Первые наблюдения магнитных и электрических явлений

Уравнения Максвелла

Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка английским физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел  уравнения, связывающие воедино  электрические и магнитные характеристики поля в 1873 год. Они имеют громадное  значение для науки и практики, как основы расчета электромагнитных явлений.

Именно анализ уравнений Максвелла послужил одной  из исходных точек для А. Эйнштейна  в 1905 год при разработке специальной  теории относительности.

Практические  применения уравнений Максвелла

Д. А. Лачинов  показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния (1880 год). Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1888 год). Электротехническая революция — создание электрических батарей, электромагнитов, электрического освещения, телеграфа, телефона, прокладка трансатлантического кабеля, электродвигателей, электрогенераторов и электротранспорта (трамвай, троллейбус, метро).

Таким образом сложилась электрическая теория вещества, согласно которой физические тела представляют собой комплексы взаимодействующих частиц, имеющих электрические заряды, и многие свойства физических тел определяются и могут быть описаны с помощью законов, математическими соотношениями количественно выражающих их взаимодействие и движение. Это было экспериментально подтверждено многими опытами, в том числе открытием Джозефом Томсоном (получившим за это титул лорда Кельвина) в 1897 году носителя отрицательного заряда — частицы, получившей название «электрон», и исследованием структуры атома Эрнстом Резерфордом (получившим за это титул лорда Нельсона), Фредериком Содди и другими учёными.

В XX веке была создана теория Квантовой электродинамики.

В настоящее  время электрическая концепция  вещества является главной парадигмой физики и позволяет предсказывать  и формировать необходимые на практике свойства физических тел и  процессов (например, передачи информации или уничтожения промышленных центров  неприятеля). В быту электрические явления получили повсеместное распространение, главным образом как средство генерации, передачи и применения энергии (электрические двигатели, электрическое освещение и т. п.) или информации (телефон, радио, телевидение, электронное фото) — то есть, для изменения энтропии (разупорядоченности) среды обитания человека.

Объединение электрического и слабого взаимодействий

В 1967 год  был сделан очередной шаг на пути изучения электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу постороили объединенную теорию электрослабых воздействий.

Электричество в биологии[2]

Для процессов  в нервной системе человека и  животных решающее значение имеет зависимость  пропускной способности клеточной  мембраны для ионов натрия от потенциала внутриклеточной среды. После повышения  напряжения на клеточной мембране натриевый  канал открывается на время порядка 0,1 - 1,0 мс., что приводит к скачкообразному росту напряжения, затем разность потенциалов на мембране снова возвращается к своему первоначальному значению. Описанный процесс кратко называется нервным импульсом. В нервной системе животных и человека информацию от одной клетки к другой передают нервные импульсы возбуждения длительностью около 1 мс. Нервное волокно представляет собой цилиндр, наполненный электролитом. Сигнал возбуждения передается без уменьшения апмлитуды вследствие эффекта кратковременного увеличения проницаемости мембраны для ионов натрия.

Многие рыбы используют электричество для защиты и поиска добычи под водой. Разряды  напряжения южноамериканского электрического угря могут достигать величины напряжения в 500 Вольт. Мощность разрядов электрического ската может достигать 0,5 кВт. Акулы, миноги, некоторые сомообразные используют электричество для поиска добычи. Электрический орган рыб работает с частотой несколько сотен герц и создает напряжение в несколько вольт. Электрическое поле улавливается электрорецепторами. Находящиеся в воде предметы искажают электрическое поле. По этим искажениям рыбы легко ориентируются в мутной воде.

Электрические явления 

ГРОЗА

Всем знакома  такая картина: в жаркий летний день, во второй половине дня, вдруг свинцом  наливаются тучи, темнеет небо, неожиданно налетает шквалистый ветер, сверкает молния, гремит гром и вслед за первыми  крупными каплями дождя начинается сильнейший ливень, иногда с градом. Конечно, это гроза — самое  мощное и яркое проявление атмосферного электричества.

Грозы чаще возникают в горах и реже на равнинах. Подсчитано, что за секунду  на земном шаре происходит 1800 гроз и  сверкает 100 молний. Начинается гроза  с образования большого кучево-дождевого  облака, которое быстро увеличивается. Его ширина в нижней части и высота могут превышать 10 км. Нижняя часть такого облака обычно плоская, и верхняя, достигая стратосферы, тоже сплющивается, что придаёт облаку форму наковальни - прим. от geoglobus.ru. Электрические заряды одного знака, например положительные, накапливаются в одной его части, а отрицательные — в другой, так в облаке создаётся огромная разность электрических потенциалов, между которыми в определённый момент происходит разряд колоссальной мощности — молния. 

Электрические заряды разного знака могут накапливаться  в двух соседних облаках или между  облаками и земной поверхностью. Молния чертит на небе извилистую ослепительную  линию — канал молнии. Это происходит потому, что в атмосфере разряд находит путь наименьшего сопротивления, где плотность ионов максимальна. Температура в канале молнии 20 000—30 000 °С, а продолжительность молнии — десятые доли секунды. В воздушной среде вспышка молнии распространяется со скоростью света, поэтому мы видим её мгновенно. Воздух в канале молнии быстро нагревается, расширяется и производит взрывную волну — гром. Если молния и гром происходят почти одновременно, то гроза близко, а если молния на несколько секунд опережает гром, то гроза находится на отдалённом расстоянии - прим. от geoglobus.ru. Звуковая волна, многократно отражаясь от земли и облаков, воспринимается нами как громовые раскаты.

Когда гроза  происходит так далеко, что грома  не слышно, а облака на горизонте  освещаются невидимыми молниями, мы наблюдаем  зарницы.

ШАРОВАЯ МОЛНИЯ

Шаровая молния — загадочное явление в атмосфере. Ослепительный огненный шар диаметром  в десятки сантиметров появляется внезапно после грозы и тихо плывёт над землёй в потоках воздуха. Шаровая молния бывает грушевидной  и каплеобразной формы, но энергетически  ей выгоднее существовать в форме  шара.

Этот лёгкий, свободно блуждающий заряд может  «сесть» на какую-нибудь поверхность  и скользить по ней без затрат энергии. Многие наблюдатели отмечают, что шаровая молния стремится  проникнуть в закрытые помещения, залетая  туда через форточки и просачиваясь через щели. При этом она способна временно принять форму лепёшки  или тонкой нити, а затем снова  превращается в шар.

Сталкиваясь с каким-либо предметом, шаровая  молния иногда взрывается - прим. от geoglobus.ru. Её природа до конца не изучена, возможно, она формируется из азота и кислорода в канале обычной молнии, а при охлаждении до обычной температуры взрывается.

При встрече  с шаровой молнией надо стоять или сидеть неподвижно, а если она  приблизится, то можно энергично  подуть на неё, но лучше всего осторожно  выйти из комнаты и не пытаться выгнать шаровую молнию веником или чем-нибудь другим — её поведение в этом случае непредсказуемо.

ОГНИ СВЯТОГО  ЭЛЬМА

Если напряженность  электрического поля в атмосфере  велика, то помимо искровых разрядов —  молний — иногда наблюдается истечение  электричества с концов острых предметов. Это явление объясняется тем, что воздух вблизи выдающихся предметов  становится проводником электричества  и на их острых концах появляется свечение. Эти «тихие» разряды иногда сопровождаются слабым треском и называются огнями святого Эльма — покровителя моряков.

Особенно  красиво, когда огни святого Эльма возникают на концах мачт и рей парусного судна. Для образования этих таинственных огней не нужны грозовые облака, их чаще можно увидеть в горах, а также во время пыльных бурь и метелей.