Учебная работа. Работы М. Фарадея по электричеству

Учебная работа. Работы М. Фарадея по электричеству

Дипломная работа

работы М. Фарадея по электричеству

Содержание

• Введение
• Глава 1 Электродинамика Фарадея
• 1.1 Развитие электродинамики до Фарадея
• 1.2 работы М. Фарадея по неизменному току
• 1.3 Идеи М. Фарадея о существовании электронного и магнитного полей
• 1.4 Идеи Фарадея о превращении магнетизма в электричество и электро энергии в магнетизм
• Глава 2 Электродинамика Фарадея-Максвелла
• 2.1 Вклад Фарадея в развитие электродинамики и электромагнетизма
• 2.2 Модельное взор на электродинамику Фарадея-Максвелла
• Заключение
• Литература

Введение

Если вправду, для того, чтоб гений воплотил собственный творческий потенциал, он должен родиться в необходимое время и в подходящем месте, то судьба Майкла Фарадея стопроцентно это подтверждает. В год его рождения был размещен трактат Гальвани, когда Фарадею исполнилось 8 лет, был сотворен Английский Царский институт по распространению научных познаний. Годом позднее в Английское Королевское общество — высший научный центр Англии — пришло сообщение о изобретении Вольта, когда Фарадею было 11 лет, его учитель Гемфри Деви обосновал факт разложения воды при помощи вольтова столба и стал, таковым образом, одним из основоположников новейшей науки — электрохимии.
Будущий величавый британский физик (Faraday, Michael) (1791-1867), родился 22 сентября 1791 в предместье Лондона в семье кузнеца. С 12 лет работал разносчиком газет, потом учеником в переплетной мастерской. Занимался самообразованием, читал книжки по химии и электричеству. В 1813 один из заказчиков подарил Фарадею пригласительные билеты на лекции Г.Дэви в Царском институте, сыгравшие решающую роль в судьбе Фарадея. Благодаря Дэви он получил пространство помощника в Царской ассоциации.
Сначала Фарадей предназначил себя химии, но потом увлёкся опытами с магнитными и электронными явлениями. Он приступил к сиим опытам не сходу, хотя повсевременно носил с собой маятник, чтоб не забывать о том, что пора издавна заняться магнетизмом.
В 1813-1815, путешествуя вкупе с Дэви по Европе, Фарадей посетил лаборатории ряда государств. Помогал Дэви в хим опытах, начал самостоятельные исследования по химии. Выполнил ожижение газов, получил бензол. В 1821 в первый раз следил вращение магнита вокруг проводника с током и проводника с током вокруг магнита, сделал первую модель электродвигателя. В течение следующих 10 лет занимался исследованием связи меж электронными и магнитными явлениями, в 1831 открыл электромагнитную индукцию, лежащую в базе работы всех электрогенераторов неизменного и переменного тока.
В 1824 Фарадей был избран членом Царского общества, в 1825 стал директором лаборатории в Царской ассоциации. С 1833 состоял Фуллеровским доктором химии Царского института, оставил этот пост в 1862. Широкую известность получили общественные лекции Фарадея. Используя большой экспериментальный материал, Фарадей обосновал тождественность узнаваемых тогда «видов» электро энергии: «звериного», «магнитного», термоэлектричества, гальванического электро энергии и т.д. Рвение выявить природу электронного тока привело его к тестам по прохождению тока через смеси кислот, солей и щелочей. Результатом исследовательских работ сделалось открытие в 1833 законов электролиза (законы Фарадея). В 1845 Фарадей нашел явление вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). В том же году открыл диамагнетизм, в 1847 — парамагнетизм. Ввел ряд понятий — подвижности (1827), катода, анода, ионов, электролиза, электродов (1834); изобрел вольтметр (1833). В 1830-х годах предложил понятие поля, в 1845 в первый раз употребил термин «магнитное поле», а в 1852 определил теорию поля.
Главные работы по электричеству и магнетизму Фарадей представлял Царскому обществу в виде серий докладов под заглавием Экспериментальные исследования пЮ электричеству (Experimental Researches in Electricity). Не считая Исследовательских работ, Фарадей опубликовал работу Хим манипуляции (Chemical Manipulation, 1827). Обширно известна его книжка История свечки (A Course of Six Lectures on the Chemical History of a Candle, 1861).
Тема дипломной работы «Работы М.Фарадея по электричеству» животрепещуща, потому что его открытия занесли большой вклад в развитие не только лишь базовой, да и прикладной физики.
Профессиональный экспериментатор, наделённый научной интуицией, Фарадей поставил ряд опытов, в каких были открыты фундаментальные физические законы и явления.
Фарадей высказал новейшие, оправдавшиеся в предстоящем идеи о природе тока и магнетизма, о механизме проводимости в разных средах и др. Он обосновал тождество разных видов электро энергии: приобретенного от трения, «звериного», «магнитного» и др. Стремясь установить количественные соотношения меж разными видами электро энергии, Фарадей начал исследования по электролизу, открыл его законы (1833-34) и ввёл сохранившуюся доселе терминологию в данной нам области. Законы электролиза явились весомым резоном в пользу дискретности вещества и электро энергии. В 1840, ещё до открытия закона сохранения энергии, Фарадей высказал идея о единстве «сил» природы (разных видов энергии) и их обоюдном превращении. Он ввёл представления о силовых линиях, которые считал на физическом уровне существующими. Экспериментальные исследования по электричеству, т. 1-3, — М., 1947,с.59.
Идеи Фарадея о электронном и магнитном полях оказали огромное воздействие на развитие всей физики. В 1832 Фарадей высказал идея о том, что распространение электромагнитных взаимодействий есть волновой процесс, происходящий с конечной скоростью.
В 1845 году, исследуя магнитные характеристики разных материалов, Фарадей открыл явления парамагнетизма и диамагнетизма. В 1845 он установил вращение плоскости поляризации света в магнитном поле (Фарадея эффект), это было 1-ое наблюдение связи меж магнитными и оптическими явлениями, которая позже явилась доказательством электромагнитной теории света Дж. Максвелла. Фарадей изучал также электронные разряды в газах, пытаясь узнать природу электро энергии Поляризация диэлектриков, 1) смещение положительных и отрицательных электронных зарядов в диэлектриках в обратные стороны. П. д. происходит под действием электронного поля либо неких др. наружных причин, к примеру механических напряжений в пьезоэлектриках. Вероятна и спонтанная (самопроизвольная) П. д. у пироэлектриков, а именно у сегнетоэлектриков.
  2) электронный дипольный момент единицы объёма диэлектрика. .
