VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Д.И. Менделеев: интересные факты научной биографии
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ГЛАВА1. ВВЕДЕНИЕ
«Сам удивляюсь – чего только я не делывал в своей научной жизни. И сделано, думаю, неплохо» (Д.И. Менделеев).
20 декабря 2017 года в ходе 72-й сессии Генеральная ассамблея ООН провозгласила 2019 год Международным годом Периодической таблицы химических элементов. В 2019 году исполняется 185 лет со дня рождения человека, который 150 лет назад сформулировал Периодический закон и предложил Периодическую таблицу химических элементов, названную впоследствии в его честь, – Дмитрию Ивановичу Менделееву, выдающемуся ученому-энциклопедисту. Два замечательных события – 150 лет со дня создания таблицы химических элементов российским ученым Д.И. Менделеевым и 185 лет со дня рождения Д.И. Менделеева – определили направление исследования, в основе которого лежит выдающаяся роль личности в науке.
Д.И. Менделеев – автор Периодической таблицы химических элементов, о других достижениях ученого-химика знают мало. По словам Д.И. Менделеева, четыре предмета составили его имя, и сам он писал: «По существу четыре предмета составили мне имя: периодический закон, исследование газов, понимание растворов как ассоциаций и «Основы химии». Тут все мое богатство», т.е.область егонаучных исследований, широта его взглядов и видов деятельности выходят за рамки ученого в области химии, приобретая энциклопедические основания. Поэтому выбор темы исследования, его содержание основано на малоизвестных фактах жизни, научно-практической деятельности учёного в области физики и смежных наук.
Практическая значимость исследовательской работы заключается в том, что её результаты могут быть использованы на уроках физики в качестве дополнительного материала в рубрике «историческая справка» и во внеклассной работе.
Цель исследования: сбор и обобщение малоизвестных сведений о Д. И. Менделееве, выдающемся русском учёном-энциклопедисте и его научно-практической деятельности в области физики и смежных науках.
Объект исследования: научно-популярная и библиографическая литература.
Предмет исследования: научная и практическая деятельность Д.И. Менделеева в области физики.
Задачи исследования:
Определить источники информации, из которых можно узнать об исследованиях Д.И. Менделеева в области физики.
Выбрать из различных источников необходимые сведения, составить план изучения информации.
На основе собранной информации доказать, что Д.И. Менделеева можно считать выдающимся русским физиком.
Оформить собранную информацию в виде презентации.
Разработать практическую часть исследования в виде хронологической таблицы жизни и научного творчества русского учёного Д.И. Менделеева в области физики.
Методы исследования:
- теоретический анализ;
- обобщение и систематизация информации по теме исследования;
План изучения:
Сделать краткий обзор сведений о вкладе ученого в развитии российской науки.
Подобрать источники информации, раскрывающие интересные факты жизни и научно-практической деятельности Д.И. Менделеева в области физики и смежных науках.
Обобщить и систематизировать сведения из научно-популярной литературы о практических открытиях Менделеева в области физики.
Подготовить реферат по теме исследования.
Подготовить хронологическую таблицу жизни и научного творчества русского учёного Д.И. Менделеева в области физики.
Составить викторину «Д. И. Менделеев и его физика».
ГЛАВА 2. Д.И. МЕНДЕЛЕЕВ:
ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ НАУЧНОЙ БИОГРАФИИ
В 2019 году научная общественность нашей планеты отметит 150 -леие со дня открытия одного из фундаментальных законов естествознания – периодического закона химических элементов Д.И. Менделеева. Открытие этого закона Ф. Энгельс назвал «научным подвигом» Менделеева, который принёс отечественной науке неувядающую славу и мировое признание. На основе этого закона Менделеев сумел предсказать физические и химические свойства элементов, открытых позднее. И сегодня этот закон, получив соответствующее обоснование в науке, является путеводной звездой в научных исканиях химиков, физиков, геологов и других специалистов.
Краткий обзор сведений о вкладе Д.И. Менделеева в русскую науку:
Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907 гг.) – русский химик, разносторонний ученый, педагог, прогрессивный общественный деятель.
Открыл в 1869 году периодический закон химических элементов – один из основных законов естествознания.
Оставил свыше 500 печатных трудов, среди которых классический «Основы химии» – первое стройное изложение неорганической химии.
