історія досліджень У ГАЛУЗІ ЕЛЕКТРИКИ

ЛЕКЦІЯ  № 9-10

ТЕМА: історія  досліджень  У ГАЛУЗІ  ЕЛЕКТРИКИ 

План

1. Перші дослідження електричних і магнітних явищ (У.Гільберт, О.Геріке, Ф.Епінус, Г.Ріхман, М.Ломоносов).
2. Б.Франклін та його внесок у розвиток електростатики. Теорія електрики Б.Франкліна.

3. Досліди Шарля Кулона з електростатики. Відкриття закону взаємодії електричних зарядів.

4. Відкриття гальванізму (Л.Гальвані). Досліди А.Вольта з електрики. Суперечка Гальвані і Вольта.

5. Дослідження російських вчених з електрики (В.Петров, Лодигін, Яблочков).
6. Відкриття електромагнетизму (Х.Ерстед, Ж.Біо, Ф.Саварр, О.Лаплас).
7. Роботи Ампера та їх значення для розвитку вчення про електрику.

 

1. Перші дослідження  електричних і  магнітних явищ (У.Гільберт, О.Геріке, Ф.Епінус, Г.Ріхман, М.Ломоносов)

увага! До 1820 року електричні і магнітні явища вивчались окремо!!!

     Розвиток  учення про електрику в античному світі

     За  часів Фалеса Мілетського (давньогрецького філософа) – було відомо, що натертий янтар та ще одна невідома речовина – “лінкурій” – притягують соломинки. Дивно, що протягом тисячоліть така властивість приписувалась лише янтарю!!!

     Можливо, це тому, що електризація тертям для  інших речовин була дуже слабкою, щоб її можна було виявити нечутливими  на той час засобами.

     До 1550 року наука про  електрику залишалась на рівні Фалеса!

     Розвиток  учення про магнетизм у середні віки

     1) ХІ століття – поява першого морського компасу. Звідки він взявся – невідомо. Раніше вважали, що в Китаї компас виник ще до н.е. Але тепер стверджують, що перший китайський документ датований 1100р. н.е. Причому застосування компасу (“магнітної голки”) в ньому приписують іноземним морякам).

     2) П`єтро Перегріно із Марікура – написав трактат “Про магніти” у 1269р., в якому описав магнітне схилення (кут між магнітним і географічним меридіанами у точці спостереження), яке визначив експериментально за відхиленням магнітної стрілки. (В той час в Італії воно дорівнювало нулю).

     * Тут подаються відмітні риси хороших магнітів: колір, вага, здатність притягувати і цільна структура, без бульбашок. (Ці характеристики і зараз є тими ознаками, за якими відрізняють якісні магніти).

     * Подав опис першого магнітного графометру, за допомогою якого можна визначати азимути зір і Сонця, які знаходяться на горизонті. (мал. - стор.39, белый)

     * Подав описання компасу з віссю, яка обертається. (мал. - стор.36, белый)

     Розвиток  учення про електрику  і магнетизм у  XVI столітті

     1) ЕЛЕКТРИКА: Джероламо Фракасторо (1483-1553) – у 1550р. провів експериментальне дослідження із приладом, який описав у книзі “Про симпатію й антипатію речей”: прилад із стержня, підвішеного подібно магнітній стрілці – виявив, що янтар притягує не тільки соломинки, але й срібло.

     2) МАГНЕТИЗМ: Джован Батиста Порта (1538-1615) – неаполітанець (Італія), трактат “Натуральна магія, або про чудеса речей природничих” (скорочено “Магія...”) – у 4-х книгах; потім доповнений до 20 книг – у 1558р.  (У 10-й книзі була описана перша зорова труба):

     * 7-ма книга “Магії” є першим італійським трактатом з магнетизму. Тут зібрана інформація про всі магічні властивості магнітів, легенди про які збиралися протягом багатьох століть. Тут описувався дослід з намагнічування залізних ошурок.

     Ошурки  поміщали в пакет  і підносили до сильного магніту  – вони намагнічувались. Якщо потім їх розсипати  і знову зібрати  – магнітна сила зникає.

     * Дж.Порта також належить цікавий дослід по утворенню “бороди” з ошурок біля магнітних полюсів – це було перше дослідження магнітного поля.

     * Використання залізної пластини як магнітного екрану.

     * Дослідне виявлення зникнення магнітних властивостей магніту під час його нагрівання до високої температури (зараз – ефект Кюрі).

     3) Уільям Гільберт (1544-1603) – англійський учений. Головна праця його – “Про магніт...”. Його філософія – нова філософія того часу – “пошук істини не тільки в книгах, але й у самих речах (у дослідах)”. Описав більше 600 дослідів.

     * Він виготовив великий магніт сферичної форми – “маленьку Землю”. Потім, обходячи його поверхню, за допомогою магнітної стрілки дослідив магнітні властивості своєї кулі і таким чином довів, що вони відповідають магнітним властивостям Землі – великого магніту!  Земля відрізняється від цієї кулі лише розмірами.

     Висновок: явища космосу можна вивчати тими ж методами, що й на землі. Тому Галілей оцінив цей дослід Гілберта, як “гідний подиву”! Це був удар по тисячолітньому міфу про протиставлення земного світу і небесного світу!!!

     3) ЕЛЕКТРИКА: Уільям Гільберт – виникнення науки про електрику! Він сам виготовив прилад Фракасторо, назвав його версором і систематично використовував у своїх дослідженнях. Це був перший електроскоп!

     * За допомогою цього електроскопу Гільберт показав, що притягує не тільки натертий янтар, але й алмаз, сапфір,  карбункул, опал, аметист, берилл, гірський кришталь, скло, сланці, сіра, сургуч, кам`яна сіль, квасці. Всі ці тіла він назвав “електричними тілами”.

