Зміст
Введення
Глава 1. Античний етап розвитку уявлень про електриці
Глава 2. Розвиток електрики в Середні століття
2.1. Дослідження Гілберта
2.2. Дослідження О. фон Геріке.
Глава 3. Розвиток уявлень про електриці
в ХVII-XVIII ст.
Глава 4. Формування сучасних уявлень про електриці в XIX і на початку XX ст.
Висновок
Список використаної літератури
Введення.
Протягом усієї історії людство в тій чи іншій мірі бачило прояви електричних явищ. Спочатку це була блискавка, яка наводила на людей жах і їй приписували божественне походження. Далі в античні часи в стародавній Греції були відкриті електричні властивості бурштину. У Середні століття багато вчених досліджували властивості магнітів, була винайдена лейденська банку - перший конденсатор електричної енергії.
Сучасне життя немислима без радіо і телебачення, телефонів і телеграфу, всіляких освітлювальних і нагрівальних приладів, машин та пристроїв, в основі яких лежить можливість використання електричного струму.
Протягом усієї історії людства відбувався розвиток електрики і змінювалися уявлення людини про природу електричного струму, його властивості. Можна виділити кілька таких етапів розвитку кончини про природу електрики: античний етап, середні століття до відкриття лейденської банки і після, етап становлення сучасних поглядів про електриці.
Метою роботи є розгляд етапів розвитку кончини людства про електриці з найдавніших часів і до нашого часу.
Глава 1. Античний етап розвитку уявлень про електриці.
Вивчення електричних явищ по-справжньому починається тільки в XVIII ст. Але перші відомості про ці явища були відомі вже древнім.
Стародавні греки знали властивість натертого бурштину притягати дрібні предмети. Саме слово «електрика» походить від грецького слова «електрон», що означає по-російськи бурштин.
Стародавні греки знали також, що існує особливий мінерал - залізна руда (магнітний залізняк), здатний притягати залізні предмети. 3алежі цього мінералу знаходилися біля міста Магнесії. Назва цього міста послужило джерелом терміна «магніт».
Древні не досліджували ні електричних, ні магнітних явищ. Однак вони спробували дати пояснення цим явищам.
Найперше пояснення властивостей бурштину притягати дрібні предмети полягало в тому, що йому приписувалася «душа», яка змушувала бурштин притягувати сміття.
При цьому бурштин представляли подібно живій істоті. Жива істота, наприклад собака, бачить шматок м'яса і прагне до нього наблизитися. Подібно до цього бурштин як би бачить дрібні предмети і прагне до їм притянуться.
Це пояснення дуже примітивно з нашої точки зору. Однак такого роду пояснення, коли предмети неживої природи одушевляється, були характерними для давніх, які вірили в існування цілого ряду богів, духів і т. д.
Але в давнину почала розвиватися і матеріалістична філософія. Філософи-матеріалісти Стародавньої Греції відкидали існування духів і намагалися пояснити всі явища природи природними законами.
Вони вчили, що всі тіла складаються з дрібних матеріальних неподільних частинок - атомів. На їхню думку, крім атомів і порожнечі, в якій атоми рухаються, нічого не існує. Всі явища природи пояснюються рухом атомів. Саме слово «атом» грецького походження. Воно означає «неподільний».
Філософи, які вірили в існування атомів, з яких складається природа, отримали назву атомістів. Одним з родоначальників цієї філософії був давньогрецький філософ Демокріт (460 - 370 до н.е.). Філософи-атомісти намагалися дати пояснення електричним явищам без звернення до спеціальних «душам» і «духам».
Глава 2. Розвиток електрики в Середні століття.
У середні століття вивчення магнітних явищ набуває практичне значення. Це відбувається у зв'язку з винаходом компаса.
Вже у XII ст. в Європі став відомий компас як прилад, за допомогою якого можна визначити напрям на частини світла. Про компасі європейці дізналися від арабів, яким було вже до цього часу відомо властивість магнітної стрілки. Ще раніше, ймовірно, таку властивість знали в Китаї.
Практичне застосування магнітних явищ призводило до необхідності їх вивчення. Поступово з'ясовувалося цілий ряд властивостей магнітів.
2.1. Дослідження Гілберта.
У 1600 р. вийшла книга англійського вченого Гільберта «Про магніті, магнітних тілах і великий магніті - Землі». У ній автор описав вже відомі властивості магніту, а також власні відкриття.
Гільберт припускав, що земля є великий магніт. Щоб підтвердити це припущення, Гільберт виконав спеціальний досвід. Він виточив з природного магніту велику кулю. Наближаючи до поверхні кулі магнітну стрілку, він показав, що вона завжди встановлюється в певному положенні, так само як стрілка компаса на 3емле.
Гільберт описав явище магнітної індукції, способи намагнічування заліза і сталі і т.д. Книга Гільберта стала першим науковим дослідженням магнітних явищ.
У своїй книзі Гільберт торкнувся і електричних явищ. Потрібно відзначити, що хоча в той час магнетизм та електрику розглядалися як явища різної природи, тим не менш дуже давно вчені помітили в них багато спільного. Тому не випадково в багатьох роботах досліджувалися одночасно і магнітні та електричні явища. Зокрема, вивчення магнетизму викликало інтерес до дослідження електричних явищ.
Гільберт відкрив, що наелектризувати можна не тільки бурштин, але і алмаз, гірський кришталь і ряд інших мінералів. На відміну від магніту, який здатний притягати тільки залізо (інших магнітних матеріалів у той час не знали), наелектризоване тіло притягує багато тіла.
