Электромагнетизм

Гильберт Уильям (1544-1603)

Английский физик. Учился в Кембридже и Оксфорде. Был придворным врачем королевы Елизаветы [(1) Тюдор (1533-1603) - английская королева с 1558г., дочь Генриха YIII и Анны Болейн. В ее правление разгромлена (1588) "Непобедимая армада"]

Является основоположником науки об электричестве. До 1600г. учение об электричестве практически оставалось на уровне Фалеса Милетского, открывшего электрические свойства натертого янтаря притягивать легкие предметы, а магнита железные опилки в YI в. до н. э.

Свойство магнитной иглы ориентироваться в определенном направлении было известно китайцам еще в 2700г.г. до н.э. В XI веке это свойство магнитной стрелки было переоткрыто арабами. В XII веке в Европе появляется магнитный компас.

В 1269г. появился первый рукописный трактат по магнетизму - П. Перегрино "Послание о магните", где дано описание магнитного камня, методов определения полярности магнита, взаимодействия полюсов (трактат опубликован в 1553г.)

С помощью своего "версора" - первого электроскопа, установил, что способностью притягивать легкие тела обладает не только янтарь, но и алмаз, сапфир, корборунд, опал, аметист, горный хрусталь, стекло и т.д. Заметил также, что пламя уничтожает электрические свойства тел, приобретенные при трении.

В 1600 издал сочинение "О магните, магнитных телах и большом магните - Земле", в котором описал свои исследования (более 600 опытов) магнитных и электрических явлений и построил первые теории электричества и магнетизма, Установил, что магнит всегда имеет два полюса - северный и южный, и, распиливая магнит, никогда нельзя получить магнит только с одним полюсом (divB = 0). Установил, что одноименные полюса магнита отталкиваются, а разноименные притягиваются. Изучая магнитные свойства намагниченного шара с помощью магнитной стрелки, пришел к выводу, что они соответствуют свойствам Земли, т.е. Земля является большим магнитом.

Герике Отто фон (1602-1686) - немецкий физик. Учился в Лейпцигском, Гельштадском, Йеменском и Лейденском университетах. В 1646-78г.г. - бургомистр Магдебурга. В 1654г. продемонстрировал величину давления воздуха - опыт с магдебургскими полушариями.

~ 1660 г. построил одну из первых электростатических машин. В 1672 г. работа была опубликована. Машина представляла собой серный шар на железной оси, который вращался и электризовался с помощью руки.

Герике обнаружил не только притяжение легких предметов наэлектризованными телами, но и их отталкивание.

Он наблюдал свечение наэлектризованного электрического серного шара в темноте.

Мушенбрук Питер ван (1692-1761) - голландский физик. Родился в Лейдене. Окончил Лейденский университет (1715).

Работы посвящены электричеству, теплоте и оптике. В 1745г. независимо от Э. Клейста изобрел первый конденсатор - Лейденскую банку и провел с ней ряд опытов. Обратил внимание на физиологическое действие электрического разряда.

Осуществил первые измерения расширения твердых тел (1731). В 1747 г. использовал изобретенный им пирометр как термометр и измерил температуру плавления некоторых металлов.

Был автором первого систематического курса физики, а его двухтомное "Введение в натуральную философию", изданное в 1752г., представляло собой энциклопедию физических знаний того времени.

Бенджамин Франклин (1706-1790Родился 17.01.1706г. в Бостоне в многодетной семье владельца сальной мастерской, покинувшего Англию в надежде поправить материальное положение в Америке.

Трудовая жизнь Б. Франклина началась с 10 лет. Сначала он работает в мастерской отца, а затем в типографии старшего брата, где мальчик получает возможность не только освоить профессию наборщика, но и доступ к книгам. Его статьи, помещенные без подписи в газете брата, неожиданно привлекают внимание публики. Юноша принимает решение начать самостоятельную жизнь и тайно от родителей покидает город. Скитания приводят его в Филадельфию, с которой будет связана вся дальнейшая жизнь Б. Франклина.

