Поступ науки та розвиток техніки ХІХ століття

Таким чином, боротьба хвильової і корпускулярної концепції світла в першій половині ХІХ століття завершується перемогою хвильової концепції - було встановлено, що світло є поперечним хвильовим рухом. Вирішальним внеском у цю перемогу і стало пояснення з допомогою хвильової концепції явищ дифракції та інтерференції світла

• Концепції класичної електродинаміки

У 1820 р. Х.Эрстедом було відкрито магнітне дію електричного струму - навколо дроту з електричним струмом було виявлено магнітне поле. Таким чином, було доведено зв'язок електрики і магнетизму. Негайно пішов новий каскад відкриттів: у 1821 році М.Фарадей винайшов перший електродвигун, , а в 1827 році Ом опублікував свій закон: «сила струму прямо пропорційна напрузі між кінцями провідника». А.Ампер, ґрунтуючись на єдності електричних і магнітних явищ, розробив першу теорію магнетизму, заклавши тим самим основи електродинаміки. Він розрізняв поняття електричного струму та електричної напруги. Основними поняттями його концепції були електричний струм, "електрична ланцюг". Під електричним струмом Ампер розумів постійно чергуються всередині провідника процеси з'єднання і розділення протилежно заряджених частинок електрики. (Найменування одиниці сили струму носить ім'я Ампера.) Ним обґрунтовано напрямок руху струму - напрям позитивного заряду електрики, а також встановлений закон механічного взаємодії двох струмів, що течуть у малих відрізках провідників, які знаходяться на деякій відстані один від одного. Наступним кроком у розвитку електродинаміки було відкриття М.Фарадеем явища електромагнітної індукції - порушення змінним магнітним полем електрорушійної сили в провідниках, - стала основою електротехніки. Важливим результатом його досліджень стало також обґрунтування того, що окремі види електрики тотожні за своєю природою, незалежно від їх джерела.

Д.Джоуль експериментально підтвердив припущення про те, що теплота є формою енергії і визначив міру перетворення механічної роботи в теплоту, йшов від експериментів по виявленню можливості використання електричного двигуна як практичного джерела енергії. Ж.Б. Біо і Ф. Савар встановили закон дії струму на магніт, експериментально визначивши дію струмів різної форми на магнітну стрілку. П.С. Лаплас проаналізував дані, отримані Біо і Сава ром, і знайшов, що напруженість магнітного поля будь-якого струму складається з напряженностей полів, що створюються його окремими елементами.

• Зародження електродинаміки

Максвелл створює електромагнітну теорію світла, встановивши рівняння, що пояснювали всі відомі на той час факти з єдиної точки зору. У них встановлювалася зв'язок між змінами магнітного поля та виникнення електрорушійної сили. Свою головну задачу Максвелл вбачав у тому, щоб привести електричні явища до галузі динаміки. Він виходив з того, що електричний струм не можна розглядати інакше як дії не розташування, а поширення, що протікають у часі. Причина електричних струмів їм була названа електрорушійної силою.

Таким чином, світло виявилося не чим іншим, як поширенням електромагнітних хвиль. Експериментальне їх виявлення Г.Герцем в 1880 р. означало перемогу електромагнітної концепції, хоча вона в свідомості вчених утвердилася не відразу (концепції Ньютона знадобилося для свого утвердження половина століття, концепції Максвелла знадобилася для цього чверть століття). Герц встановив, що електромагнітні хвилі мають властивості, аналогічні світловим: заломлення, відбивання, інтерференцію, дифракцію, поляризацію, ту ж швидкість поширення. Концепція Максвелла з'явилася новим кроком у розумінні природи електричних і магнітних явищ, зумовив можливість появи радіо, радіолокації, телебачення і т.д. Вона дала відповідь на питання про природу світлових хвиль: світлова хвиля є хвиля електромагнітного поля, що поширюється в просторі.

• Завершення процесу створення електромагнітної картина світу

Карно першим розкрив зв'язок теплоти з роботою. Але він виходив із концепції теплороду. Водночас Карно вже зрозумів, що робота парової машини визначається загальним законом переходу тепла від більш високих до більш низьких температур, тобто що не може бути безмежного відтворення рушійної сили без витрат теплороду. Таким чином, робота представлялася як результат перепаду теплороду з вищого рівня на нижчі.

Ідея про те, що теплота - не субстанція, а сила (енергія), однієї з форм якої і є теплота, причому ця сила, у залежності від умов, виступає у виді руху, електрики, світла, магнетизму, теплоти, що можуть перетворюватися друг у друга, існувала в розумах дослідників. Для перетворення цієї ідеї в ясне і точне поняття, необхідно було визначити загальну міру цієї сили. Це зробили, незалежно друг від друга, Р.Майер, Д.Джоуль і Г.Гельмгольц - першовідкривачі закону збереження енергії.