2.2 Дослідження Геріке.
Новий крок до вивчення електричних явищ був зроблений німецьким вченим Геріке. У 1672 р. вийшла його книга, в якій були описані досліди з електрики. Найбільш цікавим досягненням Геріке був винахід їм «електричної машини». «Електрична машина» являла собою кулю, зроблений з сірки і посаджений на залізний засув. Геріке обертав цю кулю і натирав його долонею руки. Згодом вчений кілька разів удосконалив свою «машину».
Незважаючи на простоту приладу, Геріке зміг з його допомогою зробити деякі відкриття. Так, він виявив, що легкі тіла можуть не тільки притягатися до наелектризованої кулі, але і відштовхуватися від нього.
Глава 3. Розвиток уявлень про електриці в Х VII - XVIII ст.
У XVIII ст. вивчення електричних явищ пішло швидше. У першій половині цього століття були відкриті нові факти.
У 1729 р. англієць Грей відкрив явище електропровідності. Він встановив, що електрика здатне передаватися від одних тіл до інших по металевій дроті. За шовкової нитки електрика не поширювалося. У зв'язку з цим Грей розділив всі тіла на провідники та непроводнікі електрики.
3атем французький вчений Дюфе через п'ять років з'ясував, що існує два види електрики. Один вид електрики виходить при натирання скла, гірського кришталю, вовни і деяких інших тіл. Це електрику Дюфе назвав скляним електрикою. Другий вид електрики виходить при натирання бурштину, шовку, паперу та інших речовин. Цей вид електрики Дюфе назвав смоляним. Вчений встановив, що тіла, наелектризовані одним видом електрики, відштовхуються, а різними видами, - притягуються.
Згодом скляне електрику було названо позитивним, а смоляне - негативним. Ця назва запропонував американський вчений і громадський діяч Франклін. При цьому він виходив з своїх поглядів на природу електрики.
Дуже важливим кроком у розвитку вчення про електрику був винахід лейденської банки, тобто електричного конденсатора.
Лейденська банку була винайдена майже одночасно німецьким фізиком Клейста і голландським фізиком Мушенбрук в 1745 - 1746 рр.. Свою назву вона отримала на ім'я міста Лейдена, де Мушенбрук вперше виконав з нею досліди з вивчення електричних явищ.
Незабаром лейденська банку була вдосконалена: зовнішню і внутрішню поверхню скляної посудини стали обклеювати металевою фольгою. У кришку банки вставляли металевий стрижень, який зверху закінчувався металевою кулькою, а нижній кінець стрижня за допомогою металевої ланцюжка з'єднувався з внутрішньої обкладкою.
Лейденська банку (рис. 1.) Є звичайним конденсатором. Коли зовнішню обкладку її заземлюють, а металева кулька з'єднують з джерелом електрики, то на обкладинках банки накопичується значний електричний заряд і при її розряді може протікати значний струм. Отримання великих зарядів з допомогу лейденської банки значно сприяло розвитку вчення про електрику.
Перш за все, удосконалилася апаратура для дослідження електричних явищ, зокрема електричні маслини. Це були, як і перша машина Геріке, такі пристрої, в яких електричний заряд
рис. 1 отримувався в результаті натирання скляного або ебонітового диска шкірою або іншими подібними матеріалами.
3атем з'явився перший електровимірювальні прилади - електрометрії. Його історія починається з електричного покажчика, створеного Ріхманом незабаром після винаходу лейденської банки. Цей прилад складався з металевого прута, до верхнього кінця якого підвішувалася лляна нитка певної довжини і ваги. При електризації прута нитка відхилилася. Кут відхилення нитки вимірювався за допомогою шкали, прикріпленої до стрижня і розділеної на градуси.
Після винаходу лейденської банки, коли вчені змогли спостерігати порівняно великі іскри при електричному розряді, виникла думка про електричну природу блискавки.
Відомий американський вчений і громадський діяч Бенджамін Франклін (1706 - 1790) висловив цю ідею в листі в Лондонське королівське товариство в 1750 р.
У цьому листі він пояснював як можна перевірити висловлене припущення. Він пропонував поставити на вежу будку, на дах якої вивести залізний засув. Поміщений всередині будки чоловік у випадку грози міг би отримувати з жердини електричні іскри.
Зміст листа Франкліна стало відомо у Франції. Про нього дізнався француз Далібар, який у травні 1752 виконав досвід, про який писав Франклін. Досвід вдався. Дійсно, Далібару вдалося отримати електричні іскри.
У тому ж році, влітку, Франклін в Америці виконав схожий досвід.
Після того як була з'ясована електрична природа грози виникла ідея пристрою громовідводу для запобігання будівель від пожеж в результаті попадання в них блискавки.
Громовідводи швидко увійшли в практику. Це було перше практичне застосування вчення про електричні явища. Воно сприяло розвитку і популяризації науки про електриці.
Разом з прискорився розвитком досвідченого дослідження електричних явищ виникають і теорії цих явищ.
Звичайно, ще до середини XVIII ст. існували деякі міркування про природу електрики. Але вони були досить примітивними. У більшості випадків електричні дії пояснювалися наявністю навколо заряджених тіл якихось електричних атмосфер.
У середині XVIII ст. з'являються вже більш змістовні теорії електричних явищ. Ці теорії можна розділити на дві основні групи.
