Франклін, Бенджамін (Franklin, Benjamin) (1706–1790), американський просвітитель, державний діяч і вчений, відомий усьому світу.
Бенджамін народився 17 січня 1706 року в Бостоні в сім'ї миловара. Дитинство та юність провів в Бостоні, працюючи спочатку в миловарні батька, а потім у невеликій друкарні брата. Бідність сім'ї не дозволила йому дістати навіть початкову систематичну освіту. Шкільне навчання обмежилося дворічним перебуванням в двох училищах. Читати й писати Бенджамін навчився самостійно у віці п'яти років. Треба відмітити, що для Франкліна було характерне прагнення все пізнати власним розумом. Франклін самостійно вивчив французьку, іспанську, італійську мови, освоїв латину.
У 12 років Франклін йде вчитися друкарської майстерності до одного з своїх старших братів. Незабаром він вивчає всі премудрості професії і стає висококласним друкарем.
У 1727 році Бенджамін Франклін засновує власну друкарню, в якій він довгі роки видає «Пенсільванську газету» й «Альманах бідного Річарда». Бенджамін Франклін швидко зростає в плані особистого розвитку.
У 1731 році Бенджамін Франклін засновує першу в Америці публічну бібліотеку, а в 1751 році – Філадельфійську академію, яка через деякий час перетворилася в приватний Пенсільванський університет.
Стрімке зростання особистого фінансового стану й суспільного визнання Франкліна призводить до того, що в 1737 році Франкліна обирають на посаду поштмейстера Пенсильванії, а через 16 років – і всіх північноамериканських колоній.
В цей період життя, Франклін приділяє значну увагу своїй науковій діяльності, багато часу присвячував науковим дослідам. Характеризувався людиною з різними інтересами, наполегливістю та відданістю у кожній новій галузі, в яку він вступав. Однією із сфер інтересів була наука, зокрема електроенергія. Зацікавився явищем електрики в 1746, коли в філадельфійську бібліотеку прислали «електричну трубку».
Для перевірки гіпотези про подібність блискавки й електрики Франклін влітку у 1747 р. проводив різні експерименти, пов'язані з електрикою, що хвилювало його деякий час. Франклін стверджував, що шторми мали електричний характер, аспект, який до того часу не був доведений.
Щоб продемонструвати цей факт, він взяв повітряного змія, який містив металевий наконечник; його кріпили шовковою мотузкою, а мотузка мала ключ, прив’язаний до одного кінця.
Експеримент Франкліна складався з польоту згаданого повітряного змія в дощову й штормову ніч. Коли повітряний змій потрапив у хмарний покрив, волокна в струні почали трохи відокремлюватися, що свідчило про те, що вони були заряджені електричним струмом. Підтвердженням цього стало те, що при торканні клавіші утворюється іскра.
Завдяки експерименту з повітряним змієм Бенджамін Франклін і став відомий як учений.
З цього експерименту згодом народилася ідея громовідводу, а потім і загальна теорія електричних явищ та пов'язана з нею нова термінологія (поняття позитивного і негативного полюса електрики, провідника, батареї і т.д.). Франклін пояснив принцип дії лейденської банки й роль діелектриків, явище розтікання крапель олії по поверхні води й ефект збільшення швидкості звуку в воді. Він першим назвав Гольфстрім Гольфстрімом і став піонером його наукового дослідження.
Він перший запропонував запроваджувати спеціальний літній час зі зсувом стрілки на годину й перший використав електричну іскру для детонації пороху.
Винайшов «електричне колесо» й лампу для вуличних ліхтарів, економну «Франклінову піч» і спосіб електричного підпалювання пороху, біфокальні окуляри і унікальний музичний інструмент та отримав патент на винахід крісла-гойдалки.
Як дипломат Франклін уперше проявив себе 1757 року, коли захищав інтереси Пенсильванії в суперечці з власниками колонії. 5 травня 1775 року Франклін прибув у Філадельфію, а вже наступного дня був обраний депутатом Другого континентального конгресу.
Бенджамін Франклін – єдиний з батьків-засновників – скріпив своїм підписом всі три найважливіших історичні документи, що лежать в основі утворення Сполучених Штатів Америки як незалежної держави: Декларацію незалежності США, Конституцію США і Версальський мирний договір 1783 роки (Другий Паризький мирний договір), формально завершив війну за незалежність тринадцяти британських колоній в Північній Америці від Великобританії.
Франклін став першим американцем – іноземним членом Петербурзької академії наук (з 1917 року – Російська академія наук). Портрет Бенджаміна Франкліна зображений на 100-доларовій купюрі федеральної резервної системи США з 1914 року.
Автор афоризму «Час – гроші» (з «Рад молодому купцеві», 1748). В області філософії підтримував концепцію природних і невід'ємних прав людини.
Найбільш відомий і великий літературний твір – «Автобіографія», що вийшла повністю посмертно (+1791) як перший американський реалістичний роман, в якому сам Франклін постав типовим виразником національного духу.
Франклін був масоном і входив в найбільшу масонську ложу «Дев'ять Сестер».
