Первые сведения об электричестве и магнетизме

    3атем появился первый электроизмерительный прибор - электрометр. Его история начинается с электрического указателя, созданного Рихманом вскоре после изобретения лейденской банки. Этот прибор состоял из металлического прута, к верхнему концу которого подвешивалась льняная нить определенной длины и веса. При электризации прута нить отклонялась. Угол отклонения нити измерялся с помощью шкалы, прикрепленной к стержню и разделенной на градусы.[ист. 5]

     В последующее  время были изобретены различной  конструкции электрометры. Так, например, электрометр, созданный итальянцем Беннетом, имел два золотых листочка, помещенных в стеклянный сосуд. При электризации листочки расходились. Будучи снабжен шкалой, такой прибор мог измерять, как тогда говорили, "электрическую силу". Но что такое "электрическая сила", этого  еще никто не знал, т.е. неизвестно было, какую физическую  величину измеряет этот прибор. Данный вопрос был выяснен значительно позже.[ист. 4]

 

 

Первые шаги в практическом применении учения об электрических явлениях.

    

     Хотя учение  об электрических явлениях начало  играть существенную роль в  практической жизни лишь начиная  с середины XIX в.,  тем не менее, первые попытки практического применения электричества относятся уже к середине XVIII в.

     После изобретения  лейденской банки, когда ученые  смогли наблюдать сравнительно большие искры при электрическом разряде, возникла мысль об электрической природе молнии.

     Известный  американский ученый и общественный  деятель Бенджамин Франклин (1706 - 1790) высказал эту идею в письме в Лондонское королевское общество в 1750 г.

     В этом письме он также объяснял, как можно проверить высказанное предположение. Он предлагал поставить на башню  будку, на крышу которой вынести железный шест. Помещенный внутри  будки человек в случае грозы мог бы извлекать из шеста  электрические искры.

     Содержание  письма Франклина стало известно  во Франции. О  нем узнал  француз Далибар, который в  мае 1752 г. проделал опыт,  о  котором писал Франклин.

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

электрические искры.

     В том же  году, летом, Франклин в Америке  проделал похожий опыт. Вместе со своим сыном он запустил змей во время грозы. Когда нить, которой был привязан змей, намокла, то из нее можно  было извлекать электрические искры. Франклину даже удалось зарядить лейденскую банку.[ист. 2]

     После того  как об опытах Франклина стало  известно в Петербурге, подобными  же опытами занялись русские  академики Рихман и Ломоносов.  Они устроили более удобную  установку для  изучения атмосферного  электричества, названную громовой  машиной.

     Громовая машина  представляла собой заостренный  железный шест, установленный на  крыше дома. От железного шеста  в дом шла проволока. Конец этой проволоки был соединен с электрическим указателем, т.е. с простейшим электрометром, изобретенным

Рихманом.

     С громовой  машиной и Рихман, и Ломоносов проделали много опытов. Ломоносов открыл, что электрические заряды в атмосфере появляются не только во время грозы, но и без нее. На основе своих опытов Ломоносов создал первую 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 - и ученый был убит.

     Впечатлением  от трагической смерти Рихмана  немедленно воспользовалось духовенство в целях борьбы с безбожием. Попы и монахи стали распространять мысль о том, что Рихман был наказан богом за дерзкие опыты.

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

     Громоотводы  быстро вошли в практику. Это  было первое практическое применение учения об электрических явлениях. Оно способствовало развитию научных исследований по электричеству вообще.

     Следует отметить, что духовенство и позже враждебно  относилось к исследованиям атмосферного  электричества и к использованию  громоотводов, полагая, что защита  от ударов молний - безбожное занятие.

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

     Как мы видели  выше, уже Мушенбрук, описывая  изобретение лейденской банки, обратил внимание на сильное и необычное действие электрического 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 о возможности применения  электричества для  лечения  болезней.

     С этой целью  стали производить опыты по  электризации людей, пропусканию через тело человека электрического тока и  т.д. Был написан ряд книг по исследованию действия электричества на организм человека. В качестве примера можно указать на книгу Марата, известного деятеля французской революции, врача по специальности. Он написал в 1783г. "Трактат о медицинском электричестве", который был удостоен специальной премии. Однако все такие исследования в то время не привели к каким-либо

положительным практическим результатам. Действительное  применение электричества для лечения болезней началось гораздо  позже. Но такие  исследования сыграли большую роль в усилении  интереса к исследованиям  электрических явлений вообще. Больше  того, как мы увидим ниже, именно исследование влияния электричества на живой  организм привело к открытию итальянским  врачом Гальвани гальванического электричества.

     История применения  электрических явлений в медицине  очень интересна тем, что она показывает, как новые открытия в области физических наук бывают вызваны задачами других наук (в данном случае медицины).[ист. 6]

         

                                

Первые теории электричества.

    

     Вместе с ускорившимся развитием опытного исследования электрических явлений возникают и теории этих явлений.

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

     В середине XVIII в. появляются уже более содержательные теории электрических явлений. Эти теории можно разделить на две основные группы.

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

     Вторая группа - это теории, в основу которых положен принцип близкодействия.

