Развитие учения об электричестве и магнетизме в XVIII в

В первой половине XVIII в. были получены качественно новые ре­зультаты в области изучения электрических явлений. Так, в 1729 г. англичанин С. Грей открыл явление электрической проводимости. Он обнаружил, что электричество способно передаваться некоторы­ми телами, и все тела разделил на проводники и непроводники. Француз Ш.Ф. Дюфе открыл существование отрицательного и положительного электричества и обнаружил, что «однородные электричест­ва отталкиваются, а разнородные притягиваются». Важным шагом в изучении электрических явлений стало изобретение в 1745 г. лейден­ской банки, благодаря которому физики могли получать значитель­ные электрические заряды и экспериментировать с ними. Это усилило интерес к изучению электрических явлений и способствовало утверждению представления о возможности практического приме­нения электричества, в том числе в лечебных целях.

Опыты с электричеством стали модными: их проводили и в лабораториях ученых, и в аристократических гостиных, и даже в королевских дворцах, где они превратились в забаву. Известно, например, французский король Людовик XV и его двор забавлялись, пропуская разряд электричества через цепь солдат.

Появляется мысль, что электричество играет важную роль в жиз­недеятельности живого организма. Многие ученые, врачи занялись изучением действия электричества на человеческий организм. Появились трактаты об «электричестве человеческого тела», об «электрической лечебной материи» и т.п.* И хотя широкое использование свойств электрических (и магнитных) явлений в медицине (физиотерапия, например) пришло гораздо позже, тем не менее зарождение в ХVIII в. идей о возможных способах такого применения стимулиро­вало развитие исследований электрических явлений.

* В качестве примера можно назвать сочинение одного из вождей Великой Французской революции Ж.П. Марата, врача по образованию. В 1738 г. он написал сочинение по электротерапии и представил его на конкурс, объявленный Руанской академией на тему «Насколько и в каких условиях можно рассчитывать на электричество как на положительное в лечении болезней».

Изобретение лейденской банки способствовало и открытию электрической природы молнии. Известный ученый, общественный деятель, активный участник войны за независимость Североамериканских колоний Б. Франклин, много занимавшийся исследованием электрических явлений, предложил гипотезу об электрической при­роде молнии и экспериментальный метод ее проверки, а также идею громоотвода. В работах Франклина, который рассматривал электри­ческие явления как проявление некоторой «электрической мате­рии», формулируется понятие электрического заряда и закон его сохранения. В России исследования атмосферного электричества проводили М.В. Ломоносов и Г. Рихман, который, проводя экспери­менты во время грозы 26 июля 1753 г., был убит шаровой молнией.

Во второй половине XVIII в. учение об электричестве и магнетиз­ме развивается более быстрыми темпами. Среди многих ярких от­крытий этого времени — изобретение А. Вольта источника постоянного тока («Вольтов столб»). В это же время намечаются две основ­ные концепции в понимании электрических и магнитных явлений — дальнодействия и близкодействия.

Новый этап в истории учения об электричестве и магнетизме начинается с непосредственного измерения в 80-х гг. французским физиком Ш.О. Кулоном величины сил, действующих между электри­ческими зарядами, и установления основного закона электростати­ки — закона Кулона, который гласит, что электрические силы ослабе­вают обратно пропорционально квадрату расстояния, т.е. так же, как гравитационная сила. Но по величине электрические силы намного превосходят гравитационные. В отличие от слабого гравитационно­го взаимодействия, наличие которого Г. Кавендишу удалось проде­монстрировать только с помощью специального прибора, электри­ческие силы, действующие между телами обычных размеров, можно легко наблюдать.

Таким образом, к рубежу XVIII-XIX вв. природа электричества частично прояснилась.

7.1.5. Физика первой половины XIX в.: общая характеристика

Первая половина XIX в. — время бурного развития капиталистичес­кого способа производства в Европе и Америке. Французская револю­ция, а затем наполеоновские войны способствовали разложению фе­одализма и открывали простор росту капитализма в странах Европы. В первой половине XIX в. в передовых странах Европы происходит промышленный переворот — переход от мануфактурного к машинно­му производству.

Промышленный переворот стимулирует развитие крупной ма­шинной индустрии. Еще более высокими темпами, чем в XVIII в., развиваются металлургическая, горнодобывающая, химическая, ме­таллообрабатывающая и другие отрасли промышленности. Машин­ная индустрия требует постоянного совершенствования техники — внедрения новых технологических методов, улучшения организации производства и т.д., а это в свою очередь требует применения и постоянного развития естественно-научных знаний. Естествознание все в большей степени становится элементом производительных сил, его развитие теснейшим образом связывается с развитием практики, промышленного и сельскохозяйственного производства. Все чаще развитие практики, ее потребности определяют цели и задачи есте­ствознания. В этих условиях физическая наука развивается более быстрыми темпами. Производство непрерывно ставит перед ней все новые и новые проблемы, доставляя одновременно и новый эмпири­ческий материал.

