Сэр Джон Амброз Флеминг: Жизнь и достижения выдающегося ученого и инженера.

Введение

Английский инженер-электрик и физик (1849–1945) сэр Джон Амброуз Флеминг FRS разработал радиопередатчик, с помощью которого была осуществлена первая трансатлантическая радиосвязь, а также сформулировал правило правой руки, используемое в физике. Он был старшим из семи детей Джеймса Флеминга, доктора богословия (умер в 1879 году), служителя конгрегациональной церкви, и его жены Мэри Энн, родившимся в Ланкастере, Ланкашир, и крещенным 11 февраля 1850 года. Будучи глубоко верующим христианином, он однажды проповедовал в церкви Святого Мартина в Полях в Лондоне, приводя доказательства воскресения. В 1932 году он вместе с Дугласом Дьюаром и Бернардом Аквортом содействовал созданию движения протеста против эволюции. Флеминг завещал значительную часть своего состояния христианским благотворительным организациям, особенно тем, что помогали нуждающимся. Он был известным фотографом, увлекался акварельной живописью и альпинизмом.

Ранние годы

Амброз Флеминг родился в Ланкастере и получил образование в Ланкастерской королевской грамматической школе, школе Университетского колледжа в Лондоне, а затем в Университетском колледже Лондона, где в 1870 году получил степень бакалавра наук. В 1877 году он поступил в колледж Святого Иоанна в Кембридже, получив степень доктора наук Лондонского университета в 1879 году и степень бакалавра искусств Кембриджского университета в 1881 году, а в 1883 году стал членом колледжа Святого Иоанна. Он преподавал в нескольких университетах, включая Кембриджский университет, Университетский колледж Ноттингема и Университетский колледж Лондона, где он был первым профессором электротехники. Он также был консультантом компаний Marconi Wireless Telegraph Company, Swan Company, Ferranti, Edison Telephone, а позднее Edison Electric Light Company. В 1892 году Флеминг представил важный доклад по теории электрических трансформаторов Институту инженеров-электриков в Лондоне.

Образование и браки

Флеминг начал обучение в школе примерно в десять лет, посещая частную школу, где ему особенно нравилась геометрия. До этого его мать занималась с ним, и он выучил почти наизусть книгу под названием «Детский путеводитель по знаниям» — популярное издание того времени, которое он цитировал даже во взрослом возрасте. Его обучение продолжилось в Университетской школе, где, несмотря на успехи в математике, он обычно оказывался последним в классе по латыни. Уже в детстве он мечтал стать инженером. В 11 лет у него была собственная мастерская, где он строил модели лодок и двигателей. Он даже сконструировал собственный фотоаппарат, что положило начало его пожизненному интересу к фотографии. Обучение инженерному делу было не по средствам семьи, но он достиг своей цели, чередуя образование с оплачиваемой работой. Флеминг поступил на программу бакалавриата в Университетский колледж Лондона, окончил его в 1870 году и учился у математика Августа Де Моргана и физика Джорджа Кэри Фостера. Затем он стал студентом химического факультета Королевского колледжа науки в Южном Кенсингтоне (ныне Имперский колледж). Там он впервые изучил батарею Алессандро Вольта, которая стала темой его первой научной работы. Эта работа была первой, представленной на заседании нового Лондонского физического общества (ныне Институт физики), и была опубликована на первой странице первого тома их трудов. Финансовые трудности вновь вынудили его зарабатывать на жизнь, и летом 1874 года он стал преподавателем естественных наук в Челтенхэмском колледже — частной школе-пансионе, зарабатывая 400 фунтов стерлингов в год (позже он также преподавал в школе Россалл). Он продолжал собственные научные исследования и переписывался с Джеймсом Клерком Максвеллом в Кембриджском университете. Накопив 400 фунтов стерлингов и получив грант в размере 50 фунтов в год, в октябре 1877 года, в возрасте 27 лет, он вновь поступил в Кембридж. Он был одним из «двух или, возможно, трех студентов университета, посещавших последний курс Максвелла». Он признался, что лекции Максвелла было трудно понять. По его словам, Максвелл часто казался туманным и говорил «парадоксально и намеками». Иногда Флеминг был единственным слушателем на этих лекциях. Флеминг вновь окончил университет, на этот раз получив диплом с отличием по химии и физике. Затем он получил степень доктора наук в Лондоне и проработал год в Кембриджском университете демонстратором машиностроения, прежде чем был назначен первым профессором физики и математики в Университетском колледже Ноттингема, но покинул эту должность менее чем через год. 11 июня 1887 года он женился на Кларе Рипли (1856/7–1917), дочери Уолтера Фрика Пратта, адвоката из Бата. 27 июля 1928 года он женился на популярной молодой певице Олив Мэй Фрэнкс (род. 1898/9), из Бристоля, дочери Джорджа Франкса, бизнесмена из Кардиффа.