Открытия Фарадея захватили признание во всём научном мире. В первый раз идеи Фарадея «перевёл» на принятый математический язык Максвелл. В вступлении к собственному «Трактату по электричеству и магнетизму» (1873) он писал: «По мере того, как я подвигался вперед в исследовании Фарадея, я удостоверился, что его метод осознания явлений также имеет математический нрав, хотя он и не стает нам облеченным в одежку принятых математических формул» Максвелл. Избр. труды по теории электромагнитного поля. — М., 1954, с. 349. Именованием Фарадея потом были названы законы, явления, единицы физических величин и т.д. (фарада, фарадей, Фарадея число, цилиндр Фарадея и др.).
Ф. Энгельс оценивал Фарадея как величайшего исследователя в области электро энергии. Значение Фарадея в развитии науки отмечал А. Г. Столетов: «Никогда со времен Галилея свет не видал стольких необыкновенных и различных открытий, вышедших из одной головы» Столетов А.Г. Собр. соч., т. 2, 1941, с. 145
объект исследования: научная деятельность М.Фарадея в области электродинамики и магнетизма.
Цель исследования: применение научных открытий и законов М.Фарадея на уроках в средней школе
задачки исследования:
1) проанализировать главные идеи и работы по электродинамике и магнетизму, содействующие открытиям М.Фарадея;
2) изучить работы М.Фарадея по неизменному току;
3) раскрыть идеи М.Фарадея о существовании электронного и магнитного полей;
4) разглядеть опыты Фарадея по превращению электро энергии в магнетизм и магнетизма в электричество;
5) отдать характеристику модельному представлению о электромагнитных действиях;
6) проанализировать главные идеи М.Фарадея, получившие продолжение в работах Д.Максвелла.
7) изучить развитие электродинамики Максвелла-Фарадея в современный период.
Глава 1 Электродинамика Фарадея
1.1 Развитие электродинамики до Фарадея
Начало электродинамики как науки почаще всего соотносится с базовыми исследовательскими работами У. Гильберта (1544-1603), который в 1600 г. издал трактат “О магните, магнитных телах и о большенном магните Земли”, содержавшем описание наиболее 600 опытов, осуществленных при его конкретном участии. Размер работ был настолько велик, а опыты были выполнены настолько безупречно, что потребовалось еще практически 100 лет опосля Гильберта, чтоб получить значительно новейшие результаты.
Прорыв в области развития физики в остальных областях в 1820 г. сменяется не наименее впечатляющим каскадом открытий в области электро энергии и магнетизма:
· Х. Эрстед открывает магнитное действие тока;
· А. Ампер — взаимодействие электронных токов;
· Ж. Био и Ф. Савар — закон, определяющий напряженность магнитного поля;
· Т. Зеебек — термоэлектричество.
Как уже говорилось, научное исследование электронных и магнитных явлений началось с книжки Гильберта, которому принадлежит и термин «электричество», произведенный от греческого наименования янтаря. Гильберт тщательно изучил огромное количество самых разных тел и выстроил для данной нам цели особый электронный указатель, который он обрисовывает таковым образом: «Сделай для себя из хоть какого сплава стрелку длиной в три либо четыре дюйма, довольно подвижную на собственной игле, наподобие магнитного указателя». При помощи этого указателя, макета современных электроскопов, Гильберт установил, что способностью притягивать владеют почти все тела, «не только лишь сделанные природой, да и искусственно приготовленные». Но он отыскал также, что почти все тела «не притягивают и не возбуждаются никакими натираниями». К числу их относится ряд, драгоценных камешков и сплавы: «серебро, золото, медь, железо, также хоть какой магнит». тела, обнаруживающие способность притяжения, Гильберт именовал электронными, тела, не владеющие таковой способностью,- неэлектрическими. электронные явления, по Гильберту, коренным образом различаются от магнитных.
Гильберт показывает, как делается электризация тел трением: «Их натирают телами, которые не портят их поверхности и наводят сияние, к примеру твердым шелком, грубым немарким сукном и сухой ладонью. Трут также янтарь о янтарь, о алмаз, о стекло и почти все другое. Так обрабатываются электронные тела» Кудрявцев П.С.Курс истории физики. Электромагнетизм- М, 1959, с.387..
В сочинении Гильберта много увлекательных наблюдений и догадок, смешанных с умопомрачительными объяснениями в духе средневековых алхимиков. Но основное электронных и магнитных явлений и на этом основании началось интенсивное развитие этого принципиального раздела науки и техники.
Электронными опытами занимался и Ньютон, который следил электронную пляску кусочков бумаги, помещенных под стеклом, положенным на железное кольцо. При натирании стекла бумажки притягивались к нему, потом отскакивали, вновь притягивались, и т. д. Эти опыты Ньютон создавал еще в 1675 г.
Опыты по электричеству проводили и остальные члены Английского Царского общества. Бойль, повторив опыты Герике с шаром, установил, что наэлектризованное тело не только лишь притягивает ненаэлектризованное, да и, в свою очередь, притягивается крайним. Он показал, что электронные взаимодействия наблюдаются и в вакууме.
В 1700 г. доктор Уолл извлек из натертого огромного кусочка янтаря электронную искру, проскочившую с треском в палец руки экспериментатора. Электронную искру получил в 1705 г Хауксби, заменивший серный шар Герике стеклянным. Ньютон в 1716 г. следил искровой разряд меж острием иголки и наэлектризованным телом. «Искра напомнила мне о молнии в малых, весьма малых размерах», — писал Ньютон. В конце концов, Стефэн Грей (1670-1736), также член Английского Царского общества, в 1729 г. открыл явление электропроводимости тел и показал, что для сохранения электро энергии тело обязано быть изолировано. Он наэлектризовал малыша, поначалу по две сив его на шнурах, сплетенных из волос, а потом поставив его на смоляной диск.
Опыты Грея, размещенные в 1731 и 1732 гг., направили на себя внимание французского естествоиспытателя Шарля Дюфэ (1698—1739), создавшего первую теорию электронных явлений. Повторяя опыты Грея по электризации изолированного людского тела, он сам ложился на шелковые шнурки, и его электризовали так очень, что из тела при приближении руки другого человека выскакивали искры.
Дюфэ установил два рода электронных взаимодействий: притяжение и отталкивание. Поначалу он установил, что «наэлектризованные тела притягивают ненаэлектризованные и на данный момент же их отталкивают, как они наэлектризуются вследствие соседства либо соприкосновения с наэлектризованными телами». В предстоящем он открыл «иной принцип, наиболее общий и наиболее превосходный, чем прошлые». «Этот принцип, — продолжает Дюфэ, — со стоит в том, что существует электричество 2-ух родов, в высочайшей степени хороших один от другого: один род я называю «стеклянным» электричеством, иной — «смоляным»… ОсобХнность этих 2-ух родов электро энергии: отталкивать однородное с ним и притягивать обратное. Так, к примеру, тело, наэлектризованное стеклянным электричеством, отталкивает все тела со стеклянным электричеством, и, назад, оно притягивает тела со смоляным электричеством. Буквально так же смоляное отталкивает смоляное и притягивает стеклянное».

