А.Ф. Йоффе и его изобретения

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ

СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МИНЕРАЛОВОДСКИЙ РЕГИОНАЛЬНЫЙ МНОГОПРОФИЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ

Реферат

Тема: Абрам Федорович Иоффе и его изобретения

Выполнила

Инаркиева Зульфия

Учащаяся группы № 106

Проверила

Пономарева А. И.

Преподаватель физики

Минеральные Воды, 2015

Введение

Абрам Фёдорович Иоффе по праву считается отцом советской физики, его открытия подняли престиж учёных-физиков молодой страны советов в научном мире, а основанные академиком высшие школы и институты до сих пор ежегодно выпускают квалифицированных специалистов. физика йоффе научный

А.Ф.Иоффе - автор множества монографий и учебников. Большой популярностью пользовались его Лекции по молекулярной физике (1919), им был написан 1- й том Курса физики - «Основные понятия из области механики. Свойства тепловой энергии. Электричество и магнетизм» (1927, 1933, 1940), а также (совместно с Н.Н.Семёновым) первая часть 4 -го тома «Молекулярная физика» (1932, 1935), «Основные представления современной физики» (1949), «Физика полупроводников» (1957).

В середине 1930- х годов под руководством Иоффе прошло обсуждение принципов построения курса физики для технических вузов? одним из результатов этих бурных дискуссий стало издание замечательного курса общей физики Г.С.Ландсберга.

Подводя итоги многолетней деятельности академика А.Ф.Иоффе, можно выделить главные достижения его научной работы: измерение заряда электрона? обнаружение и измерение магнитного поля катодных лучей? открытие внутреннего фотоэффекта кристаллов? открытие и исследование механизма электропроводности ионных кристаллов? объяснение величины реальной прочности кристаллов («эффект Иоффе»)? открытие эффекта прерывистой деформации кристаллов, сопровождаемой акустической эмиссией? создание теории туннельного выпрямления на границе металл полупроводник? исследование электропроводности полупроводников в сильных и слабых полях.

Кроме научных достижений важнейшей его заслугой считается создание советской школы физиков, из которой вышли многие крупные советские учёные. По разнообразию проблем, которыми в 1920 -1930- е годы занимались её представители, по своей многочисленности, по полученным этой школой и её главой результатам, она является едва ли не самой крупной физической школой, сформировавшейся в XX веке.

Во многом успехи школы Иоффе были предопределены личными качествами ученого - его большим талантом физика- экспериментатора, его выдающимися организаторскими способностями, его способностью быстро и точно ориентироваться в сложных проблемах новой физики, рождавшейся в то время, его чутьем к новому.

1. Биография Абрама Федоровича Иоффе

Иоффе Абрам Фёдорович - выдающийся советский физик, один из создателей советской физической школы, пионер исследований полупроводников, академик АН СССР.

В октябре 1880-го у купца Фёдора Васильевича Иоффе и Рашели Абрамовны Вайнштейн (на тот момент домохозяйки) родился мальчик. Датой появления на свет наследника значится - или 17, или 29 октября. Нарекли его в честь деда по линии матери - Абрамом.Семья проживала в городке Ромны, принадлежавшему тогдашней Полтавской губернии.В Ромнах не было гимназии - имелось лишь мужское реальное училище, в которое он и поступил, с 1889 по 1897 обучался в нём.По его окончании он переезжает в Петербург и поступает в Петербургский технологический институт, который оканчивает в 1902 году.

В 1902-м диплом Петербургского Технологического института был получен, после чего Иоффе поступает на должность помощника руководителя лаборатории в университете в Мюнхене, руководимой Вильгельмом Рентгеном. В годы работы в лаборатории Рентгена (1903 -1906) А.Ф.Иоффе выполнил ряд крупных исследований. К их числу нужно отнести прецизионный эксперимент по определению «энергетической мощности» радия. Работы А.Ф.Иоффе по механическим и электрическим свойствам кристаллов, выполненные в мюнхенские годы, носили систематический характер. В процессе их проведения на примере кристаллического кварца им был изучен и правильно объяснен эффект упругого последействия. Изучение электрических свойств кварца, влияния на проводимость кристаллов рентгеновских лучей, ультрафиолетового и естественного света привели А.Ф.Иоффе к открытию внутреннего фотоэффекта, выяснению пределов применимости закона Ома для описания прохождения тока через кристалл и исследованию своеобразных явлений, разыгрывающихся в приэлектродных областях. Все эти работы Иоффе закрепили за ним репутацию физика, глубоко вдумывающегося в механизмы изучаемых им процессов и с исключительной точностью проводящего опыты, расширяющие представления об атомно электронных явлениях в твердых телах.

