Вклад Гельмгольца у розвиток фізики та хімії

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Вклад Гельмгольца у розвиток фізики та хімії

1. Опис життя

Герман Людвіг Фердинанд Гельмгольц народився 31 серпня 1821 в сім'ї Потсдамського вчителя гімназії. Батько Германа - Август-Фердинанд-Юліус Гельмгольц (1792-1859) - здобув вищу освіту в Берлінському університеті, де спочатку вчився на теологічному факультеті і займався філософією. У 1813 році, захоплений ідеєю національного відродження Німеччини, він вступив добровольцем до війська і, незважаючи на слабке здоров'я, два роки провів у походах. Після укладення миру він знову вступив до університету, цього разу на факультет філології. Він витримав в 1820 році спеціальний іспит і отримав місце старшого вчителя в гімназії Потсдама. У перший рік свого учительства він одружився на Кароліні Пенн, дочки артилерійського офіцера, що походив по чоловічій гілки від відомого американця, а по жіночій - з родини Соваж, що переселилася в Німеччину на початку XIX століття і належить до гугенотів; так що, як і брати фон Гумбольдти, Герман Гельмгольц почасти француз. У гімназії Август-Фердинанд викладав німецьку мову, філософію, тлумачив Платона, читав Гомера, Вергілія, Овідія і навіть деякий час викладав математику і фізику. Улюбленим предметом, однак, була грецька література і культура. Як видатний педагог в 1827 році він був призначений субректором, а рік потому отримав звання професора. Учителем гімназії, в яку скоро піде вчитися його син Герман, він залишався до 1857 року, потім вийшов у відставку, отримавши пенсію.

Крім нього, в сім'ї пізніше з'явилися дві дівчинки і хлопчик. У дитинстві Герман ріс кволою дитиною, часто і довго хворів. Кожна хвороба змушувала його батьків здригатися, побоюючись за свого первістка. Рано виявився й деякий недолік в його розумовому складі: слабка пам'ять на речі, що не мають внутрішнього зв'язку. Він насилу розрізняв праву і ліву сторони. Пізніше, коли в школі вивчав мови, він важче ніж інші, запам'ятовував неправильні граматичні форми, особливо мовні звороти. Історію він ледь подужав, дуже важко було вчити напам'ять уривки в прозі. Цей недолік тільки посилився з роками і став лихом його старості. Коли в класі читали Цицерона або Вергілія, він під столом обчислював хід променів в телескопах і вже тоді знайшов деякі оптичні теореми, про які нічого не говорилося в підручниках.

12 вересня 1838 Герман закінчив гімназію, і постало питання про вибір кар'єри. З наук його найбільше приваблювало природознавство. Однак відсутність необхідних коштів для того, щоб присвятити себе чистій науці, змусило батька Германа відрадити синові йти на природничий факультет, і Герман зважився присвятити себе вивченню медицини як галузі, яка може допомогти йому так влаштуватися в майбутньому, щоб не переривати своїх занять фізикою та математикою. До цього приєдналося ще одне сприятливу обставину, яке і вирішило все справа; єдиним родичем, причетним до науки в сім'ї Гельмгольца, був Муренін, який займав видну посаду. Він взявся поклопотатися, щоб Германа взяли на державний рахунок в Військовий Медико-хірургічний інститут Фрідріха-Вільгельма в Берліні, який готував військових лікарів.

Сімнадцятирічний студент у першому семестрі вивчає фізику, хімію і анатомію. Крім цих головних предметів, він за перший рік прослухав логіку, історію, латинський і французьку мови. Вільний час протягом канікул і свят Герман присвячував читанню Гомера, Байрона, Біо і Канта. Герману пощастило не тільки з однокурсниками (з ним вчилася ціла плеяда майбутніх корифеїв фізіології, що склала колір німецької науки: Карл Людвіг, Дюбуа-Реймон, Брюкке, Вірхов, Шванн), але і з викладачем фізіології Йоганнесом Мюллером, світилом німецької фізіологічної науки.

Під впливом знаменитого фізіолога Йоганна Мюллера, Гельмгольц присвятив себе вивченню фізіології і по прослушаніі курсу інституту захистив 2 листопада 1842 Герман докторську дисертацію латинською мовою «Про будову нервової системи безхребетних». Цю тему йому запропонував сам Мюллер. У цій дисертації він вперше довів, що відомі елементи нервової тканини, нервові клітини і волокна, з'єднані один з одним і складають частини нерозривного цілого.

Обов'язковою для випускників королівського медико-хірургічного інституту була восьмирічна військова служба, яку Гельмгольц проходив з 1843 року в Потсдамі, в якості військового лікаря. Жив він в казармі і вставав о 5:00 ранку за сигналом кавалерійської труби. Але ескадронний хірург гусарського полку знаходив час і для занять наукою. У 1845 році він прощається з військовою службою і їде до Берліна для підготовки до державних іспитів на звання лікаря. Гельмгольц старанно займається в домашній фізичній лабораторії Густава Магнуса.