Рис. 1. 1-ый опыт с лейденской банкой

Этот законбыл размещен Дюфэ в Воспоминаниях Парижской Академии за 1733 г Кудрявцев П.С.Курс истории физики. Электромагнетизм — М, 1959, с. 389..
Новейшие открытия в области электро энергии и усовершенствование электронных машин, получивших кондуктор, подушечки для натирания и, в конце концов, сенсационное изобретение лейденской банки в 1745-1746 гг., возбудили в обществе большенный энтузиазм к электричеству. электронные опыты проводились в светских салонах и царских дворцах, на заседаниях ученых обществ и в личных домах. За Европой последовали Америка и Наша родина. Франклин, Рихман, Ломоносов, Эпинус занесли значимый вклад в эту науку.
Георг Вильгельм Рихман родился 11 июля 1711 г. в г. Пярну (тогда Пернове) в Эстонии. Рихман обучался в германских институтах в Галле и Иене, а с 1735 г. в институте Петербургской Академии. В 1740 г. он становится адъюнктом, а в последующем, 1741 г. — доктором академии.
В январе 1745 г. Рихман начал собственные опыты по электричеству. В процессе данной нам работы, как пишет он сам, «я повстречался со почти всеми новенькими явлениями…», дальше «…открыл новейший удачный метод изучить тела, владеющие первичным, и тела, владеющие производным электричеством». тут под первичным электричеством Рихман осознает электричество, возбуждаемое в изоляторах трением, под производным — электричество в проводниках, получаемое от контакта с заряженными телами.
Значительно новеньким моментом в исследовательских работах Рихмана было то, что он «пробовал подвергнуть измерению порождаемое электричество». Ах так он обрисовывает первую свою попытку «измерить электричество»: «Мелкие весы я подвесил на стальной подставке так, что одна чашечка их нависла над данной нам подставкой, а иная висела около нее на расстоянии 3 дюймов. На эту чашечку я положил 30 гранов; так как равновесие было нарушено, коромысло с обозначенной стороны наклонилось и дно иной чашечки весов удалилось на 1 дюйм от стальной подставки. Когда проволока СDВ и весь аппарат были наэлектризованы, стальная чашечка тянула книзу и ударялась о подставку, слышался треск и сразу был виден свет меж подставкой В и чашечкой весов. Итак, на обозначенном расстоянии сила был а таковая, что 30 гранов могли быть подняты на высоту 1 английского дюйма. Этим же методом я возлагал надежды измерить и электронную силу».
Итак, Рихман попробовал «взвесить» электронную силу. Это была верная мысль, которая в собственном развитии привела к изобретению абсолютного электрометра. Рихман описывал ряд опытов с разными весами и массами. Но позже он перебегает к другому способу — способу электронного указателя — родоначальнику, современных электрометров.
«Я выдумал и иной метод ассоциировать электронные силы. К стальной проволоке СВ, отводящей электричество, я подвесил льняную нить DE, потом на расстоянии 492 английских линий я укрепил шелковую голубую нить, параллельную горизонту, а в g расположил тяжелое тело. Шелковую нить Eg я поделил на десятые толики английского фута, обозначив точки деления льняными нитками. Когда проволоке говорилось электричество, нить DE приближалась к томному телу g и воспринимала наклонное положение, к примеру D4, D5, D6 и т. д. Когда электричество прекращалось, нить вновь воспринимала вертикальное положение DB. Да позволено будет именовать указателем электро энергии нить DE, свисающую с наделенной электричеством проволоки и приближающуюся к тяжел ому телу».
Описание тестов Рихмана было размещено в «Новейших Комментах» Петербургской Академии за 1751 г. спустя 6 лет опосля начала опытов. Это была 1-ая публикация по электричеству в Рф. Статья Рихмана «Новейшие опыты с электричеством, порождаемым в телах» содержит описание его экспериментальной установки и опытов, сделанных на данной нам установке. установка состояла из электронной машинки Гравезанда. От электризуемого шара машинки электричество отводилось стальной проволокой к стальной подставке, помещенной на смоле, заполнявшей конический сосуд. Подставка сообщалась с электронным указателем, состоящим из вертикальной стальной линейки, к верхнему концу которой прикреплялась льняная нить определенной длины и веса. К столу, на котором находился сосуд со смолой, прикреплялся древесный квадрант с делениями, образующий шкалу указателя. Нить мало не доходила до шкалы. К другому концу стальной подставки присоединялась также стальная линейка, от которой электричество могло передаваться разным телам.
электронный указатель занимал мысли Рихмана до самой погибели. Он отлично осознавал, что «совершенный электрометр должен оказать огромную пользу в деле открытия и определения законов электро энергии», и, как он писал в неопубликованной рукописи «О усовершенствовании электронного указателя», «делал много напрасных попыток в данной нам области». Описанный в «Комментах» указатель был агрессивно связан с экспериментальным столом, и в этом заключалось огромное неудобство. Рихман сделал переносной устройство, который представлял собой лейденскую банку (стеклянную бутылку, заполненную наполовину металлическими опилками, вставленную в железный цилиндрический сосуд), в которую была помещена стальная линейка, выступающая наружу. К внешнему концу линейки прикреплялась льняная нить.
В работе «Рассуждения о указателе электро энергии и о использовании им при исследовании явлений искусственного и естественного электро энергии» Рихман подводит результат долголетней экспериментальной работы по исследованию электронных явлений, кончая исследовательскими работами электронной природы молнии. «…Восемь лет вспять, — пишет Рихман в 1753 г.,- я приступил… к исследованию электронных явлений. Совершенный электрометр, т. е. инструмент для определения электронной силы, без всякого сомнения, может очень содействовать развитию электронной теории. Вот почему с самого начала я сходу же стал размышлять о комфортном методе определять интенсивность электронной силы. Вообщем, мне до сего времени не посчастливилось создать совершенный электрометр, — не понимаю как иным». Так самокритично и честно оценивает Рихман свои поиски надежной конструкции электрометра.
Для сотворения такового инструмента потребовалось наиболее 100 лет. Электрометры были сделаны во 2-ой половине XIX столетия.
В данной нам же работе Рихман обрисовывает оба типа собственных устройств и главные опыты, произведенные с ними, в том числе и опыты с электричеством грозы, приведшие к катастрофической смерти ученого 26 июля 1753 г. Его традиционная работа была размещена в 1758 г., спустя 5 лет опосля погибели ученого. Невзирая на несовершенство указателя собственного устройства, Рихман с полным правом утверждал, что он «является надежным инвентарем для определения больше либо меньше градус электро энергии в той либо другой наэлектризованной массе». Он отыскал, что «электронная поверхности тела действие ее бывает посильнее; как следует, при увеличении расстояния сила ее убывает по некому, еще пока неведомому закону». Иными словами, при помощи собственного указателя Рихман открыл существование электронного поля вокруг заряженного тела, напряженность которого убывает с повышением расстояния от тела «по некому, еще пока неведомому закону».
Таковым образом, русскому ученому принадлежит честь открытия электронного поля и полностью определенное утверждение о зависимости деяния этого поля от расстояния до источника поля. Этот «неведомый пока закон» был найден спустя 40 лет Кулоном.
В собственной работе Рихман упоминает Франклина и его теорию положительного и отрицательного электро энергии.

