Исторический экскурс


По описаниям древних натурфилософов, первым кто обратил внимание на электростатические эффекты был Фалес Милетский (640/624 — 548/545 до с. л.), который, желая приучить свою дочь к труду, рекомендовал ей заниматься изготовлением пряжи, что она делала посредствам янтарного веретена.
В один из дней дочь пожаловалась Фалесу, что к веретену, сделанному из электрона (так древние греки называли янтарь), прилипают шерстяные ворсинки и прочий лёгкий мусор, а прилипшие предметы трудно от веретена отделить.
Фалес понаблюдал за этим странным явлением, провёл несколько манипуляций с янтарной палочкой и пришёл к выводу, что янтарь, будучи натёртый лоскутком сухой кожи, приобретает свойство действовать на расстоянии на предметы, т.е. материал приобретает свойства воздействия на расстоянии. Об этом наблюдении
В те же славные времена обнаружилось ещё одно удивительное явление, связанное с поведением некоторых камней, обнаруживаемых на поверхности земли. В частности, на территории современной Турции в V веке до с.л. стоял город Магнезия, в окрестностях которого с незапамятных времён находили камни, которые, будучи подвешенными на шёлковой нити, имели свойство сохранять ориентацию в пространстве на поверхности Земли.
Их называли «путеводные камни». Как правило, они имели плоскую форму и ориентировались по направлению север - юг.
Древнеримский император - полководец Кай Юлий Цезарь во время похода своих легионов в горах наблюдал на остриях копий своих воинов «холодный огонь». Подобные пляшущие свечения на мачтах своих кораблей видели Магеллан и Колумб во время морских путешествий. Таким же таинственным светом временами светился шпиль церкви святого Эльма во Франции.
Все эти явления в миру воспринимались достаточно спокойно, в меру религиозного догматизма времени и места, а вот гром и молния, с древнейших времён и по сегодняшний день вселяют во все живые существа ужас и смятение.
Древние Греки своего главного Бога - Зевса считали повелителем молнии и грома. У Римлян аналогичные обязанности исполнял Юпитер, братья славяне в этом смысле почитали Перуна.
Благоговение человечества во все времена перед этими стихиями неудивительно, дело в том, что обычная молния, так сказать, средней руки, за время разряда т = 0,1с выделяет в окружающее пространство энергию порядка 109 - 1010 Дж, что превосходит энергию атомной бомбы. Сила тока достигает 105 А, температура в канале рана 2-104 К.
В определённом смысле, упомянутые выше, и многие другие явления электрического и магнитного характера обязаны особенностям строения нашего Мира в материальном и полевом проявлениях. Начиная разговор об электричестве и маг-

нетизме, необходимо хотя бы в двух словах коснуться вопроса о строении материи. Дело в том, что все электромагнитные явления обусловлены взаимодействиями на атомных и ядерных уровнях.
К настоящему времени установлено всего четыре типа фундаментальных взаимодействий:
  • гравитационное;
  • электромагнитное;
  • слабое ядерное;
  • сильное ядерное.

Образно говоря, весь наш подлунный мир, да и не только, является следствием этих четырёх взаимодействий, а может и ещё каких, не открытых до настоящего времени.
Кстати, древние греки тоже основу мироздания связывали с четырьмя стихиями: землёй, воздухом, огнём и водой. По мнению российского учёного - теоретика Маркова М.А. (1908 - 1994 гг.) вполне уместно провести аналогию между древними и современными представлениями, из которых становится очевидным сомнительное интеллектуальное преимущество людей нашего времени над теми, кто жил на территории нашей Родины и в древней Греции, Древнем Китае да и не только в них.
Далее будут рассмотрены некоторые электрические и магнитные явления, которые объединены в одно понятие совершенно не случайно.
Природа устроена, так, что для одного наблюдателя явление кажется электрическим, для другого - магнитным, и наоборот.
Электромагнитное взаимодействие лежит в основе большого числа повседневных явлений, включая жизнедеятельность живых организмов.
Одним словом, всё, от щелчка тумблера на панели телевизора, до, пока ещё во многом не понятного биологического поля, подчиняется законам электричества и магнетизма. И хотя открыты сейчас самые простые из них, результаты использования электромагнитных законов столь впечатляющи, что они стали основой всей цивилизации.
Действительно, если рассматривать отдельные разделы естествознания в плане их практического использования, то электромагнетизму конкуренции нет, несмотря на то, что серьёзно эту отрасль человеческих знаний начали развивать относительно недавно.
История научного становления теории электрических и магнитных явлений полна захватывающих тайн и непонятных злоключений. Иногда у профессиональных историков науки создаётся впечатление, что есть некие высшие силы, которые время от времени препятствуют дальнейшему развитию электромагнетизма, направляя лучшие умы естествоиспытателей на другие задачи, не сулящие в обозримом будущем райские кущи и даже виды Палестины в волшебном фонаре.
Несмотря на то, что до конца еще не ясна сама суть электрических и магнитных явлений, многие вопросы широко и эффективно разработаны на инженерном и технологическом уровнях.
К настоящему времени человек открыл много всяких законов, которые объясняют отдельные свойства Мира. Однако, среди этого множества есть два: закон гравитации Ньютона и закон электростатического взаимодействия Кулона, которые «управляют» материей и полем в невообразимо разных масштабных уровнях. На рис. 1.1 приведен приблизительный масштаб Вселенной, о которой человек имеет некие представления.

10:7


Границы Вселенной

10;J


Ближайшая галактика

10-"


Радиус нашей галактики

ю1'





Проксима центавра

10"





Радиус орбиты Плутона

10"





Расстояние Земля - Солнце

10’





Расстояние Земля - Луна

і о”





Расстояние до Москвы

10’





Рост человека

1,0





Размер пчелы

10’





Дождевая капля

10*





Размер вируса

10’





Диаметр молекулы Н,0

10"





Радиус атома водорода

1014



10"


Радиус атомного ядра

Рис. 1.1. Расстояния во Вселенной
Как видно из приведенных данных, постижимые размеры объектов простираются при-
+27
мерно от 10 - м (размера ядра) и до 10 (приблизительное расстояние до самого отдалённого наблюдаемого астрономами объекта во Вселенной).
Другими словами, минимальный размер от максимального различается примерно на 44 порядка, а законы, превалирующие на границах этого не поддающегося образному восприятию диапазона, имеют мистически одинаковую структуру и свойства.
Как известно закон гравитации в векторной форме определяется известным уравнением Ньютона
м
• m
„3
и наиболее сильно проявляется в масштабах ме- гамира, с его огромными массами и расстояниями. В микромире, на уровне молекул, атомов и ниже закон гравитации проявляется весьма слабо, там «царит» закон электростатического взаимодействия зарядов - закон Кулона
gt;-1) •
F
Оба закона имеют одинаковую структуру: величина взаимодействия, определяемая силой, пропорциональной произведению основных характеристик взаимодействующих тел (масс или зарядов), и обратно пропорциональной квадрату расстояния между взаимодействующими объектами.
Созерцая эти два уравнения у многих учёных, не склонных к особой романтике в обыденной жизни, появлялась уверенность в неотвратимом открытии в ближайшее время универсального закона взаимодействия мирового масштаба. Но тайны природы временами позволяют себе лёгкий флирт с исследователями, но чаще представляют собой весьма труднодоступные «вершины».
Вот, к примеру, А. Эйнштейн последние десять с лишним лет своей жизни потратил на поиск взаимосвязи между электромагнитным и гравитационным полем, практически безрезультатно. Единой теории поля так и не получилось.
В уравнениях Ньютона и Кулона расстояние r, не случайно поставлено возведённым в куб. Некоторые естествоиспытатели считают, что именно этот показатель степени определяет количество измерений нашего мира. Рассуждения их просты и лаконичны. Модули обоих сил обратно пропорциональны квадрату расстояния, это можно записать так
1
Fk = k^y.

Обсуждаемые фундаментальные законы выполняются только при n = 3. При
всех других значениях n закон гравитации и электрического взаимодействия не выполняются. Отсюда есть основания считать, что именно эта магическая «тройка» определяет трёхмерность нашего Мира.
На некоторые странности развития учения об электричестве обратили внимание не только учёные, но даже поэты. Французский поэт Поль Валери (1871 - 1945 гг.), не мог понять, почему такая практически значимая и научно необходимая область естествознания так долго оставалась без систематического внимания серьёзных учёных: «Что может быть более непонятно для ума, чем история этого небольшого кусочка янтаря, столь покорно проявляющего силу, которая скрыта во всей природе, которая, быть может, есть вся природа и которая в течение всех веков, кроме последнего, проявлялась лишь в нём?» На то они и поэты, чтобы говорить красиво.
Странным кажется и то, что электромагнитное взаимодействие обнаружилось, по сути, только в XIX веке, хотя электромагнитные силы распространены в природе не меньше, чем гравитационные.
Но история такова, какова она есть. Можно только догадываться по косвенным проявлениям, почему наука об электрических и магнитных явлениях прошла именно такой путь, а не повторила относительно ранее и достаточно революционное развитие классической механики.
В короткой истории электромагнитной науки можно выделить три характерных периода. Самый затяжной из них, часто называют «медицинским», потом что открытые к XVII веку способы электризации тел использовались в основном шарлатанствующими врачевателями и прочими авантюристами.
Продвинутые придворные эскулапы дурачили не шибко сведущих коронованных особ и их окружение сказками о возможности оживлять умерших посредствам электрических разрядов.
Получив материальную поддержку, алхимики от электричества закупали оборудование и материалы, принимали повышенные обязательства в деле раскрытия тайн природы и пускались в новые странствия.
По Европе колесили команды «волшебников», которые в своём балагане изумлённой и находящейся в полуобморочном состоянии, публике демонстрировали, как под воздействием неких хитроумных машин у отошедших уже в другой мир людей открывались глаза, вставали дыбом волосы.
А иногда трупы дёргали конечностями и даже садились и открывали глаза. Если представить себе, что всё это действо происходило в полутёмном помещении, где специально пускали цветные дымы и сжигали серу, то изменение положения отдельных частей тела совсем не живых людей, производило неизгладимое, граничащее с ужасом, впечатление на присутствующих.
Джентльмены исступлённо таращили глаза, забыв о правилах поведения в общественных местах, а леди, пронзительно хором взвизгнув, отправлялись в обморочное состояние.
Параллельно с «освоением» электрических эффектов предпринимались попытки использовать и магнитные явления, причём тайн и мистицизма в этих попытках было куда как больше.
Магнетизм, так же как и электричество прошёл «медицинский» период. Магнитные материалы принимали вовнутрь, привязывали к опухолям и даже клали под подушку неверным жёнам, чтобы притянуть их к супружескому ложу. Опять же, за милую душу, магнитами снимали порчу и сглаз.
Отрадно, что среди врачей были весьма образованные люди, которые обратили внимание на электричество и магнетизм не на как средство добывания денег и авторитета, а как на объективный элемент природы.
Первое систематическое описание свойств магнитных и «электрических» материалов было сделано придворным врачом Елизаветы Тюдор I, Джильбертом (Гильбертом). Именно Гильберт (1544 - 1603 гг.) попытался впервые осмыслить наблюдаемые явления с научных позиций и вернулся к античной идее эфира, окружающего электрически заряженные тела и магнитные материалы.