В 1727г. он организует юношеский просветительский клуб, на базе которого было создано Филадельфийское философское общество - первое научно-исследовательское учреждение Америки.

1831г. Б. Франклин основал в Филадельфии 1-ую публичную библиотеку, в 1831г. - Пенсильванский университет, в 1743 г. - Американское философское общество.

Собственно физическим исследованием он посвятил всего 7 лет своей жизни (1747-1754).

В 1743 Б. Франклин присутствовал на демонстрациях физических опытов, проводимых неким А. Спенсером. Опыты так заинтересовали его, что он купил все приборы и вместе со своими друзьями из общества приступил к исследованиям.

Узнав, что в Филадельфии группа молодых людей увлеклась опытами с электричеством, английский ботаник и купец, член Лондонского королевского общества П. Коллинсон прислал Франклину специальную стеклянную трубку, дававшую при ее трении большой заряд. В письмах к Коллинсу Франклин описал все свои опыты и рассуждения, которые составили в последствии его труд (письма были опубликованы Коллинсом и имели большой успех в Европе) «Опыты и наблюдения над электричеством»

1.Обнаружение свойств, способностей заостренных предметов извлекать и испускать электрический огонь.

2."Унитарная" теория электричества: единая электрическая материя - "электрический огонь" - избыток приводит к положительной электризации, недостаток - к отрицательной.

3.Закон сохранения заряда и дает на основании своей теории объяснение принципа действия Лейденской банки.

4.В 1752 г. осуществлен опыт с воздушным змеем, послужившим прямым доказательством электрической природы молнии. Идея об электрическом происхождении молнии возникла еще в 1848г. В 1849 г. дано описание молниеотвода.

Построил первый плоский конденсатор.

Б.Франклин - один из авторов декларации независимости (1776г.) и конституции США (1787г.)

Война за независимость 1775-1783г.г; 1789г. избран первый президент США - Джордж Вашингтон (1732-1799).

В 1727г. основал в Филадельфии собственную типографию. Издавал в 1729-1748 г.г. "Пенсильванскую газету". Основал в 1731 г. первую в США публичную библиотеку.

В 1737-53г.г. - почтмейстер Пенсильвании, в 1753-74г.г. - северо-американских колоний.

Кавендиш Генри (1731-1810) - английский физик и химик. Член Лондонского королевского общества (1760). Родился в Ницце (Франция). В 1749-1753 учился в Кембриджском университете.

Большую часть жизни провел в полном одиночестве, полностью отдаваясь научной работе.

Г. Кавендиш принадлежал к знатному роду герцогов Девонширских. Его мать умерла вскоре после рождения второго ребенка, когда Генри было всего 2 года. Воспитанием детей занимался отец, сэр Чарльз Кавендиш, страстный любитель науки, член Лондонского королевского общества.

Г. Кавендиш опубликовал 18 научных работ в журнале "Philosophical Trans actions" (труды, протоколы, ученые записки) и при жизни был известен главным образом как выдающийся химик. независимо от Блэка ввел понятие удельной теплоемкости. Придерживался мнения, что теплота является следствием внутреннего движения частиц тела. Открыл независимо от Д. Резерфорда азот. Выделил чистый водород и определил его плотность. Доказал, что при окислении водорода кислородом получается H₂O

В 1798г. на установке, сконструированной Мичеллом (умер в 1893г.) и усовершенствованной им, определил среднюю плотность Земли r=5,48г/см³ (точнее видимо r=5,45 -на ошибку в вычислениях среднего указал Ф. Бейли в 1842г. r=5,53 г/см³).

Гравитационная постоянная γ =6,71.10^-11м³/г.с².

Нынешнее γ =6,67.10^-11м³/г.с².

В 1879г. Дж. К. Максвелл (директор Кавендишевской лаборатории) опубликовал выполненные Г. Кавендишем, но не опубликованные при его жизни работы по электричеству: введение эталонной емкости; зависимость емкости от диэлектрического наполнения, закон обратных квадратов при отталкивании зарядов (закон Кулона Шарль Огюст (1736-1806) французский физик) предвосхитил открытие Ома.

