Атмосферное электричество. Ломоносов и Рихман

Изначально изучение электричества было ограничено лишь наблюдениями за ним. Однако прогресс двигает науку и переход от наблюдений к исследованиям закономерностей происходящих процессов, а также к разработке полноценной электрической теории лишь ждал своего часа. Существенный вклад в развитие этого научного направления был сделан академиками из города Санкт-Петербурга Михаилом Васильевичем Ломоносовым (1711-1765 гг.) и его коллегой Георгом Вильгельмом Рихманом (1711-1753 гг.).

Ломоносов — первый российский ученый-энциклопедист, серьезно занимавшийся химией, физикой, астрономией, географией, геологией, филологией, поэт, художник, историк, изобретатель. Широта интереса и глубину познания природы вещей можно сравнить с Леонардо да Винчи.

Вот его вклад:

• создатель первой русской грамматики  и первого пособия по риторике, вводит систему правил для стихов в русской поэзии;
• Ломоносов вводит много научных терминов в русский язык, многие из которых мы используем и поныне: атмосфера, микроскоп, минус, полюс, нитрат, формула, горизонт, диаметр, радиус, пропорция, барометр, эклиптика, метеорология, оптика, периферия, эфир, калий, а также неологизмы, составленные им как равновесие ;
• противник теории специальных жидкостей, таких как флогистон и электрическая жидкость, которая в то время была общепринятой, внес вклад в разработку кинетической теории газов . Он верил, что тепло является формой движения;
• предложил волновую теорию света;
• Идея сохранения массы в химических реакциях изложена в письме от 5 июня 1748 г., адресованном Эйлеру примерно за 40 лет до Антуана Лавуазье, поэтому  закон сохранения материи известен как закон Ломоносова-Лавуазье. Ломоносов обнаруживает, что после химической реакции остается вещество с массой, равной исходной;
• считает, что природа постоянно развивается и демонстрирует органическое происхождение почвы, торфа, угля, нефти и янтаря;
• в астрономии — предсказывает существование атмосферы Венеры;
• конструирует метеорологические, навигационные и оптические приборы (телескоп);
• получает твердую ртуть в первый раз ;
• делает прототип вертолета;
• закладывает основы теории континентального дрейфа;
• теоретически предсказывает существование Антарктиды;
• основал московский университет.

Его современники поклонялись ему, но, как и следовало ожидать, из-за непонимания или зависти, он не был любим многими.

Поэт Сумароков говорит о смерти Ломоносова от имени «литературного сообщества»: « Дурак успокоился и больше не будет шуметь! ».

Наследник престола и будущий император Павел говорил похожими словами, но от имени царского двора: «Почему мы сожалеем о дураке, он только разворвал сокровищницу и ничего не сделал …».

Ломоносов стал автором первой теории электричества и основоположником изучения электрических явлений в России. В тесном сотрудничестве с ним, Георг Рихман в 1745 году собрал первый оригинальный прибор для непосредственного электрического измерения, «электрический указатель» (электрометр). Прибор имел принципиальное отличие от традиционного электроскопа, поскольку включал в себя деревянный квадрант с градуированной шкалой. По словам самого Рихмана, это позволяло оценить «большую или меньшую степень электричества».

При дворе Рихманом была организована физическая лаборатория, а поскольку до него электричество систематически никем не изучалось, его лаборатория стала первой электрической лабораторией в России. Это была полностью укомплектованная лаборатория с множеством электрических машин, часть из которых была изготовлена самим Мушенбруком, создателем «лейденской банки».

Рихман проводил множество интересных экспериментов, привлекавших внимание «при дворе и современном петербургском обществе». Ломоносов, работая с Рихманом, использовал «электрический указатель» для создания «громовой машины», присоединив к нему металлический штырь, выведенный на крышу лаборатории. Это было устройство для наблюдения за интенсивностью атмосферных электрических разрядов. Атмосферное электричество никем до этого не изучалось, и потому привлекло внимание Ломоносова, как проявление загадочных сил природы. «Громовая машина» была совсем не «электрическим змеем» Франклина, она позволяла непрерывно вести наблюдение за изменениями электричества, происходящими в атмосфере при абсолютно любой погоде. «Громовая машина» помогла строго установить, что электричество есть в атмосфере и без грозы, ученые установили, что молния является ничем иным, как электрическим разрядом, происходящим в атмосфере. Газеты писали о доказанности того, что «электрическая» и «громовая» материи одинаковы.