Про наукові здобутки Франкліна
Теорія одиничної рідини. Електрика як безперервна рідина
Дослідження Бенджаміна Франкліна в галузі електроенергетики змусили його сформувати кілька постулатів.
Серед них виділяється той факт, що, на думку Франкліна, електрику можна розглядати як безперервну рідину, яка переходить від однієї поверхні до іншої, і в цьому процесі передачі вона розряджається в кожній області, до якої вона торкається. Франклін також назвав цю рідинну якість електрики електричним вогнем.
З цих підходів Бенджамін Франклін зміг сформулювати те, що стало відомим як Принцип збереження електроенергії, для чого він безпосередньо базувався на тому, що в той час постулював Ісак Ньютон.
Франклін визначив, що на тілах існує три типи заряду. Сучасна концепція будови речовини визначає, що атоми – це агломерації частинок, що мають певний заряд.
- Електрони мають негативний електричний заряд.
- Протони мають позитивний електричний заряд.
- Нейтрони, які не мають електричного заряду.
Тож Франклін створив і вживав терміни електричний провідник, негативна й позитивна електрика й навіть акумулятор. Без сумніву, експерименти Бенджаміна Франкліна з електроенергією є далекосяжними та величезними для всього людства.
Блискавковідвід
З досліджень, присвячених електриці, Франклін дійшов висновку, що: «Електроенергія – це позитивний заряд, який тече, протидіючи негативному». Ці експерименти змусили його стверджувати, що бурі були електричним явищем. Тоді він винайшов громовідвід.
Франклін прийшов до цього артефакту, намагаючись завантажити так звану пляшку Лейдена; Ця пляшка являла собою контейнер зі скла, який використовувався на той час як пакет для зберігання електричних зарядів.
Гіпотеза Франкліна вказувала на те, що можна зарядити цю пляшку за рахунок електрики, що виробляється природою під час штормів.
У 1752 році Франклін провів свої знамениті експерименти з повітряним змієм і довів, що блискавка – це електрика. У 1700-х роках блискавки були основною передумовою пожеж в будівлях, які в основному були дерев'яними.
Франклін хотів, щоб його експеримент був практичним, тому він розробив блискавковідвід, який кріпиться зовні будинку. Верх стержня повинен виступати вище даху й димоходу; інший кінець – з'єднаний з кабелем, який тягнеться вниз по стіні будинку до землі. Кінець кабелю потім закопують на глибину не менше 10 футів під землею. Стрижень проводить блискавку, посилаючи заряд в землю, захищаючи дерев'яну конструкцію.
Електричне колесо Франкліна
У 1746 Франклін описав електричне колесо, здатне обертатися під впливом заряду. На загостреному стрижні містилося легке коліщатко з прикріпленими до нього дротами, кінці яких були нахилені в одну сторону. При підключенні пристрою до електростатичної машини наелектризоване колесо починало обертатися в протилежну сторону. Франклін не поставився до цього винаходу серйозно, вважаючи його черговим ефектним трюком з електрикою. Пізніше «Франклінове колесо» було визнано першим прототипом електродвигуна.
Принцип дії приладу такий. Коли подається висока напруга, то на кінцях колеса Франкліна створюється сильне електричне поле. Тоді електричні сили, що діють на нейтральні молекули повітря, які знаходяться поруч з вістрям, спричиняють розпад молекул на іони. Різнойменно заряджені іони відносно заряду вістря притягуються і нейтралізуються. Однойменно заряджені іони, взаємодіючи з зарядами на вістрях, приходять в рух, одночасно починає рухатися і колесо.
Електродвигун заснований на використанні рухомих пластин, які заряджаються як позитивними, так і негативними зарядами.
Франклінова піч або Камін Пенсильванія
Каміни були основним джерелом тепла для будинків у XVIII столітті, але були неефективними. Вони виділяли багато диму, й велика частина тепла, що виділялася, йшла прямо в трубу. Іскри викликали серйозну заклопотаність, тому що вони могли спричинити пожежу й швидко зруйнувати дерев'яні будинки людей.
До створення нової печі Бенджаміна Франкліна підштовхнула недосконалість поширених в той час в північноамериканських колоніях Британської імперії опалювальних печей, які характеризувалися низькою ефективністю. Справа в тому, що в колоніях були англійські печі, розроблені для метрополії, де клімат істотно відрізнявся від клімату Північної Америки. У цих печей димохідна труба проходила по зовнішній стіні будинку, що створювало високі втрати тепла, однак для Англії це було не критично.
Франклін виправив традиційний і небезпечний спосіб опалення, винайшовши залізну піч з кожухом у вигляді капота спереду й повітряною камерою ззаду.
Нова конструкція забезпечила безпеку та ефективність, запобігаючи пожежам та витрачаючи менше дров.
Нова піч і нова конфігурація димоходів дозволили домогтися більш ефективного жару, при якому використовувалося на чверть менше дров і виділялося вдвічі більше тепла. Коли Бенджаміну Франкліну запропонували патент на конструкцію каміна, він відмовився. Він не хотів отримувати прибуток; скоріше, він хотів, щоб всі люди мали вигоду з його винаходу.