Следующий этап, был универсальным для всех отраслей знаний. Как только механика достигла успехов в теории и практике, как только она сложилась в самостоятельную науку, основные идеи механики стали копировать, перенося механические взгляды, методы и средства на другие естественные науки.
И были поразительные успехи. Закон гравитации Ньютона, будучи скопированным, по форме, привёл Кулона к открытию своего знаменитого закона, кото- Рис. 1.2. Уильям Гильберт рый, помимо прочего привёл к более конкретному определению напряжённости поля.
Для поверхности Земли закон гравитации имеет вид: Fg(0) = mg , а закон Кулона
через напряжённость поля - Fk = qE. Комментарии, как говорится - излишни.
Популярный афоризм нашего бывшего премьера: «Хотели, как лучше, а получилось, как всегда», можно применить и к истории развития теории электричества.
Астроном Жан Пикар, перенося в ночное время ртутный барометр, обратил внимание, что пустая часть трубки светится слабым голубым светом.
Своё наблюдение в 1676 г. Пикар опубликовал, сообщение попало в руки Иоганна Бернулли, который изготовил специальный прибор для наблюдения этого явления.
Откачанная закрытая стеклянная трубка была частично заполнена ртутью, при её встряхивании в темноте поверхность стекла светилась таинственным голубым светом, который назвали «фосфорическим светом», хотя фосфор к этому отношения не имел, однако это выяснилось только во второй половине XIX века


Рис. 1.3. Стивен Грей
Изучение «фосфорического свечения» стало проводиться многими любознательными людьми. В 1705 г. английский естествоиспытатель Хоксби обнаружил, что свечение возникает при натирании стеклянной палочки тканью.
Это явление мог наблюдать и рассуждать о нём каждый. Стивен Грей (рис. 1.3), отошедший по возрасту от дел, начав экспериментировать с электрическими явлениями, установил, что от наэлектризованной палочки могут заряжать некоторые тела, а некоторые - нет. Таким образом, на фоне интеллектуальных своеобразных забав, в науку вошли понятия проводника и изолятора (диэлектрика). Грей первым, по крайней мере в Англии, начал демонстрировать передачу электростатического заряда через человеческие тела.
Он посредствам всё той же стеклянной палочки, подносимой к её левой руке, сообщал заряд даме, раскачивающейся на качелях, подвешенных на шёлковых нитях. Ассистент дотрагивался до правой руки дамы, и присутствующие могли наблюдать проскальзывание искр.
Эффектные электрические зрелища заинтересовали французского учёного с энциклопедическим складом ума Франсу Дюфэ (1698 - 1739 гг.), который, проведя их бесчисленное множество, пришёл к фундаментальному заключению о наличии в природе зарядов двух типов «стеклянных» и «смоляных». Кроме того, Дюфэ начал использовать в своих опытах по электризации тел в качестве источника зарядов стеклянный шар (рис.


Рис. 1.4. Влияние электричества на организмы и растения
1.4), который по началу контактировал с руками экспериментатора. Заряд с шара посредствам цепи передавался на сложную конструкцию с разнообразными живыми организмами и растениями.
Модернизация установки Хоксби не заставила себя долго ждать. Стеклянный шар, достаточно сложный в изготовлении вскоре был заменён стеклянной трубкой, вращаемой педальным приводом.
Усовершенствование конструкции осуществил профессор латинской литературы Иоганн Винклер (1703 - 1770 гг.). Электрическими явлениями интересовались практически все образованные люди, становясь, время от времени на естественнонаучную стезю. Трубку стали натирать не руками, а кожаными подушечками, отороченными конским волосом. Конструкция была настолько совершенной, по тем временам, что получаемые с её помощью искры могли зажигать смоченную эфиром вату.


Рис. 1.5. Молния и электрический разряд
После таких экспериментов невольно на ум приходила аналогия генерируемой в условиях «лабораторий» искры с грозным природным явлением - молнией (рис. 1.8). Уместно вспомнить в этой связи, что задолго до описываемого времени, древние римляне пытались классифицировать молнии «по назначению», на национальные, семейные и индивидуальные, предупреждающие, подтверждающие могущество, увещевательные и наказующие.
Аристотель в своей работе «Метрология», подчёркивал, что молнии «любят» металлы:
«Случалось, что медь щита расплавлялась, а покрывающее его дерево оставалось невредимым».
Небезызвестный наставник Нерона - философ Сенека (4 -60 гг. с.л.) тоже на предмет «пристрастия» молний писал: «Серебро расплавляется, а кошелек, в котором оно заключалось, остаётся невредимым.
Аналогичное свойство отмечал ранее Плиний, римский писатель, философ, военный и государственный деятель ещё в III в. до с.л: «Золото, медь, серебро, заключенные в мешке, могут быть расплавлены молнией, а мешок не сгорит и даже восковая печать не размягчится».
Вот уже более двух тысяч лет человечество целенаправленно интересуется молнией, но вреда она по-прежнему приносит много. Только в Соединённых Штатах молния ежегодно становится причиной около 7500 лесных пожаров.
В 1848 г. французский астроном, физик и математик Доминик Француа Араго (1786 - 1853 гг.) выпустил книгу с характерным названием «Гром и молния», где описал многочисленные случаи проявления атмосферного электричества. Араго попытался классифицировать молнии и громы с позиций их проявления по отношению к человеку, животным и различным предметам, находящимся в воздухе и на поверхности Земли.
В книге Араго было собрано много исторических рецептов предостережения от поражения атмосферным электричеством. Сообщалось, в частности, что японские императоры во время грозы прятались в специальном укрытии, над которым размещался большой сосуд с водой.
Император Август во время грозы облачался в одежды, сшитые из тюленьих шкур, а пастухи приволжских степей использовали в качестве защиты войлочные покрывала. Упоминалось так же, что моряки в XV в. в качестве защитного средства использовали металлические мечи, укреплённые на верхушке мачт парусных судов.
Увлечение электрическими опытами в Америку прибыло морским путём вместе с пронырливыми «популяризаторами» последних достижений чародейства и волшебства.
В 1747 г. один из таких научных коммивояжёров, некто доктор Спенсер развернул в Бостоне свой электрический балаган. Колонисты валили валом, «наука» приносила доход.
Среди любопытствующих ковбоев, торговцев лошадьми и сбруей одно из представлений посетил почтенного вида джентльмен, портрет которого в последствии был размножен миллиардными тиражами.


Рис. 1.6. Бенжамен Франклин
Да, это был Бенджамен Франклин, портрет которого украшает американские деньги (рис. 1.6) самого большого достоинства.
Он прославился в политике как сторонник объединения штатов, а в науке об электричестве, которой он занимался в преклонном возрасте всего семь лет, он ввёл в обиход такие всем знакомые сейчас понятия, как: «конденсатор», «батарея», «обмотка», «проводник», «заряд».
Посмотрев фокусы доктора Спенсера и прослушав ряд популярных лекций Франклин увлёкся, и, будучи человеком талантливым, на основании собственных опытов и наблюдений других людей, он разработал одну из первых достаточно убедительных теорий электричества.
Именно с подачи Франклина по учебникам и академическим статьям пошло гулять понятие «электрической жидкости», содержанием которой Франклин объяснял наличие заряда разного знака в телах.
Избыток электрической жидкости обуславливал положительный заряд, недостаток жидкости - отрицательный заряд. Несмотря на отсутствие на самом деле в заряженных телах «электрической жидкости» теория, построенная на её основе, принесла определённый прогресс.
Произошло то же, что с мифическим флогистоном Сади Карно, который на основании принципиально неверной концепции получил гениальные выводы касаемо коэффициента полезного действия тепловых двигателей.
В принципе, Франклин был недалёк от истины, если учесть что носителем заряда является не особая жидкая субстанция а отрицательно заряженные электроны, более походящие по своим свойствам на вещество в газообразном состоянии.
Франклин тоже усматривал аналогию между молнией и электрической искрой, но тут он был не первым.


Рис. 1.7. Франклин за работой
Ньютон в 1716 г. в своей обширной переписке замечал: «Тот, кто копается в глубоких шахтах знания, должен, как и всякий землекоп, время от времени подниматься на поверхность подышать чистым воздухом. В один из таких промежутков я и пишу вам. Я много занимался замечательными явлениями, происходящими, когда приводишь в соприкосновение иголку с кусочком янтаря или смолы, потёртой о шёлковую ткань. Искра напомнила мне молнию малых размеров».
И если Ньютону искра только напоминала настоящую молнию, то Франклин с уверенностью замечал, что «вещество молнии» и «вещество электричеств» тождественны.
Тождественность электричества с молнией, по мнению Франклина, заключалась в следующем: даёт свет; тот же цвет света; ломаное направление; быстрота движения; проводится металлами; создаёт треск или шум при взрыве; разрушает предметы, через которые проходит; убивает животных; плавит металлы; зажигает легковоспламеняющиеся вещества.
Как только Франклину открылась электрическая суть молнии, он сделал самое своё главное изобретение - громоотвод. Первенство в изобретении громоотвода оспаривается чешскими историками науки. Они утверждают, что за шесть лет до Франклина, т.е. в 1745 г. священник Прокопий Дивиш из Прендиц установил на своём доме вертикально десятиметровый железный шест, зарытый одним из своих концов глубоко в землю, а второй конец шеста был устремлён в небо.
Громоотвод Прокопия Дивиша просуществовал недолго. Кто-то из коллег изобретателя объяснил местным крестьянам, что причины засухи и неурожая заключаются в дьявольском шесте над домом священника. Идея была загублена на корню.
Вообще по поводу громоотвода бушевали нешуточные страсти и в масштабах Европы. В Париже, например, даже женские шляпки умудрялись изготавливать с громоотводами. В тоже время, в 1780 г. на буржуа Визери, установившим на своём доме защиту против атмосферного электричества, соседи подали в суд и судились с ним четыре года. Только благодаря уникальным способностям молодого адвоката Максимилиана Робеспьера (того самого) Визери был оправдан.
Следующим поворотным пунктом в истории электрических исследований было открытие в 1745 г. немецкого каноника Эвальда Юргена фон Клейста, который в свободное от основной богоугодной работы время занимался приготовлением полезной для здоровья электризованной воды, которая затем легковерным прихожанам продавалась за «святую».
В стеклянную банку (рис. 1.8) вставлялся стержень, по некоторым косвенным признакам из серебра, воде через стержень сообщался электрический заряд.
Бутылочки с такой водой продавали прихожанам, которым она якобы помогала от недугов. Процесс производства фон Клейст сопровождал предположительно возданием должного церковному вину. Забыв налить в бутыль воды, Клейст принялся вращать стеклянный шар, сообщая заряд пустой бутыли.
Дотронувшись в конце цикла до металлического стержня рукой, Клейст испытал удар, чему не мало был удивлён. Этот «страшный опыт» вскорости повторил в Лейдене некто Кюнеус, ученик профессора Питера Ван Му- шенбрека.