Перша група - це теорії електричних явищ, засновані на принципі дальнодії.
Друга група - це теорії, в основу яких покладено принцип блізкодействія.
Зупинимося спочатку на розвитку теорії дальнодії, яка отримала у XVIII ст. майже загальне визнання. Основоположниками теорії дальнодії були Франклін і петербурзький академік Епінус.
Франклін ще в 40-х р. XVIII ст. побудував теорію електричних явищ. Він припустив, що існує особлива електрична матерія, що представляє собою якусь тонку, невидиму рідина. Частинки цієї матерії мають властивість відштовхуватися один від одного і притягуватимуться до частинок звичайної матерії, тобто до частинок речовини, за сучасними поняттями.
Електрична матерія є у тілах в певних кількостях, і в цьому випадку її присутність не виявляється. Але якщо в тілі з'являється надлишок цієї матерії, то тіло електризується позитивно; навпаки, якщо в нім вада цієї матерії, то тіло електризується негативно. Назва («позитивне і негативне електрику», яке так і залишилося в науці, належить Франкліну.
Електрична матерія, по Франкліну, складається з особливо тонких частинок, тому вона може проходити крізь речовину. Особливо легко проходить через провідники.
З теорії Франкліна слід дуже важливе положення про збереження електричного заряду. Дійсно, для створення, наприклад, негативного заряду на якому-небудь тілі потрібно від нього забрати деяку кількість електричної рідини, яка повинна перейти на інше тіло і утворити там позитивний заряд такої ж величини. Після з'єднання цих тіл електрична матерія знову розподілиться між ними так, щоб ці тіла стали електрично нейтральними.
Теорія Франкліна була розвинена Францем Епінусом (1724 - 1802). При цьому Епінус як би брав за зразок теорію тяжіння Ньютона.
Ньютон припустив, що між усіма частинками звичайних тел діють дальнодействующіх сили. Ці сили центральні, тобто вони діють по прямій, що сполучає частинки.
Епінус ж передбачає, що між частинками електричної матерії також діють центральні дальнодействующіх сили. Тільки сили тяжіння є силами тяжіння, сили ж, які діють між частинками електричної матерії, - силами відштовхування. Крім того, між частинками електричної матерії і частками звичайної речовини, так само як і у Франкліна діють сили тяжіння. І ці сили аналогічно силам тягогенія є дальнодействием і центральними. Епінус порівнював сили тяжіння і електричні сили. Він припускає, що сили, які діють між частинками електричної матерії, «змінюються обернено пропорційно квадрату відстані. Так можна припускати з деяким правдоподібністю, бо на користь такої залежності, мабуть, говорить аналогія з іншими явищами природи ». Ця передбачувана аналогія і дає можливість Епінусу побудувати теорію електричних явищ.
Однією з цікавих його робіт було дослідження електричної індукції. Епінус показав, що якщо до провідника наблизити заряджене тіло, то на провіднику з'являються електричні заряди. При цьому сторона його, до якої підносять заряджене тіло, електризується зарядом протилежного знаку. І навпаки, на віддаленій частині провідника утворюється заряд того ж знака, що й на піднесеної тілі.
Епінус підтвердив і закон збереження електричного заряду. Він писав: «Якщо я хочу в будь-якому тілі збільшити кількість електричної матерії, я повинен неминуче взяти її поза ним і, отже, зменшити її в будь-якому іншому тілі».
Одночасно з теорією електричних явищ, заснованої на уявленні про дальнодії, з'являються теорії цих явищ, в основі яких лежить принцип блізкодействія. Одним з родоначальників цієї теорії можна вважати Ломоносова.
Ломоносов був супротивником теорії дальнодії. Він вважав, що тіло не може діяти на інші миттєво через порожнє або заповнене чим-небудь простір.
Він вважав, що електричне взаємодія передається від тіла до тіла через особливе середовище, що заповнює все пусте простір, зокрема і простір між частками, з яких складається «вагома матерія», речовина.
Електричні явища, по Ломоносову, слід розглядати як певні мікроскопічні руху, що відбуваються в ефірі. Те ж саме відноситься і до магнітних явищ.
На точці зору блізкодействія в теорії електрики і магнетизму стояв і інший петербурзький академік - Л. Ейлер. У середині XVIII ст., Як і Ломоносов, він виступив за теорію блізкодействія. Він припускав існування ефіру, рухом і властивостями якого пояснював спостережувані електричні явища.
Після відкриття закону Кулона теорія дальнодії зовсім витісняє теорію блізкодействія. І тільки в XIX ст. Фарадей відроджує теорію блізкодействія. Однак її загальне визнання починається з другої половини XIX ст., Після експериментального доказу теорії Максвелла.
Глава 4. Формування сучасних уявлень про електриці в XIX і на початку XX ст.
У XVIII ст. електрику і магнетизм вважалися хоча і схожими, але все ж мають різну природу явищами. Правда, були відомі деякі факти, що вказують на існування начебто зв'язку між магнетизмом і електрикою, наприклад намагнічення залізних предметів в результаті ударів блискавки. Більше того, Франкліну вдалося намагнітити шматок заліза за допомогою розряду лейденської банки. Все-таки відомі факти не дозволяли впевнено стверджувати, що між електричними і магнітними явищами існує зв'язок.
Таку зв'язок вперше виявив датський фізик Ханс Крістіан Ерстед (1777 - 1851) в 1820 р. Він відкрив дію електричного струму на магнітну стрілку.
