Реферат: Электрическая стихия в мировозрении человека

/>/>

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТИХИЯ В  МИРОВОЗРЕННИИ ЧЕЛОВЕКА

(реферат)

 

/>СОДЕРЖАНИЕ

 

/>ВВЕДЕНИЕ… 3

Электрическиеявления с древности и до Наших дней… 4

Электричество в пониманиисовременной физики… 4

История исследованияэлектрических явлений… 5

Хронология важнейших открытий… 7

XVII век… 8

XVIII век… 10

XIX век… 23

Ментальныемодели электрических явлений современного человека… 33

Заключение… 37

Списокиспользованной литературы… 39

 

/> 

/>/>ВВЕДЕНИЕ

Никакая деятельность невозможна без использованияэнергии. Производительность и, в конечном счете, прибыль в значительной степенизависит от стабильности подачи энергии. Наличие энергии одно из необходимыхусловий для решения практически любой задачи.

Получением, а правильнее сказать, преобразованиемэнергии лучшие умы человечества занимаются не одну сотню лет. Производствоэнергии предполагает ее получение в виде удобном для использования, а самополучение – только преобразование из одного вида в другой.

Из всех отраслей хозяйственной деятельности человекаэнергетика оказывает самое большое влияние на нашу жизнь. Просчеты в этойобласти имеют серьезные последствия. Тепло и свет в домах, транспортные потокии работа промышленности все это требует/> затратэнергии.

Наиболее универсальная форма энергии –электричество. Все известные на сегодняшний день источники энергии ( атомные,химические, солнечные, ветровые и д.р.) в конечном счете производят именно его.В подавляющем большинстве случаев электричество вырабатывается наэлектростанциях и распределяется между потребителями посредством электрическихсетей коммунальными службами. Прекращение подачи электроэнергии парализует всевиды деятельности.

Таким образом, мы настолько привыкли к электроэнергии,что пользуемся им не задумываясь от том, чем пользуемся. Но всеобъемлющегоответа на этот вопрос не могут дать и специалисты.

Задачей же данного реферата является представлениеистории исследования электрических явлений, и показать, как эти исследованиявлияли на понимание людьми природы электричества.

— Что такоеэлектричество? — спросил профессор.
— Я знал, но забыл! — ответил студент.
— Какая потеря, — воскликнул профессор. -
Один человек во всем мире знал, и тот забыл!
Старый анекдот

/>/>Электрические />явлен/>ияс древности и до Наших дней/>/>Электричество впонимании современной физики

Электрический ток – упорядоченное(направленное) движение электрически заряженных частиц или заряженныхмакроскопических тел.

Установлено, что электроны в проводнике движутся ототрицательного полюса (где избыток их) к положительному (где недостаток в них),однако и сейчас, как в прошлом веке, принято считать, что ток течет от плюса кминусу, т.е. в направлении, обратном движению электронов. Условное направлениетока, кроме того, положено учеными в основу ряда правил, связанных сопределением многих электрических явлений. В то же время такая условностьникаких особых неудобств не создает, если твердо помнить, что на правление токав проводниках противоположно направлению движения электронов. В тех же случаях,когда ток создается положительными электрическими зарядами, например вэлектролитах химических источников постоянного тока, ток «дырок» вполупроводниках, таких противоречий вообще нет, потому что направление движенияположительных зарядов совпадает с направлением тока. Пока элемент или батареядействуют, во внешнем участке электрической цепи ток течет в одном и том женаправлении. Такой ток называют постоянным.

Если полюсы элемента поменять местами, то изменитсятолько направление движения электронов, но ток и в этом случае будетпостоянным. А если полюсы источника тока менять местами очень быстро и к томуже ритмично, то в этом случае электроны во внешнем участке цепи тоже будутпопеременно изменять направление своего движения. Сначала они потекут в одномнаправлении, затем, когда полюсы поменяют местами — в другом, обратномпредыдущему, потом вновь в прямом, опять в обратном и т. д. В цепи будет течьуже не постоянный, а переменный ток.

При переменном токе электроны в проводнике как быколеблются из стороны в сторону. Поэтому переменный ток называют такжеэлектрическими колебаниями. Переменный ток выгодно отличается от постоянноготем, что он легко поддается преобразованию. Так, например, при помощитрансформатора можно повысить напряжение переменного тока или, наоборот,понизить его. Переменный ток, кроме того, можно выпрямить, то есть преобразоватьв постоянный ток.

Различают электрический ток проводимости, связанныйс движением заряженных частиц относительно той или иной среды (т.е. внутримакроскопических тел) и конвекционный ток – движение макроскопическихзаряженных тел  как целого (напр. заряженных капель дождя).

О наличии электротока в проводниках можно судить потем действиям, которые он производит: нагреванию проводников, изменению иххимического состава, созданию магнитного поля. Магнитное действие токапроявляется у всех без исключения проводников: в сверхпроводниках не происходитвыделение теплоты, а химическое действие тока наблюдается преимущественно вэлектролитах.

Для возникновения и существования электрическоготока необходимо наличие свободных заряженных частиц (т.е. положительно илиотрицательно заряженных частиц, не связанных в единую электрически нейтральнуюсистему) и силы, создающей и поддерживающей их упорядоченное движение. Обычносилой, вызывающей такое движение, является сила со стороны электрического полявнутри проводника, которое определяется электрическим напряжением на концахпроводника. Если напряжение меняется во времени, то в проводнике устанавливаетсяпостоянный ток, если меняется – переменный.

Электричество – совокупность явлений,обусловленных существованием, движением и взаимодействием электрическизаряженных тел или частиц. Взаимодействие электрических зарядов осуществляетсяс помощью электромагнитного поля (в случае неподвижных электрических зарядов –электростатического поля). Движущееся заряды (электрический ток) наряду сэлектрическим возбуждают и магнитное поле, т.е. порождают электромагнитноеполе, посредством которого осуществляется электромагнитное взаимодействие(учение о магнетизме, т.о., является составной частью общего учения обэлектричестве). Электромагнитные явления описываются классическойэлектродинамикой, в основе которой лежат уравнения Максвелла.

Законы классической теории электричества охватываютогромную совокупность электромагнитных процессов. Среди 4 типов взаимодействий(электромагнитных, гравитационных, сильных и слабых), существующих в природе,электромагнитные занимают первое место по широте и разнообразию проявлений. Этосвязано с тем, что все тела построены из электрически заряженных частицпротивоположных знаков, взаимодействия между которыми, с одной стороны, намного порядков интенсивнее гравитационных и слабых, а с другой – являютсядальнодействующими в отличие от сильных взаимодействий. Строение атомныхоболочек, сцепление атомов в молекулы (хим. силы) и образованиеконденсированного вещества определяются электромагнитным взаимодействием.

/>/>/>Историяисследования электрических явлений

Человечество сталкивалось с электрическими явлениямис момента своего появления. Наиболее ярко выраженным и практически единственнымхорошо знакомым человечеству с древнейших времен из них является молния. Онаприносила несчастья, пожары и одновременно дарила огонь. Люди даже теперьвосхищаются её красотой и мощью.

Естественно, до сравнительно недавнего времени людиничего не знали о электрической природе молнии и объясняли её, как и всенепонятные явления действием высших, божественных сил. Значение, котороепридавали молнии люди древности можно понять,  например, по тому, что у древнихгреков владельцем молнии считался />Зевс-громовержец,главный бог.

Несмотря на это именно древних греков можно назватьпервооткрывателями электрических явлений. Они уже в то время знали, чтосуществует особый минерал — железная руда (магнитный железняк), способныйпритягивать железные предметы. 3алежи этого минерала находились возле городаМагнезия. В те времена в его люди находили на берегу моря камешки,притягивавшие легкие железные предметы. По имени этого города их назвали Магнитами(оттуда пришло к нам слово магнит).

Древние греки знали также свойство натертого янтаряпритягивать мелкие предметы. Само слово «электричество» происходит отгреческого слова «электрон», что по-русски значит «янтарь». Открытиеэлектрических явлений приписывают мудрейшему из мыслителей древней ГрецииФалесу, жившему более двух тысячелетий назад. Однако существует легенда,гласящая, что впервые это свойство янтаря при прядении шерсти янтарнымверетеном заметила дочь Фалеса и обратила на это внимание своего отца.Греческий философ занялся его изучением. Камешки янтаря не притягивали, какмагниты, железных предметов, но обладали не менее любопытным свойством: если ихнатирали шерстяной тряпочкой, то к ним прилипали пушинки, легкие кусочки дерева,травы.

Древние не исследовали ни электрических, нимагнитных явлений. Однако они попытались дать объяснение этим явлениям.

Самое первое объяснение свойств магнита притягиватьжелезо заключалось в том, что магниту приписывалась «душа», которая заставляламагнит притягивать железо или притягиваться к железу.

При этом магнит представляли подобно живомусуществу. Ж/>ивое существо, например собака, видиткусок мяса и стремится к нему приблизиться. Подобно этому магнит как бы видитжелезо и стремится к нему притянуться.

Но в древности начала развиваться иматериалистическая философия. Философы-материалисты Древней Греции отвергалисуществование духов и пытались объяснить все явления природы естественнымизаконами.

Они учили, что все тела состоят из мелкихматериальных неделимых частиц — атомов. По их мнению, кроме атомов и пустоты, вкоторой атомы движутся, ничего не существует. Все явления природы объясняютсядвижением атомов. Само слово «атом» греческого происхождения. Оно означает«неделимый».

Философы, верившие в существование атомов, изкоторых состоит природа, получили название атомистов. Одним из родоначальниковэтой философии был древнегреческий филосо/>ф Демокрит(460 — 370 до н.э.). Философы-атомисты пытались дать объяснение электрическим имагнитным явлениям без обращения к специальным «душам» и «духам».

Чтобы познакомится с тем как эти философы пыталисьобъяснить действие магнита, лучше всего обратиться к поэме Тита Лукреция Кара«О природе вещей». В этой поэме в художественной форме излагаетсяучение атомистов. Объяснение магнита естественным путем длинное и не такоепростое, но его смысл в следующем –из магнита вытекают потоки мельчайшихчастиц, в результате чего вокруг магнита образуются пустоты, куда иустремляется железо. Это была первая попытка толкования явления исходя из самойприроды. 

Но настоящее развитие учения об электричественачалось в XVII веке. Хронологияважнейших открытий в этой области приведена ниже.