Рис. 1.9. Первые опыты с лейденской банкой


Используя электрическую машину в виде гуттаперчевого шара фон Герике (рис. 1.9) тоже пытался зарядить воду, которая посредствам стальной цепочки соединялась с машиной.
По окончании цикла зарядки Кю- неус решил рукой вынуть из воды цепочку и получил электрический удар такой силы, что чуть не скончался на месте. Выслушав леденящий душу, рассказ своего студента, профессор Мушенбрек (1692 - 1761 гг.) решил проверить открытия Кюнеуса.
Проведя серию экспериментов, он описал их следующим образом: «Хочу сообщить вам новый и страшный опыт, который никак не советую повторять. Я сделал некоторые исследования над электрической силой и для этой цели повесил на двух шарах из голубого шёлка железный ствол, получавший, через сообщение, электричество от стеклянного шара, который приводился в быстрое вращение и натирался прикосновением рук. На другом конце висела медная проволока, конец которой был погружен в круглый стеклянный сосуд, отчасти наполненный водой, который я держал в правой руке, другой же рукой я пытался извлечь искры из наэлектризованного ствола. Вдруг моя правая рука была поражена с такой силой, что всё тело содрогнулось, как от удара молнией. Сосуд, хотя и из тонкого стекла, обыкновенно сотрясением этим не разбивается, но рука и всё тело поражаются столь страшным образом, что и сказать не могу, одним словом, я думал, что при шёл конец ......



amp;
При таких, сопряжённых с опасностями для жизни, обстоятельств был открыт простейший конденсатор - лейденская банка. Уже в следующем году сосуды экзотических форм с водой были заменены простой цилиндрической банкой с обкладками из металлической фольги с обеих сторон - внутри и снаружи.
Рис. 1.10. Группа лейденских банок
Был так же создан плоский конденсатор, для увеличения эффекта Винклер в Германии, а Франклин в Америке соединили банки, параллельно получив, таким образом, достаточно ёмкие «батареи» (рис. 110). Это нехитрое устройство долгое время служило верой и правдой во многих естественнонаучных лабораториях и демонстрационных балаганах.
Святые отцы постигали тайны естествознания со свойственным им размахом и обстоятельностью. Не менее 700 французских монахов, собранных по этому случаю из окрестных монастырей и приходов, взявшись за руки, провели лейденский эксперимент. В тот момент, когда первый монах прикоснулся к электроду лейденской банки, все остальные одновременно и дружно взревели, потрясённые электрическим ударом.
Версаль не мог остаться в стороне от прогресса. Следом за монахами в цепь стали королевские мушкетёры. Даже гвардейская выдержка и навыки в фехтовании не смогли противостоять электрической силе стеклянной банки, обёрнутой внутри и снаружи металлической фольгой: «Было очень курьёзно видеть разнообразие жестов и слышать мгновенный вскрик, исторгаемый неожиданностью у большей части получающих удар». Тешил королевскую чету придворный «электрик», аббат Нолле.
Забавы забавами, но все эти фокусы требовали объяснений. Теории электричества стали появляться как грибы после теплого летнего дождя. Ряд исследователей вспомнил Рене Декарта с его особыми флюидами, пронизывающими буквально всё в этом подлунном мире.
В совокупности с попытками воссоединить всепроникающий флюид и механические представления о процессах (других успешных теорий практически на тот момент не существовало) появились весьма запутанные и невнятные трактовки результатов экспериментов и демонстраций.
Самой успешной, как отмечалось выше, была концепция флюида Бенджамена Франклина, который приписал флюиду три основных свойства: чрезвычайную тонкость, взаимное отталкивание его частей и сильное притяжение электрического флюида к обычной материи.
По мнению Франклина, всякое тело, заряженное электрическим флюидом, создавало в своих окрестностях «электрическую атмосферу». Термин оказался настолько удачным, что его употребляли буквально до середины XIX в., часто не в переносном, а в буквальном смысле.
Следует отметить, что идея мифического флюида в истории науки не нова. Достаточно вспомнить, как в термодинамике возникли понятия температуры и теплоты.


В теории тепла использовался, по сути, тепловой флюид в виде особой невидимой жидкости, который называли флогистон или теплород. И что удивительно. Несмотря на то, что понятие флогистона маскировало собой сложнейшие процессы на атомном и молекулярном уровне и было в корне неверным, оно внесло некоторую ясность в теорию тепловых явлений и даже позволило получить количественные соотношения. Условие теплового баланса, например, о Сади Карно уже было сказано выше.
На формирование научно обоснованных представлений об электрических явлениях во все времена оказывали влияние проявления электрических свойств у водных обитателей.
При изучении содержания древних египетских письмен, сделанных на базальтовых плитах, было обнаружено изображение священной рыбы - нильского сома (рис. 1.11), который «наРис. 1.11. Нильский электрический сом граждал» мощным электрическим ударом всякого, касавшегося его.


Рис. 1.12. Электрический скат
Аристотель, прогуливаясь с учениками под оливковыми деревьями сада, окружающего ликей, повествовал об удивительных, на его взгляд, свойствах средиземноморского ската (рис. 1.12), который «заставляет цепенеть животных, которых он хочет поймать, побеждая их силой удара, живущего в его теле». В древней Греции использовали свойства электрических угрей исторгать из себя электрический заряд для лечения подагры стареющих патрициев.
Средние века ничем особенным в плане исследования электромагнитных явлений не ознаменовались. Продолжались электромагнитные фокусы и сочинительство легенд. Правда, алхимики средневековья в своих попытках облагораживания металлов и поисках философского камня широко пользовались природными магнитами. Вначале в Китае, а потом и в Европе стали получать распространение магнитные компасы.
Заметные успехи в электродинамике, так же как и в других областях человеческих знаний стали появляться в Эпоху Возрождения, теоретическое осмысление наблюдаемых явлений возникли только после изобретения источников электрического тока относительно продолжительного действия. Все, что было связано с лейденскими банками и молниями, исследовать количественно было затруднительно ввиду скоротечности процессов.
Во многих странах установлены памятники собакам, которые вполне заслужили таких почестей своим беззаветным служением человечеству. Памятник, хотя бы один, надо непременно поставить бесхвостым амфибиям, именуемым в просторечии лягушками. Потому что история лягушек и история науки об электричестве на определённом временном интервале тесно переплелись.


Лягушка (рис. 1.13), можно сказать, по воле случая была востребована передовой наукой и стала на короткий, но чрезвычайно плодотворный промежуток времени центром внимания многих учёных мужей.
Вставляя химический источник тока (батарейку) в любое бытовое светящее или играющее устройство уместно иногда вспомнить добрым словом этих совершенно безобидных существ. Но, обо всём по порядку.
Вот выдержка из старой энцикло- Рис. 1.13. Rana svlvatica              педии              конца XVIII века: «В течение це
лых тысячелетий холоднокровное племя лягушек беззаботно совершало свой жизненный путь, как наметила его природа, зная одного только врага, господина аиста, да ещё, пожалуй, терпя урон от гурманов, которые требовали для себя жертвы в виде пары лягушачьих лапок со всего несметного рода. Но в исходе столетия наступил злосчастный век для лягушек. Злой рок воцарился над ними, и вряд ли когда-либо лягушки от него освободятся. Затравлены, схвачены, замучены, скальпированы, убиты, обезглавлены, - но и со смертью не пришёл конец их бедствиям. Лягушка стала физическим прибором, отдала себя в распоряжение науке. Срежут ей голову, сдерут с неё кожу, расправят мускулы и проткнут проволокой спину, а она всё же не смеет уйти к месту вечного успокоения; повинуясь приказанию физиков и физиологов, нервы её придут в раздражение и мускулы будут сокращаться, пока не высохнет последняя капля «живой воды». И всё это лежит на совести у Алои- зо Луиджи Гальвани (1737 - 1798 гг.)».


Рис. 1.14. Луиджи Гальвани
Существует две версии возникновения интереса Луиджи Гальвани (рис. 1.14) к лягушкам. По одной из них, в конце 1780 г. профессор анатомии занимался по обыкновению препарированием оной из представительниц лягушачьего племени исключительно с целью удовлетворения собственного любопытства о её внутреннем устройстве. По другой версии Гальвани потрошил лягушек для того, чтобы сварить больной жене целебный лягушачий бульон. Обе версии заканчиваются одинаково. В комнату, где профессор занимался со своим ассистентом - физиком расчленением очередной бесхвостой амфибии, вошла жена, и тут же поспешила упасть в обморок. Когда анатом и физик привели её в чувства, она с явно выраженным на лице ужасом показала на отрезанную лапку лягушки, которая лежала на столе электрической машины и дёргалась, во время касания лежавшего рядом металлического скальпеля - как живая.