Ерстед відкрив, що якщо над провідником, спрямованим уздовж земного меридіана, помістити магнітну стрілку, яка показує на північ, і по провіднику пропустити електричний струм, то стрілка відхиляється на певний кут.
Після того як Ерстед опублікував своє відкриття, багато фізиків зайнялися дослідженням цього нового явища. Французькі вчені Біо і Савар постаралися встановити закон дії струму на магнітну стрілку, тобто визначити, як і від чого залежить сила, що діє на магнітну стрілку, коли вона поміщена близько електричного струму. Вони встановили, що сила, діюча на магнітний полюс (на кінець довгого магніту) з боку прямолінійного провідника зі струмом, спрямована перпендикулярно до найкоротшій відстані від полюса до провідника і модуль її назад пропорційний цього відстані.
Роздумуючи над відкриттям Ерстеда, Ампер прийшов до абсолютно нових ідей. Він припустив, що магнітні явища викликаються взаємодією електричних струмів. Кожен магніт являє собою систему замкнутих електричних струмів, площини яких перпендикулярні осі магніту. Взаємодія магнітів, їх тяжіння і відштовхування пояснюються притяганням і відштовхуванням, існуючими між струмами. 3емной магнетизм також обумовлений електричними струмами, які протікають у земній кулі.
Ця гіпотеза вимагала, звичайно, досвідченого підтвердження. І Ампер виконав цілу серію дослідів для її обгрунтування.
Перші досліди Ампера полягали у виявленні сил, що діють між провідниками, по яких тече електричний струм. Досліди показали, що два прямолінійних провідника зі струмом, розташовані паралельно один одному, притягуються, якщо струми в них мають однаковий напрямок, і відштовхуються, якщо напрям струмів протилежно.
Ампер показав також, що виток зі струмом і спіралевидний провідник із струмом (соленоїд) ведуть себе як магніти. Два таких провідника притягуються і відштовхуються подібно до двох магнітним стрільцям.
Ампер вирішив в основу теорії взаємодії струмів покласти закон взаємодії між елементами струмів. Потрібно відзначити, що Ампер говорив уже не просто про взаємодію елементів провідників, як Біо і Савар, а про взаємодію елементів струмів, так як на той час вже виникло поняття сили струму. І це поняття ввів сам Ампер. Провівши велику кількість дослідів з визначення взаємодії струмів в провідниках різної форми і по-різному розташованих один щодо одного, Ампер зрештою визначив шукану силу. Подібно силі тяжіння вона виявилася обернено пропорційною квадрату відстані між елементами електричних струмів.
Усі ці дослідження були основою на якій виросла сучасна електрика. Максвелл математично пов'язав електричні та магнітні явища воєдино - в електромагнітні явища. А Г. Герц зумів довести наявність електромагнітних хвиль, існування яких випливало із законів Максвелла.
Важливу роль у становленні сучасних уявлень про електричному струмі, як про направлений русі заряджених елементарних частинок мав досвід Міллікена. Цей досвід довів існування елементарних зарядів електрики в природі. Тобто елементарна природа електрики була повністю встановлена. Суть досвіду Міллікена полягала в наступному.
У плоский конденсатор вводили маленькі краплі олії (рис. 2). Через тертя вони електризувалися. У відсутності електричного поля крапля починає падати під дією сили тяжіння. Підбираючи напруженість електричного поля Е, краплю можна зупинити і визначити що знаходиться на ній заряд. Потім включається опромінення повітряного проміжку до тих пір, поки крапля не придбає
рис. 2. додатковий позитивний або негативний заряд і її рівновагу порушиться. Змінюючи напруженість електричного поля до деякого значення Е, знову домагаються рівноваги краплі і визначають її новий заряд. Потім знову включають опромінення повітряного проміжку і т. д.
Отримавши ряд послідовних значень заряду краплі
Сучасне уточнене значення величини елементарного заряду одно:
Елементарний заряд є однією з фундаментальних констант фізики.
Висновок.
У роботі розглянуто розвиток поглядів на електрику від найдавніших часів і до сьогодні. Розглянуто основні відкриття електрики, які мали велике, що направляє значення для розвитку науки. За цей час наука про електриці пройшла великий шлях і сьогодні вона виступає однією з основ сучасного світу. Відкриті закони дозволили створити потужні електродвигуни та генератори, проводити освітлення вулиць і будинків, використовувати електрику в лікувальних цілях.
Вся історія людства показує, що все починається з малого, ось і історія розвитку електрики почалася з невеликого шматка бурштину в руках грецького філософа.
Список використаної літератури.
1. Дущенко В.П., Кучерук І. М. Загальна фізика. Електрика. - К.: Вища школа, 1995. - 430 с.
2. Зисман Г. А., Тодес О. М. Курс загальної фізики. У 3 т. - М.: Наука, 1995. - 343 с.
3. Кухлінг Х. Довідник з фізики: Пер. з нім. - М.: Світ, 1983. - 520 с.
4. Яворський Б. М., Детлаф А. А. Довідник по фізиці. - М.: Наука, 1982. - 846 с.
5. Гершензон Є.М., Малов М.М. Курс загальної фізики. Електродинаміка. - М.: Просвещение, 1990. - 346 с.
6. Іродів І.Є. Основні закони електромагнетизму. - М.: Вища школа, 1991. - 432 с.
7. Матвєєв О.М. Електрика і магнетизм. - М.: Вища школа, 1983. - 265 с.