Кулон Шарль Огюстен (1736-1806) - родился во французском городе Ангулеме в семье чиновника. Получил техническое образование в одном из лучших учебных заведений того времени во Франции - военно-инженерной школе в Мезвере.

После окончания в течение ряда лет работал на Мартинике, руководил строительством... форта. После возвращения во Францию продолжал служить офицером военно-инженерного корпуса, но все больше времени отдавал исследовательской работе.

Первая же его работа, начатая еще на Мартинике, "О приложении правил максимумов и минимумов к некоторым проблемам статики, относящимся к архитектуре" принесла автору известность. Многие методы решения задач строительной механики, предложенные О. Кулоном, явились основой прогресса этой отрасли знаний в 18-19 веках.

Целый цикл работ Кулона был посвящен изучению сухого трения покоя и скольжения. Особая значимость этого цикла работ в том, что исследование зависимости Fтр проводилось при условиях близких к реальным.

Fтр=mN (m - коэффициент трения) - закон Амонтона-Кулона (Г.Амонтон в 1699г.).За этот цикл работ Кулон получил премию АН в 1781 и в этом же году был избран академиком Парижской АН.

В 80-х годах Кулон провел исследования кручения тонких металлических нитей и на основании этих исследований построил уникальные крутильные весы.

Крутильные весы стали основным прибором в серии работ по электричеству и магнетизму в 1785-1789 г.г. Результатом этих работ стал закон, определяющий силу взаимодействия точечных зарядов, закон Кулона.

F = q₁ q₂ /r²

В 1789г. Кулон был вынужден покинуть Париж. После возвращения в Париж и избрания его членом Института Франции (вместо Королевской академии) Кулон много времени уделял совершенствованию народного образования, выполнив за это время лишь работу по вязкому трению.

Гальвани Луиджи (1737 – 1798)– итальянский физик и физиолог, родился в Болоньи, окончил Болонский университет (1759), с 1775 – профессор этого университета.

11 лет исследований и экспериментов привели его к мысли, что в ткани препарированной лягушки при соединении проводником нервов и мышц возникает импульс электрического тока, или, как он называл, «животного» электричества (1786). Свои результаты и идеи он опубликовал (1791) в «Трактате о силах электричества при мышечном движении». Гальвани представил и свое объяснение этим явлениям, считая, что мышцы и нервы образуют как бы «обкладку» лейденской банки, а металлический проводник служит разрядником, вызывающим разряд. В то же время, он обнаружил и описал зависимость величины разряда оттого, что проводник состоит из двух металлов, например, железа и меди или серебра. Опыты Гальвани послужили началом нового этапа в изучении электричества и заложили основу электрофизиологии.

Вольта Александро (1745-1827) - итальянский физик, химик и физиолог. Родился в небольшом городке Комо близ Милана в знатной дворянской семье. Увлекался естественными науками.

Учился в школе ордена иезуитов, но еще в ранние годы увлекся естественными науками. Первая работа в 24 года была посвящена развитию теории Лейденской банки. Открыл (1776 г.) и исследовал болотный газ - метан. Построил в 1775 г. смоляной электрофор, в 1781 чувствительный электроскоп (с соломинками), в 1783 плоский конденсатор. В 1787 установил проводимость пламени.

С 1792г. начал повторять эксперименты Гальвани и убедился, что сокращение мышцы лягушки вызвано не животным электричеством, а наличием в цепи из проводников двух классов и жидкости. В 1795г. открыл взаимную электризацию разнородных металлов при их контакте (контактное электричество). Выстроил (1801) "контактный" ряд металлов. В 1795г. сформулировал закон, согласно которому напряжение между крайними металлами в цепи, составленной из различных проводников, равно напряжению, которое устанавливается при непосредственном контакте крайних металлов незамкнутой цепи. Эти наблюдения привели к созданию в 1799г. первого источника электрического тока длительного пользования. (20 пар медных и цинковых дисков - вольтов столб).

