Основные явления и законы

В середине прошлого тысячелетия не было электриков, да и с физиками было не густо, поэтому нашей специальностью часто занимались врачи и философы.

1600 г.Лейб – медик англ. королевы, доктор медицины, видимо, пытаясь исследовать эффект слабительного средства (в то время таковым считался толченый магнит) провел немало экспериментов. В результате опубликовал работу:
«О магните, магнитных силах и большом магните – земле. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов». Автор высоко ценил свою работу и впервые в книгопечатании поставил свою фамилию перед названием –
Уилям Гильберт (Gilbert).

Уилям Гильберт впервые разделил электрические и магнитные явления. Впервые выдвинул предположение, что Земля является большим магнитом, и, намагнитив железный шар, показал, что он действует на магнитную стрелку так же, как и Земля. Ввел термин электричество.

Сделал вывод, что источником электричества не может быть металл. Последнее воззрение держалось 200 лет.

1733 г.Дюфе Шарль Франсуа (Dufay, Du Fay) – французский физик, член Парижской АН, установил существование электрических зарядов 2-х родов. Сконструировал первый электроизмерительный прибор – прототип электроскопа. Впервые попытался измерить магнитную силу с помощью намагниченной стрелки, укреплённой посредством пружины (магнитометр).

1785 г.Шарль Кулон (Coulomb) – член Парижской академии по классу механики, изобретатель крутильных весов для измерения малых сил различной природы, открыл основной закон электростатики – закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов. Он опубликовал 7 мемуаров по проблеме электричества и магнетизма. Дал в руки физиков метод определения единицы электрического заряда через величины, использовавшиеся в механике: силу и расстояние. В последние годы жизни, до 1806 года работал над организацией новой системы образования во Франции.

1791 г. Луиджи Гальвани (Galvani) в электрофизических опытах с лягушками открывает существование электрического тока.

Гальвани получил образование в Болонском университете, там же преподавал медицину. В 1771 г. начал опыты по животному электричеству; исследовал способность мышц препарированной лягушки сокращаться под влиянием электрического тока.
В 1791 г. опубликовал трактат «О силах электричества при мышечном движении».

Существует мнение, что Гальвани был не первым, кто обнаружил "животное электричество". Еще в 1752 г. И. Зульцер наблюдал такие явления и опубликовал в научном труде "Теория приятных и неприятных ощущений", затем М. Кальдони также проводил такие эксперименты. Еще ранее, в 1678 г., опыты на лягушках с фиксацией сокращения их конечностей демонстрировал голландский натуралист Ян Сваммердам.

1800 г.Алессандро Вольта (Volta) – итальянский физик и физиолог. Учился в школе ордена иезуитов. В 1774-79 гг. преподаватель физики в гимназии в Комо, с 1779 г. профессор университета в Павии, член Лондонского королевского общества, долгое время изучает электричество. В своем научном споре с Луиджи Гальвани, он дает его опытам другую трактовку, утверждая, что лягушачья лапка реагировала на электричество, вырабатываемое металлами.

Продолжая исследования Вольта создает первый электрохимический источник тока.

Вольтов столб, первый источник постоянного тока, состоявший из 20 пар кружочков из двух различных металлов, разделённых смоченными солёной водой или раствором щёлочи прослойками ткани или бумаги, давал гальваническое электричество. Например, его «Корона сосудов» Zn+Cu в H₂SO₄ давала Е = 1 В. Энгельс: «открытие гальванического тока ... имеет для учения об электричестве такое же значение, как открытие кислорода для химии». Получен был источник, позволяющий получить длительный ток. До Алессандро Вольта могли получать лишь статические заряды с помощью машин.

Дальнейшее развитие электротехники связано большей частью с открытиями Эрстеда и Фарадея.

1820 г. – датский профессор Ханс Христиан Эрстед открыл действие электрического тока на магнитную стрелку. В этом же году публикуется брошюра «Опыты по воздействию электрического момента на магнитную стрелку».

Сын аптекаря получил золотую медаль университета за эссе "Граница поэзии и прозы". Звание доктора философии получил за диссертацию по медицине. Был поражен идеей Шеллинга о всеобщей связи явлений. Был знаком с Риттером, изобретателем аккумулятора, много размышлял о связи между теплом, светом, электричеством, магнетизмом. Эрстед не расставался с магнитом. Многие пытались обнаружить магнитное действие тока, например Петров, Араго. По рассказам студентов Эрстед во время лекции демонстрировал свойства электричества, нагревая проволоку. Случайно на столе находился компас, стрелка которого поворачивалась при прохождении тока и возвращалась в исходное положение после размыкания цепи.