Рис. 2. 1-ый проект электронного указателя. Картинки Рихмана

Рис. 3. Размещение устройств в электронных опытах Рихмана

Рис. 4. Электронные указатель, применявшийся при исследовании грозы. Набросок Рихмана

В этом ряду нужно отметить и Франклина, который был одним из основоположников Соединенных Штатов Америки, одним из создателей новейшего страны. Он был также основоположником науки этого страны, учредителем 1-го из первых институтов, первого научного общества — филадельфийского философского общества. Он занес своими трудами большенный вклад в южноамериканскую и мировую науку. Посреди этих трудов 1-ое пространство занимают его исследования по электричеству.
Эти исследования составили содержание труда Франклина «Опыты и наблюдения над электричеством», состоящего из писем к члену Английского Царского общества Питеру Коллинсону. Коллинсон прислал в филадельфийскую библиотеку стеклянную трубку с указанием, как воспользоваться ею для производства электронных опытов. В письме к Коллинсону от 28 марта 1747 г. Франклин писал, что этот подарок побудил его и остальных членов библиотеки «заняться электронными опытами, при проведении которых нами наблюдались некие новейшие, по нашему воззрению, явления». Франклин занимался электричеством с огромным увлечением. «…Мне ранее никогда не приходилось проводить исследование, которое настолько много завладело бы моим вниманием и временем…» — признавался он в том же письме. Результатом этого увлечения было создание унитарной теории электронных явлений, подтверждение электронной природы молнии и остальные принципиальные открытия.
один из первых опытов Франклина заключался в электризации металлического шара, помещенного на горлышке «незапятанной сухой стеклянной бутылки». Электризация исследовалась при помощи легкого пробкового шарика, подвешенного на шелковой нити, прикрепленной к потолку. Франклин установил в этом опыте действие проводящего острия, разряжающего шар, и светящегося в мгле при разряде. Франклин уже в письме от 11 июля обрисовал свои опыты с наэлектризованным шаром, острием, заряженной вертушкой. тут он ввел знать только лишь то, что части трубки либо шара, которые натираются, притягивают в момент трения электронный огнь и, означает, забирают его из предмета, которым делается натирание; эти же самые части, как закончится их натирание, стремятся дать приобретенный ими огнь хоть какому предмету с наименьшим его количеством». Кудрявцев П.С.Курс истории физики. Электромагнетизм — М, 1959, с. 393.
Таковым образом, Франклин пользуется представлением о особенной электронной субстанции, которую он именует «электронным огнем». Он подразумевает, что электронный огнь «является всераспространенным элементом» и тела до процесса электризации имеют равные количества этого элемента.
В письме от 1 сентября 1747 г. Франклин обрисовывает действие лейденской банки. «Умопомрачительно, как эти два состояния электро энергии — плюсовое и минусовое — смешиваются и уравновешиваются в данной нам чудодейственной банке!» — восклицает он. Франклин кропотливо изучил эту связь. Опытом с разборной банкой он установил, что вся сила банки и способность к удару заключается в самом стекле, а не в обкладках. Этот опыт им описан в письме IV от 1748 г. тут же он излагает результаты* собственных опытов и сконструированное им «колесо Франклина» — модель электростатического мотора, всераспространенную принадлежность школьных физических кабинетов.
К 1749 г. теория электро энергии Франклина была завершена. В письме Коллинсону от 29 июля 1750 г. он так определяет ее главные положения.
«1. Электронная субстанция состоит из очень малых частиц, потому что она способна просачиваться в обычную материю, даже в самые плотные сплавы, с большенный легкостью и свободой, вроде бы не встречая при всем этом сколь-либо приметного сопротивления.
3. Электронная субстанция различается от обычной материи в том отношении, что частички крайней взаимно притягиваются, а частички первой отталкиваются друг от друга…
4. И хотя частички электронной субстанции взаимно отталкивают друг друга, они очень притягиваются всей иной материей.
6. Таковым образом, обычная правило) столько электронной субстанции, сколько она может заключать внутри себя. Если прибавить ей данной нам субстанции еще, то она разместится снаружи, на поверхности, и образует то, что мы называем электронной атмосферой; в этом случае молвят, что предмет наэлектризован.
15. Электронная атмосфера воспринимает форму того предмета, который она оплетает…»
Франклин указывает, что электронная атмосфера оплетает шар умеренно, с остриев ее легче отобрать, чем с граней. Он показывает стекание электро энергии с острия на разных опытах. Заметим, что это свойство острия и углов было еще ранее открыто и изучено Рихманом. Значительно, что в теории Франклина электричество является субстанцией, которую недозволено сделать либо убить, а можно лишь перераспределить. законсохранения электронного заряда — основное положение теории Франклина, предшественницы электрической теории.