     Абстрактне  поняття “електрика”  з`явилося у 1650 році.

     * Гільберт вважав, що інші тіла не притягуються. Він також встановив, що полум`я знищує властивість притягання, отриману під час тертя.

     * Підкреслив відмінність між магнітним притяганням і електричним.

     * Підмітив, що вологі тіла погано піддаються електризації тертям! На притягання магнітів вологість, навпаки, не впливає!

XVII століття

     Отто  фон Геріке (1602-1686) – з 1646 р. бургомістр Магдебурга.

     Він виготовив прилад, кращий за версор Гільберта – сірчану кулю, що обертається навколо залізної осі, яка проходить крізь неї (розміром “з голову дитини”). Куля заряджалася під час натирання її сухою рукою – це була перша електростатична машина!

     За  допомогою цієї машини:

     1) Виявив притягання шматочків паперу, золота, срібла.

     2) Цікавим був дослід з пушинкою, яка, відштовхнувшись від наелектризованої сірчаної кулі, деякий час залишалася “висіти у зоні дії” кулі; і по мірі переміщення кулі, пушинка слідувала за нею по всій кімнаті. Якщо до неї піднести палець, то пушинка починає рухатись по черзі між пальцем і кулею.

     3) Якщо наелектризувати кулю в темряві, то вона починає сяяти, як подрібнений цукор, при цьому чути характерне потріскування.

     Досліди Геріке були повторені Р.Бойлем з тим самим результатом. Бойль провів ще такий дослід, на якому довів, що електричне і магнітне притягання передаються і в пустоті (вакуумі). Цим була зруйнована стара теорія про дію через повітря!

     1675р.  – І.Ньютон – спостерігав “електричний танець шматочків паперу”, розміщених під склом, покладеним на металеве кільце. При натиранні скла паперові шматочки то притягувались до скла, то відштовхувались від нього (“танцювали”). 
 

XVIIІ століття

     1700 р. – доктор Уолт отримав з натертого великого куска янтарю електричну іскру, яка потрапила в палець експериментатора!

     1705 р. – електричну іскру отримав  Хоксбі, який замінив сірчану кулю Геріке на скляну. Він ввів у використання скляну паличку, що електризується при натиранні о шматок тканини.

     1716 р. – Ньютон спостерігав електричний розряд між вістрям голки і наелектризованим тілом.

     1729 р. – Стефен Грей (1670-1736) – член Лондонського королівського товариства – відкрив явище електропровідності тіл і показав, що для збереження електрики тіло повинно бути ізольованим!

     * Ввів у науку поняття “провідника” і “ізолятора”.

     * Відкрив явище електростатичної індукції і підтвердив його багатьма дослідами. Дуже цікавим був дослід з електризації людини (дитини) - спочатку підвісив її на волосяних шнурах, а потім поставив на смоляний диск.

     СЕАНСИ  ДЕМОНСТРАЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ ЯВИЩ ПРОВОДИЛИСЬ  НА МАЙДАНАХ І ПРИ КОРОЛІВСЬКИХ ДВОРАХ, УЧЕНИМИ І ФОКУСНИКАМИ.

     Електрику почали застосовувати в медицині. (Електризована вода вважалася корисною для здоров`я).

     • Результатом широкої популяризації  електричних дослідів стало відкриття  у 1745р. “лейденської банки” (так її назвав французький фізик Жан Ноллє). Лейденський фізик Мушенбрек взяв банку з водою, зробив у кришці отвір і вставив в нього цвях. 

     Цвях  з`єднували з електричною машиною, а потім розмикали. Доторкнувшись рукою до цвяха, дослідники отримали дуже сильний електричний удар, який викликав оніміння руки і плеча. У Мушенбрека струснулося все тіло, як від удару блискавки.

     Ноллє займався поширенням цього досліду  – продемонстрував “содрогання” ланцюга монахів у картезіанському монастирі у Парижі.

     Потім він, скориставшись розрядником, провів серію дослідів на птицях, вбивши декількох маленьких птахів, довів, що електрика може бути небезпечною для людей!

     Через рік – у 1746 р. воду замінили на банку з обкладками з металевої фольги – ззовні і зсередини. Був створений плоский конденсатор, а для посилення ефекту конденсатори з`єднали в “батареї” (Вінклер в Германії та Франклін в Америці). 
 

     Досліди Грея притягнули увагу французького дослідника          Шарля Дюфе (1698-1739) – створив першу теорію електричних явищ.

     Дюфе  встановив також два роди електричних взаємодій: притягання і відштовхування. Два роди електрики він назвав: “скляна” електрика і “смоляна” електрика. Їх особливість: відштовхувати однорідне з ним і притягувати протилежне. (Цей закон був опублікований у 1733 р. в Мемуарах Паризької Академії наук).

     Франц Ульріх Теодор Епінус (1724-1802) – член Берлінської академії наук, але з 1757 року працював у Петербурзькій Академії наук (приїхав на запрошення на 5 років, але прийняв російське підданство і залишився на 45 років аж до смерті).

     У 1759 році він надрукував книгу “Досвід теорії електрики і магнетизму” – на відміну від інших праць розглядав не тільки електрику, але й магнетизм (на відміну від Франкліна та Ріхмана). На відміну від Гільберта, він шукає не відмінності між електрикою і магнетизмом, а схожість.

     * Відкрив полярну електризацію турмаліну при нагріванні (піроелектрика).

     * Виявив велику схожість між турмаліном і магнітом! → зробив висновок: причини магнітних і електричних явищ схожі, а дія магніту аналогічна дії лейденської банки!!!