/>/>Хронология важнейшихоткрытий1600 У. Гилберт

Заложены основы электро- и магнитостатики

1733 Ш. Дюфе

Открытие дв/>ух видов электричества, установление притяжения разноименных зарядов и отталкивания одноименных

1745 П. Мушенбрук Создание первого электрического конденсатора (лейденская банка) 1747 Ж. Нолле Изобретение электроскопа 1781 А. Вольта Изобретение чувствительного электроскопа с соломинками 1783 А. Вольта Создание электрического конденсатора 1785 Ш. Кулон Установлен основной закон электрического взаимодействия (закон Кулона) 1799 А. Вольта Сконструирован первый источник постоянного электрического тока — «вольтов столб» — прототип гальванического элемента 1820 А. Ампер Открытие взаимодействия электрических токов и установление закона этого взаимодействия (закон Ампера) 1821 М. Фарадей Получение вращения проводника с током в магнитном поле, т.е. прообраза электромотора 1822 А. Ампер Создание первого соленоида 1826

/>Г. Ом

Экспериментально установлен основной закон электрической цепи, связывающий силу тока, сопротивление и напряжение (закон Ома) 1827 Г. Ом Введение понятия «электродвижущей силы», падения напряжения в цепи и «проводимости» 1831 М. Фарадей Открытие явления электромагнитной индукции 1832 Дж. Генри Открытие явления самоиндукции 1834 М. Фарадей Введение понятия о силовых линиях (идея поля) 1834 Б. С. Якоби Создание одного из первых практических электромоторов 1845 В. Вебер Разработка теории электромагнитных явлений 1845 Г. Кирхгоф Открытие закономерностей в распределении электрического тока в разветвленной цепи 1860 Дж. Максвелл Создание теории электромагнитного поля 1879 Т. Эдисон Изобретение лампы накаливания 1888 Г. Герц Экспериментально доказано существование электромагнитных волн, предсказанных Дж. Максвеллом 1892 Х. Лоренц Создание основ классической электронной теории />/>XVII век

В средние века изучение магнитных явленийприобретает практическое значение. Это происходит в связи с изобретениемкомпаса.

Уже в XII в. в Европе стал известен компас какприбор, с помощью которого можно определить направление на части света. Окомпасе европейцы узнали от арабов, которым было уже к этому времени известно свойствомагнитной стрелки. Еще раньше, вероятно, такое свойство знали в Китае. Начинаяс XII в. компас все шире применялся в морских путешествиях для определениякурса корабля в открытом море.

Практическое применение магнитных явлений приводилок необходимости их изучения. Постепенно выяснялся целый ряд свой/>ств магнитов.

В 1600 г. вышла книга английского ученого Гильберта(1544-1603 гг.) «О магните, магнитных телах и большом магните — Земле». В нейавтор описал уже известные свойства магнита, а также собственные открытия.

Еще ран/>ьше узнали, чтомагнит всегда имеет два полюса. Они были названы по имени частей света — северный полюс и южный полюс. В числе свойств магнита Гильберт указывал на то,что одинаковые полюсы отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Гильберт предполагал, что Земля представляет собойбольшой магнит. Чтобы подтвердить это предположение, Гильберт проделалспециальный опыт. Он выточил из естественного магнита большой шар. Приближая кповерхности шара магнитную стрелку, он показал, что она всегда устанавливаетсяв определенном положении, так же как стрелка компаса на 3емле.

Гильберт описал явление магнитной индукции, способынамагничивания железа и стали и т. д. Книга Гильберта явилась первым научнымисследованием магнитных явлений.

В своей книге Гильберт коснулся и электрическихявлений. Нужно отметить, что хотя в то время магнетизм и электричестворассматривались как явления разной природы, тем не менее очень давно ученыезаметили в них много общего. Поэтому не случайно во многих работахисследовались одновременно и магнитные и электрические явления. В частности,изучение магнетизма вызвало интерес к исследованию электрических явлений.

Так было и у Гильберта. Изучая магнитные явления,что имело практический интерес, он уделил внимание и электричеству, хотя оно вто время в практике не использовалось.

Гильберт открыл, что наэлектризовать можно не толькоянтарь, но и алмаз, горный хрусталь и ряд других минералов. В отличие отмагнита, который способен притягивать только железо (других магнитныхматериалов в то время не знали), наэлектризованное тело притягивает многиетела.

Новый шаг к изучению электрических явлений былсделан немецким ученым Отто фон Герике (1602-1686 гг.), бургомистромМагдебурга, известным прежде всего своими опытами с магдебурскими полушариями…В 1672 г. вышла его книга, в которой были описаны опыты по электричеству.Наиболее интересным достижением Герике было изобретение им «электрическоймашины». «Электрическая машина» представляла собой шар, сделанный из серы ипосаженный на железный шест. Герике вращал этот шар и натирал его ладонью руки.Впоследствии ученый несколько раз усовершенствовал свою «машину».

Потираемый руками серный шар на оси (считаетсяпервой электризационной установкой — «машиной Герике») служил изобретателюдля модельной демонстрации «мировых сил» (virtutes mundanae). Вдействительности же Герике наблюдал электрическое притяжение и отталкивание, т.е. электростатическую индукцию, эффект острия, электропроводность льняной нити,которой шар передавал свою способность притягивать легкие тела и др. В опыте снитью притяжение наблюдалось в пределах более 2-3 см от нижнего конца нитидлиной полметра.

Несмотря на простоту прибора, Герике смог с егопомощью сделать некоторые открытия. Так, он обнаружил, что легкие тела могут нетолько притягиваться к наэлектризованному шару, но и отталкиваться от него.

Исаак Ньютон (1643-1727 гг.) в статье, доложеннойКоролевскому обществу в 1675 г., предложил заменить серный шар стеклянным(электризация стекла была известна еще Гильберту). В результате у Ньютона иФрансиса Хоксби (ум. 1713 г.) появились снабженные ручным приводомэлектризационные машины на основе вращающегося стеклянного шара, потираемогоруками.

Впрочем, то, что Гилберт и Герике официально внеслив историю науки было известно и до них людям далеким от науки. Электризациюсеры и стекла давно использовали в своей практике буквально заполонившие Европубродячие фокусники, жанр которых совершенно не требовал традиционной ловкостирук. Вот чем покоряли публику эти шарлатаны: брали кусок янтаря и шепчакакие-то заклинания, натирали янтарь об собственный парик, и — пожалуйста,мелкие бумажки мечутся между столом и камешком. Я, дескать, Великий Маг,Повелитель бумажек! Публика верила и, трепеща, охотно расставалась со своимисбережениями. Ну, а для развлечения коронованных особ изобретали механизмы,позволявшие увеличить силу магии – типа стеклянного шара, который привращении натирался о кожаные подушечки. Первая придворная дама, временнонаделенная магической силой с помощью такого механизма, осторожно протягиваласвою руку к чаше с легковоспламеняющейся жидкостью, и магические искры,вылетавшие из руки, эту жидкость воспламеняли. При этом дама получала массуновых интересных ощущений и инстинктивно ахала от восторга. Затем сталиприменять стеклянные диски, трущиеся о мех, что дало возможность подстраиватьмелкие сюрпризы. Какой-нибудь гость двора дотрагивался до безобидной с видувещицы, и — трах!- получал легкий шок. Со временем магическую силу увеличилинастолько, что стало возможным выстроить длинную цепочку из взявшихся за рукигвардейцев и с интересом наблюдать за их гримасами.

/>/>XV/>III век

В начале XVIII в. Хоксби использовал в качествеисточника «электрической силы» стеклянную трубку, потираемуюнепосредственно рукой, бумагой, тканью или шкуркой. Благодаря такой трубкеэлектрические опыты получили широкое распространение, но при этом самиэлектризационные машины надолго вышли из употребления, что, по мнению некоторыхисториков, затормозило развитие науки.

Примерно в это же время исследованиями электрическихявлений занимался англичанин Стивен Грей. Источниками «электрическойсилы» у Грея служили стеклянные трубки или палочки длиной 104 см идиаметром 3 см. Грей обнаружил ряд тел, которым трубка может сообщать«электрическую силу». Это — деревянные стержни и проволока (железнаяи латунная), их Грей вставлял в трубку (через пробку); пеньковая бечевка,которую он привязывал к трубке или заталкивал в нее, и др. В опытах по передачеэлектричества Грей надевал на конец деревянных стержней или подвешивал к концубечевки или проволоки шар из слоновой кости, пробки или свинца со сквознымотверстием. Максимальная длина комнатной электропередачи по бечевке илипроволоке, свисавших с трубки, не превышала метра, а максимальная длина горизонтальнойкомнатной электропередачи по состыкованным деревянным проводникам (в обоихслучаях — с шаром на конце) составляла более 5,5 м, включая длину трубки.

Сообщение телам «электрической силы» Грейпроверял с помощью пушинки, которая могла притягиваться к телу, отталкиватьсяот него, парить в воздухе, снова притягиваться и т. д., с помощью пробной нитиили латунного листка.

Желая передать электричество на большее расстояние,19 мая 1729 г. Грей провел такой опыт. Стоя на балконе, он держал в руках стекляннуютрубку со свисающей веревкой длиной 8 м с шаром из слоновой кости на конце.Внизу находился ассистент Грея, определявший наличие заряда с помощью латунноголиста (на дощечке). Грей не сомневался в том, что смог бы передатьэлектричество таким способом даже с купола собора Св. Павла в Лондоне.

В Грей осуществлял также опыт с «электрическиммальчиком». Грей натянул на одинаковой высоте 2 шелковые веревки (т.е.изоляторы) и положил на них мальчика 8-9 лет. При  приближении к его ногамнаэлектризованной палочки латунные листочки у лица мальчика подлетали 20-25 см.

Опыт объясняется электрической индукцией или,обобщенно, поведением проводником (мальчика и листочков) в электростатическомполе.

У Грея еще не было четкого представления опроводниках и изоляторах. Он описывает в одинаковых выражениях передачуэлектричества свинцовому шару и шару из слоновой кости.

Грей решил передать электричество по горизонтали,чтобы выяснить, как далеко это можно делать. Он подвесил веревку на гвоздях,вбитых в деревянную балку, дальний конец веревки с шаром свисал, как обычно,над латунным листком. Опыт не получился: латунный листок лежал неподвижно. Грейсделал правильный вывод о том, что электричество ушло в балку.

Преодолеть затруднение удалось благодаря блестящей идееУилера, вместе с которым Грей экспериментировал летом 1729 г. Уилер предложилподдерживать «линию электропередачи» шелковым шнуром, а неподвешивать ее на гвоздях. Первый же опыт, проведенный 2 июля 1729 г. около 10часов утра (как скрупулезно отметил Грей в своих записях), превзошел всеожидания. Горизонтальная часть бечевочной линии проходила от стекляннойпалочки, к которой она была привязана, до шелкового шнурка. К концу линии былподвешен шар из слоновой кости. Свисающая часть линии составляла около 2,7 м, аобщая длина была равна 24,5 м. При потирании палочки латунный листокпритягивался к шару и держался на нем некоторое время.

Заменив шелковый шнурок металлической проволокой,Грей опять получил отрицательный результат. Грей понял, что эффект изоляциилинии обусловлен не тонкостью шнурка, а свойствами шелка. Проведя впоследствииспециальные опыты, Грей убедился, что из всех шелковых шнурков наилучшимиизоляционными свойствами обладают шнурки голубого цвета.

В успешно проведенных в 1729 г. опытах длина линии(веревки) доходила до 233 м, а в 1730 г. — до 270 м. Линии держались на 15отрезках шелковых шнурков, натянутых в горизонтальной плоскости междудеревянными стойками. Так появились предшественники основных элементов линииэлектропередачи — проводников, изоляторов и опор. Стало ясно, что электричествоможно передавать на большие расстояния, «хоть на край света», какутверждал Иоганн Генрих Винклер (1703-1770 гг.) в 1744 г., говоря о передачеэлектричества по проводнику, обмотанному шелком или подвешенному на шелке.Интересно, что Винклер подчеркивает, что передача может оказыватьсопротивление.