Fleming started school at about the age of ten, attending a private school where he particularly enjoyed geometry. Prior to that his mother tutored him and he had learned, virtually by heart, a book called the Child's Guide to Knowledge, a popular book of the day – even as an adult he would quote from it. His schooling continued at the University College School where, although accomplished at maths, he habitually came bottom of the class at Latin. Even as a boy he wanted to become an engineer. At 11 he had his own workshop where he built model boats and engines. He even built his own camera, the start of a lifelong interest in photography. Training to become an engineer was beyond the family's financial resources, but he reached his goal via a path that alternated education with paid employment. Fleming enrolled for a BSc degree at University College London, graduated in 1870, and studied under the mathematician Augustus De Morgan and the physicist George Carey Foster. He became a student of chemistry at the Royal College of Science in South Kensington in London (now Imperial College). There he first studied Alessandro Volta's battery, which became the subject of his first scientific paper. This was the first paper to be read to the new Physical Society of London (now the Institute of Physics) and appears on page one of volume one of their Proceedings. Financial problems again forced him to work for a living and in the summer of 1874 he became science master at Cheltenham College, a public school, earning £400 per year. (He later also taught at Rossall School.) His own scientific research continued and he corresponded with James Clerk Maxwell at Cambridge University. After saving £400, and securing a grant of £50 a year, in October 1877 at the age of 27, he once again enrolled as a student, this time at Cambridge. He was among the "two or perhaps three University students who attended Maxwell's last Course". Maxwell's lectures, he admitted, were difficult to follow. Maxwell, he said, often appeared obscure and had "a paradoxical and allusive way of speaking". On occasions Fleming was the only student at those lectures. Fleming again graduated, this time with a First Class Honours degree in chemistry and physics. He then obtained a DSc from London and served one year at Cambridge University as a demonstrator of mechanical engineering before being appointed as the first Professor of Physics and Mathematics at University College Nottingham, but he left after less than a year. On 11 June 1887, he married Clara Ripley (1856/7–1917), daughter of Walter Freake Pratt, a solicitor from Bath. On 27 July 1928 he married the popular young singer Olive May Franks (b. 1898/9), of Bristol, daughter of George Franks, a Cardiff businessman.