8. Савельєв І.В. Курс загальної фізики. У 3 Т., Електрика і магнетизм. - М.: Наука, 2003. - Т.2. - 387 с.
9. Телеснін Р. В., Яковлєв В.Ф. Електрика. У 2 Т., - M.: Вища школа, 1973. - 327 с.
Введення
Глава 1. Античний етап розвитку уявлень про електриці
Глава 2. Розвиток електрики в Середні століття
2.1. Дослідження Гілберта
2.2. Дослідження О. фон Геріке.
Глава 3. Розвиток уявлень про електриці
в ХVII-XVIII ст.
Глава 4. Формування сучасних уявлень про електриці в XIX і на початку XX ст.
Висновок
Список використаної літератури
Введення.
Протягом усієї історії людство в тій чи іншій мірі бачило прояви електричних явищ. Спочатку це була блискавка, яка наводила на людей жах і їй приписували божественне походження. Далі в античні часи в стародавній Греції були відкриті електричні властивості бурштину. У Середні століття багато вчених досліджували властивості магнітів, була винайдена лейденська банку - перший конденсатор електричної енергії.
Сучасне життя немислима без радіо і телебачення, телефонів і телеграфу, всіляких освітлювальних і нагрівальних приладів, машин та пристроїв, в основі яких лежить можливість використання електричного струму.
Протягом усієї історії людства відбувався розвиток електрики і змінювалися уявлення людини про природу електричного струму, його властивості. Можна виділити кілька таких етапів розвитку кончини про природу електрики: античний етап, середні століття до відкриття лейденської банки і після, етап становлення сучасних поглядів про електриці.
Метою роботи є розгляд етапів розвитку кончини людства про електриці з найдавніших часів і до нашого часу.
Глава 1. Античний етап розвитку уявлень про електриці.
Вивчення електричних явищ по-справжньому починається тільки в XVIII ст. Але перші відомості про ці явища були відомі вже древнім.
Стародавні греки знали властивість натертого бурштину притягати дрібні предмети. Саме слово «електрика» походить від грецького слова «електрон», що означає по-російськи бурштин.
Стародавні греки знали також, що існує особливий мінерал - залізна руда (магнітний залізняк), здатний притягати залізні предмети. 3алежі цього мінералу знаходилися біля міста Магнесії. Назва цього міста послужило джерелом терміна «магніт».
Древні не досліджували ні електричних, ні магнітних явищ. Однак вони спробували дати пояснення цим явищам.
Найперше пояснення властивостей бурштину притягати дрібні предмети полягало в тому, що йому приписувалася «душа», яка змушувала бурштин притягувати сміття.
При цьому бурштин представляли подібно живій істоті. Жива істота, наприклад собака, бачить шматок м'яса і прагне до нього наблизитися. Подібно до цього бурштин як би бачить дрібні предмети і прагне до їм притянуться.
Це пояснення дуже примітивно з нашої точки зору. Однак такого роду пояснення, коли предмети неживої природи одушевляється, були характерними для давніх, які вірили в існування цілого ряду богів, духів і т. д.
Але в давнину почала розвиватися і матеріалістична філософія. Філософи-матеріалісти Стародавньої Греції відкидали існування духів і намагалися пояснити всі явища природи природними законами.
Вони вчили, що всі тіла складаються з дрібних матеріальних неподільних частинок - атомів. На їхню думку, крім атомів і порожнечі, в якій атоми рухаються, нічого не існує. Всі явища природи пояснюються рухом атомів. Саме слово «атом» грецького походження. Воно означає «неподільний».
Філософи, які вірили в існування атомів, з яких складається природа, отримали назву атомістів. Одним з родоначальників цієї філософії був давньогрецький філософ Демокріт (460 - 370 до н.е.). Філософи-атомісти намагалися дати пояснення електричним явищам без звернення до спеціальних «душам» і «духам».
Глава 2. Розвиток електрики в Середні століття.
У середні століття вивчення магнітних явищ набуває практичне значення. Це відбувається у зв'язку з винаходом компаса.
Вже у XII ст. в Європі став відомий компас як прилад, за допомогою якого можна визначити напрям на частини світла. Про компасі європейці дізналися від арабів, яким було вже до цього часу відомо властивість магнітної стрілки. Ще раніше, ймовірно, таку властивість знали в Китаї.
Практичне застосування магнітних явищ призводило до необхідності їх вивчення. Поступово з'ясовувалося цілий ряд властивостей магнітів.
2.1. Дослідження Гілберта.
У 1600 р. вийшла книга англійського вченого Гільберта «Про магніті, магнітних тілах і великий магніті - Землі». У ній автор описав вже відомі властивості магніту, а також власні відкриття.
Гільберт припускав, що земля є великий магніт. Щоб підтвердити це припущення, Гільберт виконав спеціальний досвід. Він виточив з природного магніту велику кулю. Наближаючи до поверхні кулі магнітну стрілку, він показав, що вона завжди встановлюється в певному положенні, так само як стрілка компаса на 3емле.
Гільберт описав явище магнітної індукції, способи намагнічування заліза і сталі і т.д. Книга Гільберта стала першим науковим дослідженням магнітних явищ.
У своїй книзі Гільберт торкнувся і електричних явищ. Потрібно відзначити, що хоча в той час магнетизм та електрику розглядалися як явища різної природи, тим не менш дуже давно вчені помітили в них багато спільного. Тому не випадково в багатьох роботах досліджувалися одночасно і магнітні та електричні явища. Зокрема, вивчення магнетизму викликало інтерес до дослідження електричних явищ.