Автор фундаментальных исследований по химии, химической технологии, физике, метрологии, воздухоплаванию, метеорологии, сельскому хозяйству, экономике, народному просвещению, тесно связанных с потребностями развития производительных сил в России.
Заложил основы теории растворов, предложил промышленный способ фракционного разделения нефти, изобрел вид бездымного пороха, пропагандировал использование минеральных удобрений, орошение засушливых земель.
Один из инициаторов создания Русского химического общества. - Профессор Петербургского университета (1865-1890 гг.). С 1876 года член-корреспондент Петербургской академии наук, в 1880 году выдвигался в академики, но не был избран, что вызвало резкий общественный протест. Ученый – организатор и первый директор Главной палаты мер и весов.
Начало научной деятельности в Гейдельберге
Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января 1834 года, в Тобольске, в семье директора гимназии Ивана Павловича Менделеева. Он был семнадцатым ребёнком. Семья Менделеевых входила в немногочисленное культурное общество Тобольска, душой которого были ссыльные декабристы. Многие из них – Фонвизин, Свистунов, Муравьёв, Анненковы – были друзьями дома Менделеевых. В 1841 году Дмитрий Менделеев поступил в Тобольскую гимназию, где уже учились его братья.
Особой любовью гимназистов пользовался учитель словесности, а потом инспектор Пётр Павлович Ершов – автор сказочного конька-горбунка. Семьи Ершовых и Менделеевых жили в большой дружбе. Дмитрий Иванович через всю свою жизнь пронёс теплые воспоминания о П.П. Ершове . В 1850 году Менделеев был зачислен в Главный Педагогический институт Петербурга на естественно-математический факультет. В институте работал блестящий профессорский состав: химию читал Воскресенский, математику – Остроградский, физику – Ленц, астрономию – Савич. В 1855 году, закончив институт и получив прекрасную подготовку по физике, математике и химии, Менделеев был назначен старшим учителем естественных наук в Симферополь.
В 1856 году Дмитрий Иванович защитил магистерскую диссертацию «Об удельных объёмах» и начал читать курсы теоретической и органической химии в петербургском университете.
В 1859 году по рекомендации своего учителя — “дедушки русской химии” А.А. Воскресенского — Д.И. Менделеев едет в заграничную командировку в Германию, Францию и Италию. После первых месяцев поездки Д.И. Менделеев решает остаться в Гейдельберге (Германия), где работали известные химики и существовала многочисленная русская колония. Недолгая работа Д.И. Менделеева показала, что в прославленной бунзеновской лаборатории нет необходимых ему приборов, что даже весы «куда как плоховаты», что «все интересы этой лаборатории, увы, самые школьные». И Дмитрий Иванович устраивает собственную домашнюю лабораторию, заказав ряд точных приборов в Германии и во Франции, куда он специально для этого выезжал. Именно здесь, в Гейдельберге, в самом начале научной деятельности, очень ярко выделилась одна из характерных черт будущего учёного – самостоятельность мышления.
Из воспоминаний И.М. Сеченова:
«В Гейдельберге, тотчас по приезде, я нашел большую русскую компанию: знакомую мне из Москвы семью Т.П. Пассек (мать с тремя сыновьями), занимавшегося у Эрленмейера химика Савича, трех молодых людей, не оставивших по себе никакого следа, и прямую противоположность им в этом отношении – Дмитрия Ивановича Менделеева. Позже – кажется зимой – приехал А.П. Бородин. Менделеев сделался, конечно, главою кружка, тем более что, несмотря на молодые годы (он моложе меня летами), был уже готовым химиком, а мы были учениками. В Гейдельберге в одну из комнат своей квартиры он провел на свой счет газ, обзавелся химической посудой и с катетометром от Саллерона засел за изучение капиллярных явлений, не посещая ничьих лабораторий.
… В эти месяцы я отправился в лабораторию Менделеева; он дал мне тему, рассказав, как приготовлять вещество, азотистометиловый эфир, что делать с ним, дал мне комнату, посуду, материалы, и я с великим удовольствием принялся за работу, тем более что не имел до того в руках веществ, кипящих при низких температурах, а это кипело при 12 °C. Результаты этой ученической работы описал сам Дмитрий Иванович. Быть учеником такого учителя, как Менделеев, было, конечно, и приятно, и полезно, но я уже слишком много вкусил от физиологии, чтобы изменить ей, и химиком не сделался».