Деятельность и достижения

После ухода из Университета Ноттингема в 1882 году Флеминг занял должность "электрика" в Edison Electrical Light Company, консультируя по системам освещения и новым системам переменного тока Ferranti. В 1884 году Флеминг поступил в Университетский колледж Лондона, заняв кафедру электротехники, первой в своем роде в Англии. Хотя это открывало большие возможности, он вспоминает в своей автобиографии, что единственным оборудованием, предоставленным ему, были доска и кусок мела. В 1897 году в Университетском колледже Лондона была основана Лаборатория Пендера, и Флеминг занял должность профессора Пендера после того, как было выделено 5000 фунтов стерлингов в качестве памятника Джону Пендеру, основателю Cable and Wireless. В 1899 году Гульельмо Маркони, изобретатель радиотелеграфии, решил попытаться установить трансатлантическую радиосвязь. Для этого требовалось увеличить мощность с небольших передатчиков мощностью 200–400 Вт, которые Маркони использовал до этого времени. Он нанял Флеминга, эксперта в области энергетики, для проектирования радиопередатчика. Флеминг разработал первый в мире крупный радиопередатчик – сложный искровой передатчик, работающий от 25 кВт генератора, приводимого в действие двигателем внутреннего сгорания, построенный в Полдху, Корнуолл, Великобритания, который передал первое радиосообщение через Атлантику 12 декабря 1901 года. Хотя Флеминг отвечал за проектирование, директор компании Маркони заставил его согласиться: "Если мы пересечем Атлантику, главная заслуга будет и навсегда останется за мистером Маркони". Соответственно, всемирное признание этого знаменательного достижения досталось Маркони, который упомянул Флеминга лишь наряду с несколькими другими сотрудниками Marconi, заявив, что тот выполнил некоторую работу на "электростанции". Маркони также забыл обещание подарить Флемингу 500 акций Marconi, если проект увенчается успехом. Флеминг был глубоко оскорблен таким обращением. Он сдержал свое соглашение и не говорил об этом при жизни Маркони, но после его смерти в 1937 году заявил, что Маркони был "очень несправедлив". В 1904 году, работая в компании Marconi над улучшением трансатлантического радиоприема, Флеминг изобрел первую термоионную вакуумную трубку – двухэлектродный диод, который он назвал колебательным клапаном, и получил на него патент 16 ноября. Он стал известен как клапан Флеминга. Позднее Верховный суд США признал патент недействительным из-за неправимого отказа от прав и, кроме того, установил, что технология, описанная в патенте, была известна на момент подачи заявки. Это изобретение вакуумной трубки часто считается началом электроники. Диод Флеминга использовался в радиоприемниках и радарах на протяжении многих десятилетий, пока не был заменен твердотельной электроникой более чем через 50 лет. В 1906 году Ли де Форест из США добавил к клапану управляющую "сетку", чтобы создать усиливающую вакуумную трубку – RF-детектор под названием Audion, что привело Флеминга к обвинению де Фореста в нарушении его патентов. Трубка де Фореста развилась в триод – первый электронный усилитель. Триод сыграл жизненно важную роль в создании дальней телефонной и радиосвязи, радаров и ранних электронных цифровых компьютеров (механические и электромеханические цифровые компьютеры уже существовали с использованием других технологий). Судебная тяжба по поводу этих патентов продолжалась много лет, и обе стороны одерживали победы на разных этапах. Флеминг также внес вклад в области фотометрии, электроники, беспроводной телеграфии (радио) и электрических измерений. Он ввел термин "коэффициент мощности" для описания активной мощности, протекающей в системе переменного тока. Флеминг вышел на пенсию из Университетского колледжа Лондона в 1927 году в возрасте 77 лет. Он оставался активным, став убежденным сторонником новой технологии телевидения, в том числе занимая должность второго президента Телевизионного общества. Он был посвящен в рыцари в 1929 году и умер в своем доме в Сидмуте, Девон, в 1945 году. Его вклад в электронную связь и радиолокацию имел жизненно важное значение для победы во Второй мировой войне. В 1933 году Флемингу была присуждена Почетная медаль IRE за "выдающуюся роль, которую он сыграл во внедрении физических и инженерных принципов в радиоискусство". Заметка из надгробного слова на праздновании столетия изобретения термоионного клапана: Сто лет назад, в ноябре 1904 года, Джон Амброз Флеминг, профессор Пендера в UCL, подал заявку в Великобритании на устройство под названием Термоионный клапан. При подключении вместе с гальванометром к настроенной электрической цепи он мог использоваться в качестве высокочувствительного выпрямительного детектора высокочастотных беспроводных токов, известных как радиоволны. Это был важный шаг вперед в "беспроводной революции". В ноябре 1905 года он запатентовал "Клапан Флеминга". Как выпрямительный диод и предшественник триодной лампы и многих связанных с ней конструкций, его также можно считать устройством, которое дало начало современной электронике. В последующие годы лампы быстро вытеснили "кошачьи усы" и стали основным устройством, используемым для создания современной электронной промышленности. Они оставались доминирующими до тех пор, пока транзистор не занял доминирующее положение в начале 1970-х годов. Сегодня потомки оригинальной лампы (или вакуумной трубки) по-прежнему играют важную роль в широком спектре приложений. Их можно найти в мощностных каскадах радио- и телевизионных передатчиков, в усилителях музыкальных инструментов (особенно для электрогитар и бас-гитар), в некоторых высококлассных аудиоусилителях, в качестве детекторов оптического и коротковолнового излучения, а также в чувствительном оборудовании, которое должно быть "устойчивым к радиации". В 1941 году London Power Company увековечила память Флеминга, назвав новый 1555 GRT прибрежный коллайдер SS Ambrose Fleming. 27 ноября 2004 года в Норман-Локьерской обсерватории в Сидмуте была установлена голубая табличка, представленная Институтом физики, чтобы отметить 100 лет со дня изобретения термоионного радиоклапана.