5 августа 1729 г. Грей показал, что электричествоможно передавать, не касаясь линии передачи трубкой, а только держа трубку близлинии, т. е. (по позднейшей терминологии) с помощью электростатическойиндукции. Грей проделал аналогичный опыт и с деревянным стержнем, подвешенным кпотолку на шелковых шнурках или леске из конского волоса. Примерно через десятьлет по такому принципу стали устраивать кондукторы электризационных машин.

Таким образом именно Грей открыл явлениеэлектропроводности. Он установил, что электричество способно передаваться отодних тел к другим по металлической проволоке. По шелковой нити электричествоне распространялось. В связи с этим Грей разделил все тела на проводники инепроводники электричества./> Благодаря работам Грея,проведенным при участии Грэнвилла Уилера (1701-1770 гг.), опыты по передачеэлектричества на расстояние вышли за пределы помещения.

Ознакомившись с опытами Грея французский ученыйШарль-Франсуа Дюфе решил провести его на себе. Он устроился на деревянном щите,накрытом покрывалом и лежащем на шелковых веревках. И когда один ассистенткогда один ассистент поднес наэлектризованную трубку к рукам и лицу Дюфе, томежду рукой другого ассистента, Жана-Антуана Нолле, находившегося у ног Дюфе, ителом Дюфе неожиданно проскочила искра. Дюфе и Нолле испытали при этомнесильную боль, как от булавочного укола или искры от огня. Опыт объ­ясняетсяэлектростатической индукцией и пробо­ем воздушного промежутка между телами Дюфеи Нолле.

Вот так, по-видимому, впервые научились из­влекатьэлектрическую искру из тела человека.

Дюфе опубликовал этот опыт в трудах Па­рижскойакадемии наук за 1733 г. [4] и сообщил о нем в письме в Англию 27 декабря 1733г.

В 1737 г. немецкий физик Георг Матиас Бозе(1710—1761) повторил опыт Дюфе по из­влечению искр из тела человека, добившисьболее сильного эффекта благодаря применению вместо стеклянной трубкиэлектризационной машины на основе вращаемого стеклянного шара.

О том, какое впечатление производили в пер­войполовине XVIII в. опыты с извлечением искр из человека, можно судить последующему отрывку, которым начинается книга Христиана Готлиба Кратценштейна(1723—1795, с 1748 по 1753 г. жившего в Петербурге), написанная в форме писем кколлеге-медику в стиле, харак­терном для своего времени: «Поверите ли тому, чтоя скажу Вам? Люди теперь научились делать себя такими страшными, что Вы несможете прикоснуться к ним, не опасаясь, что из них выйдет пламя, как из горыЭтны. Если не знать, что они из мяса и кости, то можно подумать, что попал вобщество злых духов»

В результате своих опытов Дюфе выяснил, чтосуществует два рода электричества. Один вид электричества получается принатирании стекла, горного хрусталя, шерсти и некоторых других тел. Этоэлектричество Дюфе назвал стеклянным электричеством.

Второй вид электричества получается при натиранииянтаря, шелка, бумаги и других веществ. Этот вид электричества Дюфе назвалсмоляным. Ученый установил, что тела, наэлектризованные одним видомэлектричества, отталкиваются, а разными видами, — притягиваются.

Очень важным шагом в развитии учения обэлектричестве было изобретение лейденской банки, т. е. электрическогоконденсатора.

Лейденская банка была изобретена почти одновременнонемецким физиком Клейстом и голландским физиком Мушенбруком в 1745 — 1746 гг.Свое название она получила по имени города Лейдена, где Мушенбрук впервыепроделал с ней опыты по изучению электрических явлений.

Мушенбрук так описывал свое изобретение в письме кфранцузскому ученому Реомюру: «Хочу сообщить Вам новый, но ужасный опыт,который не советую повторять. Я занимался изучением электрической силы. Дляэтого я подвесил на двух шелковых голубых нитях железный ствол, получающийэлектричество от стеклянного шара, который быстро вращался вокруг оси инатирался руками. На другом конце висела медная проволока, конец которой былпогружен в стеклянный круглый сосуд, заполненный наполовину водой, который ядержал в правой руке; левой же рукой я пытался извлекать из электрическогоствола искру. Вдруг моя правая рука была поражена ударом с такой силой, что всетело содрогнулось, как от удара молнии.

Несмотря на то что сосуд, сделанный из тонкогостекла, не разбивается и кисть руки обычно не смещается при таком потрясении,тем не менее локоть и все тело поражаются столь страшным образом, что я не могувыразить словами, я думал, что пришел конец».

Вскоре лейденская банка была усовершенствована:внешнюю и внутреннюю поверхность стеклянного сосуда стали обклеиватьметаллической фольгой. В крышку банки вставляли металлический стержень, которыйсверху заканчивался металлическим шариком, а нижний конец стержня при помощиметаллической цепочки соединялся с внутренней обкладкой.

Лейденская банка является обычным конденсатором.Когда внешнюю обкладку ее заземляют, а металлический шарик соединяют систочником электричества, то на обкладках банки скапливается значительныйэлектрический заряд и при ее разряде может протекать значительный ток.Получение больших зарядов с помощь лейденской банки значительно способствовалоразвитию учения об электричестве.

Прежде всего усовершенствовалась аппаратура дляисследования электрических явлений, в частности электрические маслины. Этобыли, как и первая машина Герике, такие устройства, в которых электрическийзаряд получался в результате натирания стеклянного или эбон/>итовогодиска кожей или другими подобными материалами.

3атем появился первый электроизмерительный прибор — электрометр. Его история начинается с электрического указателя, созданногоРихманом вскоре после изобретения лейденской банки. Этот прибор состоял изметаллического прута, к верхнему концу которого подвешивалась льняная нитьопределенной длины и веса. При электризации прута нить отклонилась. Уголотклонения нити измерялся с помощью шкалы, прикрепленной к стержню иразделенной на градусы.

В последующее время были изобретены различнойконструкции электрометры. Так, например, электрометр, созданный итальянцемБеннетом, имел два золотых листочка, помещенных в стеклянный сосуд. Приэлектризации листочки расходились. Будучи снабжен шкалой, такой прибор могизмерять, как тогда говорили, «электрическую силу. Но что такое «электрическаясила», этого еще никто не знал, т. е. неизвестно было, какую физическую вел/>ичину измеряет этот прибор. Данный вопрос был выяснензначительно позже.

Наука Российской  империи тоже не стояла на месте. В1753 г. русский академик М. В. Ломоносов сообщал И. И. Шувалову, что Г. В.Рихман выполнял лейденский опыт «с сильным ударом»; опыт, писал Ломоносов,«можно переносить с места на место, отделяя от машины в знатное расстояниеоколо целой версты». Хотя описание и чертеж опыта утрачены, можнозаключить, что петербургский академик соорудил линию передачи отэлектризационной машины «в знатное расстояние». Что представляласобой рихмановская линия передачи — не известно. Есть сведения, что Рихманустраивал довольно длинные электрические линии. Так, он подвесил на шелковыхшнурах железную цепь длиной 40 м, которая соединяла между собой остроконечныйжелезный прут, заряжавшийся атмосферным электричеством даже в ясную погоду, иэлектрический указатель (электрометр). Длина цепи, по данным Рихмана, не влиялана показания электрометра. В опыте, о котором сообщает Ломоносов, Рихман,по-видимому, заряжал и разряжал Лейденскую банку «с сильным ударом» вразличных точках линии.

Вышеизложенные опыты стимулировали идеюэлектрического телеграфа, но удивительно, что ее не высказал ни один извышеупомянутых исследователей.

Первое достоверно известное предложение использоватьэлектричество (статическое) для передачи сообщений содержится в письме некоего«С. М.» из города Ренфрю от 1 февраля 1753 г., напечатанное вШотландском журнале за 17 февраля. На это письмо ссылаются во многих работах поистории телеграфии. «С. М.» предлагал провести между двумя пунктамипараллельные провода с использованием изоляторов из стекла (или другогоподходящего материала) на опорах, установленных через определенные промежутки.Проводов должно быть столько, сколько букв в алфавите. Передача каждой буквыдолжна осуществляться путем приведения в соприкосновение кондуктораэлектризационной машины и соответствующего провода. На приемном пункте,согласно предложению, следовало подвесить шары, к которым должны былипритягиваться листки из бумаги и т. п. с нанесенными на них буквами.

После изобретения лейденской банки, когда ученыесмогли наблюдать сравнительно большие искры при электрическом разряде, возникламысль об электрической природе молнии.

Известный американский ученый, общественный деятель,а впоследствии и президент Бенджамин Франклин (1706 — 1790) высказал эту идею вписьме в Лондонское королевское общество в 1750 г. Кроме этого именно емупринадлежит предложение называть стеклянное электричество положительным, асмоляное — отрицательным. При этом он исходил из своих взглядов на природуэлектричества.

В этом письме он объяснял также, как можно проверитьвысказанное предположение. Он предлагал поставить на башню будку, на крышукоторой вывести железный шест. Помещенный внутри будки человек в случае грозымог бы извлекать из шеста электрические искры.

Содержание письма Франклина стало известно воФранции. О нем узнал француз Далибар, который в мае 1752 г. проделал опыт, окотором писал Франклин.

У себя в саду, возле Парижа, Далибар установил высокийжелезный шест, изолировав его от земли. В то время когда собиралась гроза, онпопробовал извлечь электрические искры из шеста. Опыт удался. Действительно,Далибару удалось получить электрические искры.

В том же году, летом, Франклин в Америке проделалпохожий опыт. Вместе со своим сыном он запустил змей во время грозы. Когданить, которой был привязан змей, намокла, то из нее можно было извлекатьэлектрические искры. Франклину даже удалось зарядить при этом лейденскую банку.

Утвердившись во мнении, что молния – не чтоиное, как обычное электрическое явление, Бенджамин Франклин, по-видимому,первый предложил установить громоотводы –хотя бы на пороховых складах.Дело это приживалось со скрипом — кто ж не знал, что молнии есть оружие Бога!Однако нашелся человек, который выставили над своим домом громоотвод в видемеча, торчащего в небо! На почве дремучего страха перед гневом божьим в городеначалась такая паника, что бедного авантюриста даже отдали под суд.

После того как об опытах Франклина стало известно вПетербурге, подобными опытами занялись Рихман и Ломоносов. Они устроили болееудобную установку для изучения атмосферного электричества, названную громовоймашиной.

Громовая машина представляла собой заостренныйжелезный шест, установленный на крыше дома. От железного шеста в дом шлапроволока. Конец этой проволоки был соединен с электрическим указателем, т.е. спростейшим электрометром, изобретенным Рихманом.

С громовой машиной и Рихман и Ломоносов проделалимного опытов. Ломоносов открыл, что электрические заряды в атмосфере появляютсяне только во время грозы, но и без нее. На основе своих опытов Ломоносов создалпервую научную теорию образования электричества в атмосфере.

Летом 1753 г. случилось несчастье. Собиралась гроза,и Рихман пришел к своей громовой машине, чтобы наблюдать электрические разряды.Вдруг в комнате появилась шаровая молния, произошел электрический разряд – иученый был убит.

Впечатлением от трагической смерти Рихмананемедленно воспользовалось духовенство в целях борьбы с безбожием. Попы имонахи стали распространять мысль о том, что Рихман был наказан богом задерзкие опыты.