Занимаясь изучением поверхностного натяжения жидкостей (ни Бунзен, ни Кирхгоф, ни другие учёные Гейдельберга этим не занимались. В середине XIX века Р.В. Бунзен считался признанным мировым лидером в области получения чистых препаратов химических элементов. Вместе с Г. Кирхгофом они открыли закон о совпадении частоты излучения и поглощения света в спектрах химических веществ. Это открытие положило начало целой области прикладных исследований — спектроскопии, или спектральному анализу и стало настоящей вехой в истории экспериментальной и прикладной науки)Менделеев пришёл к выводу о существовании некоторой температуры, названной им температурой абсолютного кипения, при которой поверхностное натяжение равно 0. При этой температуре исчезают различия между жидкостью и паром, их свойства становятся одинаковыми, а удельная теплота парообразования равна 0. Менделеев показал, что пар, нагретый до температуры абсолютного кипения, никаким повышением давления невозможно превратить в жидкость. Эта работа Менделеева была опубликована в 1861 году, а его выводы о критическом состоянии вещества были подтверждены экспериментально спустя 8 лет Томасом Э́ндрюсом, ирландским физико-химиком, одним из основоположников учения о сверхкритическом состоянии вещества. В Гейдельберге Д.И. Менделеев не только открыл температуру абсолютного кипения, но исследовал капиллярность — процесс, в котором проявляется действие сил сцепления, по которым, как считал Менделеев, можно судить о свойствах атомов, об их сходствах и различиях. В своих работах он руководствовался принципом единства физических и химических явлений, считая, что они представляют собой только различные проявления каких-то основных свойств вещества.
В 1861 году возвратившись в Петербургский университет он пишет: «Все воззрения, встреченные мною в Западной Европе, представляли для меня мало нового...».
Об упругости газов
Д.И. Менделеев интересуется уже другой проблемой — коэффициентом расширения тел. С 1863 по 1872 г. Дмитрий Иванович заведует химической лабораторией Технологического института.
В 1872 году Менделеев приступил к изучению упругости газов, и в 1874 году предложил обобщенное уравнение состояния идеального газа, включающее как частность зависимость состояния газа от температуры, которую обнаружил в 1834 году французский физик и инженер Бенуа́ Поль Э ми́ль Клапейро́н. Уравнение зависимости между Т, V и P газа для 1 моля вывел Д.И. Менделеев. Обобщённое уравнение состояния идеального газа с универсальной газовой постоянной – R н азывается уравнением Клайперона – Менделеева, которое и имеет вид. Кроме того, Дмитрием Ивановичем была предложена собственная термодинамическая шкала температур.
В своей работе "Об упругости газов" (1875 г.) Д. И. Менделеев предложил ряд усовершенствований катетометров, позволявших улучшить качество измерения. Под его руководством студентами в мастерских института был изготовлен катетометр. Все металлические части катетометра изготовлялись из материалов с одинаковым коэффициентом расширения, все подвижные части снабжались противовесами, позволяющими уравновешивать катетометр. Катетометр, изготовленный под руководством Д.И. Менделеева, хранится в Музее истории Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). Катетометры используют во всех областях промышленности, научно-исследовательских институтах и вузах. Этими приборами измеряют температуру, атмосферное давление газов и жидкостей, сечение капиллярных трубок, деформацию образцов при повышенной и пониженной температурах; в малодоступных для контроля местах, вакуумных установках.
Всего Менделеев издал 54 труда, посвященных газам и жидкостям. Самыми известными в этом цикле стали «Опыт химической концепции мирового эфира» (1904) и «Попытка химического понимания мирового эфира» (1905). В своих работах ученый использовал вириальные изложения (т.е. использовал Теорему вириала, которая утверждает, что для системы взаимодействующих частиц, находящихся в состоянии динамического равновесия, в том случае, когда все силы, действующие на частицы, являются внутренними по отношению к системе и обратно пропорциональны квадрату расстояния, средняя кинетическая энергия частиц равна половине среднего значения потенциальной энергии системы взаимодействующих тел, взятой с обратным знаком- это закон сохранения энергии для замкнутой системы ) и тем самым заложил основы современных уравнений для реальных газов.