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

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

     Электрическая  материя присутствует в телах  в определенных количествах, и в этом случае ее присутствие не обнаруживается.  Но если в теле появляется избыток этой материи, то тело электризуется положительно; наоборот, если в теле будет недостаток этой  материи, то тело электризуется отрицательно. Название ("положительное и отрицательное электричество"), которое так и осталось в науке, принадлежит Франклину.

     Электрическая  материя, по Франклину, состоит  из особо  тонких частиц, поэтому она может проходить сквозь вещество. Особенно легко она проходит через проводники.

     Из теории  Франклина следует очень важное  положение о сохранении электрического заряда. Действительно, для создания например, отрицательного заряда на каком-либо теле нужно  от  него отнять некоторое количество электрической жидкости, которая должна перейти на другое тело и образовать там положительный заряд такой же величины. После соединения этих тел электрическая материя вновь распределится между ними так, чтобы эти тела  стали электрически нейтральными.

     Это положение Франклин демонстрировал на опыте. Два человека стоят на смоляном диске (для изоляции их от окружающих предметов и земли). Один человек натирает стеклянную трубку. Другой касается этой трубки пальцем и извлекает искру. Оба человека теперь оказываются наэлектризованными: один - отрицательным, другой - положительным. Но при этом их заряды равны по абсолютной величине. После соприкосновения люди потеряют свои заряды 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 частицами обычных тел действуют дальнодействующие силы. Эти силы центральные, т.е. они действуют по прямой, соединяющей частицы.

     Эпинус же  предполагает, что между частицами электрической материи также действуют центральные дальнодействующие силы. Только силы тяготения являются силами притяжения, силы же,  действующие между частицами электрической материи, - силами  отталкивания. Кроме того, между частицами электрической материи  и частицами обычного вещества, так же как и у Франклина действуют силы притяжения. И эти силы аналогично силам тягогения   являются дальнодействующими и центральными.

     Далее Эпинус подобно Ньютону говорит, что введенные им  силы нужно признать как факт и что в настоящее время нельзя объяснить, каким образом они действуют через пространство.  Придумывать же необоснованные гипотезы он не желает. Здесь он полностью копирует Ньютона.

     Эпинус идет дальше, сравнивая силы тяготения и электрические силы. Он предполагает, что силы, действующие между частицами электрической материи, "изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния. Так можно предполагать с некоторым правдоподобием, ибо в пользу такой зависимости, по-видимому, говорит аналогия с другими явлениями природы". Эта предполагаемая аналогия и дает возможность Эпинусу построить теорию электрических явлений.

     Одной из  интересных его работ было  исследование электрической индукции. Эпинус показал, что если к проводнику  приблизить заряженное тело, то на проводнике появляются электрические заряды. При этом сторона его, к которой подносят  заряженное тело, электризуется зарядом противоположного знака.  И наоборот, на удаленной части проводника образуется заряд того же знака, что и на поднесенном теле.

     Если убрать  заряженное тело, то проводник снова становится незаряженным. Но если проводник может быть разделен на две части в присутствии заряженного тела, то получатся два проводника, заряженные разноименными зарядами, которые останутся и при удалении индуцирующего заряда.

     Эпинус подтвердил и закон сохранения электрического  заряда. Он писал: "Если я хочу в каком-либо теле увеличить количество электрической материи, я должен неизбежно взять ее  вне его и, следовательно, уменьшить ее в каком-либо другом теле".[ист. 3]

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

     Ломоносов был противником теории дальнодействия. Он  считал, что тело не может действовать на другие мгновенно через пустое или заполненное чем-либо пространство.

     Он полагал, что электрическое взаимодействие передается от тела к телу через особую среду, заполняющую все пустое пространство, в частности и пространство между частицами, из которых состоит "весомая материя", т.е. вещество.

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

     На точке зрения близкодействия в теории электричества и магнетизма стоял и другой петербургский академик - Л.Эйлер. В середине XVIII в., как и Ломоносов, он выступил за теорию близкодействия. Он предполагал существование эфира, движением и свойствами которого объяснял наблюдаемые электрические явления.

     Однако теоретические  представления Ломоносова и Эйлера в то время не могли получить развития. Вскоре был открыт закон Кулона. Он был по своей форме таким же, как и закон всемирного тяготения, и, естественно, его понимание было таким же, как и понимание закона тяготения. Таким образом, закон Кулона был  воспринят как доказательство теории дальнодействия.

     После открытия  закона Кулона теория дальнодействия совсем вытесняет теорию близкодействия. И только в XIX в. Фарадей возрождает теорию близкодействия. Однако ее всеобщее признание начинается со второй половины XIX в., после экспериментального

доказательства теории Максвелла.[ист. 2]

    

    

                                

История открытия закона Кулона.

    

     Основной закон электростатики - закон Кулона - был установлен французским физиком Ш.Кулоном в 80-х гг. XVIII в.

     Однако история его открытия начинается раньше. Эта история показывает один из путей, по которому развивается физика, - путь применения аналогии, о котором мы упоминали выше.

     Мы видели, что Эпинус уже догадывался  о том, что сила взаимодействия между электрическими зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. И эта догадка возникла на основе некоторой аналогии между силами тяготения и