After leaving the University of Nottingham in 1882, Fleming took up the post of "electrician" to the Edison Electrical Light Company, advising on lighting systems and the new Ferranti alternating current systems. In 1884 Fleming joined University College London taking up the Chair of Electrical Technology, the first of its kind in England. Although this offered great opportunities, he recalls in his autobiography that the only equipment provided to him was a blackboard and piece of chalk. In 1897 the Pender Laboratory was founding at University College London and Fleming took up the Pender Chair after the £5000 was endowed as a memorial to John Pender, the founder of Cable and Wireless. In 1899 Guglielmo Marconi, the inventor of radiotelegraphy, decided to attempt transatlantic radio communication. This would require a scale up in power from the small 200–400 watt transmitters Marconi had used up to then. He contracted Fleming, an expert in power engineering, to design the radio transmitter. Fleming designed the world's first large radio transmitter, a complicated spark transmitter powered by a 25 kW alternator driven by a combustion engine, built at Poldhu in Cornwall, UK, which transmitted the first radio transmission across the Atlantic on 12 December 1901. Although Fleming was responsible for the design, the director of the Marconi Co. had made Fleming agree that: "If we get across the Atlantic, the main credit will be and must forever be Mr. Marconi's". Accordingly, the worldwide acclaim that greeted this landmark accomplishment went to Marconi, who only credited Fleming along with several other Marconi employees, saying he did some work on the "power plant". Marconi also forgot a promise to give Fleming 500 shares of Marconi stock if the project was successful. Fleming was bitter about his treatment. He honoured his agreement and did not speak about it throughout Marconi's life, but after his death in 1937 said Marconi had been "very ungenerous". In 1904, working for the Marconi company to improve transatlantic radio reception, Fleming invented the first thermionic vacuum tube, the two electrode diode, which he called the oscillation valve, for which he received a patent on 16 November. It became known as the Fleming valve. The Supreme Court of the United States later invalidated the patent because of an improper disclaimer and, additionally, maintained the technology in the patent was known art when filed. This invention of the vacuum tube is often considered to have been the beginning of electronics. Fleming's diode was used in radio receivers and radars for many decades afterwards, until it was superseded by solid state electronic technology more than 50 years later. In 1906, Lee De Forest of the US added a control "grid" to the valve to create an amplifying vacuum tube RF detector called the Audion, leading Fleming to accuse him of infringing his patents. De Forest's tube developed into the triode the first electronic amplifier. The triode was vital in the creation of long distance telephone and radio communications, radars, and early electronic digital computers (mechanical and electro mechanical digital computers already existed using different technology). The court battle over these patents lasted for many years with victories at different stages for both sides. Fleming also contributed in the fields of photometry, electronics, wireless telegraphy (radio), and electrical measurements. He coined the term power factor to describe the true power flowing in an AC power system. Fleming retired from University College London in 1927 at the age of 77. He remained active, becoming a committed advocate of the new technology of Television which included serving as the second president of the Television Society. He was knighted in 1929, and died at his home in Sidmouth, Devon in 1945. His contributions to electronic communications and radar were of vital importance in winning World War II. Fleming was awarded the IRE Medal of Honor in 1933 for "the conspicuous part he played in introducing physical and engineering principles into the radio art". A note from eulogy at the Centenary celebration of the invention of the thermionic valve:
One century ago, in November 1904, John Ambrose Fleming FRS, Pender Professor at UCL, filed in Great Britain, for a device called the Thermionic Valve. When inserted together with a galvanometer, into a tuned electrical circuit, it could be used as a very sensitive rectifying detector of high frequency wireless currents, known as radio waves. It was a major step forward in the 'wireless revolution'. In November 1905, he patented the "Fleming Valve" As a rectifying diode, and forerunner to the triode valve and many related structures, it can also be considered to be the device that gave birth to modern electronics. In the ensuing years, valves quickly superseded "cat's whiskers" and were the main device used to create the electronics industry of today. They remained dominant until the transistor took dominance in the early 1970s. Today, descendants of the original valve (or vacuum tube) still play an important role in a range of applications. They can be found in the power stages of radio and television transmitters, in musical instrument amplifiers (particularly electric guitar and bass amplifiers), in some high end audio amplifiers, as detectors of optical and short wavelength radiation, and in sensitive equipment that must be "radiation hard". In 1941 the London Power Company commemorated Fleming by naming a new 1,555 GRT coastal collier SS Ambrose Fleming. On 27 November 2004 a Blue Plaque presented by the Institute of Physics was unveiled at the Norman Lockyer Observatory, Sidmouth, to mark 100 years since the invention of the thermionic radio valve.

Креационизм

Флеминг был христианским креационистом, который возражал против эволюции. Он был президентом Института Виктории с 1927 по 1942 год. Архив Флеминга включает в себя 521 том и 12 коробок; он содержит его лабораторные журналы, конспекты лекций, описания патентов и корреспонденцию.