Франклин высказал также догадку, что молния представляет собой разряд наэлектризованных туч. Он произвел именитый опыт с воздушным змеем, запуская его при приближении грозовых туч. К верхнему концу вертикальной планки крестовины змея он прикреплял заостренную проволоку. К концу бечевки привязывал ключ и шелковую ленту, которую держал рукою. «Как грозовая облако окажется над змеем, заостренная проволока станет извлекать из нее электронный огнь, и змей вкупе с бечевой наэлектризуется… А когда дождик смочит змей вкупе с бечевой, сделав их тем способными свободно проводить электронный огнь, Вы увидите, как он обильно стекает с ключа при приближении Вашего пальца». (Письмо Коллинсону от 19 октября 1752 г.).
Опыты Франклина и его мысль громоотвода вызвали широкий резонанс. Их повторяли в Европе. Жан Далибар (1703-1799) во Франции, установив на подставке из электрика (т. е. изолятора) в саду металлический заостренный шест высотой 40 футов, извлекал из него искры во время грозы. Подобные наблюдения проводили Ломоносов и Рихман в Петербурге.
нужно отметить, что Франклин, употребляя определения «электрик» и «неэлектрик», критиковал их как неправильные. По его теории электричество содержится во всех телах; электронная субстанция «достаточно умеренно рассредоточена по всей массе нашего шара, состоящего из суши и воды». Потому определения «электрик» и «неэлектрик» должны быть отброшены как неправильные и изменены понятиями «проводник» и «непроводник» (единственное отличие одних тел от остальных состоит лишь в том, что некие проводят электронную субстанцию, остальные нет)».
совсем независимо от Франклина начал «электронные воздушные наблюдения» и Ломоносов. Ему удалось при помощи электронного указателя установить электронное состояние атмосферы в отсутствие грома и молнии. О этом он докладывал в собственной посмертно размещенной статье.
Рихман и Ломоносов не приняли теории Франклина. Ломоносов разрабатывал свою теорию электронных явлений, в какой сделал попытку разъяснить электричество движением частиц эфира. Сопоставляя это с мыслью Рихмана о электронном поле, можно констатировать, что если Франклин предвосхитил будущую электрическую теорию, то петербургские академики предвосхитили будущую теорию поля Фарадея — Максвелла.
В 1759 г. в Петербурге вышла на латинском языке книжка «Опыт теории электро энергии и магнетизма» академика Франца Ульриха Теодора Эпинуса (1724—1802). За два года до выхода данной нам книжки член Берлинской Академии Эпинус принял приглашение Петербургской Академии и заключил договор на 5 лет.
«Опыт теории электро энергии и магнетизма» Эпинуса, в отличие от книжки Франклина и работ Рихмана, разглядывал не только лишь электронные явления, да и магнетизм. При всем этом в отличие от Гильберта, Эпинус отыскивает не отличия, а сходства меж электричеством и магнетизмом. Открытие им полярной электризации турмалина при нагревании (пироэлектричество), опубликованное им в 1756 г., поразило его в индивидуальности тем, что он нашел «чрезвычайное сходство меж сиим камнем (турмалином) и магнитом». Под впечатлением этого открытия Эпинус «начал опять изучить сходство меж магнитом и электронной силой». В итоге этих исследовательских работ он стал считать «предпосылки магнитных и электронных явлений совсем схожими, а деяния магнита подобными действиям лейденской банки».
В базу собственной теории Эпинус кладет сил, а обрисовывает при помощи их экспериментальные факты. вкупе с тем Эпинус замечает, что хотя он «полностью убежден в существовании сил притяжения и отталкивания », но не считает их, «как поступают некие неосмотрительные последователи величавого Ньютона, силами, внутренне присущими телам», и не одобряет учения, «которое постулирует действие на расстояние». «…Мой взор, — пишет Эпинус, — сводится к тому, что притяжения и отталкивания… я считаю явлениями, предпосылки которых еще укрыты, но от их зависят и от их берут начало остальные явления». Эпинус воспринимает франклиновскую догадку единой электронной воды: «Существует некоторая жидкость, производящая все электронные явления и вследствие этого нареченная электрическою, тончайшая, очень гибкая, части которой, даже на значимых расстояниях, приметно отталкивают друг друга». «Частички данной нам воды притягиваются материей, из которой состоят все известные до сего времени тела».
По отношению к электронной воды вещественные тела делятся на два класса: одни просто проводят электронную материю, остальные «препятствуют ее вольному перемещению». Первую группу тел Эпинус именует «не электронными по собственной природе», другую — «электронными по собственной природе».
Выше говорилось, что Франклин считал эти определения неверными и предпочитал гласить о проводниках и непроводниках. Но определения «неэлектрик», «электрик» держались длительно и только в первой половине XIX в. были изменены обычными для нас определениями «проводники» и «изоляторы».
По аналогии с электронными явлениями Эпинус вводит для описания магнитных явлений магнитную жидкость. «…Ее частички, как и частички электронной воды, взаимно отталкивают друг друга». Но большая часть тел в природе не реагирует с магнитной жидкостью, только некие тела, и до этого всего железо, притягиваются магнитной материей.