1 червня 1847 Гельмгольц був переведений в королівський полк Gardes-du-Corps, що знаходився також у Потсдамі. Гельмгольц познайомився з сімейством Фельтон, глава якого був військовим лікарем. Молода Ольга фон Фельтон, з якою Гельмгольц часто грав на роялі, читав вірші і брав участь у виставах, справила на нього незабутнє враження, і 11 березня 1847 він був з нею заручений. 30 вересня 1848, прослуживши 6 років військовим лікарем, Гельмгольц був проведений в старші лікарі. Олександр Гумбольт допоміг Гельмгольцу звільнитися від решти трьох років обов'язкової служби і сприяв його призначенню на місце Брюкке в Академію мистецтв і анатомо-зоологічний музей. Академія і Мюллер були цим дуже задоволені. Але тільки-но Гельмгольц освоївся в нових умовах, як вже наступного року його чекало нове призначення.

У 1849 році за рекомендацією свого вчителя, знаменитого фізіолога Йоганна Мюллера, він був запрошений на посаду професора фізіології і загальної анатомії в Кенігсберг. Гельмгольц високо цінував вплив свого професора-керівника Йоганна Мюллера і тримався його напряму. Недарма він говорив про нього: «Хто раз прийшов в зіткнення з людиною першокласною, у того духовний масштаб змінений назавжди - той пережив найцікавіше, що може дати життя…».

У серпні 1853 Гельмгольц, залишивши дружину з двома дітьми у рідних, почав першу подорож до Англії, де познайомився з Фарадеєм.

У 1854 році тихе, щасливе життя була затьмарено смертю його матері. У той же час туберкульоз дружини почав погрожувати її здоров'ю. Гельмгольц став вживати заходів, щоб переселитися в інше місто, де клімат був м'якше, і така можливість йому випала, коли звільнилася кафедра фізіології та анатомії в Бонні. У 1855 році він отримав призначення на кафедру анатомії і фізіології в Боннський університет, де пропрацював до 1858 року.

У 1858 році Гельмгольц стає професором фізіології в Гейдельберзі, де він багато й успішно займався фізіологією зору. До речі кажучи, тут вже працювали професорами два його близьких друга - Бунзен і Кірхгоф.

Перші роки після переїзду в Гейдельберг були для Гельмгольца пов'язані з важкими сімейними переживаннями. 6 червня 1859 помер його батько. Ця втрата була дуже важка, тому що з батьком протягом усього життя у нього склалися не тільки близькі родинні, але й дружні відносини, чому свідчить листування, де переплітаються чисто сімейні й особисті питання зі складними філософськими проблемами про систему Фіхте, Гегеля, Шеллінга. Дивовижний пейзаж Гейдельберга порушило загострення важкої хвороби дружини.

28 грудня 1859 Ольга Гельмгольц померла. У зв'язку з важким нервовим станом і втомою у Гельмгольца почастішали непритомні стани, які бували й раніше. На його руках залишилися двоє маленьких дітей. Через рік він зробив пропозицію Ганні Моль, племінниці професора перської мови в одному із університетів Парижу. Анна більшу частину свого життя провела в Парижі та Лондоні, була високоосвіченою дівчиною. Після повернення Гельмгольца з Англії 16 травня 1861 відбулося весілля з Ганною фон Моль. 22 листопада 1862 Гельмгольц обирається проректором Гейдельберзького університету. У 1864 році Гельмгольц вдруге побував в Англії. У Лондоні він відвідав Тиндаля і Фарадея, прочитав лекцію в Королівському товаристві, присвячену нормальним рухам людського ока у зв'язку з бінокулярним зором.

У 1870 році стає членом Прусської академії наук.

З березня 1871 Гельмгольц стає професором Берлінського університету. Він очолив вакантну, після смерті відомого професора фізики Густава Магнуса, кафедру фізики. З цього приводу його давній друг, Дюбуа - Реймон, зауважив: «Сталося нечуване справа: медик і професор фізіології зайняв головну фізичну кафедру Німеччини».

Після Магнуса Гельмгольц одержав у спадщину маленьку і незручну лабораторію; вона була першою в Європі по часу заснування, а він - другим за часом її керівником. У маленькій лабораторії йому було тісно і незатишно, і тоді за сприяння уряду він вибудував в 1877 році палац науки, іменований нині Фізичним інститутом Берлінського університету, яким керував до 1888 року.

У цьому ж році - 15 жовтня - Гельмгольц обирається ректором Берлінського університету

У 1888 році Гельмгольц призначається директором знову заснованого урядового фізико-технічного інституту в Шарлотенбург - Центру німецької метрології, в організації якого він брав найактивнішу участь. У той же час учений продовжує читати лекції теоретичної фізики в університеті.