Эрстед же утверждал, что он заранее объявил об эффекте воздействия тока на магнитную стрелку. Эрстеда смутило то, что направление воздействия было не по прямой между стрелкой и проводом с током, а перпендикулярно этой прямой. Поэтому при описании открытия он перечисляет всех свидетелей, наблюдавших его опыт.

НАЗАД

Сообщение об опытах Эрстеда по воздействию тока на магнитную стрелку в 1820 г., вызвало большое число исследований, которые в итоге привели к созданию электродинамики и электротехники.

В 1830 г. Эрстед стал почетным членом Петербургской академии наук.

1820 г.Андре Мари Ампер (Ampere) открыл взаимодействие токов, о чем сделал доклад 18 сентября. Результаты дальнейшей работы были опубликованы в его работе 1826 г. "Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта".

Ампер никогда не ходил в школу, но уже к 14 годам прочитал 28 томов «Энциклопедии» Д. Дидро и Ж. Л. Д'Аламбера из отцовской библиотеки. Имел склонность к математике. В возрасте 13 лет представил в Лионскую академию свои первые работы по математике. С 1804 года он преподает в знаменитой Политехнической школе Парижа.

После открытия Эрстеда он экспериментирует с электрическим током и уже в конце первой недели своих экспериментов Ампер открыл взаимодействие токов. А на доказательство того, что открытие является законом у ученого ушло 12 лет. На докладе 18 сентября 1820 года в Парижской академии наук Ампера колко высмеивали, дразнили, пытаясь вывести из себя. Позднее ученые из окружения Лапласа назвали проведенные Ампером опыты шарлатанством, якобы в нужный момент ассистент Ампера подталкивал проводники. В защиту открытия Ампера на одном из диспутов Парижской академии, выступил Доменико Араго, приведя в пример два железных ключа и магнит. По отдельности каждый ключ взаимодействовал с магнитом, а между собой ключи не взаимодействовали.

Ампером были введены в научный оборот термины электростатика, электродинамика, соленоид. Задолго до Винера он предложил науку об управлении именовать кибернетикой.

1831 г. Майклом Фарадеем (Faraday) открыто явление возникновения ЭДС под воздействием изменяющегося магнитного поля (электромагнитная индукция). Опубликована работа «Об индукции электрических токов», в которой сформулировано общее учение об электромагнитных явлениях.

За свою жизнь Фарадейсделал столько открытий, что их хватило бы на десятерых. Родился в Лондоне, сын кузнеца. Закончил начальную школу и работал в переплетной мастерской. Читал все книги подряд. Заказчики его хозяина устроили ему доступ на лекции ученых для публики. Посетил лекции Гемфри Деви, сделал подробный конспект, переплел и подарил его ученому. Тот предложил ему работу секретаря и взял его в путешествие по Европе. После путешествия Фарадей стал работать в Королевском институте в Лондоне.

В 1821 г. анализируя опыт Эрстеда Фарадей впервые обнаружил вращение магнита вокруг проводника с током и вращение проводника с током вокруг магнита. Фактически был создан предшественник электрического двигателя. В течение последующих 10 лет ученый пытался «превратить магнетизм в электричество».

На деревянную скалку Фарадей намотал параллельно друг другу две изолированных проволоки. Концы одной катушки подсоединил к батарее, концы другой к гальванометру. Возникший во второй катушке ток при включении и выключении первой Фарадей назвал индуктивным. Далее он предложил коммутатор для первой катушки, и во второй все время возникал ток. Затем видоизменил опыт: вокруг железного кольца намотал два провода. Один провод вокруг одной половины кольца, другой вокруг другой половины. В этом опыте индуктивный ток второй катушки возникал уже вследствие перемагничивания железа, которое осуществлялось первой катушкой.

Фарадей понимал значимость своего открытия электромагнитной индукции, он увязал электрические процессы не с собственно магнитным полем, а с его изменением.

Чтобы закрепить свой приоритет, он загодя направил в Лондонское Королевское общество письмо "Новые воззрения, подлежащие в настоящее время хранению в запечатанном конверте в архивах Королевского общества". В этом письме он просил закрепить за ним в соответствии с датой получения письма его научные взгляды на природу электромагнитного воздействия, после того как он предаст гласности результаты экспериментов. Письмо было вскрыто тогда, когда на приоритет заявили еще несколько десятков ученых, наблюдавших те же явления, что подробно описал и он. Когда в открытой печати появились данные, подтверждающие теоретические выкладки Фарадея, многие могли настаивать на своем приоритете. Это были Андре Мари Ампер, Уильям Хайд Волластон, Жан Колладон, Огюстен Жан Френель.