После того как была выяснена электрическая природагрозы возникла идея устройства громоотвода для предохранения зданий от пожаровв результате попадания в них молнии.

Громоотводы быстро вошли в практику. Это было первоепрактическое применение учения об электрических явлениях. Оно способствовалоразвитию научных исследований по электричеству вообще.

Следует отметить, что духовенство и позже враждебноотносилось к исследованиям атмосферного электричества и к использованиюгромоотводов, полагая, что защита от ударов молний – безбожное занятие.

Второй попыткой использования электричества дляпрактических целей было применение его для лечения болезней.

Как мы видели выше, уже Мушенбрук, описываяизобретение лейденской банки, обратил внимание на сильное и необычное действиеэлектрического разряда на человека.

Вскоре этим действием заинтересовались врачи.Возникла мысль о том, что в живом организме существуют электрические токи,которые играют в нем какую-то важную роль. Вместе с этим пришло убеждение овозможности применения электричества для лечения болезней.

С этой целью стали производить опыты по электризациилюдей, пропусканию через тело человека электрического тока и т. д.

В 1743-1744 гг. уже упомянутый Христиан ГотлибКратценштейн помогал в электрических иссле­дованиях своему учителю, профессоруунивер­ситета в Галле Иоганну Готлибу Крюгеру (1715— 1759). Эти исследованиярассматри­ваются как первая попытка применения элек­тричества в медицине. Ихинициатором был Крюгер. Вот как он пришел к мысли о воз­можностиэлектролечения.

Ученый заметил на теле человека пятно отэлектрической искры. «Если электричество может не только вызывать пятна накоже, но и рас­пространяться по всему телу, то не несомненно ли, чтоэлектризацией можно вызвать изменения и во внутренних частях человеческоготела, где угодно? Однако все, что может вызвать изме­нения в человеческом теле,можно использовать для восстановления потерянного или сохранения имеющегосяздоровья, если только пользоваться этим вовремя и в нужных местах. Не следуетли отсюда, что электризация является новым видом лечения?», — рассуждает Крюгерв по­слании, датированном 21 декабря 1743 г.

Приоритет Крюгера как основателя электро­медициныподтверждает Кратценштейн: «На­сколько я знаю, первым пришел к мысли о том, чтоэлектризация может быть полезна в медицине, несравненный г-н профессор Крюгер.Следует заметить, что термин «элек­тризация» в XVIII в. не имел четкого опре­деления.

Кратценштейн опубликовал некоторые своиэлектрофизические исследования. Он. в частно­сти, измерял у себя пульс иполучил в начале электризации 88 ударов в минуту, а в конце – 96. Подобныерезультаты Кратценштейн, соглас­но его сообщениям, получал и на других ис­пытуемых.

В 1744 г. ординарный профессор физиологии изЛейпцига Самуэль Теодор Квельмальц (1696— 1758) также исследовал влияниеэлектричества на человеческий организм.

В письме, датированном 7 декабря 1744 г.,Кратценштейн пишет о том, что он вылечил некоему ученому мужу два пальца наруке с помощью одной-единственной электризации. Столь же оптимистичноКратценштейн сообщает далее, что у всех лиц, которых он подверг элек­тризации,наблюдалось облегчение во всех членах и улучшение сна. Кратценштейн ссылаетсятакже на успешный эффект электролечения, полученный профессором Арнольдом изКенигсберга.

После  появления более мощного средстваэлектрического воздействия на организм человека – конденсатор в виде лейденскойбанки её начали применять в электротерапии. Лейденский опыт (разрядкаконденсатора через тело человека) был научной сенсацией XVIII в — всехвосхищала длин­ная голубоватая искра и изумляло и пугало «элек­трическоепотрясение» при разрядке лейденской банки, заряженной от электризационноймашины. Эффект «электрического потрясения» явно преувеличивал­ся некоторымиэкспериментаторами, проводив­шими опыт на себе. Но убивая разрядами лейден­скойбанки цыплят и т. п., Бенджамин Франклин, например, справедливо полагал, чтодостаточно большой батареей лейденских банок можно убить и человека

Действием элек­тричества на человеческий организминтересо­вался Ге­орг-Вильгельм Рихман. Он кри­тически относился к сведениям,поступавшим из-за рубежа. Так, он убедился в том, что ус­корения кровообращенияу человека, находяще­гося в электростатическом поле (как сказали бы мысегодня), не происходит.

Первые известные опыты электролечения на территорииРоссийской империи принадлежат Павлу Паульсону. Как со­общает Рихман в начале1753 г., «у нас в Лиф-ляндии <...> доктор медицины Паульсон при помощиэлектричества быстро вылечил человека, который после перенесенной им горячки вте­чение шести месяцев был немым и с одной стороны расслабленным, так что тотвновь обрел способность говорить и владеть своими членами». Паульсон в 1747 г.окончил медицинский факультет в Галл/>е (после чего ра­боталврачом в Дерите) и, несомненно, был уче­ником Крюгера.

В Петербурге электролечением систематическизанимался «профессор медицинского электриче­ства» городской больницы и (до 1795г.) про­фессор физики Хирургического училища Готфрид Альберт Кольрейф(1749-1802). Под его руководством только в 1789 г. в больнице на Фонтанке уОбуховского моста прошли элек­тролечение 60 человек, из них 20 «с наилучшимуспехом», у некоторых курс продолжается, а у других электролечение не далорезультатов.

В 1793 г. в Москве был издан перевод книгифранцузского аббата Бертолона (?—1799), каса­ющейся электролечения (книга былаодобрена Лионской академией наук и вышла во Франции в 1781 г. В книге описываетсяэлектролечение различных болезней, включая некоторые виды слепоты.

Следует отметить, что медицинская наука тра­диционно«лидирует» среди других наук по под­тасовке данных. Не заявляли ли пациентыэлектротерапевтов о своем «излечении» во из­бежание дальнейших пытокэлектрическими раз­рядами?

В 1793 г. в Москве вышел перевод книги королевскогомеханика Джорджа Адамса (1709-1772), в которой также уделяется внимание элек­тролечению(первое английское издание вышло в 1784 г.). В конце XVIII в. электролечениеприменялось в Екатерининской больнице в Москве.

Русский ученый-энциклопедист Андрей Ти­мофеевичБолотов (1738—1833) в провинции са­мостоятельно изготовил электромедицинскоеобо­рудование и с начала 1790-х годов регулярно проводил электролечение.Лечение осуществлялось разрядом лейденской банки с применением различныхэлектродов для разрядки через больные органы человека. В течение 2-х летэлектролечение прошли более 1500 чел.

Был написан ряд книг по исследованию действияэлектричества на организм человека. В качестве примера можно указать на книгуМарата, известного деятеля французской революции, врача по специальности. Оннаписал в 1783 г. «Трактат о медицинском электричестве», который был удостоенспециальной премии. Однако все такие исследования в то время не привели ккаким-либо положительным практическим результатам. Действительное применениеэлектричества для лечения болезней началось гораздо позже. Но такиеисследования сыграли большую роль в усилении интереса к исследованиямэлектрических явлений вообще. Больше того, как мы увидим ниже, именноисследование влияния электричества на живой организм привело к открытиюитальянским врачом Гальвани так называемого гальванического электричества.

История применения электрических явлений в медицинеочень интересна тем, что она показывает, как новые открытия в областифизических наук бывают вызваны задачами других наук (в данном случае медицины).

/>

/>/>/>/>/>/>/>Первые теории электричества

/>Вместе с ускорившимсяразвитием опытного исследования электрических явлений возникают и теории этихявлений.

Конечно, еще до середины XVIII в. существовалинекоторые соображения о природе электричества. Но они были весьма примитивными.В большинстве случаев электрические действия объяснялись наличием вокругзаряженных тел неких электрических атмосфер.

В середине XVIII в. появляются уже болеесодержательные теории электрических явлений. Эти теории можно разделить на двеосновные группы.

Первая группа — это теории электрических явлений,основанные на принципе дальнодействия.

Вторая группа — это теории, в основу которых положенпринцип близкодействия.

Остановимся сначала на развитии теориидальнодействия, которая получила в XVIII в. почти всеобщее признание.Основоположниками теории дальнодействия были Франклин и петербургский академикЭпинус.

Франклин еще в 40-х г. XVIII в. построил теориюэлектрических явлений. Он предположил, что существует особая электрическаяматерия, представляющая собой некую тонкую, невидимую жидкость. Частицы этойматерии обладают свойством отталкиваться друг от друга и притягиваться кчастицам обычной материи, т. е. к частицам вещества, по современным понятиям.

Электрическая материя присутствует в телах вопределенных количествах, и в этом случае ее присутствие не обнаруживается. Ноесли в теле появляется избыток этой материи, то тело электризуетсяположительно; наоборот, если в теле будет недостаток этой материи, то телоэлектризуется отрицательно. Название «положительное и отрицательноеэлектричество», как уже упоминалось, принадлежит Франклину.

Электрическая материя, по Франклину, состоит изособо тонких частиц, поэтому она может проходить сквозь вещество. Особеннолегко она проходит через проводники.

Из теории Франклина следует очень важное положение осохранении электрического заряда. Действительно, для создания, например,отрицательного заряда на каком-либо теле нужно от него отнять некотороеколичество электрической жидкости, которая должна перейти на другое тело иобразовать там положительный заряд такой же величины. После соединения этих телэлектрическая материя вновь распределится между ними так, чтобы эти тела сталиэлектрически нейтральными.

Это положение Франклин демонстрировал на опыте. Двачеловека стоят на смоляном диске (для изоляции их от окружающих предметов иземли). Один человек натирает стеклянную трубку. Другой касается этой трубкипальцем и извлекает искру. Оба человека теперь оказываются наэлектризованными:один — отрицательным электричеством, другой — положительным. Но при этом ихзаряды равны по абсолютной величине. После соприкосновения люди потеряют своизаряды и станут электрически нейтральными.

Теория Франклина была развита Францем Эпинусом (1724- 1802). При этом Эпинус как бы брал за образец теорию тяготения Ньютона.

Ньютон предположил, что между всеми частицамиобычных тел действуют дальнодействующие силы. Эти силы центральные, т.е. онидействуют по прямой, соединяющей частицы.

Эпинус же предполагает, что между частицамиэлектрической материи также действуют центральные дальнодействующие силы.Только силы тяготения являются силами притяжения, силы же, действующие междучастицами электрической материи, — силами отталкивания. Кроме того, междучастицами электрической материи и частицами обычного вещества, так же как и уФранклина действуют силы притяжения. И эти силы аналогично силам тяготения являютсядальнодействующими и центральными.

Далее Эпинус подобно Ньютону говорит, что введенныеим силы нужно признать как факт и что в настоящее время нельзя объяснить, какимобразом они действуют через пространство. Придумывать же необоснованныегипотезы он не желает. Здесь он полностью копирует Ньютона.

Эпинус идет дальше, сравнивая силы тяготения иэлектрические силы. Он предполагает, что силы, действующие между частицамиэлектрической материи, «изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния.Так можно предполагать с некоторым правдоподобием, ибо в пользу такойзависимости, по-видимому, говорит аналогия с другими явлениями природы». Этапредполагаемая аналогия и дает возможность Эпинусу построить теориюэлектрических явлений.