Рис. 1.15. Первые опыты Гальвани с «живым электричеством»
Тут было чему удивиться и двум мужественным учёным, которые, оставив свои прежние намерения, на целых 11 лет сосредоточились на всестороннем исследовании этого феномена. Гальвани об этом написал так: «Когда один из моих помощников острием скальпеля случайно очень легко коснулся внутренних бедренных нервов этой лягушки, то немедленно все мышцы конечностей начали так сокращаться, что казались впавшими в сильнейшие тонические судороги. Другой же из них, который помогал нам в опытах по электричеству, заметил, как ему казалось, что это удается тогда, когда из кондуктора машины извлекается искра. Удивленный новым явлением, он тотчас же обратил на него мое внимание, хотя я замышлял совсем другое и был поглощен своими мыслями. Тогда я зажегся страстным желанием исследовать это явление и вынести на свет то, что было в нем скрытного».
Сочинение Гальвани «Трактат о силах электричества при мышечном движении» увидевшее свет в 1791 г. сводилось, в конечном счёте, к тому, что электричество «живёт» в теле лягушки (рис. 1.15).
С лёгкой руки Гальвани учёные и обыватели активно заговорили о «живом электричестве». Сам Луиджи об этом писал так: «Из того, что мы до сих пор узнали и исследовали, можно, я полагаю, с достаточным основанием заключить, что животным присуще электричество, которое мы позволили себе обозначить вместе с Бер- толонием и другими некоторым общим названием «животного». А почему бы нет? Существуют же электрические скаты и угри, почему бы не быть электрическим лягушкам, правда, менее выраженным».
К сожалению Луиджи Гальвани и его ассистент Бертолоний не придали значения тому факту, что сокращение мышечных тканей лягушачьих лапок происходило только в тех случаях, когда металлический предмет касался оголённого нерва.
Самой большой заслугой Гальвани является то, что на проблему его «живого электричества» обратили внимание серьёзные учёные и продолжили путь развития методов получения электрических источников энергии.
Своё открытие Гальвани сделал своевременно. Это к тому, что за сто с лишним лет до Гальвани в далёком 1678 г. учёный Шввамердом демонстрировал герцогу Тосканскому конвульсии лягушачьих лапок, подвешенных на серебряной проволоке.
В Швеции в 1752 г. философ Иоганн Георг Зульцер среди прочих своих наблюдений, опубликовал следующее сообщение: «Если два куска металла, один - оловянный, другой - серебряный, соединить и приложить к их языку, то последний будет ощущать некоторый вкус, довольно похожий на вкус железного купороса, в то время как каждый кусок металла в отдельности не даёт и следа этого вкуса». Марко Кальдани в 1756 г. тоже препарировал бедных пресмыкающихся и тоже заметил, что тело мёртвой лягушки вблизи электрофорной машины содрогается, но не придал, в отличие от Гальвани, этому факту никакого значения. Яичко дорого ко Христову дню.


Внимательно ознакомившись с работами Луиджи Гальвани итальянский физик Алеедандро Вольта (1745 - 1827 гг.) усомнился в правильности выводов о происхождении электричества в теле лягушек и начал развивать эту тему в несколько ином, более научно обоснованном направлении.
Алессандро Вольта родился 18 февраля в городке Комо, который был расположен близ Милана в знатной дворянской семье с вековыми традициями. Как и многие гениальные люди, он по рождении был, слаб и тщедушен, угрожающе долго не говорил. Первое слово «нет» Алессандро произнёс в четыре года. После пяти лет раз- Рис. 1.16. А. Вольта витие малыша пошло очень быстро.
В восемнадцать лет Вольта на равных активно переписывался с аббатом Ноле, того самого, который демонстрировал на мушкетёрах электрические эффекты с лейденской банкой.
Первые научные успехи и широкая известность в узких научных кругах пришла к нему после изобретения электрофорной машины, в настоящее время являющейся непременным атрибутом многих школьных кабинетов физики. Вольта первым из миланской профессуры начал преподавать физику не на латыни, а на родном итальянском языке.
Сочинение Гальвани «Трактат о силах электричества при мышечном движении» потряс Вольта настолько, что он перечитал его несколько раз и обнаружил то, что ускользнуло от внимания автора. Он установил, следуя подробнейшим описаниям экспериментов Гальвани, что все эффекты происходили, как отмечалось выше, при контакте лягушачьего нерва с металлическими инструментами, выполненными из разнородных металлов.
Вот оно озарение гениального человека. Тысячи читали трактат Гальвани, а этот пустячок упустили. Алессадро Вольта ставит серию опытов, заменив пресмыкающихся своим языком. Вот как описывает это сам Вольта: «Признаюсь, я с неверием и очень малой надеждой на успех приступил к первым опытам: такими невероятными казались мне, таким далёким от всего, что нам доселе известно об электричестве. Ныне я обратился, сам был очевидцем, сам производил чудное действие и от неверия перешёл, может быть, к фанатизму!».
Профессор Вольта брал две монеты из разных металлов: одну подкладывал под язык, а другую - на язык. Соединяя монеты проволочкой, он временами чувствовал солоноватый вкус. Каждый может ощутить этот вкус, если коснётся языком современного химического источника тока (батарейки), наиболее ярко действие электрического тока на язык проявляется при подобном испытании плоских батареек, с напряжением на электродах U = 4,5 В.
Касаться клемм автомобильного аккумулятора могут себе позволить только люди с устоявшейся нервной системой. Но Алессандро Вольта сумел почувствовать на порядок меньший, еле уловимый «вкус» электрического тока.
Параллельно Вольта в своей университетской лаборатории повторял опыты Гальвани и всё более убеждаясь, что причины возникновения эклектических явлений не физиологического, а физического и химического характера. Наука об электричестве претерпела очередной раскол.
Образовались два научных клана: «вольтианцы» и «гальванианцы». Первые во всех опытах с лягушками и другими животными начисто отметали животных - как источник электрического тока; вторые, наоборот, считали что «животное электричество» существует и мышечные ткани способны его вырабатывать.
Параллельно с «борьбой» со сторонниками физиологических причин электрических явлений, Вольта проводит серию экспериментов, направленных на усиление обнаруженного им эффекта возникновения электрического тока в щелочной среде (слюне).
Вольта испытал на себе все доступные ему металлы и выстроил ряд их активности, так называемый ряд напряжений металлов: Zn, Cu, Ag. Чем дальше друг от друга отстоят металлы, тем более они эффективны при производстве электрического тока.
Конечно современный ряд несколько длиннее вольтова (Zn, Fe, Sn, Pb, Cu, Ag, Pt, C), но не надо забывать, что Вольта был первый. Вольта выбрал два металла - цинк и серебро и продолжил свои поиски способов дальнейшего усиления эффекта.
Итоги своих поисков вольта изложил в 1800 г. в письме президенту Лондонского королевского общества сэру Джозефу Бэнксу: «Да, устройство о котором я говорю и которое непременно привело бы Вас в изумление, представляет собой нечто иное, как некоторое число хороших проводников, расположенных друг за другом в определённой последовательности. 30, 40, 60 и более пластин из меди, лучше из серебра, каждая из которых сложена с пластинкой из олова, но гораздо лучше из цинка, и столь же большое число прослоек из воды или любой другой жидкости, проводящей лучше, чем обыкновенная вода, например солёная вода, щёлок и т.п., или куски бумаги или кожи и т.п., пропитанные указанными жидкостями. Эти куски вставляются между пластинами каждой пары или в каждый контакт двух различных металлов. Такое чередование проводников трёх родов, всегда в одной и той же последовательности, - всё из чего состоит новый прибор, который, как уже говорилось, производит действие такого же рода, как лейденские банки...».
В этой записке Вольта описывает свой знаменитый вольтов столб, т.е. последовательное соединение ячеек, состоящих из пластинок разнородных металлов и прокладок, пропитанных растворами кислот или щелочей.
Но столб появился позже, вначале прибор для производства электричества, описанный в трактате «Об электричестве, возбуждаемом простым соприкосновением различных проводящих веществ», представлял собой довольно громоздкое сооружение (рис.1.17), в котором вместо прокладок из кожи или картона использовались специальные деревянные сосуды.




Рис.1.17. Установка Вольты для производства электричества
В сосудах, заполненных проводящими жидкостями, помещались пластины, выполненные из цинка и серебра. Когда габариты батареи уменьшились до размеров, соизмеримых с размерами стола, Вольта решился продемонстрировать своё творение консулу Франции Наполеону Бонапарту (рис. 1.18)


Рис. 1.18. Вольта демонстрирует свой прибор Наполеону
Совершенствуя конструкцию источника тока Вольта пришёл к идее столба, когда кружки разноимённых металлов, разделенные войлочными промежутками и соединённые последовательно, помещались в цилиндрические стеклянные или деревянные банки, наполняемые растворами кислоты или щёлочи (рис. 1.19). Это был, так называемый, вольтов столб - прообраз современных химических источников электрического тока, самого распространённого и теперь для питания всевозможных малогабаритных электрических и электронных устройств.


Рис. 1.19. Вольтов столб (чертёж автора)
Вольтов столб принёс своему создателю заслуженную славу и почёт. Французы, весьма революционно во всех отношениях настроенная в то время нация, обрушивает на Вольту град внимания.
В его честь чеканится медаль, а первый консул Директории небезызвестный генерал Бонапарт основал фонд в 200000 франков для "гениальных первооткрывателей" в области электричества и первую премию вручает автору столба.
Помимо прочего Вольта становится рыцарем Почетного легиона, Железного креста, получает звание сенатора и графа, становится членом Парижской и Петербургской академий наук, членом Лондонского Королевского общества, которое награждает его Золотой медалью
Коплея. Вольта в естествознании являет собой редкий случай учёного, когда ему воздаётся по заслугам его ещё при жизни.
Историки и учёные едины во мнении, что создание "вольтова столба" было, как бы сказали современные политики, судьбоносным событием в электрической науке, оно стало прочным фундаментом для целого ряда современных естественнонаучных отраслей, прежде всего для современной электротехники и электроники, оказав, трудно сравнимое с чем-нибудь другим, влияние на всю историю человеческой цивилизации.
Неудивительно, что современник Вольты французский академик Доминик Франсуа Жан Араго (1786 - 1853 гг.) считал открытие Вольты «...
самым замечательным прибором, когда-либо созданным людьми, не исключая телескопа и паровой машины».
Как только в распоряжении учёных попал источник постоянного тока, который мог по началу несколько минут обеспечивать на своих клеммах относительно постоянную разность потенциалов, открытия новых свойств и возможностей электричества стали появляться на страницах научных, технических и популярных журналов невиданно часто. Вольтовы столбы строили в Европе, Азии и Америке. Их усовершенствовали, их делали более удобными, но идеология была всё та же.
Одним из самых известных энтузиастов модернизации химических источников тока был профессор физики Петербургской Медико-хирургической академии Василий Петров (1761 - 1834 гг.). Василий Владимирович родился в г. Обояни, что под Курском, в семье приходского священника. Учился в Харькове, потом преподавал математику и физику, а в 1833 г. стал вначале экстраординарным, а затем и ординарным профессором медико-хирургической академии.
не причём.


