Глава 4. Формирование современных представлений о электричестве в XIX и в начале XX ст.

В XVIII в. электричество и магнетизм считались хотя и похожими, но все же имеющими различную природу явлениями. Правда, были известны некоторые факты, указывающие на существование как будто бы связи между магнетизмом и электричеством, например намагничение железных предметов в результате ударов молнии. Больше того, Франклину удалось намагнитить кусок железа с помощью разряда лейденской банки. Все-таки известные факты не позволяли уверенно утверждать, что между электрическими и магнитными явлениями существует связь.

Такую связь впервые обнаружил датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777 - 1851) в 1820 г. Он открыл действие электрического тока на магнитную стрелку.

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

После того как Эрстед опубликовал свое открытие, многие физики занялись исследованием этого нового явления. Французские ученые Био 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 стороны прямолинейного проводника с током, направлена перпендикулярно к кратчайшему расстоянию от полюса до проводника и модуль ее обратно пропорционален этому расстоянию.

Раздумывая над открытием Эрстеда, Ампер пришел к совершенно новым идеям. Он предположил, что магнитные явления вызываются взаимодействием электрических токов. Каждый магнит представляет собой систему замкнутых электрических токов, плоскости которых перпендикулярны оси магнита. Взаимодействие магнитов, их притяжение и отталкивание объясняются притяжением и отталкиванием, существующими между токами. 3емной магнетизм также обусловлен электрическими токами, которые протекают в земном шаре.

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

Первые опыты Ампера заключались в обнаружении сил, действующих между проводниками, по которым течет электрический ток. Опыты показали, что два прямолинейных проводника с током, расположенные параллельно друг другу, притягиваются, если токи в них имеют одинаковое направление, и отталкиваются, если направление токов противоположно.

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

Ампер решил в основу теории взаимодействия токов положить закон взаимодействия между элементами токов. Нужно отметить, что Ампер говорил уже не просто о взаимодействии элементов проводников, как Био и Савар, а о взаимодействии элементов токов, так как к тому времени уже возникло понятие силы тока. И это понятие ввел сам Ампер. Проведя большое число опытов по определению взаимодействия токов в проводниках различной формы и по-разному расположенных друг относительно друга, Ампер в конце концов определил искомую силу. Подобно силе тяготения она оказалась обратно пропорциональной квадрату расстоянии между элементами электрических токов.

Все эти исследования были основой на которой выросла современная электрика. Максвелл математически связал электрические и магнитные явления воедино – в электромагнитные явления. А Г. Герц сумел доказать наличие электромагнитных волн, существование которых вытекало из законов Максвелла.

Важную роль в становлении современных представлений о электрическом  токе, как о направленном движении заряженных элементарных частиц имел опыт Милликена. Этот опыт доказал существование элементарных зарядов электричества в природе. То есть элементарная природа электричества была полностью установлена. Суть опыта Милликена состояла в следующем.    

В плоский конденсатор вводили маленькие капли масла (рис. 2). Из-за трения они электризовались. В отсутствии электрического поля капля начинает падать под действием силы тяжести. Подбирая напряженность электрического поля Е, каплю можно остановить и определить находящийся на ней заряд. Затем включается облучение воздушного про­межутка до тех пор, пока капля не приобретет

               рис. 2.                           дополни­тельный положительный или отрицательный заряд и ее равновесие нарушится. Изменяя напряженность электри­ческого поля до некоторого значения Е, вновь добиваются равновесия капли и определяют ее новый заряд. Затем вновь включают облучение воздушного промежутка и т. д.

Получив ряд последовательных значений заряда капли   Милликен установил, что как сами величины , так и их последовательные разности являются целыми кратными некоторого элементарного заряда е. Так экспериментально было доказано наличие элементарного заряда и элементарную природу электрического тока.

Современное уточненное значение величины элементарного заряда равно: .

Элементарный заряд является одной из фундаментальных констант физики.    

Заключение.

В работе рассмотрено развитие взглядов на электричество от древнейших времен и до сегодня. Рассмотрены основные открытия электрики, которые имели большое, направляющее значение для развития науки. За это время наука о электричестве прошла большой путь и сегодня она выступает одной из основ современного мира. Открытые законы позволили создать мощные электродвигатели и генераторы, проводить освещение улиц и домов, использовать электричество в лечебных целях. 

Вся история человечества показывает, что все начинается с малого, вот и история развития электричества началась с небольшого куска янтаря в руках греческого философа.     

Список использованной литературы.

1. Дущенко В. П., Кучерук И. М. Общая физика. Электрика. – К.: Высшая школа, 1995. – 430 с.

2. Зисман Г. А., Тодес О. М. Курс общей физики. В 3 т. – М.: Наука, 1995. – 343 с.    

3. Кухлинг Х. Справочник по физике: Пер. с нем. – М.: Мир, 1983. – 520 с.

4. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. – М.: Наука, 1982. – 846 с.

5. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Электродинамика. – М.: Просвещение, 1990. – 346 с.

6. Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма. – М.: Высшая школа, 1991. – 432 с.

7. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. – М.: Высшая школа, 1983. – 265 с.

8. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3 Т., Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 2003. - Т.2. – 387 с.

9. Телеснин Р. В., Яковлев В.Ф. Электричество. В 2 Т., - M.: Высшая школа, 1973. – 327 с.