Одной из интересных его работ было исследованиеэлектрической индукции. Эпинус показал, что если к проводнику приблизитьзаряженное тело, то на проводнике появляются электрические заряды. При этомсторона его, к которой подносят заряженное тело, электризуется зарядомпротивоположного знака. И наоборот, на удаленной части проводника образуетсязаряд того же знака, что и на поднесенном теле.

Если убрать заряженное тело, то проводник сновастановится незаряженным. Но если проводник может быть разделен на две части вприсутствии заряженного тела, то получатся два проводника, заряженныеразноименными зарядами, которые останутся и при удалении индуцирующего заряда.

Эпинус подтвердил и закон сохранения электрическогозаряда. Он писал: «Если я хочу в каком-либо теле увеличить количествоэлектрической материи, я должен неизбежно взять ее вне его и, следовательно,уменьшить ее в каком-либо другом теле».

Одновременно с теорией электрических явлений,основанной на представлении о дальнодействии, появляются теории этих явлений, воснове которых лежит принцип близкодействия. Одним из родоначальников этойтеории можно считать Ломоносова.

Ломоносов был противником теории дальнодействия. Онсчитал, что тело не может действовать на другие мгновенно через пустое илизаполненное чем-либо пространство.

Он полагал, что электрическое взаимодействиепередается от тела к телу через особую среду, заполняющую все пустоепространство, в частности и пространство между частицами, из которых состоит«весомая материя», т. е. вещество.

Электрические явления, по Ломоносову, следуетрассматривать как определенные микроскопические движения, происходящие в эфире.То же самое относится и к магнитным явлениям.

На точке зрения близкодействия в теорииэлектричества и магнетизма стоял и другой петербургский академик — ЛеонардЭйлер. В середине XVIII в., как и Ломоносов, он выступил за теориюблизкодействия. Он предполагал существование эфира, движением и свойствамикоторого объяснял наблюдаемые электрические явления.

Однако теоретические представления Ломоносова иЭйлера в то время не могли пол/>учить развития. Вскоребыл открыт закон Кулона. Он был по своей форме таким же, как и закон всемирноготяготения, и, естественно, его понимание было таким же, как и понимание законатяготения. Таким образом, закон Кулона был воспринят как доказательство теориидальнодействия.

Основной закон электростатики — закон Кулона — былустановлен французским физиком Кулоном в 80-х гг. XVIII в.

Однако история его открытия начинается раньше. Этаистория показывает один из путей, по которому развивается физика, — путьприменения аналогии

Эпинус уже догадывался о том, что силавзаимодействия между электрическими зарядами обратно пропорциональна квадратурасстояния между ними. И эта догадка возникла на основе некоторой аналогии междусилами тяготения и электрическими силами.

Но аналогия не является доказательством. Вывод изаналогии всегда требует проверки. Опираясь только на аналогию,. можно прийти ик неверным результатам. Эпинус не проверил справедливость данной аналогии, ипоэтому его высказывание имело только предположительный характер.

Иначе поступил английский ученый Генри Кавендиш(1731 — 1810). Он также исходил из аналогии между силами тяготения и силамиэлектрического взаимодействия. Но он пошел дальше, нежели Эпинус, и проверил наопыте выводы, вытекающие из нее.

Кавендиш проделал такой опыт в 70-х гг. XVIII в… Онвзял заряженный металлический шар и поместил его внутрь полого металлическогошара, образованного двумя полушариями. Внешний полый шар сначала был незаряжен.

3атем внутренний шар тонкой проволокой соединялся свнешним шаром, для чего было сделано в последнем маленькое отверстие. Черезнекоторое время полушария разъединяли и освобождали внутренний шар. После этогосоединяли его с электроскопом.

Что показывал электроскоп? Если правильнопредположение, что силы взаимодействия между зарядами (в данном случае силыотталкивания) обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними, тоэлектроскоп покажет отсутствие заряда.

Действительно, как только внутренний шар соединялипроволокой с полушариями, так сейчас же электричество начинало перетекать сшара по проволоке на полушария, равномерно распределяясь на них. Ведь междузарядами, находящимися на таре, действовала сила отталкивания, но пока шаризолирован, заряды не могли его покинуть. Попав же на внешний шар, зарядыравномерно распределялись на его поверхности, и их действие на заряд,находящийся внутри шара, прекращалось.

Перетекание зарядов с внутреннего шара на внешнийбудет происходить до тех пор, пока они все не покинут внутренний шар. ОтсюдаКавендиш и сделал вывод о том, что силы взаимодействия между электрическимизарядами обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними.

Таким образом, мы должны сказать, что Кавендишпервым экспериментально установил закон взаимодействия электрических зарядов.Однако он не обнародовал своего открытия. И эта работа оставалась при его жизнинеизвестной. О ней узнали гораздо позже, только в середине прошлого столетия,после того как Максвелл опубликовал ее. Конечно, к этому времени она имела ужечисто исторический интерес.

Не зная об исследованиях Кавендиша, французскийученый Шарль Кулон (1736 — 1806) в 80-х гг. XVIII в. проделал ряд опытов иустановил основной закон электростатики, получивший его имя.

Кулон установил, во-первых, что сила взаимодействиямежду точечными зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния междуними. Эта сила будет силой отталкивания, если заряды одноименные, и силойпритяжения, если заряды разноименные.

Во-вторых, Кулон ввел понятие количестваэлектричества и определил, что сила взаимодействия между зарядамипропорциональна их величине.

Кулон также экспериментально исследовал силывзаимодействия между магнитами. На основании данных эксперимента и полагая, чтонаряду с электрическими существуют и магнитные заряды, Кулон пришел кзаключению, что силы взаимодействия между магнитными зарядами или магнитнымимассами также обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними.

В последующем, уже в XIX в. выяснилось, чтомагнитных зарядов не существует. Но законом Кулона для />магнитовпродолжали пользоваться, хотя ему уже придавали иной смысл, нежели тот, которыйвкладывал в него Кулон.

XIX век/>

Важнейшим шагом вперед в развитии учения обэлектрических и магнитных явлениях было изобретение первого источникапостоянного тока — гальванического элемента. История этого изобретенияначинается с работ итальянского врача Луиджи Гальвани (1737 — 1798), относящихсяк концу XVIII в.

Гальвани интересовался физиологическим действиемэлектрического разряда. Начиная с 80-х гг. XVIII столетия, он предпринял рядопытов для выяснения действия электрического разряда на мускулы препарированнойлягушки. Однажды он обнаружил, что при проскакивании искры в электрическоймашине или при разряде лейденской банки мускулы лягушки сокращались, если к нимв это время прикасались металлическим скальпелем. Однако, существует мнение,что это открытие принадлежит не Гальвани, а его жене, которая была его ассистентомпри проведении опытов.

3аинтересовавшись наблюдаемым эффектом, Гальвани решилпроверить, не будет ли оказывать такое же действие на лапки лягушки атмосферноеэлектричество. Действительно, соединив один конец нерва лапки лягушкипроводником с изолированным шестом, выставленным на крыше, а другой конец нервас землей, он заметил, что во время грозы время от времени происходилосокращение мускулов лягушки.

Гальвани решил, что открыл «животное электричество»,т. е. электричество, которое вырабатывается в организме лягушки. При замыканиинерва лягушки посредством медного крюка и железной дощечки образуется замкнутаяцепь, по которой пробегает электрический заряд (электрическая жидкость илиматерия), что и вызывает сокращение мускулов.

Свои выводы Гальвани опубликовал в1791 г. в «Трактате о силах электричества при мышечном движении». Его теориятакова: сокращение мышц обусловлено возникновением в них электрического тока ив каждом животном есть свое собственное электричество.

Подобные опыты повторяли во многихстранах. Однажды английский врач из Глазго приложил электроды к трупу повешенного!Когда «глаза мертвеца открылись», многие из присутствующих даже лишилисьсознания!

Открытием Гальвани заинтересовались ифизики и врачи. Среди физиков был соотечественник Гальвани Алессандро Вольта.(1745 — 1827). Вольта повторил опыты Гальвани, а затем решил проверить, какбудут себя вести мускулы лягушки, если через них пропустить не («животноеэлектричество»), а электричество, полученное каким-либо из известных способов.При этом он обнаружил, что мускулы лягушки так же сокращались, как и в опытеГальвани.

Проделав такого рода исследования,Вольта пришел к выводу, что лягушка является только («прибором»),регистрирующим протекание электричества, что никакого особого «животногоэлектричества» не существует.

Почему же все-таки в опыте Гальванимускулы лягушки регистрируют протекание электрического разряда? Что является вданном случае источником электричества? Вольта предположил, что причинойэлектричества является контакт двух различных металлов.

Нужно отметить, что уже Гальванизаметил зависимость силы судорожного сжатия мускулов лягушки от рода металлов,образующих цепь, по которой протекает электричество. Однако Гальвани не обратилна это серьезного внимания. Вольта же, наоборот, усмотрел в нем возможностьпостроения новой теории.

Не согласившись с теорией («животногоэлектричества», Вольта выдвинул теорию «металлического электричества». По этойтеории причиной гальванического электричества является соприкосновениеразличных металлов.

В каждом металле, считал Вольта,содержится электрическая жидкость (флюид), которая, когда металл не заряжен,находится в покое и себя не проявляет. Но если соединить два различных металла,то равновесие электричества внутри них нарушится: электрическая жидкость придетв движение. При этом электрический флюид в некотором количестве перейдет изодного металла в другой, после чего равновесие вновь восстановится. Но врезультате этого металлы наэлектризуются: один — положительно, другой — отрицательно.

Эти соображения Вольта подтвердил наопыте. Ему удалось показать, что действительно при простом соприкосновении двухметаллов один из них приобретает положительный заряд, а другой отрицательный.Таким образом, Вольта открыл так называемую контактную разность потенциалов.Вольта проделывал следующий опыт. На медный диск, прикрепленный к обыкновенномуэлектроскопу вместо шарика, он помещал такой же диск, изготовленный из другогометалла и имеющий рукоятку. Диски при наложении в ряде мест приходили всоприкосновение. В результате этого между дисками появлялась контактная разностьпотенциалов (по терминологии Вольта, между дисками возникала «разностьнапряжений»).

Для того чтобы обнаружить «разностьнапряжений», появляющуюся при соприкосновении различных металлов, которая,вообще говоря, мала (порядка 1В), Вольта поднимал верхний диск и тогда листочкиэлектроскопа заметно расходились. Это вызывалось тем, что емкость конденсатора,образованного дисками, уменьшалась, а разность потенциалов между ними востолько же раз увеличивалась.

Но открытие контактной разностипотенциалов между различными металлами еще не могло объяснить опытов Гальвани слягушками. Нужны были дополнительные предположения.

Составим обычную замкнутую цепьпроводников из разных металлов. Несмотря на то что между этими металламивозникает разность потенциалов, постоянного течения электричества по цени неполучается. Это сразу понятно для простейшего случая двух металлов. Возьмем,например, два куска медной и цинковой проволоки и соединим их концы. Тогда однаиз них (цинковая) зарядится отрицательным электричеством, а медная — положительным. Если теперь соединить и другие концы этих проволок, то и в этомслучае второй конец цинковой проволоки будет электризоваться отрицательно, асоответствующий конец медной проволоки положительно. И постоянного теченияэлектричества в цепи не получится.

