Изобретатель и учёный
Шарль Жак Александр Цезар (Jacques Alexandre César Charles)– французский изобретатель и учёный. Известен как изобретатель воздушного шара, наполняемого водородом.
Шарль Жак Александр Цезар родился 12 ноября 1746 года в Божанси (Франция). Ещё в детстве Шарль проявил способности к точным наукам, много и самостоятельно занимался, что позволило ему получить хорошее образование. Повзрослев, Шарль переехал в Париж и поступил на должность канцелярского служащего в министерство финансов. Когда стали известны опыты Франклина с молнией, Шарль с успехом повторил их. Однако он внёс некоторые изменения в постановку опытов Франклина, чем немало удивил последнего. Франклин отнёсся к изменениям Шарля с большим интересом и даже приехал познакомиться с ним. После встречи с Ж. Шарлем известный учёный очень высоко отозвался о способностях молодого изобретателя.
Шарль был профессором экспериментальной физики в Консерватории искусств и ремёсел в Париже. В 1803 г. он был избран в Парижскую академию наук. С 1816 г. он – президент этой Академии.
Исследовав расширение газов, Шарль в 1787 году открыл закон зависимости объёма идеального газа от его температуры. (В 1802 г. этот закон был вновь открыт Ж. Л. Гей-Люссаком.) В этом же году он установил зависимость изменения давления данной массы идеального газа с изменением температуры при постоянном объёме, P1/T1=P2/T2 (закон Шарля).
Закон Шарля, наряду с другими газовыми законами, лег в основу уравнения состояния идеального газа, описывающего соотношение давления, объема и температуры газа с количеством вещества.
Годы зрелой жизни Шарля совпали с началом эры воздухоплавания. Изобретение братьев Жозефа и Этьена Монгольфье поразило воображение Шарля. Демонстрация нового летательного аппарата – «монгольфьера» – в присутствии представителей власти состоялась 5 июня 1783 г. в г. Аннонэ. Подъем «монгольфьера» произвёл на Шарля огромное впечатление. Гигантский шар (льняной мешок, покрытый сверху слоем бумаги) диаметром около 30 метров был наполнен горячим воздухом. Шар был снабжен металлической топкой, куда подбрасывалась солома, и весил более 220 килограммов. Запуск шара привёл собравшихся на Рыночной площади людей в полный восторг. Братья Монгольфье стали знаменитыми в один день, а в душе многих молодых людей зародилась страсть к полетам.
Шарль страстно заинтересовался идеей полета на воздушных шарах.
По поручению Французской АН, извещённой о полёте первого аэростата братьев Ж. и Э. Монгольфье (когда не была известна ни конструкция их аэростата, ни подъёмный газ, который они использовали), Шарль разработал аэростат своей конструкции, выбрав в качестве подъёмного газа водород. Этот газ, как известно, во много раз легче воздуха и поэтому обеспечивает большую подъемную силу в сравнении с горячим воздухом. Процесс добывания водорода по тем временам был очень медленным. Водород поступал по шлангу из бочек с железными опилками и серной кислотой. Шарль заполнял свой воздушный шар около четырех дней. Оболочка аэростата, имевшая форму шара, была изготовлена из шёлковой материи, покрытой раствором каучука в скипидаре.
При проектировании воздушного шара Шарль разработал конструкцию открытой газовой горелки, которая используется до наших дней. Аэростат объёмом 25 кубических метров был выпущен в воздух 27 августа 1783 при стечении 300 тыс. зрителей на Марсовом поле. Когда шар, привязанный к земле крепкими веревками, стремительно взмыл в небо, толпа замерла от удивления.
Его воздушный шар получил по имени изобретателя название шарльер, в противоположность монгольфьеру.
После полёта «монгольфьера» с людьми (21 ноября 1783) началась подготовка к полёту «шарльера» с людьми. Шарль совместно с братьями А. Ж. и М. Н. Робер разработал аэростат, конструкция которого, аппаратура управления и техника пилотирования соответствовали применяющимся на современных свободных аэростатах спортивного и исследовательского типов. Аэростат имел сферическую оболочку объёмом 400 кубических метров. Первый полёт «шарльёра» с экипажем (Ш. и М. Н. Робер) состоялся 1 декабря 1783 в Париже. Аэростат пролетел 40 км за 2 часа.
