История физики
Чем более развитым становится человеческое общество, тем больше его потребность в энергии.
Важнейшим шагом в развитии энергетики явилось открытие и широкое применение электричества. На протяжении нескольких веков постепенно открывались электрические явления. К ним можно отнести электризацию тел при трении (начало 17 века); электрические заряды, их взаимодействие(18 век); явления атмосферного электричества (вторая половина 18 века); химические источники электричества, электрический ток (конец 18 века); установление взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями; электромагнитная индукция; электромагнитная природа света, элементарный электрический заряд- электрон (19 век).
В настоящее время перечень известных и разрабатываемых источников электрической энергии очень широк. В него входят все виды ТЭС, ГЭС, МГД – электростанции и такие преобразователи энергии, как солнечные элементы, термоэлементы, топливные элементы и многие другие. Разработкой подобных источников энергии занимается наука электродинамика.
В начале изучения классической электродинамики мы получили задание, выяснить, с каким открытием можно связать рождение этой науки. Авторы разных книг по истории физики ведут отсчет от разных событий. Одни считают главным открытием Майкла Фарадея, другие - опыты Ампера. Не раз мы читали об открытии Эрстеда, как о важнейшем в области электромагнетизма. С опыта Эрстеда начинается изучение электромагнитных явлений в школьном учебнике. По этой причине мы и занялись его внимательным изучением.
Академик Аркадий Бенедиктович Мигдал называет экспериментальные факты золотым фондом физической науки. Эксперимент датского ученого - важная часть этого фонда.
Демонстрация его в кабинете физики с современными приборами очень наглядна и проста. Наблюдение с помощью кодоскопа проводится в проекции на экран. Физическая суть происходящего состоит в том, что при пропускании тока по проводнику магнитная стрелка устанавливается перпендикулярно ему. Из опыта следует, что вокруг проводника с током есть магнитное поле. Отсюда вывод: электричество и магнетизм связаны между собой.
Известно, что сообщение Эрстеда об этом в 1820 году вызвало сенсацию. Новые открытия появились одно за другим. В этом же году Араго изобрел электромагнит, Ампер обнаружил взаимодействие параллельных токов, Фарадей в 1821 году построил первый электромотор.
Понятно, почему с открытием Эрстеда часто связывают рождение электродинамики. Но и оно произошло не на пустом месте. Чем больше мы вникали в суть самого явления, тем больше возникало вопросов. Вот основные из них:
1. При каких условиях было сделано открытие?
2. С какими трудностями столкнулся учёный?
3. Кто он – один из творцов электродинамики? Каким он был человеком?
4. Открытие Эрстеда - случай или закономерность?
У профессора физики Ханса Кристиана Эрстеда, читавшего лекции студентам в 1820 году, в качестве источника тока был вольтаический аппарат (гальванический элемент), изобретенный Вольта более 20 лет назад, цилиндрический столбик из пар медной и цинковой пластинок, разделенных влажными кружками ткани.
Чтобы лучше представить те условия, при которых работал Эрстед, мы попробовали сделать батарею гальванических элементов по руководству Василия Петрова, который, как известно, собрал ее из 2100 пар пластин. Одна из пластинок – цинковая. Вторая в паре пластина из чистой меди. Между парами вставляли кожу, пропитанную раствором серной кислоты или уксуса. Разность потенциалов между крайними пластинками достигала 10В, а ток до 200 мА. История создания Вольтова столба – тема для особого разговора. Знакомство с ней наряду с изучением истории открытия Эрстеда нам также помогло разобраться в поставленных вопросах.
Интересно то, что первые опыты профессора А. Вольта очень просты. Он брал две монеты из разных металлов и одну из них клал на язык, а другую – под него; при соединении их проволокой ощущался кислый вкус, такой же, как при «пробовании на язык» проводов от известных в то время источников электричества. Если Гальвани считал, что ткани организма лягушки, которую он препарировал, касаясь их разнородными металлами, являются источником электричества, то Вольта убедился в том, что эти ткани – индикатор электричества, возникающего при контакте разнородных металлов. Так была открыта контактная разность потенциалов.
В книге «Как рождаются физические теории» академик Мигдал расшифровывает цепь научного познания, представляя ее шестью звеньями. Мы попытались выделить эти звенья в ходе экспериментальной работы и теоретических выводов Эрстеда.
1. Постановка научного эксперимента, имеющего повторяющиеся результаты. Опыт на лекции 15 февраля 1820 года.
2. Предположения, гипотезы.
Предположения Эрстеда о неверности представлений об отсутствии связи между электричеством и магнетизмом.
3. Новый эксперимент. Уточнение.
Исследования до июля 1820 года.
4. Интуиция, озарение – вывод Эрстеда о существовании «вихря» вокруг проволоки, который и вызывает поворот стрелки. Эрстед был близок к идее поля.
5. Скачок, новая теория, снова опыт.
К этому звену, очевидно, следует отнести, порожденные открытием Эрстеда, открытия Ампера, Фарадея и других творцов электродинамики.
Вольтов столб занимал воображение ученых. Они соперничали друг с другом, изготовляя батареи все больших размеров и лучшего качества, расплавляя куски металла и изобретая разные методы электрической сигнализации. Мысль о связи между магнетизмом и электричеством витала в воздухе и приходила в голову не одному Эрстеду.
Представляется странным, что открытие этой связи заставило себя ждать 20 лет. Мы видим, что связь эта очень проста. Тем более что ее искали, и все средства уже были под рукой. «По сравнению с открытием Гальвани открытие этой связи было детской забавой». (5) Английский физик Липсон объясняет долгое ожидание открытия тем, что ученые того времени слишком увлеклись новой игрушкой, которую придумал для них Вольта.
Перейти на страницу: 1 2