У 1888 році імператор Німеччини Фрідріх III звів його у дворянський титул, а в 1891 році вже імператор Вільгельм II зробив його таємним радником, подарував титул Excellenz і зробив його членом ордена Чорного Орла. У тому ж 1891 удостоївся найвищої нагороди Франції - зірки ордена «Почесного легіону». Також місто Берлін обрало його своїм почесним громадянином.

На жаль, не тільки радісні події чекали Гельмгольца в старості. Його син Роберт, що подавав великі надії у фізиці передчасно помер у 1889 році, залишивши недороблену наукову роботу.

За рік до своєї смерті Гельмгольц відправляється на Всесвітню виставку в Чикаго. Повертаючись з подорожі по Америці, він підслизнувся, входячи до каюти, і поранив голову, що, мабуть, мало важкі наслідки і могло послужити причиною подальшого захворювання. Поступово розвинувся параліч рухів, почалася хвороба, котрі у сукупності призвели до летального результату.

8 вересня 1894 року життя Герман Гельмгольц пішов з життя.

Похований у Берліні. Там же, перед Берлінським університетом, йому був поставлений мармуровий пам'ятник.

2. Науковий внесок

Його наукова робота почалася з успішного захисту докторської дисертації на латинській мові «Про будову нервової системи безхребетних». Виконував її він під керівництвом Йоганна Мюллера, який сам і запропонував йому цю тему. У цій дисертації він вперше довів, що відомі елементи нервової тканини, нервові клітини і волокна, з'єднані один з одним і складають частини нерозривного цілого. У журналі Мюллера Герман Гельмгольц опублікував в 1845 році роботу «Про витрачання речовини при дії м'язів». У тому ж 1845 молоді вчені, що групувалися навколо Магнуса і Мюллера, утворили Берлінське фізичне товариство. До нього увійшов і Гельмгольц. З 1845 року товариство, що перетворилося в подальшому в Німецьке фізичне товариство, стало видавати перший реферативний журнал «Успіхи фізики».

Вже в першому томі цього журналу, що вийшов в Берліні у 1847 році, був надрукований огляд, виконаний Гельмгольцем з теорії фізіологічних теплових явищ. 23 липня 1847 він зробив на засіданні Берлінського фізичного товариства доповідь «Про збереження сили». Він намагався опублікувати цю геніальну роботу в науковому журналі, але її не оцінили, тоді він видав її в 1847 році окремою книгою.

Авторитети того часу трохи відкидали справедливість цього закону. Однак, Гельмгольц був не самотній. Його підтримала наукова молодь, і, перш за все, майбутній знаменитий фізіолог Дюбуа-Реймон і молоде Берлінське фізичне товариство.

Отже, Гельмгольц математично обгрунтував проголошений ще у XVIII столітті Ломоносовим закон збереження енергії, показавши його загальний характер, і застосував цей закон у фізіології. Він об'єднав цією роботою фізичні, хімічні та біологічні науки, яким принцип збереження енергії дав міцну основу і поклав підставу всесвітньої популярності Гельмгольца.

Також хочу додати, що на відміну від своїх попередників він пов'язує закон з принципом неможливості вічного двигуна.

Таким чином, закон збереження енергії - фундаментальний закон природи, встановлений емпірично і полягає в тому, що для ізольованої фізичної системи може бути введена скалярна фізична величина, яка є функцією параметрів системи і звана енергією, яка зберігається з часом. Інакше коротко кажучи: енергія не може зникати безслідно або виникати з нічого.

Сформулювавши цей принцип, Герман Гельмгольц розглядає його застосування в різних часткових випадках, одним з яких є перший закон термодинаміки - теплота, підведена до системи, вітрачається на зміну її внутрішньої енергії та виконання роботи проти зовнішніх сил (роботи розширення) - це основне формулювання.

І ось ще два інших: в ізольованій системі запас внутрішньої енергії постійний і неможливо побудуваті вічний двигун першого роду, який би виконував роботу без підведення енергіїї зовні (вічний двигун першого роду - пристрій, здатно нескінченно довго виконувати роботу без витрат палива або інших енергетичних ресурсів).

З 1849 року Гельмгольц працює професором фізіології в університет Кенігсберга і тут, в процесі своїх досліджень, він сконструював ряд оригінальних вимірювальних приладів. Велике поширення в різноманітних фізіологічних дослідженнях та медицині отримав сконструйований ним офтальмоскоп, який дав можливість спостерігати очне дно, та офтальмометр - для визначення радіуса кривизни очної рогівки.

Кенігсбергський період наукової діяльності Гельмгольца був найбільш продуктивним. Там же він розвинув фізіологічну теорію слуху, за якою в основі здатності тварин і людини розрізняти один звуковий тон від іншого лежить явище резонансу. Звук певної висоти призводить в коливальний рух не всю основну звукову мембрану, а тільки якусь одну групу її волокон, резонують на дану звукову частоту.