Р.Майер першим сформулював закон еквівалентності механічної роботи і теплоти і розрахував механічний еквівалент теплоти (1842г.). Д.Джоуль експериментально підтвердив припущення про те, що теплота є формою енергії і визначив міру перетворення механічної роботи в теплоту. Г.Гельмгольц в 1847р. математично обгрунтував закон збереження енергії, показавши його загальний характер.

У вивченні теплового випромінювання у XVIII ст. були зроблені тільки самі перші кроки, що ж стосується питання теплопровідності, то у другій половині XVIII ст. почали проводити теоретичні і експериментальні дослідження цього явища, а на початку ХІХ ст. була створена теорія теплопровідності французьким вченим Жаном Батистом Фур'є (1768-1830). Підсумком його досліджень стала монографія «Аналітична теорія тепла», яка вийшла у світ у 1822 р.

• Виникнення хімічної атомістики

У 1803 році Дальтон узагальнив результати своїх спостережень і сформулював найважливіший закон хімії - закон кратних відносин. Цей закон повністю відповідає атомистическим уявленням. Дальтон також створив нову версію атомістичної теорії, що спиралася на закони сталості складу, закон кратних відносин. Ця теорія завдала останній удар за існував ще уявленням про можливості взаємних переходів елементів-стихій.

У 1807 році Берцеліус запропонував речовини, які характерні для живої природи, називати органічними, а речовини, характерні для неживої природи-неорганічними. XIX століття був часом панування віталізму - вчення, що розглядає життя як особливе явище, що підкоряється впливу особливих життєвих сил. Прихильники віталізму стверджували, що для перетворення неорганічних речовин органічні потрібне якесь особливе вплив, який проявляється тільки усередині живої тканини.

А. М. Бутлеров перший встановив, що кожна молекула має певну хімічну будову, що будова визначає властивості речовини і що вивчаючи хімічні перетворення речовини, можна встановити його будова.

Погляди А. М. Бутлерова на значення хімічних структурних формул випливають з основних положень його теорії. Бутлеров вважав, що ці формули повинні бути «типовими», «реакційними», а конституційними. В цьому сенсі для кожної речовини можлива лише одна раціональна формула, на підставі якої можна судити про хімічних властивостях.

Періодичний закон Д.І.Менделєєва і Періодична система хімічних елементів стали основою сучасної хімії, проклавши шлях до прогнозам і планомірних пошуків ще не відкритих хімічних елементів і нових хімічних сполук(1830р.).

• Переворот у біології

Видатний французький вчений Ламарк Жан Батист П'єр Антуан де Моне отримав в основному популярність як творець першого цілісноїеволюційної теорії

Переворот в науці справила книга великого англійського вченого-натураліста Чарльза Дарвіна «Походження видів», написана в 1859 році. Узагальнивши емпіричний матеріал сучасної йому біології та селекційної практики, використавши результати власних спостережень під час подорожей, він розкрив основні фактори еволюції органічного світу. У книзі «Зміна домашніх тварин і культурних рослин» (1868) він виклав додатковий фактичний матеріал до основного праці. У книзі «Походження людини і статевий відбір» (1871) висунув гіпотезу походження людини від мавпоподобного предка.

Клітинна теорія була сформульована в 1839г. німецьким зоологом і фізіологом Т. Шванном. Згідно цієї теорії, всім організмам властива клітинну будову. Клітинна теорія стверджувала єдність тваринного і рослинного світу, наявність єдиного елемента тіла живого організму - клітини. Як і всяке велике наукове узагальнення, клітинна теорія не виникла раптово: їй передували окремі відкриття різних дослідників.

На початку XIX ст. робилися спроби вивчення внутрішнього вмісту клітини. Найбільш близько до формулювання клітинної теорії підійшов німецький ботанік М. Шлейден, який встановив, що тіло рослин складається з клітин.

• Розвиток медицини і фармацевтики

У 1865 році були опубліковані результати робіт із гібридизації сортів гороху, де були відкриті найважливіші закони спадковості. Автор цих робіт - чеський дослідник Грегор Мендель показав, що ознаки організмів визначаються дискретними спадковими факторами. Однак ці роботи залишалися практично невідомими майже 35 років - з 1865 по 1900.