В тесной связи с работами по газам Менделеев занимается вопросами, касающимися сопротивления жидкостей, воздухоплавания и метеорологии, и публикует по этому поводу две ценных монографии. Его труд «О сопротивлении жидкостей и воздухоплавание», по словам Н.Е. Жуковского – отца русской авиации мог служить руководством для лиц, занимающихся кораблестроением, воздухоплаванием и баллистикой.
Золотая медаль французской Академии аэростатической метеорологии.
Учёный интересовался не только теоретическими предметами, но и прикладными изобретениями. Конец XIX века прошел под знаком повышенного интереса к зарождавшемуся воздухоплаванию. Разумеется, русский эрудит не мог не обратить внимания на этот символ будущего. В 1875 году он создал проект собственного стратостата. Теоретически аппарат мог подниматься даже в верхние атмосферные слои. На практике первый такой полет произошел только пятьдесят лет спустя. Дмитрий Менделеев считал: «Профессор, который только читает курс, а сам не работает в науке и не двигается вперед, — не только бесполезен, но прямо вреден. Он вселит в начинающих мертвящий дух классицизма, схоластики, убьет их живое стремление». Он был большим апологетом воздухоплавания, считая, что полеты в небо могут многое прояснить в вопросах метеорологии, а наблюдения за солнечной короной во время затмения светила может дать ключ к пониманию вопросов, связанных с происхождением миров. Особенно его привлекала появившаяся в то время идея о происхождении тел из космической пыли, а также участие в этом процессе солнечной короны.
Поэтому неудивительно, что Российское техническое общество, изготовив воздушный шар объемом в 700 м3 под названием «Русский», обратилось именно к Дмитрию Ивановичу с предложением наблюдать с этого шара полное солнечное затмение, которое должно было состояться 7 августа (то есть 19-го августа по новому стилю) 1887 года. По предложению Менделеева шар этот наполнили не светильным газом, а водородом, что позволяло подняться на большую высоту. Наблюдать затмение должны были в подмосковном Клину. Накануне в гости к Менделееву приехал его друг художник Василий Перов. Узнав о предполагаемом полете, он стал умолять нашего героя взять его с собой, чтобы сделать высотные зарисовки. Но в день солнечного затмения погода подобным полетам не способствовала, накануне прошел сильный дождь, шар намок и не смог поднять не только «лишнего» пассажира, но даже и двух человек, то есть Менделеева и пилота-аэронавта Александра Кованько.
Однако Менделеев был полон решимости подниматься в воздух даже в одиночестве, и по его настоянию Кованько покинул корзину, предварительно
прочитав ученому целую лекцию об управлении шаром. Лекцию взволнованный Менделеев практически не слышал – его и привлекала и, по собственному признанию, невероятно пугала перспектива подниматься в небо в полном одиночестве и при полном отсутствии какого-либо опыта в воздухоплавании. Как показало дальнейшее, страхи его были небезосновательны и полет в непогоду оказался очень мало похож на подъем в грузовом лифте, так что полет этот вполне можно считать настоящим подвигом.
Шар стал подниматься и только тут Менделеев окончательно понял, в какое рискованное предприятие он ввязался. Ветер крутил корзину, мотал ее из стороны в сторону, с управлением получалось плохо, Менделеев в отчаянии стал включать и переключать клапаны, но убедившись в бессмысленности своих попыток, пустил свой шар по воле ветра. Пережив массу неприятных минут, Менделеев поднялся выше облаков и застал солнце в тот момент, когда Луна его уже полностью закрывала. «Кругом солнца я увидел светлый ореол или светлое кольцо чистого серебристого цвета, — писал он впоследствии об увиденном. — Ни красноватого, ни фиолетового, ни желтого оттенка я не видел в «короне». Она вся была цвета одного и того же, но напряженность, интенсивность и яркость света уменьшалась от черного круга луны. Сила света была примерно как от Луны». Невооруженным глазом Менделеев сумел рассмотреть несколько «протуберанцев», выступавших за края черного диска.