Эрстед Г(Х)анс Христиан (1777-1851г.г.) - датский физик. Родился в г. Рукёбинге на о. Лангелана в семье аптекаря. Учился в Копенгагенском университете, который окончил в 1797г., получив диплом фармацевта. Там же в 1799г. защитил докторскую диссертацию, здесь же с 1806г. работал профессором.

Уже с 1812-1813г.г. высказал идею о возможной связи между электрическим током и магнетизмом. Обнаружил эту связь лишь в 1820 г., когда во время лекционной демонстрации было отмечено действие тока на магнитную стрелку. Прекрасно понимая значение своего открытия Эрстед, издает маленькую (4стр.) брошюрку и рассылает ее многим известным европейским ученым. (Объяснение действия было ошибочным!!)

В1821г. Эрстед одним из первых высказал мысль о связи света с электрическими и магнитными явлениями.

Био Жан Батист (1774-1862) [2.,32] - французский физик. В 1820г. вместе с Ф. Саваром открыл закон, определяющий напряженность магнитного поля прямого тока.

Савар Феликс ( 1791-1841 - французский физик, член Парижской АН. Окончил Страстбургский университет (1816г.), получив медицинское образование. Работал военным хирургом. С 1816г. занимался физикой. В 1828г. - профессор экспериментальной физики в Коллеж де Франс.

В1820г. вместе с Ж. Био экспериментально открыл закон, определяющий величину напряженности магнитного поля, созданного прямым током.

Проводил исследования пределов слышимости звука: в 1830г. установил верхний предел слышимости - 24000 Гц, в 1831г. нижний предел - 14-16 Гц.

Ампер Андре Мари (1775-1836г.г.) [2] - французский физик, математик и химик, член Парижской академии наук (1814г.).

Родился в Лионе, в семье коммерсанта. Рано проявил выдающиеся способности. Очень рано научился читать. В 12 лет самостоятельно разобрался в дифференциальном исчислении. Быстро овладел латинским языком, чтобы читать Л. Эйлера и Д. Бернулли. К 14 годам проштудировал все 20 томов "Энциклопедии" Дидро и Д’Аламбера. Получил всестороннее образование, не посещая никаких учебных заведений.

В 1793 г. по обвинению в контрреволюционной деятельности был казнен отец, имущество семьи конфисковано.

В 1801г. написал свою первую работу, посвященную теории вероятностей. Благодаря ходатайству Д'Аламбера и Лапласа начал работать в Лионском лицее, затем репетитором в Политехнической школе в Париже, а с 1809 г. заведует в этой школе кафедрой высшей математики и механики.

В 1814г. Ампера избирают членом Института Франции (АН) на место умершего Лагранжа.

В 1826г. вышел основной труд А. М. Ампера - "Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта". Теория Ампера была создана по образу и духу "Начал..." Ньютона, что дало основание Максвеллу назвать Ампера "Ньютоном электричества".

Петров Василий Владимирович (1761-1834) - русский физик и электротехник, академик.

Сконструировал в 1802 г. большую гальваническую батарею, состоящую из 2100 медно-цинковых элементов с электродвижущей силой около 1700 В. Осуществил ряд опытов с этой батареей, в частности, в 1802г. открыл электрическую дугу (на 8 лет раньше Г. Дэви!)

Результаты опубликовал в Трудах: "Сообщение о гальвано-вольтовых исследованиях" (1803г.) и "Новые электрические опыты" (1804г.). Обнаружил зависимость тока от величины поперечного сечения проводника. Выполнил пионерские (в России) работы по люминесценции.

Дэви Гемфи (Хемфи) (1778-1829) - английский химик и физик, член Лондонского королевского общества президент (1820-1827г.г.).

Доказал, что электрический ток вызывает разложение кислот, в 1807г. получил с помощью электролиза металлический K и Na. В 1806г. опубликовал работу по теории электролиза. В 1810г. с помощью батареи, состоящей из 2000 гальванических элементов, продемонстрировал явление электрической дуги.