После блестящей защиты докторской диссертации в Мюнхенском университете в 1905 году А.Ф.Иоффе отказывается от предложения своего учителя Рентгена остаться в Мюнхене для продолжения совместных исследований и преподавательской работы и возвращается в Россию.

Спустя пять лет он уходит в лютеранство, поскольку встретил свою любовь и будущую супругу. Она, в отличие от него самого, не была еврейского происхождения. После этого они смогли пожениться.

С 1906 года А.Ф.Иоффе начал работу в должности старшего лаборанта в Петербургском политехническом институте. В физической лаборатории института Иоффе в 1906 -1917 годах были выполнены блестящие работы по подтверждению эйнштейновской квантовой теории внешнего фотоэффекта, доказательству зернистой природы электронного заряда, определению магнитного поля катодных лучей. В 1911 году А.Ф.Иоффе определил заряд электрона, использовав ту же идею, что и Р.Милликен: в электрическом и гравитационном полях уравновешивались заряженные частицы металла (в опыте Милликена - Комментарии). Однако эту работу Иоффе опубликовал в 1913 году (Милликен опубликовал свой результат несколько раньше, поэтому в мировой литературе эксперимент получил его имя).

2. Научная работа

Первая работа Иоффе, составившая предмет его магистерской диссертации, была посвящена элементарному фотоэлектрическому эффекту и относилась к тому же кругу классических исследований, что и работы Дж.Томсона и Р.Милликенапо определению заряда электрона. Он доказал реальность существования электрона независимо от остальной материи, определил абсолютную величину его заряда, исследовал магнитное действие катодных лучей, представляющих собой поток электронов, доказал статистический характер вылета электронов при внешнем фотоэффекте.

В 1913 году, после защиты магистерской диссертации в Петербургском университете, он был избран экстраординарным профессором. За эти и некоторые другие исследования Академия наук в 1914 году наградила А.Ф.Иоффе премией имени С.А.Иванова. К этим важнейшим циклам исследований А.Ф.Иоффе необходимо добавить еще два: одно из них - теоретическая работа ученого, посвященная тепловому излучению, в которой получили дальнейшее развитие классические исследования М.Планка. Другая работа также была выполнена им в физической лаборатории Политехнического института в соавторстве с преподавателем этого института М.В.Миловидовой- Кирпичевой. В работе исследовалась электропроводность ионных кристаллов. Результаты исследований по электропроводности ионных кристаллов были впоследствии, уже после окончания первой мировой войны, с блеском доложены А.Ф.Иоффе на Сольвеевском конгрессе 1924 года, вызвали оживленную дискуссию у его знаменитых участников, и получили их полное признание. В это же время он становится деятельным членом Отделения физики Русского физико -химического общества, сотрудничая с выдающимся голландским физикомтеоретиком П.Эренфестом, работавшим тогда в Петербурге. При этом он не прекращает исследования, начатые еще в Мюнхене. К этому периоду относятся его работы по изучению рентгеновских лучей и электрических свойств диэлектриков, элементарного фотоэлектрического эффекта и магнитного поля катодных лучей, механической прочности твердых тел и способов ее повышения.

Следующим обширным исследованием Иоффе было продолжение его работы, выполненной в лаборатории Рентгена. Оно было посвящено изучению упругих и электрических свойств кварца и некоторых других кристаллов и легло в основу его докторской диссертации. Обе эти работы отличали феноменальная скрупулезность и аккуратность, а также неизменное стремление свести все наблюдаемые эффекты в единую стройную схему - черты, присущие всем ученикам школы Иоффе.

После защиты докторской диссертации (Петроградский университет, 1915) А.Ф.Иоффе становится профессором кафедры общей физики. Наряду с интенсивной исследовательской работой, А.Ф.Иоффе много сил и времени уделял преподаванию. Он читал лекции не только в Политехническом институте, профессором которого стал в 1915 году, но также на известных в городе курсах П.Ф.Лесгафта, в Горном институте и в университете. Однако самым главным в этой деятельности Иоффе была организация в 1916 году семинара по физике при Политехническом институте. Именно в эти годы А.Ф.Иоффе - сначала участник, а потом и руководитель семинара - выработал тот замечательный стиль ведения такого рода собраний, который создал ему заслуженную известность и характеризовал его как главу школы. Семинар Иоффе в Политехническом институте по праву считается важнейшим центром кристаллической физики. Широкий кругозор и способность предвидения, выдающийся талант ученого и организатора дали Иоффе возможность воспитать большой отряд физиков, показать значение физики для техники и народного хозяйства.