На высоте в 3,8 километра облачность полностью не исчезла, и весь процесс затмения Менделееву увидеть не удалось – в самый важный момент солнце скрылось за облаком. Тьма, точней, сумерки, сопровождавшие затмение, рассеялась, пора было спускаться. Из записной книжки Д.И. Менделеева: «Пахнет газом. Сверху облака. Ясно кругом. Облако скрыло солнце. Уже три версты. Подожду самоопускания». С ним тоже возникли
проблемы – ученому, с немалым риском для жизни, пришлось устранять неисправность главного клапана, с чем он превосходно справился. Опускаясь, шар проделал путь в сто километров, Менделеев очутился в месте, которого не узнавал. Спустя три часа шар успешно приземлился между Калязином и Переславлем-Залесским, близ деревни Спас-Угол. Ученый оценил свой полет так: «Если бы мой полет из Клина, ничего не прибавивший в отношении к знанию "короны", послужил бы к возбуждению интереса метеорологических наблюдений с аэростатов внутри России, если бы он, кроме того, увеличил общую уверенность в том, что летать на аэростатах можно с удобством даже новичку, тогда бы я не напрасно летал по воздуху 7 августа 1887 года».
За этот полет международный комитет по аэронавтике в Париже удостоил Д.И. Менделеева золотой медали французской Академии аэростатической метеорологии.
В своей монографии о вопросах сопротивления среды Менделеев посвятил воздухоплаванию один из разделов, в котором подробно описал свои взгляды на эту тему. Ученый интересовался разработками пионера авиации А. Можайского.
Периодическая таблица и физика элементарных частиц
Вершиной творчества Д. И. Менделеева является его периодический закон. Открытие этого закона не было случайным в научном творчестве Дмитрия Ивановича – ведь это чёткое выражение единства физических и химических свойств материи. В качестве основного признака, который был взят Менделеевым при отыскании закономерности в распределении элементов, явился атомный вес. С поразительной точностью ему удалось разместить известные элементы, с глубокой проницательностью оставить свободные места между некоторыми из них, настаивать на исправлении значения атомных весов ряда известных и вновь открытых элементов. Этот закон был опубликован в 1869 году. Менделеев считал, что он является не только средством систематизации громадного экспериментального материала, но и орудием для предсказания новых химических элементов и их свойств. И он не ошибся, ещё при жизни были открыты: галлий, скандий, германий. И все эти элементы точно соответствовали по своим свойствам предсказаниям Менделеева. Вот как он сам об этом писал: «Писавши в 1871 году статью о приложении периодического закона к определению свойств ещё неоткрытых элементов, я не думал, что доживу до оправдания этого следствия периодического закона, но действительность ответила иначе. Описаны были мною три элемента: экабор, экаалюминий и экасилиций, и не прошло20 лет, как я имел уже величайшую радость видеть все три открытыми и получившими свои имена….: галия, скандия, германия.»
Конечно, та таблица, по которой мы учимся в школе, отличается от таблицы 1869-го и даже 1906 года – последней опубликованной при жизни великого ученого. Общий принцип систематизации элементов (периодичности), открытый Менделеевым, соблюден: каждый период (строка) начинается с типичного металла и заканчивается типичным неметаллом, а в каждой группе (столбце) увеличивается степень окисления.
Но количество химических элементов было тогда значительно меньше, чем в современной таблице, – всего 71; последним тогда значился элемент уран с атомной массой 238. Расположение элементов в таблице тоже было несколько иным, чем сейчас. В таблице 1906 года присутствовала нулевая группа, которую Менделеев ввел, чтобы поместить туда свежеоткрытые инертные газы – неон, аргон, криптон и ксенон. Не было в таблице тех времен и известных нам атомных номеров, которые соответствуют зарядам атомных ядер. Что неудивительно: ядро атома было открыто Эрнестом Резерфордом лишь в 1911 году, а частица, которая обеспечивает заряд ядра – протон, – и вовсе в 1919-м.
Поэтому, не зная структуры атома, Менделеев не мог понять, какие физические причины обеспечивают открытую им периодичность. Он думал над тем, куда разместить инертные газы, и за неимением лучшего поместил их перед металлами, а не после, как в современной таблице.