Рис. 1.20. Батарея
В. Петрова
Научные интересы Петрова простирались на метеорологию, химию и физику. Первая его научная работа «Собрание новых физико-химических опытов и наблюдений», вышедшая в свет в 1801 г. привлекла внимание серьёзных учёных обоснованной критикой теории флогистона (теплорода), особой жидкости, ответственной за передачу и преобразование тепла. Петров экспериментально доказал, что процесс горения возможен только в присутствии кислорода, флогистон и теплород тут
В 1802 г. он изготовил источник тока высокого напряжения (около 1700 В), состоящий из 2100 медно-цинковых элементов (рис. 1.20). Грандиозность реализованного профессором Петровым замысла становится понятной, если учесть что в Европе строили источники, состоящие из 15 - 20 элементов. Вскоре после ввода батареи в эксплуатацию в 1803 г. Петров опубликовал в работе «Известие о «гальвани - вольтовских опытах» сообщение о наблюдаемой им электрической дуге, которую назвали «вольтовой».
Профессор писал о чрезвычайно ярком свете, подобном солнечному «... тёмный покой довольно ясно освещён быть может...» и высокой температуре в зоне электрического разряда. Петров один из первых экспериментально подтвердил химическую природу нового источника энергии. Петров в своих опытах использовал медно-цинковые элементы, помещённые в раствор серной кислоты.
Вольта прожил 82 года, ему посчастливилось ощутить всю великую роль сделанных им открытий для развития стратегических направлений нынешней цивилизации. Человечеству пришлось ждать 142 года до появления атомного котла - аппарата, рождение которого по своим последствиям можно, весьма условно сравнить с изобретением вольтова столба. Экология и безопасность, дамы и господа!!!!!!!!
Одним из первых явлений, которое наблюдал Вольта при исследовании батареи, был процесс разложения солей и окисление металлических пластинок. Электрохимические явления, строго говоря, не были открытием. Способ восстановления окислов металлов посредствам электрических разрядов открыл в 1799 г. Бек- кариа. Химическое действие тока на систематической основе проводили Хемфри Дэви (1778 - 1829 гг.), Джованни Фабброни (1752 - 1822 гг.). Это из того, что опубликовано.
Следующим обнаруженным эффектом было тепловое действие электрического тока. Это было самое наглядный эффект, производимый электрическим током.
Уже в 1802 г. Кюрте заметил, что при замыкании полюсов батареи возникают столь обильные искры, что они «распространяли такой яркий свет, что даже сияние солнечного диска казалось слабым по сравнению с ним».


Рис. 1.21. Электрическая дуга
В 1810 г. профессор Дэви с помощью большой батареи, состоящей из 2000 элементов «впервые» продемонстрировал электрическую дугу. Петров явление дуги наблюдал и демонстрировал студентам ещё в 1802 году, но шумихи по этому случаю не поднимал, были не ясны теоретические аспекты (рис. 1.21).
Сам Дэви по этому поводу писал: «.. когда же оба куска угля стали удалять друг от друга, образовался непрерывный разряд через раскалённый воздух на расстоянии, по крайней мере, в четыре дюйма (около 9 см) в виде необыкновенно яркой широкой световой дуги конической формы, обращённой выпуклостью вверх».
Дэви обнаружил, что электрическая дуга имеет большую температуру, достаточную для плавления металлов, даже платины « как будто то был воск в пламени свечи». Объяснения этому эффектному явлению не было.


Рис. 1.22. Герг Симон Ом
Особенности протекания электрического тока через проводники были исследованы Георгом Симоном Омом (1789 - 1854 гг.), после того как был изобретён и построен гальванометр.
На исследования в области проводимости металлов, как это ни покажется странным, Ома вдохновила работа Жана Батиста Фурье (1768 - 1830 гг.) «Аналитическая теория тепла».
Ома посетила мысль о возможности применения теории Фурье о тепловом потоке к электрическому току в проводнике.
В теории Фурье тепловой поток возможен благодаря разности температур, между двумя точками одного и того же тела. В теории Ома электрический ток объясняется разностью «электроскопических сил» в двух точках проводника.
Ом вводит понятные и точные определения электродвижущей силы и силы тока, что позволяет ему сформулировать взаимосвязь между изменениями разности потенциалов, силы тока и сопротивления.
Но теоретические и экспериментальные исследования Ома, как это часто случается среди людей, остались не замеченные современниками. Если кто и упоминал о них, то исключительно чтобы «высмеять болезненную фантазию, единственной целью которой является стремление принизить достоинство природы». Лишь более десяти лет спустя гениальные работы Ома начали пользоваться заслуженным вниманием.
Работы Ома использовал в 1841 г. для исследования теплового действия тока Джеймс Прескотт Джоуль (1818 - 1889 гг.), который установил, что при одной и той же силе тока количество выделяемого тепла пропорционально сопротивлению проводников. Такова не полная история развития представлений о законах постоянного электрического тока.
Этот, как его называли современники, неистовый корсиканец прославился не только тем, что проиграл войну России и в его честь назван коньяк, но и целенаправленным и постоянным вниманием к наукам в целом и к умным людям в частности.
Случилось так, что Наполеон способствовал развитию наук и привечал способных людей. Одной из причин такой нетипичной страсти государей к просвещению, сравнимой, пожалуй, только с увлечениями женщинами и войнами, может служить тот факт, что в молодые годы учителем никому ещё неизвестного артиллерийского офицера был великий французский астроном, математик и физик Пьер Симон Лаплас (1749 - 1827 гг.), которого потом монарх пожаловал чином министра внутренних дел. Как и следовало ожидать, министр он был никакой.


Рис. 1.23. Наполеон Бонапарт
Наполеон (рис. 1.23) писал по этому поводу:
«Великий математик не потратил много времени на то, чтобы показать себя никудышным администратором. Он везде умудрялся находить мелочи, а не проблемы, и вносил дух бесконечно малых в администрацию».
Во время своего правления Наполеон подражая Александру Македонскому собирал вокруг себя лучшие умы Франции и завоёванных им государств.
Рядом с Наполеоном можно встретить имена: великого геометра Госпара Монжа (1746 - 1818 гг.), физика и химика Гей-Люссака (1778 - 1850 гг.), путешественника и географа Александра фон Гумбольта (1769 - 1859 гг.), астронома и физика Араго, французского химика Клода Луи Бертолле и великого Лапласа.
В окрестностях Парижа, в тихой деревне Аркуэлле при непосредственной поддержки Наполеона было организовано научное общество с достаточно хорошо оснащёнными лабораториями.
В двух относительно больших домах, где жили Лаплас и Бертолле, часто проходили научные диспуты, на которых присутствовал иногда и Наполеон.
Ламартин, не принадлежавший к сомну учёных раздражённо писал: «. только цифрам всё разрешали, только цифры чествовались, осыпались благами и награждались».
Известен случай, когда Наполеон, уже будучи первым консулом, посетил 7,12 и 22 ноября 1801 г. лекции Вольта и после первого же сообщения разразился пылкой речью, в которой приезд итальянского учёного считает «крупной вехой» в развитии французской науки. Наполеон пообещал поощрять материально авторов крупных открытий и изобретений. Вольта из рук наполеона получил золотую медаль. Лучшей поддержки теории электричества, учитывая популярность сведённых судьбой людей, трудно себе представить. Телевидения то в те времена не было совсем.
Наполеон настолько был увлечён лекциями Вольты и комментариями сопровождающих его учёных, что поручил министрам учредить ежегодную премию в 3000 франков (по тем временам совершенно впечатляющая сумма) за лучшие работы в области «вольтаического электричества».
Наполеон не ограничился одной премией: «Я желаю для ободрения исследователей учредить премию в 60 000 франков тому, кто своими экспериментами и открытиями продвинет электричество и гальванизм до уровня, сравнимого с уровнем исследований Вольта и Франклина. Иностранцы тоже должны допускаться к конкурсу на равных основаниях».
Премии Наполеона по тем временам были столь внушительными, что многие учёные естествоиспытатели переключили свой интерес на исследования, связанные с законами электричества. Но большой приз, по решению комиссии, состоящей из Лапласа, Кулона и Био, так ни разу выплачена не была. Никак не могли выбрать самого достойного, а делить между собой в те времена, было не принято. Малые призы, которые, кстати, были тоже по тем масштабам цен совершенно не хилые, вручались неоднократно.
Во Франции это была золотая пора электричества, рождались один за другим законы электричества и магнетизма. На научной арене появились имена, часто произносимые и в наше время.
Во-первых, Био, Савар и Лаплас увековечили себя, сформулировав один из основных законов электродинамики, во-вторых, Ампер предложил учёному люду свою теорию электричества, в-третьих, Араго установил влияние вращающегося стального диска на поведение магнитной стрелки.