Летом 1753 года Рихман и Ломоносов поставили уникальный эксперимент, который показал, что электрическая сила может проявляться и без грома, и что гром и молния не являются причиной электрической силы, проявляемой в воздухе, а наоборот, электрическая сила сама есть молнии и грома причина. Ученые устроили публичную пальбу из батареи пушек так, что гром сотрясал небо, однако электрический указатель ничего при этом не показывал. Так и было доказано, что искусственный гром электрической силы точно не создает. Выводы послужили для создания Ломоносовым основы для первой теории атмосферного электричества. И на сентябрь того же года был запланирован доклад Ломоносова, который должен был сопровождаться экспериментами Рихмана, где должна была быть изложена теория и объяснено ее практическое значение. Однако 25 июня 1753 года, незадолго до назначенной даты, во время грозы, Георг Рихман трагически погиб во время эксперимента. «Бледно-синеватый огненный шар» ударил его прямо в лоб. Ученый погиб на месте. Свидетелем стал приглашенный Рихманом гравер Соколов, который должен был запечатлеть эксперимент.

Духовенство называло подобные эксперименты кощунством и вмешательством в божьи дела, призывая немедленно их прекратить, отмечая, что, по их мнению, гибель Рихмана – наказание господне.

Однако авторитет Ломоносова и поддержка со стороны именитых ученых того времени, позволили ему выступить с докладом в ноябре 1753 года. Доклад назывался «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих, предложенное от Михаила Ломоносова». В докладе была впервые изложена теория, разработанная Ломоносовым, научным материалистическим языком объясняющая электрические явления в атмосфере. Как утверждал Ломоносов, электричество в атмосфере возникает от трения частичек пыли и других частичек, взвешенных в воздухе, с мелкими капельками воды, происходящего во время вертикальных движений потоков воздуха. Он отмечал, что вертикальные нисходящие и восходящие потоки являются причиной многих явлений, а не только грома и молнии.

Электризация, по мнению Ломоносова, происходит следующим образом: теплый воздух устремляется ввысь, неся с собой «жирные и горючие пары» вместе с иными примесями, содержащимися в воздухе. Частицы паров Ломоносов именует «шаричками». «Шарички», по его словам, обладают свойствами близкими к твердому телу, и поэтому не могут смешиваться с частичками воды (с каплями дождя), которые встречаются им на пути. Результатом трения между «шаричками» и частичками воды является возникновение электрических зарядов на тех и на других. По словам Ломоносова, этот заряд распространяется по облаку и занимает его все. Разрабатывая эту теорию, Ломоносов подошел ближе всех своих предшественников к современным грозовым теориям.

Ломоносов был очень недоволен теориями статического электричества, предлагаемыми зарубежными исследователями того времени. Он считал, что в них недостаточно исследованы некоторые значимые вещи. Он инициировал конкурс объявленный Академией наук на наиболее точную теорию электрической силы и объяснение ее подлинной причины.

Ломоносов считал, что электричество – форма движения эфира. Он отмечал, что электрическое действие вызывается легким трением и состоит в силах отталкивания и притяжения, а также участвует в процессах, связанных со светом и огнем.

Теория электричества Ломоносова, связанная с движением эфира, была передовой для того времени, и получила дальнейшее развитие в трудах Эйлера. Ее придерживался Фарадей, считая электричество именно движением упругой среды, заполняющей все пространство и пронизывающей все тела.

Северное сияние Ломоносов также относил к электрическим явлениям, происходящим в самых верхних слоях атмосферы. Он проводил опыты с разрядами в стеклянных шарах, из которых был откачан воздух, свечение в которых ученый сравнивал с северным сеянием.

Ломоносов изготовил специальный прибор для регистрации силы грозового разряда. После экспериментов с ним он пришел к однозначному выводу о целесообразности использования громоотводов, чтобы молния ударяла именно в них, а не туда, где могут пострадать люди. Вопреки мнению Франклина, Ломоносов отметил важность заземления громоотвода.

Довольно оригинально высказывался о природе электричества русский ученый Андрей Тимофеевич Болотов (1738 – 1833 гг.), он не сомневался, что электрическая материя состоит из непостижимо малых частичек, способных двигаться с непостижимой скоростью, имеющих круглую форму. Болотов подчеркивал, что электрическая материя есть повсюду: и в недрах земли и в атмосфере и во всех телах, но поскольку везде она присутствует в разных количествах, то и проявляется по-разному.