Если бы Менделеев знал о существовании атомного ядра, для него было бы очевидно, что элементов легче водорода нет и быть не может. Ведь ядро водорода состоит из одной-единственной частицы – протона, вокруг которого вращается один-единственный электрон. А половинка или четверть протона в ядре невозможна – ведь тогда это уже не устойчивое образование, не ядро, не атом, не химический элемент, способный вступать в химические реакции. Но это уже не химия элементов, а физика элементарных частиц.
От технеция до оганесона. Явление радиоактивности, открытое Антуаном Анри Беккерелем в 1896 году, было известно Менделееву, и в его таблице уже присутствовали радий, торий и уран. Затем в таблицу добавились в виде отдельных подгрупп радиоактивные актиноиды и редкоземельные лантаноиды.
Последним по времени обнаружения в природе стал уникальный радиоактивный элемент франций (1937 год). Его суммарное содержание в земной коре оценивается всего в 340 (!) граммов.
В том же 1937 году был получен первый в истории синтезированный химический элемент – технеций (от греч. «технетос» – «искусственный»). Существование элемента с атомным номером 43 следовало из периодического закона и было предсказано самим Менделеевым под названием «эка-марганец». Однако его не удавалось обнаружить в природе, поскольку у него нет стабильных изотопов. Технеций смогли получить лишь на ускорителе в университете Беркли (США) путем бомбардировки молибдена ядрами дейтерия. В отличие от земных условий, технеций может существовать как устойчивый элемент где-нибудь в космосе. В частности, его следы еще в середине прошлого века были обнаружены в спектрах некоторых звезд из созвездий Лебедя, Андромеды, Гидры и Кита. Эти звезды даже получили название «технециевых».
С тех пор в разных научных центрах мира было синтезировано 29 химических элементов. Наибольшее их количество – в США и России (СССР). Три элемента – лоуренсий (атомный номер 103), резерфордий (104) и дубний (105) были получены независимо на российских и американских ускорителях.
Последний из химических элементов – оганесон (атомный вес 118, атомная масса 294) – был синтезирован в 2005 году в России, в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, в сотрудничестве с Ливерморской национальной лабораторией (США). Название «оганесон» 118-й элемент таблицы Менделеева получил в 2016 году в честь академика РАН Юрия Цолаковича Оганесяна. Как и его искусственные предшественники, тяжелые трансурановые элементы, оганесон имеет очень короткое «время жизни»: период его полураспада меньше тысячной доли секунды. И все же он представляет огромный интерес для исследователей. По классификации Менделеева, оганесон относится к инертным газам. Однако, в отличие от других газов, он при нормальном давлении и температуре находится в твердом состоянии, что сулит исследователям большие возможности. Оганесон вряд ли является последним из возможных химических элементов. Скорее всего, в ближайшем будущем будут синтезированы другие, еще более тяжелые, еще более короткоживущие элементы, с еще более необычными и многообещающими свойствами.
Таки образом, современная физика дала обоснование периодическому закону и основным критерием для классификации химических элементов стал заряд ядра атома, определяющий порядковый номер элемента в таблице Менделеева. Открытие периодического закона позволяет считать Д.И. Менделеева крупнейшим русским физиком.
Главная палата мер и весов России
С 1893 года Д.И. Менделеев возглавил Главную палату мер и весов России. Придавая громадное значение точности измерений, он много сделал в этом направлении.
Реорганизацию измерительного дела в России Д. И. Менделеев начал с изготовления новых, образцовых в смысле точности, прототипов мер длины и массы (веса), от которых зависят все прочие меры. Особенно большое значение точность прототипов имеет для научных исследований.
В качестве прототипов мер длины и массы Д. И. Менделеев остановился на аршине и фунте. Материалом для изготовления этих прототипов был избран платиноиридиевый сплав. Несмотря на все трудности, изготовление новых прототипов было выполнено необычайно скоро, а именно в 6 лет (1893—1899 гг.), в то время как в Англии аналогичная работа продолжалась 21 год (1834—1855), а во Франции 17 лет (1872—1889). Работа была выполнена с и сключительной точностью.
Создатель Периодического закона был талантливым изобретателем и конструктором лабораторных приборов. Так, в Музее-архиве Д. И. Менделеева в СПбГУ хранятся вот такие весы, которые великий российский химик изобрел для взвешивания как твердых тел, так и газов.