Осуществляя полеты на шаре, наполненном водородом, Ж. Шарль установил рекорды высоты подъема (более 3 000 м) и дальности полета (около 40 км). Тогда как шар братьев Монгольфье после одного из очередных запусков шар поднялся на высоту лишь 1800 метров и пролетел до посадки только два километра.
Король Франции Людовик XVI отметил своей милостью изобретателей. Братьям Монгольфье он пожаловал дворянство, а Шарлю назначил пенсию.
Следует отметить, что аэростат Шарля – «шарлиер» – был воздухоплавательным аппаратом весьма совершенной конструкции, мало отличающейся от конструкции современных воздушных шаров. В отличие от «монгольфьера» «шарлиер» за двести лет претерпел лишь незначительные изменения. Его преимущества – как следствие изобретательности Шарля – очевидны.
«Шарлиер» обладал достаточно стабильной подъемной силой, и его не нужно было загружать топливом. Сверху на шар набрасывалась легкая, но прочная сеть. К спущенным вниз от нее стропам прикреплялась корзина для пассажиров. На «монгольфьере» корзина крепилась непосредственно к шару. Возникала опасность разрыва оболочки шара под ее тяжестью. Ж. Шарль, применив сеть, успешно решил эту проблему. Благодаря сетке нагрузка равномерно распределялась по всей поверхности шара.
Чтобы шар при запуске не слишком быстро набирал высоту и в случае избытка внутреннего давления не лопнул, Ж. Шарль снаружи корзины подвесил мешки с песком, а снизу оставил узкое отверстие – открытый рукав, как раз тот, через который шар наполняли водородом. Благодаря этим техническим решениям уравновешивался избыток подъемной силы и автоматически регулировалось давление внутри шара при его попадании в более разряженные слои атмосферы. Подъём на любую высоту на шаре такой конструкции стал абсолютно безопасным. Тяжёлые мешки (балласт) обеспечивали особую плавность полета шара. Появилась возможность, что очень важно, регулировать высоту подъёма. Для контроля высоты «шарлиер» был снабжен барометром.
Изобретательный Ж. Шарль позаботился и об обеспечении надежного спуска. В верхней части шара он смастерил специальный клапан и прикрепил к нему веревку. Веревка пропускалась внутри шара и тянулась до самой корзины. С помощью этой веревки можно было при необходимости открывать клапан и выпускать часть водорода. Вследствие этого подъемная сила уменьшалась, и шар начинал спускаться. Клапан позволял регулировать спуск «шарлиера» до самой земли.
Для обеспечения мягкости приземления Шарль прикрепил к корзине веревку с якорем на конце. Перед снижением якорь выбрасывался за борт. Цепляясь за что-либо на земле, якорь задерживал шар на месте.
Очевидные преимущества «шарлиера» сопровождались столь же очевидным недостатком. Как известно, водород является горючим газом и в соединении с кислородом, входящим в состав воздуха, образует взрывоопасную смесь. В связи с этим полет на воздушном шаре, наполненном водородом, был чрезвычайно опасен. Случайная искра, удар молнии могут привести к взрыву. Лишь спустя столетие удалось найти безопасный наполнитель для воздушных шаров – гелий. До этого времени воздухоплавание было уделом лишь исключительно смелых и мужественных людей.
Первый воздушный шар с горелкой на жидком топливе изобрели львовяне Игнатий Мартынович и Непомук Герман. В 1784 году над садом Бельских во Львове поднялся шар без пассажиров с автоматической горелкой на жидком топливе.
Именно занятия воздухоплаванием заставили Шарля заинтересоваться исследованиями свойств газов. Современники ценили Ж. Шарля именно за постройку первого воздушного шара, наполненного водородом, как учёный-физик он был известен меньше.
Шарль первый предпринял попытку получения фотографических изображений. Изобрёл ряд физических приборов: мегаскоп, термометрический гидрометр. Впервые показал, что функцию, определенную двумя или большим числом законов, например ломаную, составленную из двух отрезков прямых, можно всегда выразить одним общим законом (1785). Распространил на разностные уравнения понятие особого интеграла.
Умер Шарль 7 апреля 1823 года в возрасте 76 лет.
