Стёрджен(Sturgeon) Уильям (22.5.1783, Уайтингтон, близ г. Ланкастер, — 4.12.1850, Престуич,близ г. Манчестер), английский изобретатель в области электротехники.Специального образования не получил. В 1825 изобрёл электромагнит, в 1830разработал технологию изготовления пластин из амальгамированного цинка длягальванических элементов. Сконструировал гальванометр с подвижной катушкой(1836). Проводил исследования атмосферного электричества и занимался вопросамигрозозащиты. В 1836 основал первый в Великобритании электротехнический журнал«Annals of Electricity».
Послеопубликования памфлета Эрстеда многие заинтересовались проблемамиэлектромагнетизма: в том же 1820 г. Араго продемонстрировал проволоку с током, облепленнуюжелезными опилками, а Ампер доказал, что спираль с током – соленоид – обладаетвсеми свойствами природного магнита, притягивая мелкие железные предметы.
Чтокасается первого электромагнита, т.е. катушки, обтекаемой током и содержащейвнутри железный сердечник, то его изобретения пришлось ждать еще пять лет. Этоустройство создал Вильям Стерджен.
Онродился в Ланкастере в 1783 г. в семье сапожника. Отец не уделял семье нималейшего внимания; он наслаждался жизнью, удил рыбу и слыл большим любителемпетушиных боев. Молодого Вильяма послали учиться мастерству к сапожнику, и тот,по-видимому, держал его в черном теле. Вильям голодал, и поэтому, как толькопредставился случай, сбежал от сапожника в воинскую часть. Было ему в то времядевятнадцать лет. Через два года Вильям дослужился до артиллериста, он многочитал, ставил физические и химические опыты.
Однажды,когда их часть стояла на острове Ньюфаундленд, налетел страшный ураган, сопровождавшийсямолниями и громом. Ураган произвел на Вильяма неожиданно сильное впечатление ипривлек его внимание к электричеству. Он стал читать книги по естествознанию, однаковскоре с горечью понял, что ничего в них не понимает. Тогда он решил начать ссамых азов и занялся письмом, чтением и грамматикой. Сержант той же части снабжалего книгами, которые Вильям, освободившись от вахты, читал по ночам. Вскоре онперешел к математике, мертвым и новым языкам, оптике и естествознанию. Егострастью в свободное время было ремонтировать часы и чертить.
Послеосвобождения от воинской службы в 1820 г. Стерджен купил токарный станок и посвятил себя изготовлению физических приборов, в частности электрических.Благодаря поддержке известного тогда химика Джеймса Марша он был назначенлектором в Военную академию Ост-Индской компании в Аддискомбе, где и преподавалдо 1838 г.
Первымвкладом Стерджена в науку стала разработка им модифицированной моделивращающихся цилиндров Ампера, описанной в «Философском журнале» в 1823 г. На следующий год он написал четыре статьи по термоэлектричеству, а 23 мая 1825 г. представил Обществу искусств несколько усовершенствованных приборов для электромагнитныхэкспериментов, среди которых был ставший теперь знаменитым первыйэлектромагнит. Идея цилиндрического и подковообразного магнитов захватила егоеще в 1823 г. Тогда Стерджен и построил вращающееся «колесо Стерджена» –фактически одну из первых модификаций электромотора.
Стердженсделал ряд очень важных открытий, о которых написал несколько статей, однако«Философский журнал», для которого они предназначались, отказался их печатать, иСтерджену не оставалось ничего, как создать свой собственный журнал – «Анналыэлектричества».
Музейнауки в Манчестере, директором которого стал Стерджен в 1840 г., был слишком научным, чтобы быть прибыльным, и Стерджен жил в бедности. В 1850 г. изобретатель электромагнита умер, так и не получив в награду за свое великое изобретение нибогатства, ни славы.
УченикСтерджена, знаменитый английский физик Джеймс Прескотт Джоуль, писал, чтоСтерджен был высокого роста и хорошо сложен, обладал благородной внешностью иприятными манерами. К сожалению, портрета его не сохранилось. На его могильнойплите выбито: «Здесь лежит изобретатель электромагнита...»
/>
Устройствопервого электромагнита
Первыйв мире электромагнит, продемонстрированный Стердженом 23 мая 1825 г. Обществу искусств, представлял собой согнутый в подкову лакированный железный стержень длиной30 и диаметром 1, 3 см, покрытый сверху одним слоем изолированной меднойпроволоки. Электроэнергией он снабжался от гальванической батареи (вольтовастолба). Электромагнит удерживал на весу 3600 г и значительно превосходил по силе природные магниты такой же массы. Это было блестящее по тем временамдостижение.