Но а опыте Гальвани соединялись нетолько металлы. В цепь включались и мышцы лягушки, содержащие и себе жидкость.Вот в этом и заключается все дело — решил Вольта.

Он предположил, что все проводникиследует разбить на два класса: проводники первого рода — металлы и некоторыедругие твердые тела и проводники второго рода — жидкости. При этом Вольтарешил, что разность потенциалов возникает только при соприкосновениипроводников первого рода.

Такое предположение объясняло опытГальвани. В результате соприкосновения двух различных металлов нарушаетсяравновесие в них электричества. Это равновесие восстанавливается в результатетого, что металлы соединяются через тело лягушки. Таким образом электрическоеравновесие все время нарушается и все время восстанавливается, значит,электричество все время движется.

Такое объяснение опыта Гальваниневерно, но оно натолкнуло Вольта на мысль о создании источника постоянноготока — гальванической батареи. И вот в 1800 г. Вольта построил первую гальваническуюбатарею — Вольтов столб.

Вольтов столб состоял из несколькихдесятков круглых серебряных и цинковых пластин, положенных друг на друга. Междупарами пластин были проложены картонные кружки, пропитанные соленой водой.Такой прибор служил источником непрерывного электрического тока.

Интересно, что в качестве довода осуществовании непрерывного электрического тока Вольта опять-таки привлекалнепосредственные ощущения человека. Он писал, что если крайние пластинызамкнуты через тело человека, то сначала, как и в случае с лейденской банкой,человек испытывает удар и покалывание. 3атем возникает ощущение непрерывногожжения, «которое не только не утихает, — говорит Вольта, — но делается всесильнее и сильнее, становясь скоро невыносимым, до тех пор пока цепь не разомкнется».

Изобретение Вольтова столба — первогоисточника постоянного тока — имело огромное значение для развития учения обэлектричестве и магнетизме. Что же касается объяснения действия этого прибораВольта, то оно, как мы видели, было ошибочным. Это вскоре заметили некоторыеученые.

Действительно, по теории Вольтаполучалось, что с гальваническим элементом во время его действия не происходитникаких изменений. Электрический ток течет по проволоке, нагревает ее, можетзарядить лейденскую банку и т. д., но сам гальванический элемент при этомостается неизменным. Но такой прибор является не чем иным, как вечнымдвигателем, который, не изменяясь, производит изменение в окружающих телах, втом числе и механическую работу.

К концу XVIII в. среди ученых уже широкораспространилось мнение о невозможности существования вечного двигателя.Поэтому многие из них отвергли теорию действия гальванического элемента,придуманную Вольта.

В противовес теории Вольта былапредложена химическая теория гальванического элемента. Вскоре после егоизобретения было замечено, что в гальваническом элементе происходят химическиереакции, в которые вступают металлы и жидкости. Правильная химическая теориядействия гальванического элемента вытеснила теорию Вольта.

После открытия Вольтова столба ученыеразных стран начали исследовать действия электрического тока. При этомсовершенствовался и сам гальванический элемент. Уже Вольта наряду со «столбом»стал употреблять более удобную чашечную батарею гальванических элементов. Дляисследования действий электрического тока стали строить батареи со все большими большим числом элементов.

Наиболее крупную батарею в самомначале XIX в. построил русский физик Василий Владимирович Петров (1761 — 1834)в Петербурге. Его батарея состояла из 4200 цинковых и медных кружков. Кружкиукладывались в ящик горизонтально и разделялись бумажными прокладками,пропитанными нашатырем. Батарея Петрова была описана им в его книге («Известияо Гальвани-Вольтовых опытах», вышедшей в России в 1803 г.

Первые шаги в изучении электрическоготока относились к его химическим действиям. Уже в том же году, в котором Вольтаизобрел гальваническую батарею, было открыто свойство электрического токаразлагать воду. Вслед за этим было произведено разложение электрическим токомрастворов некоторых солей. В 1807 г. английский химик Дэви путем электролизарасплавов едких щелочей открыл новые элементы: калий и натрий.

Исследование химического действиятока и выяснение химических процессов, происходящих в гальванических элементах,привело ученых к разработке теории прохождения электрического тока через электролиты.

Вслед за изучением химическогодействия тока ученые обратились к его тепловым и оптическим действиям. Наиболееинтересным результатом этих исследований в самом начале XIX в. было открытиеэлектрической дуги Петровым.

Открытие, сделанное Петровым, былозабыто. Многие, особенно иностранные, ученые о нем не знали, так как книгаПетрова была написана на русском языке. Поэтому, когда Дэви в 1812 г. сноваоткрыл электрическую дугу, его стали считать автором этого открытия.

Наиболее важным событием, />приведшим вскоре к новым представлениям об электрическихи магнитными явления/>х, было открытие магнитногодействия электрического тока. К изложению истории этого открытия мы ипереходим.

/>/>/>/> 

Открытиеэлектромагнетизма

В XVIII в. электричество и магнетизмсчитались хотя и похожими, но все же имеющими различную природу явлениями.Правда, были известны некоторые факты, указывающие на существование как будтобы связи между магнетизмом и электричеством, например намагничивание железныхпредметов в результате ударов молнии. Больше того, Франклину удалось как будтобы намагнитить кусок железа с помощью разряда лейденской банки. Все-такиизвестные факты не позволяли уверенно утверждать, что между электрическими имагнитными явлениями существует связь.

Такую связь впервые обнаружил датскийфизик Ханс Кристиан Эрстед (1777 — 1851) в 1820 г. Он открыл действиеэлектрического тока на магнитную стрелку.

Интересна история этого открытия.Идею о связи между электрическими и магнитными явлениями Эрстед высказал еще впервом десятил/>етии XIX в. Он полагал, что в явленияхприроды, несмотря на все их многообразие, имеется единство, что все они связанымежду собой. Эрстед собрал богатую статистику случаев перемагничивания стрелкикомпаса вследствие удара молнии. «Значит, электричество и магнетизм как-тосвязаны!»–решил он.

Руководствуясь этой идеей, Эрстедпоставил перед собой задачу выяснить на опыте, в чем эта связь проявляется.

Эрстед открыл, что если надпроводником, направленным вдоль земного меридиана, поместить магнитную стрелку,которая показывает на север, и по проводнику пропустить электрический ток, тострелка отклоняется на некоторый угол.

После того как Эрстед опубликовал свое открытие,многие физики занялись исследованием этого нового явления. Французские ученыеБио и Савар постарались установить закон действия тока на магнитную стрелку, т.е. определить, как и от чего зависит сила, действующая на магнитную стрелку,когда она помещена около электрического тока. Они установили, что сила,действующая на магнитный полюс (на конец длинного магнита) со стороныпрямолинейного проводника с током, направлена перпендикулярно к кратчайшемурасстоянию от полюса до проводника и модуль ее обратно пропорционален этомурасстоянию.

Познакомившись сработой Био и Савара, Лаплас заметил, что для расчета «магнитной» силы, т. е.,говоря современным языком, напряженности магнитного поля, полезно рассматриватьдействие очень малых отрезков проводника с током на магнитный полюс. Из измеренийБио и Савара следовало, что если ввести понятие элемента проводника Dl, тосила DF,действующаясо стороны этого элемента на полюс магнита, будет пропорциональна DF ~ (Dl/r2)sina-, гдеDl — элемент проводника, a — угол,образованный этим элементом и прямой, проведенной из элемента Dl в точку, вкоторой определяется сила, а r — кратчайшее расстояние от магнитного полюса долинии, являющейся продолжением элемента проводника.

После того как быловведено понятие силы тока и напряженности магнитного поля, этот закон стализаписывать так:

где DH — напряженность магнитного поля, I — силатока, а k — коэффициент, зависящий от выбора единиц, в котор/>ых измеряются эти величины. В международной системеединиц СИ этот коэффициент равен 1/4p.

Новый важнейший шаг в исследованииэлектромагнетизма был сделан французским ученым Андре Мари Ампером (1775 — 1836) в 1820г.

Раздумывая над открытием Эрстеда, Ампер пришел ксовершенно новым идеям. Он предположил, что магнитные явления вызываютсявзаимодействием электрических токов. Каждый магнит представляет собой системузамкнутых электрических токов, плоскости которых перпендикулярны оси магнита.Взаимодействие магнитов, их притяжение и отталкивание объясняются притяжением иотталкиванием, существующими между токами. 3емной магнетизм также обусловленэлектрическими токами, которые протекают в земном шаре.

Эта гипотеза требовала, конечно, опытногоподтверждения. И Ампер проделал целую серию опытов для ее обоснования.

Первые опыты Ампера заключались в обнаружении сил,действующих между проводниками, по которым течет электрический ток. Опытыпоказали, что два прямолинейных проводника с током, расположенные параллельнодруг другу, притягиваются, если токи в них имеют одинаковое направление, иотталкиваются, если направление токов противоположно.

Ампер показал также, что виток с током испиралевидный проводник с током (соленоид) ведут себя как магниты. Два такихпроводника притягиваются и отталкиваются подобно двум магнитным стрелкам.

Свои первые сообщения о результатах опытов Амперсделал на заседаниях Парижской академии наук осенью 1820 г. После этого онзанялся разработкой теории взаимодействия проводников, по которым течетэлектрический ток.

Ампер решил в основу теории взаимодействия токовположить закон взаимодействия между элементами токов. Нужно отметить, что Амперговорил уже не просто о взаимодействии элементов проводников, как Био и Савар,а о взаимодействии элементов токов, так как к тому времени уже возникло понятиесилы тока. И это понятие ввел сам Ампер.

Следуя взглядам того времени о подобии элементарныхсил силам тяготения, Ампер предположил, что сила взаимодействии междуэлементами двух токов будет зависеть от расстояния между ними и должна бытьнаправлена по прямой, соединяющей эти два элемента.

Проведя большое число опытов по определениювзаимодействия токов в проводниках различной формы и по-разному расположенныхдруг относительно друга, Ампер в конце концов определил искомую силу. Подобносиле тяготения она оказалась обратно пропорциональной квадрату расстоянии междуэлементами электрических токов. Но в отличие от силы тяготения ее значениезависело еще и от относительной ориентации элементов токов.

Формулу, которую получил Ампер, мы приводить небудем. Она оказалась неверной, потому что он заранее предположил, что силавзаимодействия между элементами токов должна быть направлена по прямой,соединяющей эти элементы. На самом же деле эта сила направлена под углом к этойпрямой.

Однако вследствие того что Ампер проводил опыты сзамкнутыми постоянными токами, он получал при расчетах по своей формулеправильные результаты. Оказывается, что для замкнутых проводников формулаАмпера приводит к тем же результатам, что и исправленная впоследствии формула,выражающая силу взаимодействия между элементами токов, которая по-прежнемуносит название закона Ампера.

Т.о. согласно Амперу, все магнитные явлениясводятся к взаимодействиям токов, магнитных же зарядов не существует. Современи открытий Эрстеда и Ампера учение о магнетизме сделалось составнойчастью учения о электричестве.

 

Начало развития электротехники

Со 2-й четверти XIX века началось быстроепроникновение электричества в технику. В 20-х года появились первыеэлектромагниты. Прежде всего возникает электрический телеграф. Первыйэлектромагнитный телеграф был изобретен русским изобретателем П. Л. Шиллингом в1832 г.

