Вчені-фізики,
які досліджували електрику
Розвиток вчення про електрику в XVII і XVIII ст.
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 "електричної
машини". "Електрична машина" представляла собою кулю, зроблену з
сірки і посаджену на залізний засув. Геріке обертав цю кулю і натирав її
долонею руки. Згодом вчений кілька разів удосконалював 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 неї.
У XVIII ст. вивчення
електричних явищ пішло швидше.
У 1729 р. англієць Грей відкрив
явище електропровідності. Він
встановив, що електрика здатна
передаватися від одних тіл до інших по металевій дротині. За шовкової нитки
електрика не поширювалася. У зв'язку з цим Грей розділив всі тіла на провідники
і непровідники електрики.
3годом 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. Цю електрику Дюфе назвав скляною
електрикою.
Другий вид електрики виходить
при натирання бурштину, шовку,
паперу та інших речовин. Цей вид
електрики Дюфе назвав смоляною. Вчений встановив, що тіла, наелектризовані
одним видом електрики, відштовхуються, а різними видами, - притягуються.
Згодом скляну електрику було
названо позитивною, а смоляну –
негативною.
Досліди з електричним розрядом.
За допомогою електричної
індукційної машини і лейденської
банки(електричного конденсатора) абат Жан Нолле (1700–1770), який був при
французькому дворі у великій шані й тому проводив свої досліди в блискучій обстановці
придворного товариства, ґрунтовно дослідив фізіологічну дію електрики.
Перш за все він показав, що
остання може проходити крізь велике
число людей (йому вдалося примусити пройти електрику через ланцюг з 180
чоловік). Він вперше довів на маленьких тваринах, що сильний електричний удар
може діяти смертельно, і вперше радив користуватися електрикою в медицині, що
незабаром було здійснено і стало особливо часто застосовуватися для лікування
паралічу.
Досліди були засновані на
світловій і тепловій дії електричної іскри.
Електрична від розряду батареї
лейденських банок ілюмінація є скляною
дошкою, мозаїчно обклеєною шматочками листового олова, проміжки між якими
світяться при проскакуванні по дошці іскор. Дуже сильну теплову дію можна
одержати при розряді батареї з декількох лейденських банок. Таким розрядом
можна пробити товстий картон або навіть скло, вміщене між електродами.
Бенджамін Франклін
У 1748 р. американець Бенджамін Франклін сформулював висновок,що гроза є не що інше, як
з’єднання двох протилежних зарядів електрики, а блискавка – величезна
електрична іскра, яка, якщо потрапляє на добре провідні тіла, не справляє
ніяких руйнівних дій на своєму шляху, але під час переходу через ізолятори від
одного провідника до іншого, може заподіяти величезних руйнувань, запалювати і
плавити предмети.
У 1752 р. вчений провів свій
знаменитий дослід, про небезпеку якого для життя він, звичайно, не підозрював. Коли паперовий змій підійнявся
високо і був щільно оточений грозовими хмарами, а нитка від дрібного мрячного
дощу намокла, з величезною радістю Франклін помітив, що окремі волокна
шовкового шнурка стали підійматися в точності так, як вони б висіли на
кондукторі електричної машини. Це слугувало очевидною ознакою того, що з
грозових хмар донизу по шнурку тече електрика.
Згодом, в 1760 р., на даху
будинку купця Веста у Філадельфії Франклін
влаштував перший блискавковідвід, встановивши приймальний залізний
стрижень висотою в 3 метри і завтовшки 27 міліметрів та з’єднавши нижній його
кінець за допомогою провідника із землею. Належне з’єднання із землею складає
необхідну умову доброї дії всієї системи блискавковідводу. Тому кінець
провідника занурювався у вологий ґрунт на глибину до двох метрів.
Досліди Франкліна, на підставі
яких Оксфордський університет в 1762
р. присудив американському громадянину ступінь доктора, згодом були
багато разів повторені багатьма ученими.
Алессандро Вольта
В 1800 році Алессандро Вольта
побудував першу батарею — вольтів
стовп. Новий тип джерела струму був набагато надійнішим, ніж електростатичні
генератори, що використовувалися до того.Вольтів стовп є одним із найпростіших
способів отримання великої напруги (до 500 В). Він складається із ряду кружків,
які накладені один на одного в такій послідовності: мідний, суконний, цинковий,
мідний і т.д., закінчуючи цинковим. Кружки вкладаються між трьома скляними
трубками, закріпленими у стійці. Суконні кружки просочують слабким розчином
сірчаної кислоти. Діаметр металевих кружків приблизно 3-5 см; діаметр прокладки
на 0,5 см менше. Вольтів стовп прислужився корисним пристроєм при дослідженні
електричного струму і дисоціації.