Л. Пастер (1822-1895) вперше сформулював висновок про те, що усі інфекційні хвороби спричиняються живими, специфічними для кожної недуги збудниками. він запропонував отримання вакцин з позбавлених вірулентності збудників, створив високоефективну вакцину проти сказу. Р.Кох відпрацював техніку вирощування і виділення патогенних мікроорганізмів. Ним були відкриті збудники туберкульозу, сибірки, холери та ін., встановленні шляхи проникнення їх у людський організм. І.І. Мечнікову (1845 -1916) належать класичні роботи про сприйнятливість та імунітет при інфекційних хворобах. Він заснував першу в Росії бактеріологічну та антирабічну станції в Одесі. І. Мечніков вперше сформулював фагоцитарну теорію імунітету, за яку був удостоєний Нобелівської премії. 
3.Взаємозв’язок науки і промисловості

• Розвиток промислової органічної хімії

В 1813 році до дослідів з фотографічними пластинками приступив французький художник Ньєпс, якому належить головна заслуга у винаході фотоапарата. Близько 1816 року він прийшов до ідеї одержувати зображення предметів за допомогою так називаної камери-обскури. В 1824 року Ньєпсу вдалося вирішити завдання закріплення зображень, одержуваних у камері-обскурі. На відміну від своїх попередників він працював не із хлористим сріблом, а робив експерименти з гірською смолою, що під дією світла має здатність змінювати деякі свої властивості.  

В 1829 році він об'єднав свої зусилля з Луї-Жаком Дагером, що працював над тими ж проблемами. Незабаром він помер, і Дагер продовжував дослідження один. Одного разу Дагер випадково поклав срібну ложку на метал, покритий йодом, і помітно, що на металі вийшло зображення ложки. Тоді він взяв поліровану срібну пластинку й піддав її дії йодистих парів, щоб одержати таким чином йодисте срібло. На пластинку він поклав один з фотографічних знімків Ньєпса. Через якийсь час на ній утворилася копія знімка, але дуже нечітка, проте йому був важливий результат, що відкрив фотографічні властивості йодистого срібла. Дагер став шукати спосіб, за допомогою якого можна було б проявляти отримані зображення. Дагер за допомогою фотоапарата він одержував слабкі зображення на пластинках, покритих йодистим сріблом, а потім проявляв їх парами ртуті. У результаті виходили чудові чіткі зображення предметів з усіма дрібними деталями й півтонами. Багаторічні пошуки завершилися чудовим відкриттям.

10 серпня 1839 року в Парижі  відбулися великі збори за  участю нових членів Академії  наук. Тут було оголошено, що Дагер відкрив спосіб проявляти й закріплювати фотографічні зображення.

Вперше у вільному вигляді алюміній був виділений в 1825 р. датським фізиком Ерстед шляхом дії амальгами калія на хлорид алюмінію, а в 1827 р. німецький хімік Велер удосконалив спосіб Ерстеда, замінивши амальгаму калію металевим калієм.

• Зародження металургії

Основи сучасного металознавства були закладені видатними російськимиметалургами П.П. Аносова (1799-1851) і Д.К. Черновим (1839-1921), впершевстановили зв'язок між будовою і властивостями металів і сплавів.  
П. П. Аносов заклав основи вчення про сталі, розробив наукові принципиотримання високоякісної сталі, вперше в світі у 1831 р. застосувавмікроскоп для дослідження будови металів. 

Відкриті Д. К. Черновим критичні точки в стали стали основою дляпобудови сучасної діаграми стану системи залізо - вуглець. Класичні праці «батька металографії» Д. К. Чернова розвивали видатні російські вчені.

Ідея поліпшення якості заліза шляхом продування повітрям розтопленого чавуну (прототип бесемерівського процесу) вперше була занотована китайським державним діячем і вченим Шен Куо ще 1075 року.

Тому Генрі Бессемер запатентував конверторний або бесемерівський спосіб виробництва сталі у 1856 р.( Бессемерівським способом переробляють чавуни, які містять мало фосфору і сірки й багаті на силіцій)

Серед багатьох металургів, які вирішували цю проблему, першим досяг успіху Сідней Джілкріст Томас (1850–1885). Немає суттєвої різниці між бесемерівським і томасівським процесом. В основі обох лежить один і той же принцип: чавун, з якого отримують сталь, очищують, продувають через нього повітря. Місткість, де проходить реакція (конвертор), має грушоподібну форму з відкритою горловиною зверху і має можливість нахилятись завдяки горизонтальній осі – цапфі.

В 1846 році на одному із заводів південної Франції Сьєру Мартену (1824–1915) вперше вдалося зварити хорошу сталь в регенеративній печі, яку побудували при участі Вільгельма Сіменса. Шихта складалася з чавуна, який виплавлявся з гематиту – червоного залізняка з острова Ельба, чушок пудлінгового заліза і стального лому.

Мартенівський процес (німці називали його Сіменс – мартенівським) поряд з бесемерівським і томасівським визначив ще один великий крок в розвитку металургії. Цей процес зберіг велике практичне значення до наших днів для повторного виробництва сталі з лому і стальних відходів