 Телеграф Шиллинга употреблялся для практическихцелей. С его помощью осуществлялась связь между Зимним дворцом и зданиемминистерства путей сообщения в Петербурге.

Вскоре появились и другие телеграфные аппараты,отличающиеся от аппарата Шинлинга. В 1837 г. американец Морзе сконструировалболее удобный телеграфный аппарат.

В телеграфе Морзе при замыкании ключа электрическийток поступал в обмотку электромагнита, который притягивал висящий маятник сзакрепленным на конце карандашом, При этом конец карандаша касался бумажнойленты, непрерывно передвигающейся с помощью специального механизма вгоризонтальном направлении перпендикулярно плоскости качания маятника.

3амыкание ключа на короткое время давало набумажной ленте изображение точки, а на более длительное — тире. С помощьюкомбинаций точек и тире Морзе разработал специальный телеграфный код — азбукуМорзе.

В 1844 г. Морзе построил первую телеграфную линию вАмерике между Вашингтоном и Балтимором. С этого времени началось широкоеприменение вершенной конструкции.

Вслед за применением электричества для связиизобретательская мысль начинает работать над задачей использования его вкачестве движущей силы.

Уже в 30-х гг. XIX в. появляются изобретенияразличных электродвигателей. Первый электродвигатель, применяемый дляпрактических целей, был изобретен в 1834 г. петербургским академиком Б. С.Якоби (1801 — 1874). В 1838 г. этот двигатель был применен для приведения вдвижение лодки, которая плавала по Неве со скоростью 2 км/ч.

3начительную роль в деле усовершенствованиягенераторов сыграло применение электричества для освещения.

Начало применения электричества для освещенияотносится к 60-м гг. прошлого столетия, когда дуговая лампа (т. е.электрическая дуга) была установлена на маяках. Но применение этих лампвстречало большие трудности. Дело в том, что дуговую лампу нужно былонепрерывно регулировать, так как концы угольных электродов сгорали, расстояниемежду ними увеличивалось, в результате этого цепь разрывалась и дуга затухала.

Русский изобретатель Павел Николаевич Яблочков(1847 — 1894) много думал над усовершенствованием таких дуговых ламп и пришел кновому и оригинальному решению этой проблемы.

Вместо обычного расположения угольных электродов вдуговой лампе, при котором расстояние между ними менялось по мере их сгорания,Яблочков расположил их параллельно рядом, а между ними поместил изолирующуюпрокладку, которая сгорала вместе с углем. Эта конструкция получила названиесвечи Яблочкова. В 1876 г. Яблочков взял патент на свое изобретение, и онобыстро получило распространение. «Русский свет» (так называли изобретениеЯблочкова) засиял на улицах, площадях, в помещениях многих городов Европы,Америки и даже Азии. «Из Парижа, — писал Яблочков,- электрическое освещениераспространилось по всему миру, дойдя до дворца шаха Персидского и до дворцакороля Камбоджи»).

С начала 80-х гг. появилась лампа накаливания.Первым изобретателем лампы накаливания был русский инженер А. Н. Лодыгин (1847- 1923). Одна из конструкций лампы Лодыгина представляла собой стеклянныйбаллон, внутри которого в вакууме между двумя медными стержнями помещалсяугольный стержень.

Уже в 1873 г. Лодыгин демонстрировал освещениесвоими лампами одной из улиц Петербурга. В 1874 г. Лодыгин получил за своеизобретение Ломоносовскую премию Академии наук.

В 1879 г. американский изобретатель Эдисон создалудачную конструкцию лампы накаливания, и вскоре она получила распространение вовсем мире.

Использование электричества для связи, в качестведвижущей силы, для освещения явилось стимулом создания электрическихгенераторов, изобретения трансформаторов и т. д.

Появившаяся вместе с этим новая область техники — электротехника во второй половине Х1Х в. приобрела важное практическое значение.

Начало развития физики поля

В 30-40-х годах XIX века большой вклад в развитие науки об электричестве внесМайкл Фарадей – творец общего учения об электромагнитных явлениях, в котором всеэлектрические и магнитные явления рассматриваются с единой точки зрения. Спомощью опытов он доказал, что действия электрических зарядов и токов не зависятот способа их получения (до Фарадея различали «обыкновенное»,полученное при электризации трением, атмосферное, «гальваническое»,магнитное, «животное» и др. виды электричества).

Фарадей впервые ввел представление об электрическоми магнитном полях. Он отрицал концепцию дальнодействия, по которой следовало,что тела непосредственно (через пустоту) на расстоянии действуют друг на друга.Согласно идеям Фарадея, взаимодействие между зарядами и токами осуществляетсяпосредством промежуточных агентов: заряды и токи создают в окружающемпространстве электрические (или магнитные) поля, с помощью которыхвзаимодействие передается от точки к точке (концепция близкодействия). В основеего представлений об электрическом поле лежало понятие силовых линий, которыеон рассматривал как механические образования  в гипотетической среде – эфире,подобные растянутым упругим нитям или шнурам.

Так пустое и неподвижное пространство Ньютона было«заполнено» полем, распространяющимся от точки к точке с конечнойскоростью.

В 1861-73 учение получило свое развитие изавершение в работах Джемса Клерка Максвелла. Восхищенный новыми идеямиФарадея, Максвелл решил перевести их на математический язык и тем самымпопытаться свести все законы электричества и магнетизма к системе уравнений,столь же общих, как и уравнения механики. При этом он, подобно Фарадеюрассматривал электромагнитные явления как некую форму механических процессов вэфире.

Главное новое следствие, вытекающее из этихуравнений –существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света.Уравнения Максвелла легли в основу электромагнитной теории света. Они настолько поразили его коллег, что один даже воскликнул: “Не боги ли начерталиэти уравнения, до чего красиво!”

В последней четверти XIX века начался новый этап вразвитии электромагнитной теории, связанный с созданием электронной теорииГендриком Антоном Лоренцем (1853-!928). ). Эта теория установила атомисти­ческуюструктуру электричества, тем самым положив начало учению об электрическомстроении вещества. Уравнения Максвелла получаются из уравнений электроннойтеории статистическим усреднением.

Попытки применения законов классическойэлектродинамики к исследованию электромагнитных процессов в движ/>ущихся средах натолкнулись на существенные трудности.Стремясь разрешить их Альберт Эйнштейн пришел в 1905 году к теорииотносительности.

Но это уже несколько другая история.

/>

/>/>Мент/>альные модели электрических явлений современного че/>ловека

/>Здесь описывается, какквалифицированные рабочие во Французской национальной Электрической компаниивоспринимают бытовые ситуации, связанные с домашним электричеством. Данныесобраны путем интервьюирования по поводу функционирования различных известныхэлектроприборов (лампы, тестера, стиральной машины). Несмотря на то, чтоиспытуемые изучали электрические явления в школе или на фирме, они редкообращались к теории. Умственные модели, которыми они пользовались, основывалисьна их собственном опыте. Электричество часто рассматривается как субстанция илижидкость, легко перемещаемая с одного места на другое. Концепция заземленияпоказывает, что земля воспринимается как огромный резервуар, куда электричествостекает, после чего теряется.

Каждый включает и выключает лампы, используетбытовые электроприборы, исправляет повреждения в них или получает удар тока,когда прикасается к неизолированному проводу. Из этих различных впечатленийсоздается представление о феномене электричества. Многие люди используютэлектрические машины и аппаратуру в своей рабочей деятельности. Влияет ли этоиспользование на их понятие «электричество»? Отметим дополнительно,что представления об электричестве выражаются в словах, которые многозначны,например, термин «ток» может означать, что электричество связано счем-то жидким, текучим, подвижным; термин «разряд „означает, чтоэлектричество — это субстанция, которая может быть переведена из одного места вдругое. Можно предположить, что понятие “жидкой субстанции» — это фундаментальнаяоснова, на которой строится функциональное понимание электрического феномена вповседневной жизни и в работе.

Первая группа интервьюированных – 14человек, были административными служащими, участвовавшими в одногодичнойпрограмме по повышению квалификации в этой компании. Закончив обучение по этойпрограмме, они получают право: 1) консультировать клиентов, желающихвидоизменить электрическую установку в квартире или провести электричество вновый дом; 2) руководить небольшой группой техников, которые выполняют эту работу.Выбранные для исследования лица закончили среднюю школу и некоторые из нихучились в вузе. Все они когда-то изучали основы электричества, однако они ужемногое забыли из того, что знали. Ко времени интервью они еще не начиналиобучения по программе, если не считать двухнедельного курса по основамэлектричества для начинающих. В этом курсе были представлены некоторые понятияиз основ по теме «электричество», такие как ток и напряжение.Испытуемые практиковались в измерениях электрических цепей с помощью амперметрови вольтметров. Программа по основам электричества включала тему толькопостоянного тока. Ничего не было сказано о том, как устроено электричество вдомах. Спустя 18 месяцев после исследования, проведенного с этими 14 рабочими,в него была включена вторая группа из 15 рабочих. Последние принадлежали к тойже популяции, что и первая группа (служащие государственной компании ЕОР). Ониотличались от рабочих первой группы тем, что уже прошли упомянутый двухнедельныйкурс по основам электричества. После этого курса не предполагалось их дальнейшееобучение.

Для того чтобы выявить и интерпретироватьпредставления взрослых об электричестве, использовался метод клиническогоинтервью, предложенный в свое время Ж. Пиаже. Проведение такого интервьюпредставляет собой нечто среднее между свободной беседой и использованиемопросника: список вопросов был подготовлен заранее, однако они не задавались вфиксированном порядке и в зависимости от ответов испытуемых некоторые из нихпропускались. В начале интервьюер задавал конкретный вопрос о некоторомобъекте, ситуации или событии, имеющих отношение к феномену электричества.Следующий вопрос зависел от типа полученного ответа.

После первого ответа испытуемого тактика,используемая интервьюером для выбора следующего вопроса и его формулировки,заключалась в построении гипотезы о характере субъективной репрезентацииэлектрического феномена у испытуемого. Следующий вопрос был направлен напроверку этой гипотезы и получение более детального объяснения ситуации.

Для того чтобы сделать более ясным субъективноепонимание ситуации, использовалась, когда это было возможно, техника«фальсификации/противоречия». Она заключается в постановке такихвопросов, которые ведут испытуемого к утверждениям, фальсифицирующим гипотезуили не согласующимся с предыдущим утверждением интервьюируемого. Например, одинсубъект сказал: «Переменный ток? Это означает, что электричество идетпеременно к каждому из 2-х отверстий розетки». Такой ответ ведет кгипотезе, что субъект предполагает функциональное равенство двух проводов,связывающих лампу с розеткой. Следовательно следующий вопрос был: «Существуютли различия между двумя проводами (в розетке)». Испытуемый ответил:"Разницы нет". Далее экспериментатор представляет опровержение: «Знаетели вы прибор для проверки электрической схемы?» Субъект отвечает: «Да,он используется для выяснения, где главная линия; лампа загорается, если выпомещаете штекер в главную линию» Затем интервьюер спрашивает: «Почемулампа: не загорается в другом отверстии?» Субъект отвечает: «Нейтральнаяи главная линия имеют неодинаковую функцию, электроны приходят из главнойлинии». Интервьюер: «Вы сказали, что электричество идетпеременно к каждому из 2-х отверстий в розетке». Ответ субъекта был:«Первоначально электроны приходят из главной линии, а так как вы сделалисвязь между главной линией и нейтральной, электроны начинают идти вперед иназад, вперед и назад по электрической цепи». Этот ответ выявляет субъективнуюмодель переменного тока: «переменный ток» означает, что ток идет попеременнопо нейтральной и главной линий, но источник тока — главная линия.