Зволожувач
Бенджамін Франклін створив зволожувач повітря – пристрій, що використовується для підвищення вологості. Встановлюючи в печі та каміни, він протидіє сухості навколишнього середовища.
Біфокальні лінзи
Франклін почав втрачати зір у дуже молодому віці. Завзятий читач, йому набридло переключатися між двома парами окулярів (щоб побачити зблизька й побачити далеко).
Щоб уникнути цього, він розрізав лінзи обох пар навпіл, а потім поклав половину кожної лінзи в одну оправу, винайшовши таким чином біфокальні лінзи.
Таким чином верхня частина лінзи була призначена для короткозорості і дозволяла бачити предмети вдалині, а нижня – для далекозорості, щоб читати і бачити зблизька. Правда, очі від таких окулярів швидко втомлювалися, а самі лінзи іноді випадали, але це була перша спроба створення біфокальних лінз.
Порахувати кілометри (Одометр)
У 1775 році Франклін, перебуваючи на посаді начальника пошти в Пенсильванії, для вдосконалення маршрутів поштових служб вирушив зі своєю каретою вимірювати відстань, яку потрібно пройти. Франклін вирішив проаналізувати кращі маршрути доставки пошти. Він винайшов простий пристрій – одометр (прилад для вимірювання пройдених відстаней), який прикріпив до свого візка, щоб вимірювати пройдений шлях.
Кришталева гармоніка
«З усіх моїх винаходів скляна гармоніка дала мені найбільше особисте задоволення», – сказав Б. Франклін.
Франклін був натхненний на створення своєї власної версії гармоніки після прослуховування концерту «Музика на воді» Генделя, який грав на налаштованих винних келихах.
Скляна гармоніка – це ідіофонний інструмент (з грецької – «власний звук»), оскільки він видає звук завдяки вібрації самого тіла.
Гармоніка Франкліна, створена в 1761 році, була менше оригіналу й не вимагала наповнення водою. У її конструкції використовувалися шматки скла, які були видуті в потрібному розмірі й товщині, щоб створити правильну висоту звуку без необхідності заповнення водою.
Окуляри були вставлені один в одного, що робило інструмент більш компактним і зручним для гри, й закріплені на шпинделі, який повертався педаллю. Гармоніка Б. Франкліна мала чотири октавних регістри.
Його гармоніка завоювала популярність в Англії і на континенті. Бетховен і Моцарт склали музику до нього. Б. Франклін як завзятий музикант зберігав гармоніку в блакитній кімнаті на третьому поверсі свого будинку. Він любив грати дуети на гармоніці й клавесині зі своєю донькою Саллі й часто приносив інструмент на вечірки в будинки своїх друзів.
Описав океанічні течії, особливо Гольфстрім
Хоча про існування Гольфстріму було вже відомо, Франклін був першим, хто опублікував докладні описи та карти в своїй роботі 1786 року «Різні морські спостереження».
Франклін завжди задавався питанням, чому плавання з Америки в Європу займає менше часу, ніж в зворотному напрямку. Пошук відповіді на це питання допомогло б прискорити подорожі й доставку пошти через океан. Він виміряв швидкість вітру, глибину течії, швидкість і температуру й був першим вченим, хто вивчив і наніс на карту Гольфстрім, описавши його як річку з теплою водою. Він зазначив, що він тече на північ з Вест-Індії, уздовж східного узбережжя Північної Америки й на схід через Атлантичний океан до Європи.
У своїх працях він також робить спостереження щодо методів приведення в рух кораблів, конструкцій корпусів, причин катастроф у морі, якорів та добробуту моряків у відкритому морі.
Використані література та джерела:
- http://my-ekonomy.info/franklin-ukr.htm
- http://www.raruss.ru/books-forever/books-forever-2/4298-franklin-experiments.html
- https://uk.warbletoncouncil.org/inventos-benjamin-franklin-10323
- https://ua.thpanorama.com/articles/historia/benjamin-franklin-biografa-inventos-y-aportes.html
- http://surl.li/stzw
- https://kpi.ua/ru/franklin
- https://obrazovaka.ru/alpha/f/franklin-bendzhamin-franklin-benjamin
- https://sites.google.com/site/muzejpriborovrgpuaigercena/home/starinnye-fiziciskie-pribory/koleso-franklina
- https://www.youtube.com/watch?v=XqTLp7RxcbE
- Методичний посібник до курсу «Розвиток фізичних теорій» для студентів факультету радіофізики, електроніки та комп’ютерних систем / М.М. Стріха, д.ф.м.н., проф.,-К.: ВЦ «Київський університет», 2021. – 454 с.
- Бенджамін Франклін, його автобіографія: 1706-1757. Наріжний камінь Гарвардської класики і розповідь Франкліна про його подорож самоосвіти. З Гарвардська класика, Том I, частина 1.
Статтю підготувала студентка ІІI курсу спеціальності Математика денної форми навчання Тетяна Попруга (група МІ18Б) у межах звіту про вивчення курсу «Історія науки і техніки» (викладач – професор Р.Я. Ріжняк). Презентацію до статті можна скачати тут.