В тесном единстве с естествознанием происходит становление прикладных наук, прежде всего технических. Например, значитель­ное развитие получает новая отрасль—теплотехника. Ее возникнове­ние было непосредственной реакцией на промышленный перево­рот, энергетической основой которого являлась паровая машина. Изобретенная еще в XVIII в. паровая машина становится универсаль­ным двигателем и применяется не только на промышленных пред­приятиях, но и на транспорте *.

* В 1807 г. в Америке Р. Фултоном был построен первый пассажирский колес­ный пароход. Интересно, что на первых порах Р. Фултону пришлось затратить немало усилий для убеждения людей в практической возможности парохода. Даже Наполеон не поверил изобретателю и выгнал его из своего кабинета со словами: «Он уверял меня, что можно двигать суда с помощью кипятка». В 30-е гг. налажива­ются регулярные речные, морские и океанские пароходные сообщения.

Паровую машину используют в качестве двигателя и на сухопутном транспорте. Первая железная дорога (с локомотивом Дж. Стефенсона) была открыта в 1825 г. в Англии. В течение короткого времени сеть железных дорог покрыла территорию Европы и Север­ной Америки. В России пассажирское железнодорожное сообщение (на линии Петербург— Царское село) было открыто в 1837 г. В первой половине XIX в. теплотехника своими обобщениями и потребностя­ми оказывала значительное влияние на развитие физики.

Зарождающаяся электротехника изучает закономерности приме­нения электричества в технике. Прежде всего электричество исполь­зуют для связи. Вскоре после открытия Х.К. Эрстедом в 1819 г. дейст­вия электрического тока на магнитную стрелку возникает идея по­строить электромагнитный телеграф *. Были предприняты первые попытки использовать электричество в качестве двигательной силы. Возникает новая область электротехники — гальванопластика, изо­бретателем которой был русский академик Б.С. Якоби.

* В 1832 г. в Петербурге уже демонстрировался первый практически действую­щий телеграф русского изобретателя П.Л. Шиллинга. Вскоре появляются другие конструкции телеграфа. В 1844 г. в Америке была построена первая телеграфная линия, а в конце 40-х гг. их там было уже несколько десятков. В середине века телеграфные линии начинают появляться и в Европе.

Говоря о технике первой половины XIX в., следует упомянуть о фотографии. Первый практически применимый метод получения фотографических снимков (так называемый метод дагеротипий) был разработан французом Л. Дагером в 1839 г. Позитивное изо­бражение получалось на стеклянной пластинке, покрытой светочув­ствительной пленкой. Несмотря на несовершенство, метод Дагера быстро получил распространение. В 50-х гг. его заменяет обычный метод фотографирования. Изобретение фотографии и ее совершен­ствование оказали несомненное влияние на развитие оптики, а в дальнейшем и других разделов физики, особенно после того как фотографию стали широко применять в экспериментальных иссле­дованиях.

В первой половине XIX в. быстро развиваются все разделы физи­ки, но особенно оптика, а также учение об электричестве и магнетиз­ме, возникает новый, быстро развивающийся раздел — учение об электромагнетизме. В этот период складываются основы волновой оптики, теории дифракции, интерференции и поляризации. Резуль­таты развития технических наук (например, теплоэнергетики в связи с усовершенствованием парового двигателя, электротехники и др.) ставят на повестку дня проблему исследования не просто отдель­ных форм движения, а их взаимных превращений и переходов. Фи­зика ориентируется на изучение не только отдельных типов физичес­ких явлений, но и связей между ними (превращение теплоты в меха­ническое движение, и наоборот, связь между электричеством и магнетизмом, между химическими и электрическими процессами и т.д.). Выясняется, что электрические и магнитные явления связаны между собой, а теплота есть движение, и для ее производства необходимы затраты механической или электрической, или, наконец, химичес­кой энергии. Постепенно отмирает взгляд на физические явления, основанный на представлении о невесомых. Сначала исключают световую материю, затем — магнитную жидкость.

В 40-х гг. XIX в. весь ход развития физических наук по пути изуче­ния связей между различными физическими явлениями, взаимных превращений различных форм энергии завершается установлением закона сохранения и превращения энергии.

Дата добавления: 2014-12-29