6 декабря 1838 г. Фарадей представил результаты своих опытов перед Королевским обществом. Этот эксперимент долго оставался экзотическим эпизодом в истории физики
П. Л. Капица. Первые серьёзные исследования импульсных магнитных полей.
Много лет спустя изучением импульсных магнитных полей замечательный всерьёз начал заниматься советский физик академик П. Л. Капица. Капица, вслед за Фарадеем, обратился к импульсным магнитным полям, задумав довести их до небывалой силы
Из его биографии известно, что Петр Леонидович Капица родился в 1894 г. в городе Кронштадте, окончил Петроградский политехнический институт. Петру Капице было 18 лет, когда будущий глава физической школы Советской России Известный физик А. Ф. Иоффе привлёк его к исследовательской работе на своей кафедре. В 1921 г. П. Л. Капица в составе первой советской научно-промышленной делегации был послан в Лондон, в Кембридж просить место в лаборатории знаменитого физика Э. Резерфорда
Молодой учёный и не мечтал тогда, что проживет в Англии много лет, создаст там собственную школу и превратится из скромного доцента в ученого с мировым именем
В сургучно-веревочной, хотя и блестящей ядерной лаборатории Резерфорд уже работало 30 стажеров. По некоторым данным, Капица на это ответил:"30 и 31 различаются примерно на 3%; поскольку Вы всегда предостерегаете против рабской точности измерений, такая трехпроцентная разница вовсе не будет Вами замечена". Так Капица, с условием не вести красную пропаганду, остался у Резерфорда. Вскоре скромный стажер, плохо знающий английский язык, стал близким к Резерфорду человеком, имеющим свою лабораторию
История восхождения в письмах.
В письмах к матери О. И. Капице Капица описал всю историю своего восхождения в Кембридже, в Кавендишской лаборатории Резерфорда:
"...Вчера в первый раз имел разговор на научную тему с профессором Резерфордом. Он был очень любезен: повел к себе в комнату, показывал приборы. В этом человеке, безусловно, есть что-то обаятельное, хотя порою он и груб."
(12 августа 21-го года)
"...Результаты, которые я получил, уже дают надежду на благополучный исход моих опытов. Резерфорд доволен, как передавал мне его ассистент. Это сказывается на его отношении ко мне. Когда он меня встречает, всегда говорит приветственные слова. Пригласил в это воскресенье пить чаи к себе, и я наблюдал его дома. Он очень мил и прост... Но... когда он недоволен, только держись, так обложит, что мое почтение
Для изучения свойств альфа - частиц П. Л. Капица предложил помещать камеру Вильсона в магнитное поле. В нем траектория заряженной частицы искривляется, причем радиус искривления зависит от импульса частицы." (1 ноября 21-го года)
"Для меня сегодняшний день до известной степени исторический... Вот лежит фотография на ней только три искривленные линии полет альфа - частицы в магнитном поле страшной силы. Эти три линии стоили профессору Резерфорду 150 фунтов стерлингов, а мне и Эмилю Яновичу трех с половиной месяцев усиленной работы. Но вот они тут, и в университете о них все знают и говорят. Странно: всего три искривленные линии! Крокодил очень доволен этими тремя искривленными линиями. Правда, это только начало работы, но уже из этого первого снимка можно вывести целый ряд заключений, о которых прежде или совсем не подозревали, или же догадывались по косвенным фактам. Ко мне в комнату в лабораторию приходило много народу смотреть три искривленные линии, люди восхищались ими..." (29 ноября 1922-го года)
"Я эти дни был что-то вроде именинника, 2-го в субботу был прием у проф. Дж. Томсона по случаю приезда голландского физика Зеемана. Конечно, надо было напялить смокинг. Я говорил с Зееманом, и меня представляли примерно таким образом, что это, дескать, такой физик, который решает такие проблемы, которые считаются невозможными (для решения). И эти генералы меня трепали около 20 минут, пока я не ушмыгнул в угол... Сегодня Зееман и лорд Релей (сын) были у меня в лаборатории и смотрели мою работу..." (4 декабря 1922-го года)
"Вчера был посвящен в доктора философии... Мне так дорого стоил этот миг, что я почти без штанов. Благо Крокодил дал взаймы, и я смогу поехать отдохнуть..."(15 июня 1923-го года)
Проблемы исследования больших электрических полей.
Капица, проведя серию экспериментов в магнитных полях напряженностью до 43 тыс. Э (4,3 Тл), решил распространить измерения на более сильные поля, для чего необходимо было создать соленоиды, поле которых превышало бы прежнее примерно в 10 раз. Для того чтобы решить проблемы сильных полей, ведь для создания сильного поля, необходим источник тока огромной мощности, кроме того, существует опасность разрушения соленоида при нагревании, Капица предложил создавать такие магнитные поля на достаточно короткое время, в течение можно избежать разрушения соленоида и провести необходимые измерения
В качестве такого источника сильного тока можно использовать устройства, способные дать мгновенный, мощный разряд, следующий за относительно продолжительным периодом зарядки, ведь любая обмотка не может мгновенно нагреться до температуры плавления даже под влиянием очень большого тока – обладает тепловой инерцией. Таких устройств довольно много: например, электрическая энергия, накопленная в конденсаторной батарее, работающей при разрядке практически в режиме короткого замыкания, магнитная энергия, накопленная в магнитном поле трансформатора
Конденсаторы также оказались непригодными, поскольку в то время они были весьма несовершенны и громоздки
П. Л. Капицей вместе с известным английским физиком П. М. С. Блэкеттом был без промедления проведен модельный эксперимент с использованием магнитного поля трансформатора. По расчетам Капицы, для получения магнитного поля 50 Тл понадобится трансформатор с малым числом витков на вторичной обмотке, с сердечником длиной 2...3 м и диаметром 30...40 см. Но такой эксперимент оказался неудачным, потому что быстро механически разорвать первичную цепь трансформатора оказалось почти невозможным, так как при разрыве появляется дуга, и энергия намагниченного железа, вместо того чтобы обрушиться лавиной во вторичную цепь, возвращается в первичную и выделяется в дуге
Тогда П. Л. Капица обратился к аккумуляторным батареям, которые тоже пришлось специально конструировать. Было необходимо добиться, чтобы их собственная емкость и активное сопротивление были бы минимальными. Разряжая батарею на один из соленоидов с внутренним диаметром 1 мм, П.Л. Капица получил на 0,003 с (пока соленоид не разрушился) магнитное поле 50 Тл. С помощью новых аккумуляторных батарей при их коротком замыкании удалось