В частности, Жан Колладон работал без ассистентов, и физические не успевал посмотреть на колебание стрелки гальванометра в момент замыкания и размыкания.

Фарадей ввел понятия электрическое поле и магнитное поле.

Не зависимо от Фарадея американский физик Джозеф Генри (Henry)чуть раньше разобрался в причинах возникновения индукционного тока, но задержался с публикацией своих результатов, видимо поэтому было решено его именем назвать единицу индуктивности. В 1828 г. Генри впервые построил электромагниты большой силы, применив многослойные обмотки из изолированной проволоки. За ним закреплено открытие явления самоиндукции (1832 г.) и колебательного характера разряда конденсатора (1842 г.).

Законы

1821 г. – Г. Дэви

1826-27 г. – закон Ома (Гегель был ректором университета)

1834 г. – законы Фарадея

1841 г. – закон Джоуля-Ленца

1845 г. – закон Кирхгофа

1881г. – установлены А, В, Ом, Дж

1827 г. Георг Симон Ом (Ohm) установил закон Ома (1826 г. – экспериментально, 1827 г. – теоретически).

Сын слесаря. Отец очень заботился о его образовании, и Георг смог поступить на философский факультет университета. Был лучшим бильярдистом, конькобежцем и танцором, что несколько отвлекало от учебы. Был крупный разговор между отцом и сыном. После 3-х семестров обучения он вынужден покинуть университет и работал преподавателем математики, продолжая изучать работы, рекомендованные ему профессорами университета. Самостоятельно подготовил и защитил в Эрлангене докторскую диссертацию (1811 г.). Работал преподавателем математики и физики в школе, затем в колледже.

Занялся изучением электричества. В 1825 г. опубликовал статью, посвященную исследованию электрических цепей. Но опубликованное им выражение оказалось неверным.

Продолжает работать. В 1826 г. публикует статью "Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество, вместе с набросками теории вольтнического аппарата и мультиплексора Швейггера".

Выражение, найденное Омом, было настолько простым, что вызвало недоверие коллег, к тому же все помнили его 1-ю публикацию с ошибкой.

Ученые того времени так характеризовали его открытие, "болезненная фантазия, единственной целью которой является принизить достоинство природы".

В 1827 г. он публикует монографию "Теория исследования электрических цепей", 245 с. Введен термин сопротивление. Нашел более простые формулы для участка цепи не содержащей ЭДС Но его открытие не признавалось, а от этого зависело назначение на хорошую должность. Раньше всех его признали русские физики Ленц и Якоби.

После экспериментальной проверки высокочувствительными приборами, проведенной К. Пуйе наступило международное признание. Последней страной, признавшей заслуги Ома, была его родина. В 1845 г. его избрали действительным членом Баварской академии наук. Собственной семьи так и не создал. Всю жизнь помогал отцу и высказывал ему благодарность за те черты характера, которые в нем привил отец.

1842 г.– Эмилий Христианович Ленц, русский физик и электротехник, академик Петербургской АН (1830 г.) независимо от Джеймса Джоуля открыл закон, определяющий количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока – закон Джоуля-Ленца.

Ранее в 1833 г. докладывал Академии наук правило Ленца. С 1936 г. ректор Петербургского университета. В совместной работе с Б. С. Якоби «О законах электромагнитов» (ч. 1-2, 1838-1844) дал методы для расчёта электромагнитов (использовавшиеся до
80-х гг. XIX в.,когда были открыты законы магнитной цепи); установил обратимость электрических машин. Обнаружил явление «реакции якоря». Его «Руководство к физике, составленное ... для русских гимназий» (1839 г.) выдержало 11 изданий.

1881 г. – установлены международные единицы измерения: А, В, Ом, Дж и др.

1880 г. Английский парламент обсуждает состояние дел в электричестве и принимает следующее:

1). Электрическое освещение признано вышедшим из стадии опытов на престижный путь.

2). Эл. ток может служить для передачи движения на большие расстояния.

И еще одно имя в истории электричества – Иоган Вильгельм Риттер.

1800 г. первым исследовал сопротивление проводников электрического тока и выявил четкую зависимость между их электропроводностью и размерами проводников.

1803 г. впервые применил железные опилки для определения силовых линий магнитного поля. На этих опытах присутствовал Эрстед. В 1876 году на собрании Британской Ассоциации содействия прогрессу наук обсуждался вопрос о приоритете Риттера, а не Эрстеда. Но положительного решения не было принято. Считается, что Риттер не до конца понял значение своих открытий и был слишком скромен, чтобы настаивать на своем приоритете.