На основании исследования была построена ментальнаямодель «Понятие электрического тока».

В большинстве случаев испытуемые подводились квопросам, связанным с понятием переменного тока, через объяснение работыэлектрической лампы. После упоминания субъектом термина «переменныйток» интервьюер задавал вопросы типа: «Что такое переменныйток», «Какое различие между переменным и постоянным током»…

Было обнаружено, что ментальная модель большинстваиспытуемых относилась к постоянному току (20 человек из 29). Люди говорили, что«переменный ток» означает существование двух проводов: главного инейтрального. По их мнению, при включении лампы электрический ток приходит изглавного провода, идет через металлическую нить, нагревает ее и потом уходит излампы в нейтральный провод. Интервьюер пытался выяснить, куда идет ток посленейтрального провода. Было получено четыре типа ответов: на электростанцию, нараспределительный щит, на плавкий предохранитель, в землю. В первых трехслучаях некоторые субъекты говорили, что ток потом возвращается к лампе, создаваязамкнутую цепь.

Различия между переменным и постоянным током были,по мнению испытуемых, следующими: постоянный ток приходит из батарейки, в товремя как переменный обеспечивается ЕОР компанией; в постоянном токе нетразличий между главным и нейтральным проводом. Отметим, что не существуетконкретного опыта, противоречащего этой ментальной модели, поэтому она могла быбыть достаточной для создания маленького электрического домашнего прибора.

Небольшая часть опрашиваемых (n=2) как главнуюхарактеристику переменного тока обозначила то, что он приходит из главногопровода периодически: каждую 1/50 секунды идет ток, каждую следующую 1/50секунды тока нет". На вопрос: «Почему нить накала постоянносветится?» — они отвечали, что мерцание слишком часто, чтобы глаза моглизаметить его.

Семь испытуемых сказали, что переменный токозначает то, что он приходит попеременно из главного, потом из нейтральногопровода. Трое из них имели более сложную модель: ток возникает в главномпроводе, но как только появляется связь между главным и нейтральным (привключении вилки в розетку), электроны идут попеременно из главного и изпромежуточного. Такие испытуемые были среди немногих, кто говорил, чтоодинаковое количество электронов входит в электрическую лампу и выходит из нее.Все субъекты, кроме двух, ясно отметили, что электрический ток является потокомэлектронов. Большинство испытуемых считали, что одинаковое количествоэлектронов идет через всю цепь.

Модели, вырабатываемые взрослыми испытуемымиотносительно переменного тока, основываются на хорошо известных повседневныхситуациях или профессиональном опыте. Они являются подлинно моделями опыта. Ихфункция состоит в том, чтобы человек мог успешно ориентироваться в жизненныхситуациях, реализуя некоторое предвидение событий. Модели имеют важнуюособенность: они являются локальными моделями, базирующимися на идеях, невсегда согласуемых друг с другом. Например, при обсуждении переменного токанекоторые испытуемые рисовали следующую картину: если стиральная машина незаземлена и происходит короткое замыкание, электричество проходит черезчеловека, прикоснувшегося к поверхности машины, а затем возвращается кгенератору через нейтральный конец. Эта ментальная модель, описывая ситуациюкороткого замыкания, включает понятие замкнутого контура между двумяэлектрическими линиями: активной и нейтральной. В то же время некоторые из этихже испытуемых считали, что электричество переходит с активного конца провода нанейтральный либо внутри цепи тестера, либо внутри тела человека, пользующегосятестером. Таким образом понятие замкнутого контура не было одним и тем же вситуации неисправной машины и пользования тестером. Объясняя работу тестера,предполагали, что ток возвращается по тому же проводу. Это означало, чтоналичие двух проводов не является необходимым. Некоторые испытуемые считали,что ток проходит через цепь тестера в тело пользователя и останавливается там.Это означало, что они не использовали понятие замкнутого контура.

В описанных ситуациях можно видеть две общихособенности:

Первое, электричество рассматривается каксубстанция. Согласно словарю, «субстанция — это особый вид материи».Г.Башляр еще в 1938 году показал, что субстанциализация (т.е.«субстанциальное объяснение»), базирующееся на эмпирическом опыте,является эпистемологическим препятствием для знания (Bachelard, 1938). Онписал:

«Потребность субстанциализировать столь сильнав человеке, что чисто метафорические особенности часто рассматриваются какнечто существенное (Bachelard, op.cit.,p 109).

Во всех изученных ситуациях электричествопонималось как материальный элемент, который может течь, накапливаться исохраняться. Все эти особенности совпадаю/>т с тем, чтоесть у жидкости, которая может двигаться, а может и останавливаться, как вслучае удержания электричества внутри человеческого тела или на поверхности неисправноймашины.

Второе, взрослые люди придают значение роли землипотому, что в формируемых ими моделях она является местом, куда электричествоприходит и исчезает.

Все эти модели строятся на основе повседневного илипрофессионального опыта и глубоко укоренены в сознании взрослого человека.

/>/>/>За/>ключение/>

/>Несмотря на бесспорные успехисовременной теории электромагнетизма, создание на ее основе таких направлений,как электротехника, радиотехника, электроника, считать эту теорию завершеннойнет оснований. Основным недостатком существующей теории электромагнетизмаприходится считать отсутствие модельных представлений, непонимание сутиэлектрических процессов; отсюда — практическая невозможность дальнейшегоразвития и совершенствования теории. А из ограниченности теории вытекают имногие прикладные трудности.

Например, как объяснить, что два взаимно неподвижныходинаковых заряда, которым полагается отталкиваться друг от друга по законуКулона, на самом деле притягиваются, если они вместе движутся относительнодавно покинутого источника? А ведь притягиваются, потому что теперь они — токи,а одинаковые токи притягиваются, и это экспериментально доказано.

Этот и многие другие вопросы не позволяют считатьразвитие теории электромагнетизма, как и всякой науки, полностью завершенным.Однако дальнейшая эволюция/> ее возможна лишь на основедетального качественного рассмотрения процессов, происходящих вэлектромагнитных явлениях. Полезно напомнить, что мы и сегодня, как и уже многолет, пользуемся теорией, которую в законченном виде изложил Дж. К. Максвелл всвоем знаменитом „Трактате об электричестве и магнетизме“, вышедшем всвет в 1873 году. Мало кому известно, что в этом труде Максвелл обобщил своиболее ранние работы 1855-1862 гг. В своей работе Максвелл опирается наэкспериментальные работы М. Фарадея, опубликованные в период с 1821 по 1856 гг.(полностью Фарадей выпустил свои „Экспериментальные исследования по электричествуи магнетизму“ в 1859 г)., на работы В. Томсона периода 1848-1851 гг., наработу Г. Гельмгольца „О сохранении силы“ 1847 г., на работу У.Ранкина „Прикладная механика“ 1850 г. и многие другие того же периодавремени. Максвелл никогда и ничего не постулировал, все его выводы опирались начисто механические представления об эфире, как об идеальной невязкой инесжимаемой жидкости, о чем Максвелл в своих трудах неоднократно пишет.

Фактически теория электромагнетизма остановилась всвоем развитии на уровне Максвелла, использовавшего механические представленияпервой половины ХIХ столетия. Появившиеся в ХХ столетии многочисленные учебникипо электротехнике, электродинамике и радиотехнике совершенствуют (илиухудшают?) изложение, но ничего не меняют по существу. Чего же не хватает втеории электромагнетизма сегодня? Не хватает прежде всего понимания того, чтовсякая модель, в том числе и модель электромагнетизма, разработанная Максвеллом,имеет ограниченный характер, а следовательно, может и должнасовершенствоваться. Не хватает представления о необходимости вернуться кмоделированию и именно к механическому моделированию электромагнетизма.Максвелл оперировал понятиями эфира как идеальной, т. е. невязкой и несжимаемойжидкости. А эфир оказался газом, причем газом и вязким, и сжимаемым. Этозначит, что использованные Максвеллом представления Г. Гельмгольца о том,например, что вихри не образуются и не исчезают, а только перемещаются и деформируются,о том, что по всей своей длине произведение циркуляции на площадь поперечногосечения вихря остается величиной постоянной, далеко не всегда верны. В реальномгазе вихри и образуются, и исчезают, а это Максвеллом не учтено. УравненияМаксвелла не отражают процесса в объеме, так как и первое, и второе уравненияМаксвелла рассматривают процесс в плоскости. Правда, затем эта плоскостьповорачивается в осях координат, что и создает эффект объемности, но на самомделе суть от этого не меняется, плоскость остается плоскостью. Если бы процессрассматривался в объеме, то надо было бы рассмотреть изменение интенсивностивихря вдоль его оси, тогда были бы в какой-то степени охвачены процессы вихреобразованияи распада вихрей. Но именно это и отсутствует в уравнениях Максвелла. А поэтомуте задачи, в которых возникают эти вопросы, например, задача о диполе Герца вполупроводящей среде, принципиально не могут быть решены с помощью уравненийМаксвелла.

Не учтен Максвеллом и факт непосредственноговзаимодействия проводника с магнитным полем в момент пересечения проводникаэтим полем. Закон Фарадея, являющийся прямым следствием первого уравненияМаксвелла, в этом смысле есть описательный, феноменологический закон, закондальнодействия, поскольку в нем изменение поля происходит в одном месте, внутриконтура, а результат этого изменения — ЭДС оказывается на периферии контура. Исегодня уже известны значительные расхождения между расчетами, выполненными всоответствии с законом Фарадея, и результатами непосредственных измерений.Разница в некоторых случаях составляет не один или два процента, а в несколькораз!

Этот перечень при необходимости можно продолжить. Теория электромагнетизмаждет своих современных Фарадеев и Максвеллов. />

Однако ответы на эти вопросы лежат в сфере действия ученых-физиков. Современныйже мир настолько сложен и многогранен, что человек вынужден быть специалистом вкакой-то одной области, т.е. всем людям совсем не обязательно до тонкостейзнать, что же такое электричество и каким образом объясняются электрическиеявления. Достаточно правильно понимать его природу и уметь пользоваться им безриска для своей безопасности.

/>С/>писок использованнойлитературы

/>1.   Философский энциклопедический словарь.–М.,1989.

2.   Спасский Б.И. Физика в её развити.–М.: Просвещение,1979.

3.   Спасский Б.И. Физика для философов.–М.: Прсвещение,1989.

4.   Рожанский И.Д. История естествознания в эпоху эллинизма и Римской империи.–М.: Наука,1988.

5.   Электричество. – №1-1989,№6-1990. М.: Энергоиздат.

6.   http://newfiz.i-connect.com/istoria.html– История физики, изложенная курам на смех

7.   http://www-personal.rtsnet.ru/~dsatin/mentmodel.html – Ментальные модели физических явлений (на примере электричества).

8.   http://computer-museum.ru/connect/pervoputu.html –Первые опыты попередаче электричества на расстояние.

/>