Из школы Иоффе вышли известные советские физики, многие из которых сами стали основателями собственных школ: Нобелевские лауреаты П.Л.Капица и Н.Н.Семенов, академики А.П.Александров, А.И.Алиханов, Л.А.Арцимович, И.К.Кикоин, И.В.Курчатов, П.И.Лукирский, И.В.Обреимов, Ю.Б.Харитон, член корреспондент АН СССР Я.И.Френкель, академик АН УССР А.К.Вальтер, В.Е.Лашкарев, А.И.Лейпунский, К.Д.Синельников и многие другие.

По инициативе А.Ф.Иоффе в октябре 1918 года был создан физико -технический отдел в Рентгенологическом и радиологическом институте в Петрограде, реорганизованный в 1921 году в Физико-технический институт, который более трех десятилетий и возглавлял А.Ф.Иоффе.

В 1918 году он избирается членом корреспондентом, а в 1920 году - действительным членом Российской Академии наук. Наряду с созданием ФТИ А.Ф.Иоффе принадлежит заслуга организации в 1919 году при Политехническом институте факультета нового типа: физико -механического, деканом которого он также был более 30 лет. Факультет стал прообразом учебных заведений такого типа в стране. По его инициативе начиная с 1929 года были созданы Физико- технические институты в крупных промышленных городах (Харькове, Днепропетровске, Свердловске, Томске), Институт химической физики АН СССР.

Научная работа А.Ф.Иоффе была сосредоточена в стенах ФТИ, одной из лабораторий которого он неизменно заведовал. В 1920- е годы основным направлением работы было изучение механических и электронных свойств твердого тела.

Во многих статьях, вышедших из стен ФТИ в 1920 -1940 х годах, фамилии Иоффе нет в числе авторов, хотя его вклад в них виден любому специалисту. Исключительная научная щедрость ученого отвечала его моральным принципам и была составляющей «искусства руководить молодыми сотрудниками», о котором написал его ученик, Нобелевский лауреат Н.Н.Семенов: «Если ты хочешь, чтобы ученик занялся разработкой какой либо новой идеи, сделай это незаметно, максимально стараясь, чтобы он как бы сам пришел к ней, приняв ее за свою собственную... Не увлекайся чрезмерным руководством учениками, давай им возможность максимально проявить инициативу, самим справляться с трудностями».

В 1919- 1923 годах А.Ф. Иоффе - председатель Научно-технического комитета петроградской промышленности, в 1924 -1930 годах - председатель Всероссийской ассоциации физиков. С 1925 года - действительный член АН СССР, в 1927 -1929 и 1942 -1945 годах - вице -президент АН СССР. Еще одна область исследований, где Иоффе были получены важные результаты, - физика кристаллов. В 1916 -1923 годах он изучал механизм проводимости ионных кристаллов, в 1924 году - их прочность и пластичность.

Совместно с П.С.Эренфестом обнаружил «квантовый» характер сдвигов при данной нагрузке, получивший теоретическое объяснение лишь в 1950 е годы, а также открыл явление «упрочнения» материала (эффект Иоффе) - «залечивания» поверхностных трещин. Свои работы по проблемам физики твердого тела Иоффе обобщил в известной книге «Физика кристаллов», написанной по материалам лекций, прочитанных им в 1927 году во время длительной командировки в США.

В 1932 году А.Ф.Иоффе основал в Ленинграде Агрофизический институт, который возглавлял до 1960 года. Начало 1930- х годов ознаменовалось переходом ФТИ на новую тематику. Одним из основных направлений стала ядерная физика. А.Ф.Иоффе, наблюдая стремительный подъем этой области физики, быстро оценил её грядущую роль в дальнейшем прогрессе науки и техники. Поэтому с конца 1932 года физика ядра прочно вошла в тематику работ ФТИ. Собственная научная работа А.Ф.Иоффе с начала 1930- х годов сосредоточилась на другой проблеме - проблеме физики полупроводников, и его лаборатория в ФТИ стала лабораторией полупроводников. Первая работа в этой области была выполнена самим Иоффе совместно с Я.И.Френкелем и касалась анализа контактных явлений на границе металл - полупроводник. Ими объяснялось выпрямляющее свойство такого контакта в рамках теории туннельного эффекта, получившей развитие 40 лет спустя при описании туннельных эффектов в диодах.

