Чарльз Уитстон

Чарльз Уитстон (англ. Charles Wheatstone; 6 февраля 1802, Глостер — 19 октября 1875, Париж) — британский физик, изобретатель и предприниматель. Внёс значительный вклад в развитие электротехники, акустики, оптики и телеграфии. Наиболее известен как создатель моста Уитстона — прибора для точного измерения электрического сопротивления, а также как один из пионеров электрического телеграфа. Член Лондонского королевского общества (1836), иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук (1854).

Биография

Ранние годы и образование

Чарльз Уитстон родился в семье торговца музыкальными инструментами. Систематического школьного образования не получил, но с ранних лет проявлял способности к механике и физике. В 14 лет начал работать в мастерской своего дяди, изготавливавшего музыкальные инструменты, что пробудило его интерес к акустике. Самостоятельно изучал физику, математику и иностранные языки, включая французский и немецкий.

В 1821 году Уитстон открыл в Лондоне мастерскую по изготовлению музыкальных инструментов, но вскоре переключился на научные исследования. Первые его работы были посвящены акустике: он изучал передачу звука через твёрдые тела и разработал «микрофон» — устройство для усиления слабых звуков.

Научная карьера

В 1834 году Уитстон стал профессором экспериментальной физики в Королевском колледже Лондона. Хотя он читал лекции нерегулярно из-за занятости изобретательством, его работы принесли ему широкую известность. В 1836 году он был избран членом Королевского общества.

В 1837 году совместно с Уильямом Куком Уитстон запатентовал первую коммерчески успешную систему электрического телеграфа. В 1840-х годах он активно занимался усовершенствованием телеграфной связи, разработал буквопечатающий телеграфный аппарат и внедрил систему кодирования сигналов.

В 1850-х годах Уитстон обратился к оптике и фотографии. Он изобрёл стереоскоп (совместно с сэром Дэвидом Брюстером), создал прибор для измерения скорости света (в опытах с вращающимся зеркалом) и разработал один из первых типов динамомашины.

Уитстон скончался 19 октября 1875 года в Париже от бронхита во время деловой поездки. Похоронен в Лондоне на кладбище Кенсал-Грин.

Основные изобретения и открытия

Мост Уитстона

Самое известное изобретение Уитстона — мост Уитстона — электрическая измерительная схема, предназначенная для точного определения неизвестного электрического сопротивления. Принцип работы основан на сравнении сопротивлений: в плечи моста включаются три известных резистора и один неизвестный; балансировка моста (отсутствие тока через гальванометр) позволяет вычислить искомое сопротивление. Уитстон не был первым, кто описал эту схему (честь открытия принадлежит Сэмюэлу Хантеру Кристи, 1833), но именно Уитстон популяризировал её и ввёл в широкую практику. Мост Уитстона до сих пор используется в лабораторных и промышленных измерениях.

Электрический телеграф

В 1837 году Уитстон совместно с Уильямом Куком (англ. William Fothergill Cooke) получил патент на систему электрического телеграфа с пятью стрелками, указывающими на буквы. В 1838 году они установили первую коммерческую телеграфную линию между станциями Паддингтон и Вест-Дрейтон (длина 21 км). В 1845 году Уитстон усовершеншил систему, создав однострелочный телеграф, который стал стандартом для британских железных дорог. В 1858 году он разработал буквопечатающий телеграфный аппарат, способный автоматически печатать принимаемые сообщения.

Стереоскоп

В 1838 году Уитстон представил стереоскоп — оптический прибор, создающий иллюзию объёмного изображения. Принцип действия основан на раздельном показе двух плоских рисунков (фотографий) каждому глазу, что имитирует бинокулярное зрение. Уитстон использовал зеркала для совмещения изображений. Позднее Дэвид Брюстер усовершенствовал конструкцию, заменив зеркала линзами. Стереоскоп стал популярным развлечением в викторианскую эпоху и предшественником современных 3D-технологий.

Измерение скорости света

В 1834 году Уитстон предложил метод измерения скорости света с помощью вращающегося зеркала. Он использовал быстро вращающееся зеркало, которое отражало световой импульс на удалённое зеркало и обратно. По смещению отражённого луча можно было рассчитать время прохождения света. Хотя точные измерения провёл позже Леон Фуко (1850), Уитстон заложил основы метода.

Динамомашина

В 1840-х годах Уитстон работал над созданием электрических генераторов. В 1867 году он независимо от Вернера фон Сименса разработал самовозбуждающуюся динамомашину, в которой магнитное поле создавалось током, проходящим через обмотку ротора. Это изобретение стало важным шагом в развитии электроэнергетики.

Другие изобретения

• Концертина — музыкальный инструмент, усовершенствованный Уитстоном в 1829 году. Он добавил клавиши и изменил конструкцию, что позволило расширить диапазон и улучшить звучание.
• Микрофон — устройство для усиления слабых звуков, основанное на передаче колебаний через твёрдые тела (1827).
• Полярископ — прибор для изучения поляризации света.
• Электрические часы — Уитстон разработал систему синхронизации часов по телеграфным линиям.

Научные труды

Уитстон опубликовал более 40 научных статей, в основном в журналах Лондонского королевского общества и Британской ассоциации содействия развитию науки. Основные темы:

• Акустика: «О передаче звука через твёрдые тела» (1827), «О резонансе» (1833).
• Электричество: «Об измерении электрического сопротивления» (1843), «О самовозбуждающихся динамомашинах» (1867).
• Оптика: «О стереоскопе» (1838), «Об измерении скорости света» (1834).
• Телеграфия: «Об электрическом телеграфе» (1838, совместно с У. Куком).

Признание и награды

• Член Лондонского королевского общества (1836).
• Рыцарь-бакалавр (1868) — за заслуги в развитии телеграфии.
• Иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук (1854).
• Медаль Румфорда (1840) — за исследования в области оптики.
• Медаль Альберта (Королевское общество искусств, 1875).

Именем Уитстона названы:

• Мост Уитстона (измерительная схема).
• Кратер на Луне (Уитстон, диаметр 41 км).
• Улица в Лондоне (Wheatstone Road).

Интересные факты

• Уитстон был застенчивым и не любил публичных выступлений. Лекции в Королевском колледже часто читал его ассистент.
• Он страдал от боязни сцены и отказывался от предложений выступить с докладами перед большими аудиториями.
• Уитстон никогда не учился в университете и был самоучкой.
• Он владел несколькими языками, включая латынь, греческий, французский и немецкий.
• Стереоскоп Уитстона стал прообразом современных 3D-очков и виртуальной реальности.

Источники

• Wheatstone, Charles // Encyclopædia Britannica, 11th ed., 1911.
• Thompson, S. P. The Life of Sir Charles Wheatstone. — London: Macmillan, 1897.
• Bowers, B. Sir Charles Wheatstone. — London: Science Museum, 1975.
• Кудрявцев, П. С. Курс истории физики. — М.: Просвещение, 1974.
• Чарльз Уитстон // Сайт Российской академии наук (информация об иностранных членах).