«Существует величайшее сходство меж железом и стальными телами, с одной стороны, и телами, электронными по собственной природе, с иной…» «До сего времени непонятно ни 1-го тела, которое действовало бы на магнитную материю и соответствовало бы телам, не электронным по природе». Таковым образом, Эпинус констатирует сходство магнетиков (ферромагнетиков) и «электриков» (диэлектриков), также отсутствие для магнетизма проводимости, аналогичной электронной проводимости. Но в остальном электронная и магнитная воды, по Эпинусу, действуют по схожим законам. Так, тела не ведут взаимодействие, если содержат «естественное» количество электронной либо магнитной воды. Электричество и магнетизм возникает «..или повышением количества электронной либо магнитной воды так, чтоб оно сделалось выше естественного, или уменьшением так, чтоб оно сделалось ниже его». «Франклин именовал, — гласит Эпинус, — электричество, которое выходит методом роста количества электронной материи, положительным, а то, которое выходит методом ее уменьшения, отрицательным. В том же смысле я сохраняю эти определения, перенося их на магнетизм».
В том же, 1759 г., в каком вышло сочинение Эпинуса, британец Саймер выдвинул дуалистическую теорию электро энергии, предположив существование 2-ух обратных родов электро энергии: 1-го — аналогичного электричеству, получающемуся на стекле при его натирании, другого — аналогичного электричеству, получающемуся при электризации янтаря («смоляное» электричество). По унитарной теории Франклина — Эпинуса «хоть какое тело, предоставленное себе, самопроизвольно постоянно ворачивается в такое состояние, когда оно содержит буквально такое количество электронной воды, какое довольно для заслуги равновесия меж силой притяжения либо силой отталкивания».
Эпинус разбирает вероятные случаи взаимодействия тел. При всем этом он высказывает предположение, что силы отталкивания электронных либо магнитных масс уменьшаются с повышением расстояния меж ними. Хотя вид данной нам многофункциональной зависимости ему неизвестен, но он признает, что «охотно утверждал бы, что эти величины меняются назад пропорционально квадратам расстояний». Эту зависимость ему дает подсказку тело благодаря одному только приближению к другому наэлектризованному телу само может стать наэлектризованным». Это явление электронной индукции было понятно уже Рихману, его обрисовали в 1754 г. британец Джон Кантон (1718—1772) и в 1757 г. германец Иоганн Карл Вильке (1732-1796).
Эпинус изучил экспериментально электронную индукцию в проводниках и изоляторах, при всем этом он установил, что в изоляторах она выражена слабее, чем в проводниках. Таковым образом, Эпинус на самом деле дела открыл поляризацию диэлектриков.
В собственном трактате Эпинус выдвинул положение о электростатическом равновесии тела, утверждая, что тело стремится самопроизвольно перейти в такое состояние, в каком количество электро энергии в нем будет «естественным». Он тщательно анализирует силы, действующие на тело, постулируя, что равновесие электро энергии в нем достигается, когда сумма привлекательных и отталкивательных сил равна нулю. Но он не смог осознать закона распределения электро энергии в проводниках и наблюдения Франклина. Естествоиспытатель и философ Пристли, верно оценил значимость опыта Франклина. Этот закону:
где n=2±1/50
Опыт Кавендиша заключался в последующем. Шар поперечником 12, 1 дюйма, покрытый оловянной бумагой (станиолем), помещался снутри другого шара 13,3 дюйма в поперечнике так, чтоб он был изолирован от внешнего шара. Внешний шар состоял из 2-ух полушарий, также покрытых станиолем, которые можно было раздвигать. Через маленькое отверстие в внешнем шаре можно было устанавливать проводящий контакт меж ним и внутренним шаром при помощи проволочки, привязанной к шелковине. Сначала опыта, когда полушария сближены и установлен проводящий контакт, внешную сферу заряжают от лейденской банки. Потом при помощи шелковинки контактную проволоку убирают, раздвигают внешние полушария и изучат электризацию внутреннего шара.
Электроскоп не нашел заряда этого шара. Кавендиш изучил чувствительность электроскопа и показал, что он мог бы найти заряд внутреннего шара, равный 1/60 заряда наружной сферы. Отсюда Кавендиш вывел, что сила взаимодействия электронных частиц убывает с расстоянием по закону:
,
где n различается от 2-ух не наиболее чем на1/50.
Генри Кавендиш (1731-1810) в 1766 г открыл водород и получил углекислый газ, он показал, что вода выходит при горении водорода. Кавендиш при помощи крутильных весов обусловил постоянную закона тяготения и тем «взвесил» землю. Одинокий, чудаковатый джентльмен, он без охоты публиковал свои работы, и а именно свои электронные исследования. Они оставались неведомыми до 1879 г., когда их опубликовал Максвелл, 1-ый доктор лаборатории Кавендиша, открытой на средства потомка Генри Кавендиша в Кембридже в 1874 г.
Максвелл повторил опыты Кавендиша с электрометром Томсона и показал, что п может различаться от 2 не наиболее чем на 1/21600.
«Что касается скрытности Кавендиша, — писал в 1891 г. узнаваемый электрофизик Хевисайд, — то она совсем непростительна; это грех» Этот «грех» стоил Кавендишу славы открывателя четкого закона электронных взаимодействий, который навечно вошел в науку под заглавием закона Кулона. Кудрявцев П.С.Курс истории физики. Электромагнетизм — М, 1959, с. 395.
Французский военный инженер, а с 1781 г. член Парижской Академии Шарль Огюстен Кулон (1736-1806) в 1777 г. изучил кручение волос, шелковых и железных нитей. Результатом этих исследовательских работ явилось открытие закона кручения :
где ц —угол кручения, Р — закручивающая сила, l — длина нити, r — ее радиус.
В 1784 г. Кулон сконструировал чувствительный устройство — крутильные весы. При помощи этих весовой открыл законы электронных и магнитных взаимодействий.