Андре-Марі Ампер
Новий найважливіший крок у
дослідженні електромагнетизму був
зроблений французьким вченим Андре-Марі Ампером (1775 - 1836) в 1820 р.
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 спіралевидні провідник із
струмом (соленоїд) ведуть себе як магніти. Два таких провідника
притягуються і відштовхуються подібно до двох магнітним стрільцям.
Свої перші повідомлення про
результати дослідів Ампер зробив на
засіданнях Паризької академії наук восени 1820 р. Після цього він
зайнявся розробкою теорії взаємодії провідників, по яких тече електричний
струм.
Ампер вирішив в основу теорії
взаємодії струмів покласти закон
взаємодії між елементами струмів. Потрібно зазначити, що Ампер говорив
вже 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.
Дотримуючись поглядів того часу
про подібність елементарних сил
силам тяжіння, Ампер припустив, що сила взаємодії між елементами двох
струмів буде залежати від відстані між ними і повинна бути спрямована по
прямій, що з'єднує ці два елементи.
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. Але
на відміну від сили тяжіння її значення залежало ще й від відносної орієнтації
елементів струмів.
Майкл Фарадей
Наступним важливим кроком у
розвитку електродинаміки після
дослідів Ампера було відкриття явища електромагнітної індукції. У 1831
відкрив явище електромагнітної індукції англійський фізик Майкл Фарадей (1791 -
1867).
По-перше, Фарадей виявив явище
електромагнітної індукції для
випадку, коли котушки намотані на один і той же барабан. Якщо в одній
котушці виникає або зникає електричний струм в результаті підключення до неї
або відключення від неї гальванічної батареї, то в іншій котушці в цей момент
виникає короткочасний струм. Цей струм виявляється гальванометром, який
приєднаний до другої котушці.
Потім Фарадей встановив також
наявність індукційного струму в
котушці, коли до неї наближається або віддаляється від неї котушка, в
якій протікав електричний струм.
Нарешті, третій випадок
електромагнітної індукції, який виявив
Фарадей, полягав в тому, що в котушці з'являвся струм, коли в неї вносили
або ж видаляли з неї магніт.
Відкриття Фарадея привернуло
увагу багатьох фізиків, які також стали
вивчати особливості явища електромагнітної індукції.
Нікола Тесла
Нікола Тесла (1856-1943) —
автор близько 800 винаходів в області
електро- та радіотехніки. Серед найвизначніших відкриттів — змінний
струм, флуоресцентне світло, бездротова передача енергії.
Тесла вперше розробив принципи
дистанційного керування, основи
лікування струмами високої частоти, побудував перші електричні годинники,
двигун на сонячній енергії й багато іншого.
Нікола Тесла створив генератор
змінного струму, опираючись на
принципи обертання магнітних полів, і тим самим надав людству можливість
широкого використання електрики.
У 1888 Тесла дав строгий
науковий опис суті явища обертового
магнітного поля. У тому ж році Тесла отримав свої основні патенти на
винахід багатофазних електричних машин та системи передачі електроенергії за
допомогою багатофазного змінного струму. З використанням двофазної системи, яку
він вважав найбільш економічною, в США був пущений ряд промислових
електроустановок, у тому числі Ніагарська ГЕС.
З 1889 Тесла приступив до
досліджень струмів високої частоти і
високої напруги. Винайшов перші зразки електромеханічних генераторів ВЧ
(у тому числі індукторного типу) і високочастотний трансформатор, створивши тим
самим передумови для розвитку нової галузі електротехніки — техніки ВЧ.
У 1891 на публічній лекції
Тесла описав і продемонстрував принципи
радіозв'язку. У 1893 році впритул зайнявся питаннями бездротового зв'язку
і винайшов щоглову антену.
Вважається, що він винайшов
радіо раніше за Гульєльмо Марконі та
Олександра Попова (1891–1893), одержав трифазний електричний струм раніше
за Доливо-Добровольського (1888) та першим описав ефект Кірліана.
У 1893 Тесла запатентував
радіопередавач. Його пріоритет перед
Гульєльмо Марконі визнаний судом у 1943 році.
В одному з наукових журналів,
Тесла розповідав про досліди з
механічним осцилятором, налаштувавши який на резонансну частоту
будь-якого предмета, його (предмет) можна зруйнувати. У статті, Тесла говорив,
що він під'єднав прилад до однієї з балок будинку, і через деякий час будинок
став трястися: почався невеликий землетрус. Тесла взяв молоток і розбив
винахід. Пожежним і поліцейським, що прибули, Тесла сказав, що це був природний
землетрус, а своїм помічникам він звелів мовчати про цей випадок.
