Англия
Гипотеза о существовании невидимых «тепловых» лучей является весьма древней.
В последней четверти XVIII в. широкое применение паровых машин в металлургической и химической промышленности, тесно связанных с тепловыми процессами, стимулировало развитие учения о теплоте.
Открыте Уильямя Гершеля (1800 г.)
Фридрих Вильгельм (Уильям) Гершель родился в Ганновере (Германия) 15 ноября 1738 г. С детства занимался музыкой и играл в оркестре, как и его отец. В возрасте 19 лет перебрался в Англию, где приобрёл известность как музыкант и преподаватель музыки. Интерес к музыкальной теории привёл Гершеля к математике. От неё увлечение перешло на оптику, через которую он познакомился с астрономией. Не имея средств для покупки телескопа, Гершель стал сам шлифовать зеркала и конструировать телескопы, а в дальнейшем сам изготавливал оптические приборы как для собственных наблюдений, так и на продажу. В области астрономии Гершелю принадлежат множество достижений и открытий: изготовление самого большого телескопа своего времени, открытие планеты Уран, открытие спутников Сатурна и Урана, открытие двойных и кратных звёзд, составление каталогов звездных скоплений и туманностей. На сайте вы найдете отдельную статью о выдающейся личности Уильяма Гершеля.
В начале 1800 г. Гершель заметил, что стекла различных цветов, употребляемые как светофильтры телескопов, по-разному поглощают свет и тепло солнечных лучей. Это показалось Гершелю любопытным, и он провел серию опытов для того, чтобы уточнить распределение интенсивности теплового воздействия по спектру солнечных лучей, получаемому посредством стеклянной призмы. Помещая чувствительный термометр с зачерненным шариком и каждую цветную полосу солнечного спектра, Гершель обнаружил, что показания термометра увеличиваются по мере продвижения от фиолетовой полосы к красной. У него возникла мысль, что возрастающее тепловое действие лучей не должно оборваться на красных лучах, дающих максимум теплоты. Впервые в истории науки Гершель стал измерять температуру за пределами спектра и обнаружил существование невидимых лучей, «обладающих наибольшей нагревательной силой».
О своем открытии Гершель сделал сообщение на заседании Лондонского Королевского общества 27 марта 1800 г. Спустя примерно месяц он сделал второе сообщение о проведенных двадцати экспериментах, которые показали, что невидимые тепловые лучи отражаются и преломляются так же, как и видимый свет. В этих экспериментах Гершель использовал металлическое зеркало, установленное под углом 45° за пределами красной полосы спектра, а также стальное вогнутое зеркало и стеклянную призму.
Придерживаясь корпускулярной теории света Ньютона, он утверждал, что «лучистая теплота идентична со светом». В процессе дальнейших исследований свойств теплового излучения Гершель стал сомневаться в правильности этого вывода и уже в третьем сообщении (15 мая 1800 г.) пытался доказать «поразительные существенные различия между светом и теплотой». В частности, он отмечал различия в прохождении лучей через разные вещества. «Оба вида лучей, — писал Гершель, — подчинены различным законам сродства, и, следовательно, они по своей природе различны, несмотря на то, что имеют большое подобие в отношении преломления и отражения».
Любопытно, что за пределами собственно астрономии и ближайших к ней областей физики научные взгляды Гершеля были весьма причудливы. Он, например, полагал, что все планеты обитаемы, что под горячей атмосферой Солнца находится плотный слой облаков, а ниже — твердая поверхность планетарного типа, и т. п.
Продолжение исследований
Открытие Гершеля произвело сильное впечатление на его современников, однако, недостаточная убедительность некоторых его опытов и сомнения самого Гершеля послужили поводом для противоречивых толкований его открытия. Наиболее рьяным противником идеи существования невидимого излучения, способного производить тепловые эффекты, выступил английский физик Джон Лесли — профессор Эдинбургского университета. Он утверждал, что понятие о невидимых лучах содержит в себе внутреннее противоречие и считал, что «воображаемые невидимые солнечные лучи являются ничем иным, как нагретым воздухом, окружающим светящееся тело».
Для проверки результатов Гершеля Лесли самостоятельно провел аналогичный эксперимент, разложив солнечный спектр с помощью призмы из флинтгласа. Измерение температуры производилось специально сконструированным для этого эксперимента дифференциальным ртутным термометром.
Лесли обнаружил увеличение показаний термометра по мере продвижения от голубой полосы спектра к красной, где температура была максимальной. За пределами же красной полосы не было замечено никакого увеличения температуры. Лесли утверждал, что опыты Гершеля выполнены недостаточно тщательно, подвержены многочисленным неточностям и вообще представляются «неразумной затеей».
Лесли поддержал ректор Эдинбургского университета Давид Брюстер, который считал, что в опытах Гершеля нагревались сами призмы и испускали тепловые лучи. Критика Лесли, несмотря на ошибочное отрицание реального существования инфракрасных лучей, имела и положительное значение. Она вскрыла непоследовательность в рассуждениях Гершеля и явилась толчком для развязывания дискуссии, способствовавшей выяснению природы теплового излучения.
Одним из первых признал открытие Гершеля Пьер Прево. Он считал его решительным доказательством аналогии между световыми и тепловыми лучами. «Различие между прохождением света и теплоты сквозь тела, — писал он, — не свидетельствуют о различии или тождестве света и теплоты». Идеи Гершеля были поддержаны также английским физиком Томасом Юнгом, который уже в 1802 г. высказал предположение о том, что световые лучи отличаются от тепловых лишь частотой колебаний. По его мнению, открытие Гершеля о меньшей преломляемости невидимых лучей по сравнению с видимыми явилось крупнейшим со времен Ньютона.
Вслед за открытием Гершеля целая плеяда исследователей начала искать положение участка в спектре, соответствующего максимуму теплового эффекта. Среди них следует назвать Энглфилда, Вюнша, Берара и Поуэла. Большую ясность в противоречивые результаты, полученные ими, внес Зеебек, показав, что в призмах из флинтгласа такой максимум всегда обнаруживается за пределами красного конца спектра.
К 1830 г. опыты Гершеля были повторены в достаточном количестве для того, чтобы считать окончательно установленным факт существования невидимых лучей, расположенных за красной частью видимого солнечного спектра. Эти лучи позже были названы французским физиком Беккерелем инфракрасными.
Ссылка на источник: http://teplonadzor.ru/otkrytie-ik-izlucheniya/