Рис. 5. Крутильные весы Кулона

Его опыты и выводы из их размещены им в 1782-1785 гг. в 7 воспоминаниях. Аппарат Кулона представлял собой стеклянный цилиндр с измерительной шкалой по окружности, в крышке цилиндра имелись центральное и боковое отверстия. В центральное отверстие пропускалась серебряная нить, закрепленная на измерительной головке и проходящая по оси высочайшего стеклянного цилиндра, заканчивающегося упомянутой головкой. Нить несла легкое стеклянное коромысло, на котором находились шарик и противовес. В боковое отверстие пропускался стерженек, несущий наэлектризованный шарик.
В первом мемуаре 1785 г. Кулон изучил отталкивающую силу и отыскал, что при угловых расстояниях меж шариками (которые сначало при контакте получают однообразные заряды) 36°, 18°, 9° нить закручивалась соответственно на 36°, 144°, 576°, т. е. силы росли назад пропорционально квадратам расстояний. Во 2-м мемуаре Кулон отыскал законвзаимодействия магнитных полюсов.
Значимым моментом в работе Кулона было установление способа измерения количества электро энергии и количества магнетизма (магнитных масс). В научной системе единиц законы Кулона дают основную базу системы электронных и магнитных единиц. Опосля Кулона сделалось вероятным построение математической теории электронных и магнитных явлений.
законКулона, один из главных законов электростатики, определяющий силу взаимодействия меж 2-мя покоящимися точечными электронными зарядами, т. е. меж 2-мя электрически заряженными телами, размеры которых малы по сопоставлению с расстоянием меж ними. Установлен Кулоном в 1785 опытным путём при помощи изобретённых им крутильных весов. Согласно закону Кулона, два точечных заряда ведут взаимодействие друг с другом в вакууме с силой F, величина которой пропорциональна произведению зарядов e1 и e2 и назад пропорциональна квадрату расстояния r меж ними:
тут k — коэффициент пропорциональности, зависящий от избранной системы единиц; в абсолютной (гауссовой) системе единиц (СГС системе единиц) k = 1. Сила F ориентирована по прямой, соединяющей заряды, и соответствует притяжению для разноимённых зарядов (F << 0) и отталкиванию для одноимённых (F > 0).
Если взаимодействующие заряды находятся в однородном диэлектрике с диэлектрической проницаемостью е, то сила взаимодействия миниатюризируется в е раз:
законКулона служит одним из экспериментальных оснований традиционной электродинамики; его обобщение приводит, а именно, к Гаусса аксиоме.
Законом Кулона именуется также закон, определяющий силу взаимодействия 2-ух магнитных полюсов:
тут f — коэффициент пропорциональности (в общем случае не совпадающий с k; в абсолютной системе единиц f = 1), m1, m 2 — магнитные заряды, м — магнитная проницаемость среды, окружающей взаимодействующие полюса. В вакууме Тамм И. Е., Базы теории электро энергии, 7 изд., М., 1957, гл. 1, §21, гл. 2, §23.:
Открытие гальванизма независимо от какой-нибудь философии обязано было рано либо поздно привести к открытию электромагнетизма, и не случаем Ценность Эрстеда оспаривался. Еще в 1876 г. Эндрюс (1813—1885) в собственной президентской речи на собрании Английской Ассоциации содействия прогрессу наук в Глазго должен был возвратиться к вопросцу о приоритете Эрстеда. Этот вопросец решен в пользу Эрстеда, и современный историк науки стопроцентно согласен со словами Велланского: «Электромагнетизм открыт в Копенгагене доктором Эрстедом, который открытие свое возвестил 1820 года» Лебединский А. В., Роль Гальвани и Вольта в истории физиологии (Физиология от греч. — природа и греч. — знание — наука о сущности живого), в кн.: Гальвани А. и Вольта А., Избр. работы о зверином электричестве, М.—Л., 1937..
Ханс Кристиан Эрстед родился 14 августа 1777 г. в семье датского аптекаря. Обучался Эрстед в Копенгагенском институте, где в 20 лет получил диплом фармацевта, а в 22 года степень доктора философии. В 1806 г. он становится доктором Копенгагенского института. Увлекшись философией Шеллинга, он много задумывался о связи меж теплотой, светом, электричеством и магнетизмом. Плодом этих раздумий явился изданный в 1813 г. в Париже трактат «Исследования о тождестве электронных и хим сил». В 1820 г. он сделал свое известное открытие, описанное им в брошюре «Опыты, относящиеся к действию электронного конфликта на магнитную стрелку». Брошюра была издана на латинском языке в Копенгагене и датирована 21 июля 1820 г. Это открытие обессмертило имя ее создателя в истории физики. Увлечение философией Шеллинга сказалось уже в самом заглавии брошюры Эрстеда. Он именует процесс, происходящий в проволоке, соединяющей полюсы гальванической батареи, не током, а «конфликтом». Результатом этого «конфликта» является разогревание проводника, при этом Эрстед считал, что нагревание проволоки нужно для получения эффекта. Опыты над действием тока на магнитную стрелку привели Эрстеда к принципиальному выводу, что «электронный конфликт (наиболее острый способ разрешения противоречий в интересах, целях, взглядах, возникающий в процессе социального взаимодействия), по-видимому, не ограничен проводящей проволокой, но имеет достаточно необъятную сферу активности вокруг данной нам проволоки». Отбрасывая философскую терминологию, можно констатировать, что Эрстед нашел вокруг проволоки с током магнитное поле, действующее на ток.
Дальше он пишет: «Не считая того, из изготовленных наблюдений можно заключить, что этот конфликт (наиболее острый способ разрешения противоречий в интересах, целях, взглядах, возникающий в процессе социального взаимодействия) образует вихрь вокруг проволоки». Иными словами, магнитные силовые полосы окружают проводник с током, либо электронный ток является вихрем магнитного поля. Таково содержание первого основного закона электродинамики, и в этом сущность открытия Эрстеда.