Работы по фотоэффекту в полупроводниках привели Иоффе к смелой гипотезе, что полупроводники способны обеспечить эффективное преобразование энергии излучения в электрическую энергию, что послужило предпосылкой к развитию новых областей полупроводниковой техники - созданию фотоэлектрических генераторов (в частности, кремниевых преобразователей солнечной энергии - «солнечных батарей»). Эти исследования положили начало целым направлениям в физике полупроводников, успешно развиваемым в последующие годы его учениками.

За исследования в области полупроводников в 1942 году А.Ф.Иоффе был удостоен Сталинской премии. Иоффе и его учениками была создана система классификации полупроводниковых материалов, разработана методика определения их основных свойств. Изучение термоэлектрических свойств полупроводников послужило началом развития новой области техники - термоэлектрического охлаждения. В Институте полупроводников была разработана серия термоэлектрических холодильников, которые широко применяются во всем мире для решения ряда задач в радиоэлектронике, приборостроении, космической биологии и т.д.

3. Вклад А. Ф. Иоффе в победу ВОВ

Большую роль для развития физической науки сыграл тот факт, что Иоффе нашёл решение проблемы использования теплоэлектрических и термоэлектрических качеств полупроводников. Это явление активно применялось в опытах и позволяло преобразовывать световую и тепловую энергию в электрическую. Абрам Фёдорович приложил руку и к разработке теории термоэлектрогенераторов и того же рода холодильников.

Сделано это было во время войны. Необходим был способ, позволяющий партизанам заряжать аккумуляторы радиопередатчиков. Конечно, партизанским отрядам поставляли новые батареи с помощью самолетов, но этим способом не всегда удавалось воспользоваться. Также были сделаны динамо-машины для подзарядки, которые работали от двигателя автомобиля или от усилий человека, но и они не решили проблемы.

Термоэлектрогенератор ТГ-1

Когда началась Великая Отечественная война физики Ленинградского физико-технического института разработали специально для партизан и диверсионных групп, забрасываемых в тыл противника, термоэлектрогенератор ТГ-1, известный под названием «партизанский котелок». Работами по его созданию руководил один из коллег Иоффе - Юрий Маслаковец, заинтересовавшийся термоэлектрическими явлениями в полупроводниках еще до войны. ТГ-1 действительно был похож на котелок, наполнялся водой и устанавливался на костер.

В качестве полупроводниковых материалов использовались соединение сурьмы с цинком и константан - сплав на основе меди с добавлением никеля и марганца. Разница температур пламени костра и воды доходила до 300° и оказывалась достаточной для возникновения в термоэлектрогенераторе тока. В результате партизаны заряжали батареи своей радиостанции. Мощность ТГ-1 достигала 10 ватт. Выпуск генератора был налажен в марте 1943 года на «НИИ 627 с опытным заводом № 1».

После войны А. Ф. Иоффе и Ю. П. Маслаковец продолжили работы в области термоэлектричества. В 1950 году Иоффе написал работу «Энергетические основы термоэлектрических батарей из полупроводников», где изучил свойства полупроводниковых материалов, позволяющие достичь максимально возможного КПД термогенератора. Промышленность СССР выпускала различные типы генераторов, предназначенных для удаленных местностей, где нет доступа к электрической сети. Был, например, создан, термогенератор ТГК-3, закреплявшийся на стекле керосиновой лампы и позволявший питать радиоприемник.

В годы войны А.Ф.Иоффе участвовал в строительстве радиолокационных установок в Ленинграде, во время эвакуации в Казани был председателем Военно- морской и Военно- инженерной комиссий. Максимальное приближение к практике результатов, достигнутых в фундаментальных областях знания, широчайшее распространение этих знаний - таким было стремление А.Ф.Иоффе. Особенно яркой была инициатива Иоффе в создании знаменитой Лаборатории № 2 (будущего Института атомной энергии, а ныне Курчатовского центра), где в годы войны начались работы по созданию ядерного оружия. Не менее важным стало и предложение А.Ф.Иоффе поставить во главе этих исследований одного из своих учеников - И.В.Курчатова.