Рис. 1.24. Лаплас
Самым взрослым в аркюэльском сообществе был Пьер Симон Лаплас (рис. 1.24). В достаточно молодом возрасте Лаплас встретился со знаменитым д, Аламбером (1717 - 1783 гг.), который обратил внимание на юношу и рекомендовал его преподавателем математики в военной школе, где он и получил профессорское звание.
Именно в военной школе свела судьба ученика - Наполеона и профессора - Лапласа. Современники говорили о Лапласе: «Лаплас был рождён всё довести до совершенства, всё исчерпать, решить всё, что решению поддаётся».
Образование Лаплас начал получать в школе религиозного ордена бенедиктинцев, где много внимание уделяли богословию и смежным с ним наукам. После окончания школы Лаплас стал убеждённым атеистом.
В период директории Лаплас принял активное участие в реформе среднего и высшего образования Франции. В 1790 г. был назначен председателем Палаты мер и весов, руководил введением новой метрической системы единиц.
Главное научное увлечение Лапласа - небесная механика, в частности баллистика. Фундаментальными являются работы Лапласа по теории дифференциальных уравнений, которые он впервые предложил решать методом «каскадов». Лаплас разработал математические основы теории вероятностей, которая явилась платформой для статистического подхода в различных естественнонаучных отраслях знаний.
Всеобъемлющее сочинение «Аналитическая теория вероятностей» издавалась при его жизни три раза - в 1812, 1814, 1829 гг. В области физики Лапласом были опубликованы работы совместно с Лавуазье по термодинамике.
В частности, о сути скрытой теплоты плавления и парообразования; исследования по горению водорода в кислородной среде; работы в области капиллярности привели Лапласа к открытию закона, носящего его имя.
Лаплас был универсалом. Заинтересовавшись акустикой, он вывел формулу для скорости звука в воздухе, точностью, которой удалось удивиться, когда подоспели точные отметчики времени и методики непосредственного инструментального измерения.
Лапласу принадлежит так же знаменитая барометрическая формула, определяющая зависимость атмосферного давления от высоты. Эта зависимость до настоящего времени используется в авиационных измерителях высоты, альтиметрах.
Лапласом были развиты математические основы небесной механики. Используя представления математическими рядами взаимные возмущения планет, он подтвердил справедливость гравитационного закона Ньютона для вычисления орбит всех небесных тел.
Проведя по своей методике расчеты, Лаплас установил, что кольца Сатурна не могут быть сплошными, что подтвердилось оптическими наблюдениями. Но самым практичным и известным стал закон Био - Савара - Лапласа.
Жан Батист Био (1774 - 1862 гг.) окончил Политехническую школу и с 1800 г. занял должность профессора в Колледже де Франс, а с 1809 г. стал профессорствовать в Парижском университете. Био участвовал в экспедиции, которая впервые измерила протяжённость меридиана, потом он занимался небесной механикой и молекулярной физикой.
В 1804 г. совместно с Гей - Люссаком совершил полёт на аэростате. Но главным для себя считал увлечение электричеством и магнетизмом. Био совместно с Саваром много и увлечённо экспериментировали с токами и магнитными полями.
Феликс Савар (1791 - 1841 гг.) был врачом по образованию, но увиденные однажды публичные опыты по электричеству и захватывающие дух средневековые страшилки о магнитах и магнетизме привели его в физическую лабораторию, где он преуспел в акустике, магнетизме и оптике.
Савар весьма успешно занимался физическими основами конструирования музыкальных инструментов. Савар смог объяснить с позиций волновой механики некоторые тайны старых итальянских мастеров, изготавливавших скрипки совершенно фантастического звучания.
Прежде всего Савар объяснил, почему такой маленький по размерам инструмент имеет столь высокую громкость звучания. Оказалось, что всё дело в конструкции корпуса скрипки, который представляет собой сложную многомодовую связанную колебательную систему. Кстати, даже современными методами физической акустики произвести точный расчет не удаётся
Георг Симон Ом родился в марте 1787. Как бы сказали сейчас, он был пролетарского происхождения, отец работал слесарем. Мать умерла рано, когда Симону ещё не исполнилось 10 лет. Образование Ом начал в гимназии при университете. После гимназии Ома потянуло на философию, он выбрал философский факультет Эрлангенского университета. Однако более философии молодого человека внезапно привлекли физика и математика, в которых он преуспел настолько, что после третьего семестра обучения был приглашён на должность учителя математики в одну из частных школ грода Готтштадта в Швейцарии.
Ом прервал образование и до 1811 г. преподавал, а затем вернулся в университет за тем, чтобы получить степень доктора философии и занять должность приват-доцента на университетской кафедре математики.
Первая научная работа Ома была методического характера «Наиболее оптимальный вариант преподавания геометрии в подготовительных классах». Начиная с 1817 г. Ом вплотную занялся электричеством.
Внимательно ознакомившись с конструкцией крутильных весов Кулона, Ом на их основе создал электроизмерительный прибор. С помощью прибора выполнил исследования, которые были обобщены в статье «Предварительное сообщение о законе, по которому металлы проводят контактное электричество», помещённой в «Журнале физики и химии» в 1825 г.
Однако данные этой работы Ома не выдержали проверку экспериментами других исследователей и были преданы забвению. Но Ом был настойчив, он устранил источники ошибок и опубликовал новую статью «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество, вместе с наброском теории воль- таического аппарата и мультипликатора Швейггера»
В мае 1827 года Георг Симон Ом представил в редакцию статью объемом 245 страниц «Теоретические исследования электрических цепей». В этой статье Ом нашел простую формулу для участка электрической цепи, не содержащего ЭДС:
Идея этой теоретической работы, основанной на ранних экспериментах автора заключалась в следующем: «Величина тока в гальванической цепи прямо пропорциональна сумме всех напряжений и обратно пропорциональна сумме приведенных длин. При этом общая приведенная длина определяется как сумма всех отдельных приведенных длин для однородных участков, имеющих различную проводимость и различное поперечное сечение».
В этой же работе уже использовался термин «электрическое соединение» и был сформулирован закон - закон Ома, который и в настоящее время является одним из основных законов практической и теоретической электротехники. В мае 1842 года Лондонское Королевское общество избрало Георга Симона Ома своим членом и наградило золотой медалью.
Во все времена параллельно с исследованиями электрических явлений люди интересовались и магнитными явлениями, причёт трудно с уверенностью сказать, какое из проявлений было обнаружено вначале.
Одним из первых источников магнитного поля, ставших доступным для применения, был постоянный магнит. О магнитах и магнетизме написано с древнейших времён очень много, причём писали люди в науках весьма известные: Пифагор (VI в до с.л.), Гиппократ (V в до с.л.), Платон (V в до с.л.), Эпикур (IV в до с.л.), Аристотель (Ш в до с.л.), Клавдий (II в до с.л.), Плутарх (I в до с.л.), Птолемей и др.
В прежние времена природные постоянные магниты представляли собой куски магнитного железняка (магнетита), состоящего из 31% FeO и 69% Fe2O3.
В разных странах магниты называли по-разному. Китайцы, например, называли его «чу-ши», греки использовали сразу несколько названий «адамс», «каламита», «геркулесов камень», индусам более подошло слово «тхумбака», а англичанам - «лоудстоун». Разные по звучанию слова, как правило, имеют сходные переводы, созвучные с понятиями «любящий» или «любовник».
Открытие природного магнетизма сопровождалось многочисленными легендами и преданиями, связанными с необычными свойствами этого явления. В соответствии с одной из легенд, записанной в древнем греческом манускрипте, в далёкие времена по обетованным землям странствовала ватага мастеров, которые помимо ремесленных услуг населению, изумляли древние народы разного рода чудесами. Они заставляли висеть в воздухе металлические кольца, перемещали взглядом предметы, заставляли украшения собираться в различные узоры.
Трудно сейчас установить, кто впервые обратил внимание на способность постоянных магнитов ориентироваться определённым образом в пространстве. Есть все основания полагать, что этот факт затерян в глубинах истории нашей цивилизации, возраст у которой, как полагают многие учёные, намного больше, принятого в официальных документах. Вопрос об открытии магнитных свойств нашей планеты до настоящего времени вызывает среди специалистов горячие споры.


Открытия археологов последнего времени показали, что древние китайцы в IV в. до с.л. уже знали о магнетизме и использовали свойства магнитов притягивать металлы, примерно в этот же период времени обнаружилось свойство магнитов ориентироваться в пространстве определённым образом. Китайские мудрецы объясняли это влиянием Полярной звезды. Этот эффект, по началу, использовался для предсказания судеб.
Гадальный прибор, прообраз первого китайского компаса (рис. 1.25) состоял из «ложки», способной вращаться на горизонтальной пластине, «ложка» устройства изготавливалась из куска естественного магнита, на пластине были нанесены знаки зодиака.
Обнаружив, что гадальный прибор имеет определённую ориентацию, его переименовали в «указатель юга». Очевидно, это был прообраз компаса. В древних китайских письменах (III в. до н.э.) «указатель юга» упоминается как хорошо известный прибор, используемый на наземном и морском транспорте.


Конструкции «указателей юга»
(рис. 1.26) были самыми разнообразными, характерно, что китайские конструкторы с целью повышения точности указателей, делали их плавающими в жидкости или вращающимися на острие. Как правило, это были фигурки рыб, животных и драконов. Внутри фигурок помещались
куски природного магнита, которые „              ,              т.
_              „              „              Рис. 1.26. Указатели юга Древнего Китая
и были основой указателей.
Как это принято у людей с древнейших времён, все достижения человеческого разума первым делом применялись для истребления себе подобных. Компас в древнем Китае был установлен на дышла боевых повозок, которые совершали рейды по бескрайним степям Монголии. Конструкция компаса впервые была описана в китайской энциклопедии в 121 г. до с.л., изданной Гуи Чином.
В Х веке, т.е. более чем за 100 лет до испанцев компас в Китае принял вид, мало, чем отличающийся от современного (рис.1.27). Он имел вытянутую магнитную стрелку, помещаемую на острие и специальную шкалу с обозначениями стран света.


Рис.1.27. Компас Древнего Китая
Братья северные и южные славяне, прежде всего викинги, тоже исстари были склонны к дальним морским путешествиям, причём их боевые корабли были куда как совершеннее истинно европейских.
Достаточно вспомнить путешествия викингов в северную Америку и Европу и знаменитые походы Русских князей, Олега, в частности, через Чёрное море и Гибралтар к стенам Константинополя (Царьграда), с целью прибивания, чтоб не забывались, булатного щита.


Рис. 1.28 . Компас Викингов
Вначале славяне использовали путеводные камни, куски магнитного железняка, подвешенные на шёлковой нити. Затем научились изготавливать из магнитных материалов методом холодной ковки лёгкие диски, устанавливаемые на немагнитных остриях (рис. 1.28).
Широкая известность китайских и славянских конструкций указателей направления, тем не менее, не мешает испанцам считать себя первыми. Они поставили в Неаполе шикарный памятник Флавио Джойя, которому удалось таки в 1302 г., уже современного летоисчисления, «открыть» компас, для испанцев.