Гільберт відкрив, що наелектризувати можна не тільки бурштин, але і алмаз, гірський кришталь і ряд інших мінералів. На відміну від магніту, який здатний притягати тільки залізо (інших магнітних матеріалів у той час не знали), наелектризоване тіло притягує багато тіла.
2.2 Дослідження Геріке.
Новий крок до вивчення електричних явищ був зроблений німецьким вченим Геріке. У 1672 р. вийшла його книга, в якій були описані досліди з електрики. Найбільш цікавим досягненням Геріке був винахід їм «електричної машини». «Електрична машина» являла собою кулю, зроблений з сірки і посаджений на залізний засув. Геріке обертав цю кулю і натирав його долонею руки. Згодом вчений кілька разів удосконалив свою «машину».
Незважаючи на простоту приладу, Геріке зміг з його допомогою зробити деякі відкриття. Так, він виявив, що легкі тіла можуть не тільки притягатися до наелектризованої кулі, але і відштовхуватися від нього.
Глава 3. Розвиток уявлень про електриці в Х VII - XVIII ст.
У XVIII ст. вивчення електричних явищ пішло швидше. У першій половині цього століття були відкриті нові факти.
У 1729 р. англієць Грей відкрив явище електропровідності. Він встановив, що електрика здатне передаватися від одних тіл до інших по металевій дроті. За шовкової нитки електрика не поширювалося. У зв'язку з цим Грей розділив всі тіла на провідники та непроводнікі електрики.
3атем французький вчений Дюфе через п'ять років з'ясував, що існує два види електрики. Один вид електрики виходить при натирання скла, гірського кришталю, вовни і деяких інших тіл. Це електрику Дюфе назвав скляним електрикою. Другий вид електрики виходить при натирання бурштину, шовку, паперу та інших речовин. Цей вид електрики Дюфе назвав смоляним. Вчений встановив, що тіла, наелектризовані одним видом електрики, відштовхуються, а різними видами, - притягуються.
Згодом скляне електрику було названо позитивним, а смоляне - негативним. Ця назва запропонував американський вчений і громадський діяч Франклін. При цьому він виходив з своїх поглядів на природу електрики.
Дуже важливим кроком у розвитку вчення про електрику був винахід лейденської банки, тобто електричного конденсатора.
Лейденська банку була винайдена майже одночасно німецьким фізиком Клейста і голландським фізиком Мушенбрук в 1745 - 1746 рр.. Свою назву вона отримала на ім'я міста Лейдена, де Мушенбрук вперше виконав з нею досліди з вивчення електричних явищ.
Незабаром лейденська банку була вдосконалена: зовнішню і внутрішню поверхню скляної посудини стали обклеювати металевою фольгою. У кришку банки вставляли металевий стрижень, який зверху закінчувався металевою кулькою, а нижній кінець стрижня за допомогою металевої ланцюжка з'єднувався з внутрішньої обкладкою.
Лейденська банку (рис. 1.) Є звичайним конденсатором. Коли зовнішню обкладку її заземлюють, а металева кулька з'єднують з джерелом електрики, то на обкладинках банки накопичується значний електричний заряд і при її розряді може протікати значний струм. Отримання великих зарядів з допомогу лейденської банки значно сприяло розвитку вчення про електрику.
рис. 1 отримувався в результаті натирання скляного або ебонітового диска шкірою або іншими подібними матеріалами.
3атем з'явився перший електровимірювальні прилади - електрометрії. Його історія починається з електричного покажчика, створеного Ріхманом незабаром після винаходу лейденської банки. Цей прилад складався з металевого прута, до верхнього кінця якого підвішувалася лляна нитка певної довжини і ваги. При електризації прута нитка відхилилася. Кут відхилення нитки вимірювався за допомогою шкали, прикріпленої до стрижня і розділеної на градуси.
Після винаходу лейденської банки, коли вчені змогли спостерігати порівняно великі іскри при електричному розряді, виникла думка про електричну природу блискавки.
Відомий американський вчений і громадський діяч Бенджамін Франклін (1706 - 1790) висловив цю ідею в листі в Лондонське королівське товариство в 1750 р.
У цьому листі він пояснював як можна перевірити висловлене припущення. Він пропонував поставити на вежу будку, на дах якої вивести залізний засув. Поміщений всередині будки чоловік у випадку грози міг би отримувати з жердини електричні іскри.
Зміст листа Франкліна стало відомо у Франції. Про нього дізнався француз Далібар, який у травні 1752 виконав досвід, про який писав Франклін. Досвід вдався. Дійсно, Далібару вдалося отримати електричні іскри.
У тому ж році, влітку, Франклін в Америці виконав схожий досвід.
Після того як була з'ясована електрична природа грози виникла ідея пристрою громовідводу для запобігання будівель від пожеж в результаті попадання в них блискавки.
Громовідводи швидко увійшли в практику. Це було перше практичне застосування вчення про електричні явища. Воно сприяло розвитку і популяризації науки про електриці.
Разом з прискорився розвитком досвідченого дослідження електричних явищ виникають і теорії цих явищ.
Звичайно, ще до середини XVIII ст. існували деякі міркування про природу електрики. Але вони були досить примітивними. У більшості випадків електричні дії пояснювалися наявністю навколо заряджених тіл якихось електричних атмосфер.