сейчас хоть какой школьник без усилий воспроизведет опыт Эрстеда, продемонстрирует «вихрь электронного конфликта», насыпав на картон, через центр которого проходит проволока с током, стальные опилки.
Но найти магнитные деяния тока было нелегко. Их пробовал найти Петров, соединяя полюсы собственной батареи стальными и железными пластинками. Он не нашел никакого намагничивания пластинок опосля нескольких часов пропускания через их тока. Имеются сведения и о остальных наблюдениях, но с полной достоверностью понятно, что магнитные деяния тока следил и обрисовал Эрстед. Это открытие завлекло внимание физиков Европы. «Ученый датский физик, доктор, — писал Ампер,- своим величавым открытием проложил физикам новейший путь исследовательских работ. Эти исследования не остались бесплодными; они завлекли к открытию огромного количества фактов, достойных внимания всех, кто интересуется прогрессом».
Открытие Эрстеда вызвало широкий резонанс. Скоро, опосля того как де ла Рив в Женеве повторил опыты Эрстеда, хлынул поток опытов и сообщений. В сентябре 1820 г. Араго показал, что проволока с током притягивает стальные опилки. В том же сентябре Швейгер применил эффект Эрстеда в качестве указателя тока (мультипликатор). В 1821 г. Поггендорф (1796-1877) придал ему комфортную форму, и в этом виде его и доныне можно созидать в школьных физических кабинетах Каменецкий М. О., Ганс Христиан Эрстед, «Наука и техника», 1957, № 18..
закондеяния тока на магнитный полюс был установлен экспериментально Био и Саваром. Доклад о этом законе Био и Савар сделали 30 октября 1820 г. Лаплас облек законБио— Савара в математическую форму простого взаимодействия меж элементом тока и намагниченной точкой. В данной нам форме законБио — Савара бытует в учебниках физики.
Больший вклад в исследование электромагнетизма занес французский физик Ампер, назвавший новейшую область физики «электродинамикой», и это заглавие крепко вошло в язык физики. Он изучал естественные науки, арифметику, греческий, латинский и итальянский языки. Ампер исследовал все тома известной «Энциклопедии» Дидро и Даламбера, труды Эйлера, Бернулли, Лагранжа.
Ампер избирает педагогическое поприще. Поначалу он работает домашним учителем, а в 1802 г. становится педагогом физики и химии в центральной школе г. Бурге. В 1803 г. Ампера назначают педагогом арифметики в Лионский лицей. В последующем, 1804 г. он становится репетитором в Политехнической школе в Париже, а с 1808 г.— ее доктором.
В 1814 г. его избирают членом Академии. С 1820 г. Ампер усиленно занимается электродинамикой, и в 1826 г. выходит его главный труд по электродинамике «Теория электродинамических явлений, выведенная только из опыта». Позднее Ампер занимается почти всеми научными неуввязками, в том числе и неувязкой систематизации наук. В итоге этих исследовательских работ возникло его сочинение «Опыт философии наук, либо Аналитическое изложение естественной систематизации всех человечьих познаний», 1-ый том которого вышел в 1834 г., 2-ой, незаконченный том вышел посмертно в 1843 г.
Верхушкой научного творчества Ампера является создание электродинамики. Начиная с первого сообщения в Парижской Академии 18 сентября 1820 г., последовавшего через недельку опосля сообщения Араго о открытии Эрстеда, идут один за иным сообщения Ампера: 25 сентября; 2, 9, 16, 30 октября; 6, 13 ноября; 4, 11 и 26 декабря 1820 г. В 15-м томе «Анналов химии и физики» был размещен «Труд, представленный Царской Академии 2 октября 1820 г. и содержащий резюме докладов, прочитанных в академии 18 и 25 сентября 1820 г. относительно действий электронных токов». Этот труд подытоживал напряженную работу Ампера по исследованию новейшего явления, выполненную в течение недлинного двухнедельного промежутка времени.
Ампер различает два главных электронных понятия: электронное напряжение и электронный ток. Под электронным током Ампер осознает «состояние электро энергии в цепи проводящих и электродвижущих тел»; под его направлением — направление положительного электро энергии. Снутри вольтова столба это будет «направление от конца, на котором при разложении воды выделяется водород, к концу, на котором выделяется кислород». «…Направление электронного тока в проводнике, соединяющем концы столба, будет обозначать направление от конца, где выделяется кислород, к концу, где выделяется водород». Как следует, Ампер вводит в первый раз такие фундаментальные понятия, как «электронный ток», «электронная цепь», устанавливает направление тока в замкнутой цепи. Наименование единицы тока ампер, принятое в физике, полностью оправдано наградами Ампера. Он же вводит термин «гальванометр» для устройства, действие которого основано на отклонении магнитной стрелки, и показывает, что «им следует воспользоваться при всех опытах с электронными токами, как принято воспользоваться электрометром при электронных машинках, чтоб созидать в любой момент, существует ли ток и какова его энергия».
Ампер в первый раз установил наличие механических взаимодействий токов, которые могут быть зависимо от направления как привлекательными, так и отталкивательными. Он подчеркивает, что «эти притяжения и отталкивания… значительно различаются от тех, которые вызываются электричеством в состоянии покоя». Ампером выведен закон, закон механического (пондеромоторного) взаимодействия 2-ух токов, текущих в малых отрезках проводников, находящихся на неком расстоянии друг от друга.
Сила F12 , работающая со стороны первого отрезка проводника ll1 на 2-ой ll2 (рис. 6), равна:

Рис. 6. законАмпера

Рис. 7. Взаимодействие 2-ух простых токов: а — параллельных, б — антипараллельных. Все отрезки (векторы) на рисунке лежат в одной плоскости.