Праці Гельмгольца в фізіології присвячені також вивченню нервової і м'язової систем. Він виявив і виміряв теплоутворення в м'язі термоелектричним методом (1845-1847) і, користуючись ним же розробленою графічної методикою, детально вивчив процес м'язового скорочення (1850-1854) в дослідах на жабі. Тоді Гельмгольц задався цією метою. Його вчитель, Мюллер, засумнівався в можливості виміряти швидкість проходження збудження по нервам, т.к. це дуже малий проміжок часу. Як же виміряти швидкість пересування збуджень по нервам? Та й чи можливо це? Будучи майстерним експериментатором, Гельмгольц взявся за вирішення цієї задачі, запропонувавши геніальне за простотою рішення.

Він підводив електричний струм до нерва жаби у якої-небудь її м'язи. Струм збуджував нерв, м'яз відповідав на це роздратування скороченням. Потім він дратував електричним струмом той же нерв не у самого м'яза, а на деякій відстані від нього. М'яз знову скорочувався, але трохи пізніше, ніж у перший раз. Ця різниця в часі, розділена на довжину ділянки нерва між двома точками, де прикладався електричний струм, показувала швидкість, з якою роздратування минуло по нерву. У жаби, на якій проводився експеримент, поширення збудження по нервах дорінювало 27 метрів в секунду. Ця цифра трішки відрізнялася від тієї фантастичною цифри, яку називали вчені у той час, а саме - 300 000 кілометрів на секунду!

Далі у 1867-1870 роках спільно з російським вченим Н. Бакстом він виміряв швидкість поширення збудження у нервах в людини.

Не менше Гельмгольц зробив і для вивчення слуха та вуха (фізіологічна акустика). У 1863 році вийшла його книга «Вчення про звукові відчуття як фізіологічна основа акустики».

З переїздом до Берліна (в 1871 році) Герман Гельмгольц присвячує себе виключно фізиці, причому вивчає її найбільш складні області: електродинаміку, гідродинаміку і явища електролізу у зв'язку з термохімією. У 1881 Гельмгольц формулює закони збереження енергії в хімічних процесах і вводить поняття вільної енергії. Це енергія, яку необхідно надати тілу для приведення його у термодинамічну рівновагу з навколишнім середовищем (F = U-TS, де U є внутрішня енергія, S - ентропія, T - температура).

Також він заклав основи теорій вихрового руху рідин і аномальної дисперсії Математичними дослідженнями таких явищ як атмосферні вихори, грози і глетчери Гельмгольц закладає основи наукової метеорології. Ряд технічних винаходів Гельмгольца носить його ім'я.

У 1888 році, після призначення його президентом Фізико-технологічного державної установи, він створює різні праці з фізики, біофізики, фізіології, психології.

Таким чином, діяльність Гельмгольца розділяється на 2 напрямки: як фізіолога до 1871 року і як фізика з 1871 до 1894 року. Однак, до фізики він звертався постійно, навіть до 1871 року. Завдяки різнобічному характеру своєї педагогічної діяльності він подарував Європі учнів - фахівців з різних галузей природознавства.

Найостаніші роботи вченого, написані в 1891-1892 роках, відносяться до теоретичної механіки.

3. Філософія

Будучи послідовником кантіанської філософії, на основі принципу специфічних енергій І. Мюллера і теорії локальних знаків Р.Г. Лотце розробляв власну теорію сприйняття, «теорію ієрогліфів». Відповідно до цієї теорією, суб'єктивні образи не мають схожості з об'єктивними властивостями сприймаються предметів, але являють собою лише їх знаки. Для нього сприйняття уявлялося двоступінчастим процесом. В основі лежить відчуття, якість та інтенсивність якого обумовлені вродженими (апріорними) механізмами, специфічними для даного органу сприйняття. На основі цих відчуттів вже в реальному досвіді утворюються асоціації. Таким чином актуальне сприйняття визначається вже наявними в індивіда «звичними способами», за рахунок яких зберігається сталість видимого світу. Описав на основі цієї концепції механізми сприйняття простору, в якому на перший план висувалася роль м'язових рухів.

4. Пам'ять

- У 1935 році Міжнародний астрономічний союз присвоїв ім'я Гельмгольца кратеру на видимій стороні Місяця.

- Ім'я Гельмгольца присвоєно Московському НДІ очних хвороб.

- Медаль Гельмгольца вручається з 1892 року.

Список використаних джерел інформації

гельмгольц фізик філософія

1) https://ru.wikipedia.org

2) to-name.ru/biography/

3) www.physchem.chimfak.rsu.ru

4) lechebnik.info

Размещено на Allbest.ru