У середині XVIII ст. з'являються вже більш змістовні теорії електричних явищ. Ці теорії можна розділити на дві основні групи.
Перша група - це теорії електричних явищ, засновані на принципі дальнодії.
Друга група - це теорії, в основу яких покладено принцип блізкодействія.
Зупинимося спочатку на розвитку теорії дальнодії, яка отримала у XVIII ст. майже загальне визнання. Основоположниками теорії дальнодії були Франклін і петербурзький академік Епінус.
Франклін ще в 40-х р. XVIII ст. побудував теорію електричних явищ. Він припустив, що існує особлива електрична матерія, що представляє собою якусь тонку, невидиму рідина. Частинки цієї матерії мають властивість відштовхуватися один від одного і притягуватимуться до частинок звичайної матерії, тобто до частинок речовини, за сучасними поняттями.
Електрична матерія є у тілах в певних кількостях, і в цьому випадку її присутність не виявляється. Але якщо в тілі з'являється надлишок цієї матерії, то тіло електризується позитивно; навпаки, якщо в нім вада цієї матерії, то тіло електризується негативно. Назва («позитивне і негативне електрику», яке так і залишилося в науці, належить Франкліну.
Електрична матерія, по Франкліну, складається з особливо тонких частинок, тому вона може проходити крізь речовину. Особливо легко проходить через провідники.
З теорії Франкліна слід дуже важливе положення про збереження електричного заряду. Дійсно, для створення, наприклад, негативного заряду на якому-небудь тілі потрібно від нього забрати деяку кількість електричної рідини, яка повинна перейти на інше тіло і утворити там позитивний заряд такої ж величини. Після з'єднання цих тіл електрична матерія знову розподілиться між ними так, щоб ці тіла стали електрично нейтральними.
Теорія Франкліна була розвинена Францем Епінусом (1724 - 1802). При цьому Епінус як би брав за зразок теорію тяжіння Ньютона.
Ньютон припустив, що між усіма частинками звичайних тел діють дальнодействующіх сили. Ці сили центральні, тобто вони діють по прямій, що сполучає частинки.
Епінус ж передбачає, що між частинками електричної матерії також діють центральні дальнодействующіх сили. Тільки сили тяжіння є силами тяжіння, сили ж, які діють між частинками електричної матерії, - силами відштовхування. Крім того, між частинками електричної матерії і частками звичайної речовини, так само як і у Франкліна діють сили тяжіння. І ці сили аналогічно силам тягогенія є дальнодействием і центральними. Епінус порівнював сили тяжіння і електричні сили. Він припускає, що сили, які діють між частинками електричної матерії, «змінюються обернено пропорційно квадрату відстані. Так можна припускати з деяким правдоподібністю, бо на користь такої залежності, мабуть, говорить аналогія з іншими явищами природи ». Ця передбачувана аналогія і дає можливість Епінусу побудувати теорію електричних явищ.
Однією з цікавих його робіт було дослідження електричної індукції. Епінус показав, що якщо до провідника наблизити заряджене тіло, то на провіднику з'являються електричні заряди. При цьому сторона його, до якої підносять заряджене тіло, електризується зарядом протилежного знаку. І навпаки, на віддаленій частині провідника утворюється заряд того ж знака, що й на піднесеної тілі.
Епінус підтвердив і закон збереження електричного заряду. Він писав: «Якщо я хочу в будь-якому тілі збільшити кількість електричної матерії, я повинен неминуче взяти її поза ним і, отже, зменшити її в будь-якому іншому тілі».
Одночасно з теорією електричних явищ, заснованої на уявленні про дальнодії, з'являються теорії цих явищ, в основі яких лежить принцип блізкодействія. Одним з родоначальників цієї теорії можна вважати Ломоносова.
Ломоносов був супротивником теорії дальнодії. Він вважав, що тіло не може діяти на інші миттєво через порожнє або заповнене чим-небудь простір.
Він вважав, що електричне взаємодія передається від тіла до тіла через особливе середовище, що заповнює все пусте простір, зокрема і простір між частками, з яких складається «вагома матерія», речовина.
Електричні явища, по Ломоносову, слід розглядати як певні мікроскопічні руху, що відбуваються в ефірі. Те ж саме відноситься і до магнітних явищ.
На точці зору блізкодействія в теорії електрики і магнетизму стояв і інший петербурзький академік - Л. Ейлер. У середині XVIII ст., Як і Ломоносов, він виступив за теорію блізкодействія. Він припускав існування ефіру, рухом і властивостями якого пояснював спостережувані електричні явища.
Після відкриття закону Кулона теорія дальнодії зовсім витісняє теорію блізкодействія. І тільки в XIX ст. Фарадей відроджує теорію блізкодействія. Однак її загальне визнання починається з другої половини XIX ст., Після експериментального доказу теорії Максвелла.
Глава 4. Формування сучасних уявлень про електриці в XIX і на початку XX ст.
У XVIII ст. електрику і магнетизм вважалися хоча і схожими, але все ж мають різну природу явищами. Правда, були відомі деякі факти, що вказують на існування начебто зв'язку між магнетизмом і електрикою, наприклад намагнічення залізних предметів в результаті ударів блискавки. Більше того, Франкліну вдалося намагнітити шматок заліза за допомогою розряду лейденської банки. Все-таки відомі факти не дозволяли впевнено стверджувати, що між електричними і магнітними явищами існує зв'язок.
Таку зв'язок вперше виявив датський фізик Ханс Крістіан Ерстед (1777 - 1851) в 1820 р. Він відкрив дію електричного струму на магнітну стрілку.
