Какая минута кажется чуть более длинной, чем все остальные? Та, которую отсчитывает микроволновка, когда вы голодны! Этим прибором для замедления времени нагрева вещества пользуются на кухнях, в кафе и даже в энергетике, а изобрели его почти случайно. Стечение обстоятельств помогло инженеру, упорно работающему над одним открытием, совершить другое и изменить ход бытовой и промышленной истории. Как люди случайно подчинили себе микроволны, создали паровую машину и открыли радиоактивность? Читайте в подборке «Энергии+».
В 1689 году механик Томас Севери создал паровой насос. Изобретатель рассчитывал, что его детище станет лучшим другом шахтера — поможет откачивать воду из рудника. Также насос предлагалось использовать для вращения колес водяной мельницы.
Паровая машина работала от энергии пара, получаемой от сжигания топлива. Пар генерировался не в самом насосе, а в отдельном котле. Сам Севери называл изобретение двигателем, но устройство не имело поршня и не приводило в движение никакие рычаги. Также «друг шахтера» не позволял контролировать давление в котле: нужные для этого приборы появились только в XIX веке.
Изобретение Севери позволило другим ученым разработать паровой двигатель, с помощью которого люди перешли от массового потребления дров к использованию ископаемого топлива. До сих пор оно остается главным энергоресурсом на планете.
В 1880-х годах физик Генрих Герц готовился к лекции, на которой намеревался продемонстрировать работу катушек индуктивности. В процессе ученый случайно обнаружил, что с помощью катушек можно получить колебания электрического заряда. Эти колебания порождали электромагнитные волны, которые распространялись на большие расстояния по воздуху. Совершив это открытие, Герц доказал теорию Максвелла о связи электрического и магнитного полей.
Позднее физик выяснил, что сгенерировал радиоволны и их природа та же, что и у видимого света. Ученый сумел измерить и даже поменять длину волны, а также показать, как они распространяются со скоростью света по воздуху без проводов.
Продолжая исследования электромагнитных волн, Герц случайно сделал еще одно наблюдение. Он обнаружил, что устройство для накопления электрического заряда (конденсатор) теряет его быстрее под воздействием ультрафиолетового света (это тоже электромагнитная волна). Так Герц открыл фотоэффект — явление выбивания электронов из атомов вещества при падении на него солнечного света. Открытие привело к становлению квантовой физики, а сам фотоэффект лежит в основе действия солнечных батарей.
В 1895 году физик Вильгельм Рентген исследовал катодные лучи. Ученый в очередной раз засиделся в лаборатории допоздна ради эксперимента. В нем он обернул электронно-лучевую трубку плотной черной бумагой и подал на нее электрический ток. Тогда лежавший рядом бумажный экран, который был покрыт солью бария, платины и цианистоводородной кислоты, начал светиться зеленым светом. Удивленный Рентген выключил ток в трубке, и неоновая «дискотека» прекратилась.
В ходе экспериментов физик обнаружил, что незнакомое ему излучение проходит сквозь большинство окружавших его предметов и даже человеческие конечности. На экране, находящемся за предметом или частью тела, оставался его силуэт. Рентген назвал излучение «икс-лучами» (X-Ray), что и закрепилось во многих языках. В течение года после открытия их стали использовать в экспериментальной физике и медицине. Сегодня с помощью проникающего излучения исследуют в том числе внутреннюю структуру элементов оборудования.
В 1896 году физик Антуан Анри Беккерель проводил эксперименты с минералами, которые светились в темноте после пребывания на солнечном свете. Беккерель предположил, что это связано с излучением, открытым Рентгеном. Чтобы проверить гипотезу, он завернул нагретую солнцем урановую соль в светонепроницаемую бумагу и вместе с куском металла положил все на светочувствительную фотопластинку. Через несколько дней на проявленной пластинке он увидел размытые очертания металлического куска.
Картинка была не такой четкой, как рентгеновский снимок, и Беккерель решил, что дело в недостатке солнечного света. В те дни было пасмурно, поэтому ученый завернул минерал, фотопластинку и медный крест в черную ткань и отложил повторный эксперимент до наступления солнечной погоды.
Не дождавшись чистого неба, через несколько дней Беккерель из любопытства проявил фотопластинку и обнаружил на ней отпечаток креста. Так как минерал не лежал на солнце, стало понятно, что он сам испускает некое излучение. Позже коллеги Беккереля — физики Пьер и Мари Кюри — назвали это явление радиоактивностью. Ученые продолжили исследовать ее и радиоактивные химические элементы, а их эксперименты привели к зарождению атомной энергетики.
В 1945 году инженер Перси Спенсер работал с магнетронами. Эти устройства излучали микроволны — их использовали как радиосигналы в ранних радиолокационных системах. Однажды Спенсер находился у прибора и обратил внимание, что шоколадный батончик в его кармане расплавился.
На следующий день ученый проверил неожиданный эффект на попкорне и яйце и убедился, что всему виной не летняя жара, а микроволны. В том же году компания, в которой работал инженер, запатентовала микроволновую печь, а к 1960-м запустила ее в массовое производство.
Вне кухни микроволновое излучение применяют сегодня для радиолокационных и магнетронных технологий. Микроволны способны проникать сквозь облака, дождь и снег, с их помощью метеорологи прогнозируют погоду. Применять открытое с помощью шоколада излучение можно и в энергетике, например для производства ядерного топлива и водорода из природного газа и воды.