Д. И. Менделеев выполнил большую работу по усовершенствованию и исследованию весов, которые он считал «образцовым и точнейшим прибором естествоиспытателей». Он улучшил конструкцию аналитических весов, изобретённых Л. Эйлером, в совершенстве разработал методику точных взвешиваний и обработки результатов измерений, значительно опередив в этом отношении метрологические институты других стран и даже Международное бюро мер и весов. Точность единичного взвешивания он довел до сотых долей миллиграмма.
Для повышения точности взвешиваний весьма важно знать точные значения физических констант, в первую очередь — веса литра воздуха и литра воды. Знать точный вес одного литра воздуха необходимо для внесения поправок на вес вытесняемого гирями воздуха, а вес литра воды — для определения соотношения между единицами веса и мерами объема. В результате тщательного анализа работ предыдущих исследователей Д. И. Менделеев установил значение этих констант с весьма большой точностью.
За 14 лет управления Главной Палатой Д. И. Менделеев создал в ней хорошую лабораторию метрологии, дал решение ряда метрологических задач, основал журнал «Временник Главной палаты мер и весов».
В своих классических исследованиях, выполненных в Главной Палате («Опытное исследование колебания весов», «О приемах точных или метрологических взвешиваний», «Ход работ по возобновлению прототипов» и др.), он устанавливает основы метрологии как специальной научной дисциплины, изучающей проблемы высокоточного измерения. Главная палата мер и весов превратилась в первоклассное метрологическое учреждение, ставшее в один ряд с лучшими аналогичными метрологическими учреждениями Запада. Тем самым Дмитрий Иванович высоко поднял авторитет русского имени за границей (в области высокоточных измерений) и значительно способствовал росту доверия к русским мерам и расширению торговых отношений.
ГЛАВА 3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании проведённого исследования, Дмитрия Ивановича Менделеева с полным основанием можно отнести к крупнейшим русским физикам второй половины XIX века, на ряду с её выдающимися представителями: А.Г. Столетовым, П.Н. Лебедевым и А.С. Поповым.
Д.И. Менделеев, известный как великий химик, который создал периодическую таблицу элементов и открыл периодический закон, на самом деле был куда более универсальным ученым и, если судить по его научным публикациям, посвятил химии только около 17% своих работ. Подобно Ломоносову, Менделеев в своем творчестве не ограничивался какой-либо одной областью науки. Занимаясь в основном химией, Менделеев провел замечательные исследования и в физике, и в метеорологии, и в технике. Работы гениального творца периодического закона в области химии заслоняют то, что было сделано им в физике. Однако труды великого химика в физике замечательны уже и сами по себе.
К числу важнейших работ в области физики относятся исследования Дмитрия Ивановича в области состояния газов (в 1874 г. он вывел обобщенное уравнение состояния идеального газа на основе уравнения французского физика Б. Клапейрона – ввел в уравнение универсальную газовую постоянную), теплоты сгорания топлива. Ученый-экспериментатор провел глубокие исследования свойств разряженных газов (упругость газов). Он открыл критическую температуру, выше которой вещество не может находиться в жидком состоянии. Из Менделеевского учения о критической температуре следовало, что любой газ можно превратить в жидкость, если охладить его ниже критической температуры. И теоретическое и практическое значение открытия Менделеева огромно. Своей работой Менделеев объяснил причину неудач, постигавших ученых, которые пытались обратить в жидкость кислород, азот, водород и другие, как прежде говорили, «постоянные» газы, и дал ключ к решению проблемы сжижения этих газов. После опубликования исследования Менделеева все постоянные газы удалось превратить в жидкости. Когда дальнейшие опыты подтвердили вывод Менделеева, Эдинбургский университет присвоил Дмитрию Ивановичу степень почетного доктора. Для молодого ученого это явилось указанием на его мировую известность.
Д.И. Менделеева интересовали проблемы астрономии и воздухоплавания, так как он работал над вопросами поведения газов при низких давлениях. Для изучения стратосферы был необходим аэростат с герметичной кабиной – Дмитрий Иванович разработал его чертежи. Ему уже было за 50 лет, когда он в августе 1887года в одиночку поднялся на аэростате, заполненном водородом, чтобы в верхних слоях атмосферы наблюдать солнечное затмение.