Ерстед відкрив, що якщо над провідником, спрямованим уздовж земного меридіана, помістити магнітну стрілку, яка показує на північ, і по провіднику пропустити електричний струм, то стрілка відхиляється на певний кут.
Після того як Ерстед опублікував своє відкриття, багато фізиків зайнялися дослідженням цього нового явища. Французькі вчені Біо і Савар постаралися встановити закон дії струму на магнітну стрілку, тобто визначити, як і від чого залежить сила, що діє на магнітну стрілку, коли вона поміщена близько електричного струму. Вони встановили, що сила, діюча на магнітний полюс (на кінець довгого магніту) з боку прямолінійного провідника зі струмом, спрямована перпендикулярно до найкоротшій відстані від полюса до провідника і модуль її назад пропорційний цього відстані.
Роздумуючи над відкриттям Ерстеда, Ампер прийшов до абсолютно нових ідей. Він припустив, що магнітні явища викликаються взаємодією електричних струмів. Кожен магніт являє собою систему замкнутих електричних струмів, площини яких перпендикулярні осі магніту. Взаємодія магнітів, їх тяжіння і відштовхування пояснюються притяганням і відштовхуванням, існуючими між струмами. 3емной магнетизм також обумовлений електричними струмами, які протікають у земній кулі.
Ця гіпотеза вимагала, звичайно, досвідченого підтвердження. І Ампер виконав цілу серію дослідів для її обгрунтування.
Перші досліди Ампера полягали у виявленні сил, що діють між провідниками, по яких тече електричний струм. Досліди показали, що два прямолінійних провідника зі струмом, розташовані паралельно один одному, притягуються, якщо струми в них мають однаковий напрямок, і відштовхуються, якщо напрям струмів протилежно.
Ампер показав також, що виток зі струмом і спіралевидний провідник із струмом (соленоїд) ведуть себе як магніти. Два таких провідника притягуються і відштовхуються подібно до двох магнітним стрільцям.
Ампер вирішив в основу теорії взаємодії струмів покласти закон взаємодії між елементами струмів. Потрібно відзначити, що Ампер говорив уже не просто про взаємодію елементів провідників, як Біо і Савар, а про взаємодію елементів струмів, так як на той час вже виникло поняття сили струму. І це поняття ввів сам Ампер. Провівши велику кількість дослідів з визначення взаємодії струмів в провідниках різної форми і по-різному розташованих один щодо одного, Ампер зрештою визначив шукану силу. Подібно силі тяжіння вона виявилася обернено пропорційною квадрату відстані між елементами електричних струмів.
Усі ці дослідження були основою на якій виросла сучасна електрика. Максвелл математично пов'язав електричні та магнітні явища воєдино - в електромагнітні явища. А Г. Герц зумів довести наявність електромагнітних хвиль, існування яких випливало із законів Максвелла.
Важливу роль у становленні сучасних уявлень про електричному струмі, як про направлений русі заряджених елементарних частинок мав досвід Міллікена. Цей досвід довів існування елементарних зарядів електрики в природі. Тобто елементарна природа електрики була повністю встановлена. Суть досвіду Міллікена полягала в наступному.
рис. 2. додатковий позитивний або негативний заряд і її рівновагу порушиться. Змінюючи напруженість електричного поля до деякого значення Е, знову домагаються рівноваги краплі і визначають її новий заряд. Потім знову включають опромінення повітряного проміжку і т. д.
Отримавши ряд послідовних значень заряду краплі
Сучасне уточнене значення величини елементарного заряду одно:
Елементарний заряд є однією з фундаментальних констант фізики.
Висновок.
У роботі розглянуто розвиток поглядів на електрику від найдавніших часів і до сьогодні. Розглянуто основні відкриття електрики, які мали велике, що направляє значення для розвитку науки. За цей час наука про електриці пройшла великий шлях і сьогодні вона виступає однією з основ сучасного світу. Відкриті закони дозволили створити потужні електродвигуни та генератори, проводити освітлення вулиць і будинків, використовувати електрику в лікувальних цілях.
Вся історія людства показує, що все починається з малого, ось і історія розвитку електрики почалася з невеликого шматка бурштину в руках грецького філософа.
Список використаної літератури.
1. Дущенко В.П., Кучерук І. М. Загальна фізика. Електрика. - К.: Вища школа, 1995. - 430 с.
2. Зисман Г. А., Тодес О. М. Курс загальної фізики. У 3 т. - М.: Наука, 1995. - 343 с.
3. Кухлінг Х. Довідник з фізики: Пер. з нім. - М.: Світ, 1983. - 520 с.
4. Яворський Б. М., Детлаф А. А. Довідник по фізиці. - М.: Наука, 1982. - 846 с.
5. Гершензон Є.М., Малов М.М. Курс загальної фізики. Електродинаміка. - М.: Просвещение, 1990. - 346 с.
6. Іродів І.Є. Основні закони електромагнетизму. - М.: Вища школа, 1991. - 432 с.
7. Матвєєв О.М. Електрика і магнетизм. - М.: Вища школа, 1983. - 265 с.
8. Савельєв І.В. Курс загальної фізики. У 3 Т., Електрика і магнетизм. - М.: Наука, 2003. - Т.2. - 387 с.
9. Телеснін Р. В., Яковлєв В.Ф. Електрика. У 2 Т., - M.: Вища школа, 1973. - 327 с.