СамСтерджен особенно высоко оценивал свою идею, связанную с заменой жесткогожелеза мягким. Ученый свободно оперировал такими понятиями, как «магнетизм», «магнитнаяэнергия», «однородность магнитного материала», «отжиг железа» и т.д.
Правлениеобщества оценило заслуги Стерджена. Он получил медаль и денежную премию, апервый электромагнит был выставлен в музее общества.
Джоуль,экспериментируя с самым первым магнитом Стерджена, сумел довести его подъемнуюсилу до 20 кг. Это было в том же 1825 г.
В 1828 г. лондонский часовой мастер Воткинс изготовил электромагнит, которыйподнимал 30 кг.
Тогдаже профессор Молл из Утрехта, взяв за основу конструкцию Воткинса, изготовилмагнит, «поднимавший наковальню массой 60 кг и не поднимавший наковальню массой 80 кг».
В 1832 г. Стерджен изготовил магнит, поднимавший 160 кг, но уже в том же году Марш создал магнит, способный поднять более 200 кг. Однако Стерджен не собирался терять первенства. По его заказу в 1840 г. был выполнен электромагнит, способный поднять уже 550 кг!
Ктому времени у Стерджена нашелся очень сильный соперник за океаном. В апреле 1831 г. профессор Йельского университета Джозеф Генри (его именем названа единица индуктивности)построил электромагнит массой около 300 кг, поднимавший около 1 т.
Всеэти магниты по конструкции представляли собой подковообразные стержни, обмотанныепроволокой. Джоуль в ноябре 1840 г. создал магнит собственной конструкции, ввиде толстой стальной трубы, разрезанной вдоль оси. Сечение этого магнита былоочень большим, магнит оказался компактным и поднимал 1, 3 т. В то же времяДжоуль построил магнит совершенно новой конструкции – притягиваемый грузиспытывал действие не двух полюсов, как обычно, а значительно большегоколичества, что позволило резко увеличить поднимаемый груз. Магнит массой 5, 5 кг удерживал груз массой 1, 2 т.
Первыемагниты были сделаны «как бог на душу положит». Однако не любая форма давалахороший результат. Случайно получилось так, что Стерджен для своего первогомагнита выбрал очень удачную – подковообразную – форму (подковообразные магнитыизготовляют до сих пор). Отсутствие опыта и элементарной методики расчетамагнитов привело к тому, что некоторые разновидности магнитов, предложенные вто время, были бы, на наш взгляд, просто абсурдными. Так, трехлапый магнит немог бы успешно работать, так как магнитные потоки каждого стержняпротиводействовали бы друг другу – поток одного стержня замыкали на второмстержне, где он действовал навстречу потоку этого стержня.
Негодной,на современный взгляд, оказывается и очень часто использовавшаяся конструкция, одинмагнит в которой составлен из трех более мелких и намотанных отдельно. Ясно, чтов промежутках между этими маленькими магнитами магнитные поля двух соседнихстержней взаимно уничтожаются.
Лабораторныемагниты того периода изготовлялись «на глазок». Никакой теории, котораяпозволила бы заранее предсказать свойства магнитов, не существовало. Первыйвклад в теорию расчета электромагнитов внесли русские ученые Э.X. Ленц и Б.С.Якоби, указавшие на связь подъемной силы электромагнита и произведение силытока в катушках на число витков обмотки.
ПослеЛенца и Якоби крупный вклад в теорию расчета магнитов внесли англичане братьяГопкинсоны, которые предложили метод учета насыщения – явления, давнозамеченного проектировщиками магнитов и заключающегося в том, что в магнитезаданной формы после некоторого предела увеличением тока в катушках нельзяповысить его подъемную силу. Современная теория связывает это явление с тем, чтопри достижении некоторого намагничивающего тока элементарные магнитики (диполи)железа (ферромагнетика), ранее расположенные беспорядочно, в основномориентированы в одном направлении и при дальнейшем усилении намагничивающеготока существенного увеличения числа магнитиков, ориентированных в одномнаправлении, не происходит. Насыщение стали привело к тому, что индукциямагнитного поля первых магнитов не превышала 2 Тл.
Наступилановая эра усиления мощности магнитов, но не путем увеличения их размеров, апосредством совершенствования их формы и борьбы с насыщением. Нельзя сказать, чтобыэта борьба была очень успешной. За сто лет этой напряженной войны физиков снепокорной «насыщающейся» сталью индукция магнитного поля в магнитах возрославсего лишь в два с половиной раза. Над этой проблемой работали многие видныефизики и электротехники.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.electrolibrary.info