Большой вклад внес Менделеев в развитие метрологии – науки об измерениях. Когда он в 1892 году возглавил Главную палату мер и весов, российская система мер отличалась от европейской. Он разработал новый закон о мерах и весах и ввел метрическую систему измерений. Дмитрий Иванович сконструировал самые точные весы того времени, разработал несколько конструкций аналитических весов. Возглавляя Главную палату мер и весов, Менделеев поднял русскую метрологию на новый, несравненно более высокий уровень.
Являясь одним из важнейших законов естествознания, Периодический закон Менделеева составляет основу не только современной химии, но и атомной и ядерной физики.
«Сам удивляюсь – чего только я ни делывал на своей научной жизни. И сделано, думаю, недурно» - так на склоне лет прокомментировал великий русский учёный Д.И Менделеев свою работу.
Гений Д.И. Менделеева прикасался к самым различным областям знаний, оставив в каждой из них основательные и оригинальные труды, будь то химия, физика, метеорология, метрология, различные направления техники (кораблестроение, воздухоплавание, пороходелие), отрасли развивающейся русской промышленности и сельского хозяйства (нефтяная и химическая, каменноугольная и металлургическая и др.), экономика, просвещение, философия, социология.
Д.И. Менделеев, безусловно, может рассматриваться как один из последних ученых-энциклопедистов по широте своих интересов и колоссальному количеству сделанного.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Штефан Н. Дмитрий Менделеев. Жизнь и открытия. – М.: Эксмо, 2011.
2. Смирнов Г.В. Менделеев. – М.: Молодая гвардия, 1974.
3. Ред. К. Хайниг. Биографии великих химиков. – М.: Мир, 1981.
4. Менделеев Д.И. Границ познанию предвидеть невозможно. – М.: Советская Россия, 1991.
5. Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни её творцов. – М.: Просвещение, 1986.
6. Интернет-источники (материалы в свободном доступе).
ПРИЛОЖЕНИЕ №1
Хронологическая таблица жизни и научного творчества русского учёного Д.И. Менделеева в области физики.
1834г., 27 января (8 февраля н. ст.) – в городе Тобольске родился будущий ученый Дмитрий Иванович Менделеев (далее даты указываются по ст. ст.).
1849 г., июнь – получение выпускного аттестата Тобольской гимназии.
855 г. июнь – окончание Главного педагогического института, где получил прекрасную подготовку по физике, математике и химии,.
1856 г., май – защита магистерской диссертации «Удельные объемы».
1857 г., – январь – утверждение в звании приват-доцента и начало преподавания в Петербургском университете.
1859 г., апрель – командировка с научной целью в Германию. Создание собственной лаборатории. Открытие температуры абсолютного кипения.
1861-1867 г.г. – работа над «Технической энциклопедией», опубликована работа с выводами о критическом состоянии вещества.
1864-1872 г.г. – профессор Петербургского технологического института.
1865 г., – 31 января – защита докторской диссертации «Рассуждение о соединении спирта с водой».
1869 г., – 17 февраля – открытие Периодического закона. Разработка первого варианта Периодической системы химических элементов. Работа над системой продолжалась в последующие годы.
1871 г. - 1872 г. – начата работа по исследованию свойств газов. Опубликована монография «О сопротивлении жидкостей и воздухоплавание».
1874 г. – сформулировано обобщенное уравнение состояния идеального газа, с универсальной газовой постоянной.
1875 г. – издана монография «Об упругости газов». Работа в комиссии Русского физического общества по изучению «спиритических» («медиумических») явлений, создан проект собственного стратостата.
1887 г., 7 августа – полет на воздушном шаре «Русский» из Клина во время солнечного затмения.
1890 г. – уход из Петербургского университета.
1893г. – назначение на должность управляющего Главной палатой мер и весов и начало масштабных метрологических работ.
1893-1899 г.г. – изготовление новых прототипов мер длины и массы, катетометра, прибора, который может измерять температуру, атмосферное давление газов и жидкостей, сечение капиллярных трубок, деформацию образцов при повышенной и пониженной температурах. Сейчас хранится в Музее истории Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета).
1903-1905 г. – издана книга «Заветные мысли».
1906-1907 г.г.– издан труд «К познанию России».
1907 – 20 января (2 февраля по н. ст.) – в Петербурге скончался великий русский ученый-энциклопедист Дмитрий Иванович Менделеев.