Рис. 1.29. Моделирование явления «Гроб Магомеда»
Из множества старинных упоминаний о магнетизме следует выделить рассказ Матилла о часовне Магомета, свод которой был изготовлен из магнитного материала, между сводом часовни и полом парил гроб Магомета.
Восток - дело тонкое! Великие изобретения на востоке появляются в начале в виде неких забав и развлечений, а уж потом к ним присматривались и находили более практичные применения.
Так произошло с компасом, аналогичная история постигла и порох, который после его изобретения использовался исключительно для услаждения взора, им начинялись ракеты для фейерверков.
Европейцы, изобретя компас вторично, уже не верили в звёздную первопричину явления. Если бы магнитным ориентиром служила Большая Медведица или, как у древних китайцев, Полярная звезда, то через каждые 12 часов стрелка поворачивалась бы примерно на 10, отслеживая видимое круговое движение звезды на небосклоне.
Ещё Колумб обнаружил несостоятельность «звёздного магнетизма». Путешествуя из Испании в Западную Индию, он обнаружил, что к западу от Азорских островов стрелка компаса, указывающая на северо-восток, вдруг повернулась на целую четверть круга к северо-западу. Среди экипажей судов это вызвало потрясение. Представьте себе «пляшущую» Полярную звезду. Не представляете?
Вот и команды судов, обнаружив Полярную звезду на своём «законном» месте усомнилась в исправности компасов и потребовала повернуть назад. Колумбу пришлось сочинить целую историю, подкреплённую «научными» доводами о, якобы, не совсем правильном поведении Полярной звезды. Парусники продолжили плавание, которое, как известно, по одной из версий закончилось открытием Америки.
Когда Вильяму Шекспиру было уже 24 года, в небольшом уютном английском городке Колчестере, что близ Лондона, родился ещё один Вильям, на этот раз Джильберт (Гильберт) (1544-1603 гг.), который первый во всей мире написал научную работу по магнетизму.
Окончив среднюю школу, Джильберт был определён в школу Святого Джона в Кембридже, где он стал бакалавром, магистром, а потом и доктором медицины. Врачебная карьера этого англичанина складывалась блестяще, будучи ещё молодым, он стал придворным врачевателем королевы Елизаветы.
Сейчас уже точно не установить, почему Гильберт заинтересовался магнетизмом. Одной из причин, наверное, явилась широкая популярность истолчённых магнитов в качестве лекарственного средства.
Магнитные порошки у средневековых лекарей считались как сильнодействующее слабительное. Известно, что сам Гильберт одно время считал, что магнитное железо «... возвращает красоту и здоровье девушкам, страдающим бледностью и дурным цветом лица, так как оно сильно сушит и стягивает, не причиняя вреда», другими словами, магнит можно рассматривать, по мнению Гильберта, как эффективное средство от морщин.
Потчевал ли лейб-медик толчёными магнитами царственную особу, доподлинно не известно, но известно, что Гильберт обнаружил некоторые побочные свойства «лекарства». Он писал в своём дневнике: «.. Магниты при приёме внутрь иногда вызывают мучительные боли во внутренностях, чесотку рта и языка, ослабление и сухотку членов». Будучи исследователем, по натуре, Гильберт подверг тщательному анализу всё, что было известно в Европе о магнитах и магнетизме. А известно было, по сути, не многое.
Сведения, в большинстве своём, носили более чем фантастический характер. Считалось, например, что под хвостом Большой Медведицы имеется огромной силы магнитный камень.
Одно время бытовало мнение, что приём магнитного порошка внутрь в малых дозах продлевает молодость. А если магнит положить под брачное ложе, то он будет охранять целомудрие супругов (в это свято верили крестоносцы, отправляясь в дальние походы во имя идеалов своей веры).
Считалось, что если магнит натереть чесноком и положить рядом с бриллиантами, то сила магнита исчезнет, а если магнит смазать кровью козла, то его сила восстанавливается.
В течение 18 лет Гильберт ставит бесчисленные опыты с магнитами, отделяя зерна от плевел. В 1600 г. все свои изыскания он объединяет в своей знаменитой работе «О магните, магнитных телах и о большом магните - Земле». Не страдая излишней скромностью, Гильберт впервые в истории книгопечатания ставит свою фамилию впереди названия книги. Позже Галилей скажет о нём: «Джильберт велик до такой степени, которая вызывает зависть. Заслуги его действительно впечатляли, он открыл магнитные свойства Земли».
Взяв кусок магнетита, Гильберт изготовил из него шар - терреллу (землицу). Помещая вблизи терреллы магнитную стрелку, он обнаружил, что поле шара очень напоминает магнитное поле Земли. У терреллы с помощью компаса в явном виде обнаружились магнитные полюса и экватор (рис. 1.30).


Рис. 1.30. Магнитное поле Земли
В наше время, когда узкая научная специализация, вызванная информационным бумом, достигла предабсурдного уровня, открытия случаются, тем не менее, не так уж часто.
Толи делать их стало сложнее, толи кругозор учёных не позволяет обнаруживать истины на стыках разнородных областей знаний. Но, тем не менее, это факт. Век ХГХ, предшествующий прошлому веку, был замечателен учёными - универсалами, знания и пристрастия которых поражают своей широтой и разнообразием.
Мы уже отмечали таких универсалов как Роберт Гук, Томас Юнг, Ньютон, Ломоносов Михайло Васильевич и др. Такого же высокого класса учёные с поразительным спектром научных интересов работали и в области электричества и магнетизма. Джероламо Кардано (1501 - 1576 гг.), Уильям Гильберт (1544 - 1603 гг.), Отто фон Герике (1602 - 1686 гг.) и другие.


Вот, например, датчанин Ханс Кристиан Эрстед (1777 - 1851 гг.), при окончании Копенгагенского университета в 1797г. получил диплом фармацевта и получил золотую медаль не за успехи в физике и математике, а за литературное эссе «Границы поэзии и прозы (рис. 1.31).
Одновременно им было выполнено исследование в области химии о свойствах щелочей. А спустя два года, уже в 1799 г. он стал доктором философии, представив оригинальное исследование в области медицины.
Как это ни покажется парадоксальным с позиций нашего времени, но первые научные работы
л              „              т.              были              выполнены              Эрстедом по химии и медицине, а
Рис.1.31. Ханс Кристиан Эрстед              ,              _              ,
профессором он стал в области физики. Познакомившись с работами Вольты, Эрстед настолько увлекся идеями и теориями электричества, что все прочие научные интересы прекратили для него существование.
Пропуская электрический ток по платиновой проволоке, эрстед наблюдал выделение тепла. Взаимосвязь электричества и тепла заинтересовала учёного, он начал целенаправленно искать другие проявления электрического тока.
В 1813 г. в своём мемуаре «Исследование идентичности химических и электрических сил» Эрстед предлагает весьма неординарную идею: «Следует испробовать, не производит ли электричество каких-либо действий на магнит». Сейчас эта мысль не кажется оригинальной, взаимосвязь электричества и магнетизма многократно доказана и очевидна, во времена же Эрстеда представления были несколько иными.
Практически всех исследователей поражала аналогия электрических и магнитных явлений, и в одном и в другом случае наблюдались силы притяжения и отталкивания.
Однако патриархи электрической науки, такие как Кардан и Гильберт и др. считали, что химические, электрические и магнитные явления существуют совершенно независимо друг от друга. И у них была своя логика.
Свойства природных магнитов кажутся совершенно, статическими, постоянными. Кроме того, магниты электрически нейтральны и, казалось бы, в магните нет никаких токов. Какая может быть взаимосвязь?
После того, как появились Вольтовы столбы, учёные могли достаточно продолжительное время поддерживать в цепях постоянную силу тока, попытки поиска аналогий участились и заняли до открытия Эрстеда целых 20 лет.
В соответствии с научными представлениями начала ХІХ века, все силы, имеющие место в природе, полагались ньютоновскими. Действие сил проявлялось по Ньютону только между материальными частицами или телами по прямой, соединяющей их центры. В этой связи все приспособления для обнаружения сил магнитного свойства строились из этих соображений.
Долгое время многие исследователи пытались намагнитить стальные иголки, пропуская через них электрический ток. Отрицательными были эксперименты по выявлению притяжения и отталкивания между постоянными магнитами и проводниками с током.
Поиск взаимосвязи между гальваническим и магнитным флюидом, как тогда именовали соответствующие поля, затянулся до 21 июля 1820 г. Именно в это время, вопреки мнениям авторитетов, Эрстед сделал своё знаменитое открытие, описанное им в мемуаре «Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на магнитную стрелку».
Термина электрический ток ещё не существовало. Эрстед, в частности, пишет: «Первые опыты по вопросу, рассматриваемому в настоящем труде, связаны с лекциями об электричестве, гальванизме и магнетизме, читаемые мною прошедшей зимой. Основной вывод этих опытов состоит в том, что магнитная стрелка отклоняется от своего положения равновесия под действием вольтаического аппарата и, что этот эффект проявляется, когда контур замкнут, и не проявляется, когда контур разомкнут..Кроме того, из сделанных наблюдений можно заключить, что электрический конфликт образует вихрь вокруг проволоки».
В современной терминологии, это означает, что магнитные силовые линии окружают проводник с током, причём магнитное поле имеет вихревой характер. Таково содержание первого закона электродинамики, это суть открытия Эрстеда.
Проведенные Эрстедом эксперименты ответили на два очень важных вопроса. Во-первых, была опытным путём доказана взаимосвязь электрического тока и магнетизма, во-вторых, взаимодействие электрического тока с намагниченными телами обнаружило силы не ньютоновского происхождения и свойства.


магнитная стрелка
Сила, возникающая при взаимодействии электрического тока и магнитной стрелкой, направлена не по прямой, соединяющей центры взаимодействующих объектов, а по нормали к этой прямой. Сила является «поворачивающей», или по современной терминологии - сила, создающая вращающий момент (рис.1.32).
Можно утверждать, что опыты Эрстеда, помимо прочего, впервые обнаружили отклонения от ньютоновской модели Мира.
После откровений Эрстеда многие отрывочные факты заплелись сами собой в одну теоретическую связку. Так, например, Араго, прочитав работу Эрстеда, сразу вспомнил, что ему часто, после грозы в открытом море приходилось наблюдать, что стальные предметы намагничивались, а компасы начинали безбожно врать. Араго догадался, что причиной этих явлений была молния, представляющая собой кратковременный электрический ток, да ещё какой силы.
Первый, кто попытался объяснить опыты Эрстеда, был всё тот ж Араго. Он предложил рассматривать, проводник с током в виде магнита. Эта идея многим понравилась, однако для её реализации требовалось предположить наличие магнитных зарядов, по аналогии с природными магнитами.
Это лишний раз подчёркивает, что на начальных этапах разработки теории электромагнитных явлений интенсивно использовались электростатические аналогии. Предположение Араго стало менее состоятельным после экспериментов Ампера, который установил весьма важные количественные соотношения между параметрами тока в проводнике, его длиной и магнитной индукцией.
Имя этого учёного упоминалось неоднократно прежде при рассмотрении цепей постоянного тока и встретилось снова, теперь уже в магнетизме. Это даёт основание сказать о нём несколько слов.