В декабре 1950 года, во время кампании по «борьбе с космополитизмом», А.Ф.Иоффе был снят с поста директора и выведен из состава ученого совета института. В 1952 -1955 годах возглавлял лабораторию полупроводников АН СССР. В 1954 году на основе лаборатории организован Институт полупроводников АН СССР, которым академик Иоффе руководил до конца своей жизни.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 28 октября 1955 года Иоффе Абраму Фёдоровичу присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и золотой медали «Серп и Молот».

Заключение

А.Ф.Иоффе - автор множества монографий и учебников. Большой популярностью пользовались его Лекции по молекулярной физике (1919), им был написан 1- й том Курса физики - «Основные понятия из области механики. Свойства тепловой энергии. Электричество и магнетизм» (1927, 1933, 1940), а также (совместно с Н.Н.Семёновым) первая часть 4 -го тома «Молекулярная физика» (1932, 1935), «Основные представления современной физики» (1949), «Физика полупроводников» (1957). В середине 1930- х годов под руководством Иоффе прошло обсуждение принципов построения курса физики для технических вузов? одним из результатов этих бурных дискуссий стало издание замечательного курса общей физики Г.С.Ландсберга. Подводя итоги многолетней деятельности академика А.Ф.Иоффе, можно выделить главные достижения его научной работы: измерение заряда электрона? обнаружение и измерение магнитного поля катодных лучей? открытие внутреннего фотоэффекта кристаллов? открытие и исследование механизма электропроводности ионных кристаллов? объяснение величины реальной прочности кристаллов («эффект Иоффе»)? открытие эффекта прерывистой деформации кристаллов, сопровождаемой акустической эмиссией? создание теории туннельного выпрямления на границе металл полупроводник? исследование электропроводности полупроводников в сильных и слабых полях. Кроме научных достижений важнейшей его заслугой считается создание советской школы физиков, из которой вышли многие крупные советские учёные. По разнообразию проблем, которыми в 1920 -1930- е годы занимались её представители, по своей многочисленности, по полученным этой школой и её главой результатам, она является едва ли не самой крупной физической школой, сформировавшейся в XX веке. Во многом успехи школы Иоффе были предопределены личными качествами ученого - его большим талантом физика- экспериментатора, его выдающимися организаторскими способностями, его способностью быстро и точно ориентироваться в сложных проблемах новой физики, рождавшейся в то время, его чутьем к новому. Его выдающиеся личные качества привлекали к нему многочисленных учеников не только со всей нашей страны, но и из -за границы.

Скончался 14 октября 1960 года в своём рабочем кабинете, две недели не дожив до своего 80- летия. Похоронен на Литераторских мостках Волковского кладбища в Ленинграде (ныне - Санкт- Петербург). На его могиле установлен памятник работы М.К.Аникушина.

Награжден 3 орденами Ленина. Заслуженный деятель науки РСФСР (1933), лауреат Сталинской премии (1942), Ленинской премии (посмертно, 1961). Член -корреспондент Геттингенской (1924), Берлинской (1928) АН. Почетный член Американской Академии наук и искусств в Бостоне (1958), АН Германии «Леопольдина» (1958), Индийской АН (1958). Член Итальянской АН (1959). Почетный доктор Калифорнийского университета (1928), Сорбонны (1945), университетов Граца (1948), Бухареста и Мюнхена (1955). Почетный член Французского, Британского и Китайского физических обществ. Почетный член ВАСХНИЛ (1956). В ноябре 1960 года имя А.Ф.Иоффе присвоено Физико- техническому институту АН СССР. Перед зданием института в 1964 году установлен бюст А.Ф.Иоффе, на зданиях, где он работал, установлены мемориальные доски. Также мемориальная доска установлена за здании бывшего реального училища в городе Ромны, где учился А.Ф.Иоффе (ныне школа № 2). В 2005 году в ознаменование 125 й годовщины со дня рождения А.Ф.Иоффе в этой школе был проведен международный научный семинар «прошлое, сегодняшнее и будущее термоэлектрики». В 1988 году в его честь названо научно -исследовательское судно АН СССР. Его именем названы малая планета. кратер на Луне, площадь в Санкт- Петербурге, улицы в Адлерсхофе (Германия) и Ромнах (Украина).

Литература

1. Академик Абрам Федорович Иоффе (К 60-летию со дня рождения)

2. Абрам Федорович Иоффе (К 75-летию со дня рождения)

3. "Вестник АН СССР",1940

4. "Журнал экспериментальной и теоретической физики",1956, т. 30, вып. 1.

5. Сборник, посвященный семидесятилетию академика А. Ф. Иоффе

Размещено на Allbest.ru