Рис. 1.33. Андре Мари Ампер
Родился Андре Мари Ампер (1775 - 1836 гг.) в Лионе в семье коммерсанта и с раннего детства, как и подобает гениям, проявил способности в науках, а главное, огромное желание к образованию. Научившись рано читать, он в четырнадцатилетнем возрасте самостоятельно разобрался с основами дифференциального и интегрального исчисления.
Чтобы в подлиннике читать Л. Эйлера и Д. Бернулли была в темпе освоена латынь. Не прибегая к услугам старших товарищей, Ампер к пятнадцати годам проштудировал все 20 томов знаменитой энциклопедии Дидро и Даламбера, получив современные и разносторонние знания об окружающем его мире.
Время, в котором жил Ампер, было бурным во всех отношениях. Революция, республика, комиссары, гильотина - все эти слова вместе с кошмарами арестов и казней остались на долго в памяти весёлых и добродушных французов.
В 1793 г. по обвинению в контрреволюционной деятельности был арестован, а затем и казнён отец Ампера, а имущество семьи, как это было принято у комиссаров, конфисковали в пользу революции (!?).
Вот тут то и пригодились Амперу обширные сведения по различным отраслям знаний, надо было зарабатывать на жизнь. Ампер давал частные уроки физики и химии. Прославившись среди родителей учеников, Ампер вскоре получил место учителя в центральной школе г. Бурга.
Именно в этот, совсем не простой период своей жизни, Ампер написал свою первую работу в области теории вероятностей, которая была замечена специалистами и получила высокую оценку от Лапласа и Даламбера.
По ходатайству этих знаменитостей Ампер был переведён в Парижскую Политехническую школу, вначале репетитором, затем преподавателем, а в 1809 г. он был избран заведующим кафедрой высшей математики.
После смерти Лагранжа Ампер был избран действительным членом Института Франции (Академии наук).
Круг научных интересов Ампера был весьма широк. Очень серьёзные работы были опубликованы им по высшей математике, химии, ботанике, философии, и даже по зоологии. Но самых выдающихся результатов Ампер достиг в физике, а именно в теории электричества.
Главным научным достижением Ампера, несомненно, является «Теория электродинамических явлений», в которой он подвёл итог огромной серии экспериментов и построил на их основе теорию.
На страницах этого сочинения Ампера в научную терминологию введены два фундаментальных понятия электродинамики: «Электрическое напряжение» и «Электрический ток». Ему же принадлежит термин «гальванометр».
Ампер впервые установил наличие взаимодействия токов. Как уже упоминалось ранее, Ампер пришёл к совершенно гениальной догадке, что магнит является совокупностью микротоков.
Теория Ампера была создана по образцу и подобию «Начал» Ньютона, что дало основание Максвеллу назвать Ампера «Ньютоном электричества». А уж Максвелл в электродинамических делах имел авторитет, несомненно.
Амперу в жизни повезло больше, чем многим его коллегам, он при жизни пользовался заслуженным почётом и уважением, как у себя на родине, так и за её пределами. В частности, он был членом Петербургской Академии наук. А в жизни, по мнению его биографа Л. Белкинда, он был «скорее уродлив, чем красив», «одевался неряшливо, всегда ходил, на всякий случай с зонтом», «был неуклюж и неловок», «славился колоссальной рассеянностью».
Рассказывают такой случай. Идучи как-то по Парижу, Ампер производил в уме вычисления. Переходя улицу, он упёрся в чёрную блестящую доску. Не мало не сумяшися, Ампер извлёк из кармана непременный мелок и начал покрывать полированную поверхность бисером математических формул и цифр. Внезапно доска пришла в движение, и Ампер вынужден был последовать за нею, совершенно не обращая внимания, что пишет он .. на боковой стенке кареты.
Слава Ампера пережила и революционные потрясения, и Наполеоновские нескончаемые войны, и годы благополучия и спокойствия. Во Франции есть г. Ампер, существует железнодорожная станция его имени, создан научноисследовательский центр Ампера, и даже музей Ампера. В международной системе единиц из четырёх основных лишь одна - ампер названа в честь учёного.
В 1820 г. Ампер установил, что на проводник с током, помещённый в магнитное поле, действует сила. В чём состоит источник этой силы?
Размышляя над результатами опытов эрстеда, Мари Амперу пришла в голову идея о взаимодействии двух проводников с током, которую он тут же проверил экспериментально, и описал посредствам известного уравнения, которое впоследствии превратилось в уравнение закона Ампера


Рис. 1.34. Соленоид
Fa = I[L х B], где I - сила тока, L - вектор длины проводника,
B - вектор магнитной индукции. Преобразовав прямолинейный проводник в цилиндрическую катушку (соленоид), Ампер обнаружил у неё, типичные свойства постоянного магнита, с явно выраженными полюсами, северным и южным (рис. 1.34).
Амперу удалось показать, таким образом, что маленький круговой виток с током эквивалентен небольшому магнитику, рас-
положенному              в              центре              витка перпендикулярно его плоскости. По разумению Ампера, каждый              контур              с током можно заменить магнитом малой толщины.


Рис. 1.35. Майкл Фарадей
В одной из многочисленных работ по электричеству и магнетизму Ампер высказал мысль, кстати, не замеченную современниками, которая на сто лет опередила его время. По предположению Ампера природные магниты представляют собой совокупность элементарных круговых токов. Заканчивая одно из своих выступлений на заседании Академии, Ампер уверенно заявил: «... В связи с этим, я свёл все магнитные явления к чисто электрическим эффектам».
Первым, кто заложил основы практического использования электродинамических теорий, несомненно, был Майкл Фарадей (1791 - 1867 гг.). Уже в наше время, один из исследователей в области истории электродинамики справедливо заметил: «Работы других учёных - Кулона, Ампера, Арго - представляли собой отдельные «пики», тогда как Фарадей воздвиг «горную цепь» из взаимосвязанных работ».
Восхождение Майкла Фарадея (рис. 1.35) в вершинам научной славы началось в 1813 г., когда известный уже профессор Деви, пригласил его своим ассистентом в Королевский институт, организованный графом Рум- фортом.
Во время научных экспедиций по Европе вместе с Де- ви молодой учёный участвовал в многочисленных физических и химических экспериментах. Во Флоренции, к примеру, профессор с ассистентом с помощью большой линзы продемонстрировали, собрав в маленькое пятнышко солнечные лучи, что алмаз, помещённый в кислородную среду способен гореть.
Это подтверждало, что алмаз представляет собой, несмотря на уникальные механические и оптические свойства, одну из модификаций углерода. Звёздный час Фарадея, вместе с тем, связан с разработкой основ электромагнитной теории. Закон электромагнитной индукции Майкла Фарадея вынес окончательный приговор тем учёным, которые считали электромагнитные исследования бесперспективными для практического использования.
Электромагнитная индукция представляет собою явление исключительной научной и практической важности. Открытием этого замечательного явления мы обязаны сыну кузнеца и ученику переплетчика знаменитому английскому физику Майклу Фарадею.
Краткая история этого открытия такова. Ампер в поисках общей точки зрения на электрические и магнитные явления пытался найти в области гальванических токов процесс, сходный с явлением электростатической индукции.
Казалось, что если статическое электрическое поле индуцирует также статическое поле, то движущееся должно индуцировать движущееся. Можно было бы ожидать, что в замкнутом контуре, находящемся вблизи другого контура с постоянным током, также должен течь постоянный ток, т. е. что наряду с электрической индукцией должна существовать и «гальваническая». Для обнаружения этого Ампер в 1822 г. ставил специальные опыты, однако, вопрос остался невыясненным.
Не смущаясь неудачами Ампера, поисками этого явления занялся Фарадей (1831 г.). Он обмотал деревянную катушку двумя изолированными проводами и присоединил концы одного из них к батарее из 10 последовательно соединенных элементов, а концы другого - к чувствительному гальванометру. Оказалось, что при этом гальванометр не дает никаких отклонений.
Такой же отрицательный результат получился и тогда, когда Фарадей увеличил батарею до 120 элементов. Продолжая свои опыты с настойчивостью глубоко убежденного человека, он обнаружил, что гальванометр дает кратковременные отклонения лишь в моменты замыкания и размыкания цепи, содержащей батарею.
По словам Фарадея, индуцированный ток «походил скорее на волну из лейденской банки, чем на электрический ток из вольтовой батареи». Таким образом, Фарадей искал «гальваническую индукцию», а нашел электромагнитную, которую он называл «вольтаической».
Варьируя условия опытов, Фарадей нашел, что вместо того чтобы размыкать и замыкать ток в первичной сети, можно его ослаблять и усиливать.
Можно также, не изменяя силы тока в первичной цепи, приближать или удалять друг от друга обе катушки. Так как по теории Ампера постоянный магнетизм объясняется наличием молекулярных токов, то нужно было ожидать появления индукционных токов при приближении к контуру с гальванометром или удалении от него постоянного магнита. Это и удалось наблюдать Фарадею.


Рис.1.36. Взаимодействие магнита с катушкой
Индукционные токи появлялись и при введении железного сердечника в неподвижные относительно друг друга первичную или вторичную катушки и при удалении из них сердечника (рис. 1.36).
Наблюдалось также появление индукционных токов при поворотах мотка проволоки в земном магнитном поле.


При всяком перемещении магнита в замкнутом контуре создаётся ток, обладающий некоторым количеством энергии, которая может быть отдана цепи, например в форме тепла. Естественно предположить, что эта энергия обусловлена механической работой, совершаемой при движении магнита в области контура.
Далее Фарадей установил между полюсами магнита вращающийся медный диск (рис. 1.37) с которого посред- ствам скользящих контактов, одного на периферии, а второго в центре диска, можно было снимать возникающее электрическое напряжение. Так возник первый, созданный руками исследователя электрический генератор, предоставивший, по сути, в распоряжение человечества очередной энергетический источник. После открытого огня, мускульной силы человека и животных, после энергии ветра, воды и пара, наступал черёд энергии электричества.
Следует отметить, что из всех научных открытий в области естествознания с самых древнейших времён до настоящего времени наибольшую широчайшую практиче-
генератор Фарадея
скую значимость имеют исследования в области электромагнетизма. Достаточно посмотреть окрест. Даже невооружённым и не очень просвещённым взглядом видно, что электрические и магнитные явления, от электричества в бытовых розетках и до информационных возможностей Глобальной Сети, от мобильной телефонии до телевидения и радиосвязи являются энергетической и информационной основой современной цивилизации.
<< | >>
Источник: Исаков3 Александр Яковлевич. Основы              современного              естествознания. Часть 3. Естествознание но вого времени. Лекции для студентов экономических направлений: Петропав- ловск-Камчатский: КамчатГТУ,2012. - 336 с.. 2012

Еще по теме Исторический экскурс:

  1. Исторический экскурс
  2. Исторический экскурс «Сестричество России. Начало пути» [1]
  3. Вопрос № 3. Мозговая организация психических функций. Исторический экскурс.
  4. Экскурсия
  5. § 5. Экскурсии
  6. § 7. Экскурсии
  7. Классификация экскурсий
  8. 2.1. Экскурсия
  9. Методика проведения экскурсии
  10. Экскурс в нейроофтальмологию
  11. ЭКСКУРС В МЕТОДОЛОГИЮ
  12. ЭКСКУРС: ЛАТИНСКАЯ ТРАДИЦИЯ