В 1821г. установил зависимость сопротивления проводника от сечения и длины, наблюдал его изменение с температурой.

Ом Георг Симон (1787-1854) - немецкий физик. Исследования относятся к электричеству, акустике, оптике, кристаллооптике. Экспериментально открыл в 1826г. основной закон электрической цепи, связывающий между собой силу тока, напряжение и сопротивление (Закон Ома). В 1827г. вывел его теоретически (для участка и полной цепи), ввел понятия "электродвижущей силы", "падения напряжения" и "проводимости". Выполнил (1830г.) первые измерения Э.Д.С. источника тока.

Майкл Фарадей [22.09.1791-25.08.1867] – английский физик, член Лондонского королевского общества (1824). Родился в Лондоне. Учился самостоятельно.

[Д. Мак – Дональд Фарадей, Максвелл и Кельвин /М.: Атомиздат, 1967 - 1]. Отец Фарадея – кузнец, переехал в окрестности Лондона видимо в поисках работы. (Промышленный переворот в Великобритании с середины 18 до середины 19 века) Материальное положение семьи было очень стесненным. Бенс Джонс – биограф Фарадея рассказывает, что в 1801 г., когда продукты питания были исключительно дорогими, Майкл, в то время девятилетний мальчик, обходился одним караваем хлеба в неделю.

Весьма отчетливо вырисовываются две особенности раннего периода жизни Фарадея: во-первых, он был воспитан в духе раннего христианства[7] и, во-вторых, его раннее воспитание и образование носили довольно элементарный характер. По-видимому, библейский завет «не думать о завтрашнем дне», воспринятый буквально, побуждал Фарадея никогда не заботиться о материальных благах жизни …Сам Фарадей рассказывал так: «Мое образование было самым заурядным и включало в себя начальные навыки чтения, письма и арифметики, полученные в обычной дневной школе. Свободное время проводил дома и на улице».

Когда Фарадею было около 12 лет, он поступил рассыльным в книжный магазин, принадлежащий Дж. Рибо. Позже, работая подмастерьем переплетчика в том же магазине, Фарадей имел возможность просматривать и читать научные книги. Когда Фарадею было около 19 лет, некоторый м-р Дэнс, посещавший магазин, дал ему билеты на цикл лекций, которые должен был прочесть в Лондоне сэр Хэмфри Дэви. Х. Дэви был блестящим профессором химии Королевского института в Лондоне, и вся научная карьера Фарадея оказалась связанной с Королевским институтом.

Майкл Фарадей рассказывал: «Когда я был подмастерьем, мне посчастливилось прослушать четыре последние лекции сэра Х. Дэви. … Я сделал краткие записи этих лекций, а затем переписал их целиком, снабдив такими рисунками, какие сумел сделать. …»

В начале 1813 года, когда Фарадею был 21 год, Х. Дэви нашел для него место ассистента в лаборатории Королевского института, а в октябре Фарадей вместе с сэром и леди Дэви поехал в Европу. «[1, C. 24 - 26] Слава Дэви как ученого распространилась по всей Европе, и ему было разрешено путешествовать по Франции, несмотря на то что в 1813 году Англия была в состоянии войны с Наполеоном». … «поездка была прервана и все возвратились в Англию в апреле 1815 года, случилось, кажется, несколько неожиданно. Фарадей в письмах к матери писал, что сомневается, будто их внезапное возвращение в Англию вызвано политическими событиями в Европе и что, по крайней мере частично, оно вызвано (как он подозревает) личными разногласиями между сэром Хэмфри Дэви и его супругой. Леди Дэви в самом деле была в некоторых отношениях что называется трудной женщиной.

Хэмфри Дэви женился на миссис Эприс 11 апреля 1812 года, ровно через три дня после того как принц-регент вручил ему дворянских титул, и теперь леди Дэви, его жена, сопровождала Дэви в продолжительной поездке по континенту. Сама миссис Эприс была богатой молодой вдовой из Шотландии. Очевидно, для нее оказались непосильными и ореол дворянского звания мужа, и сознание того, что она в какой-то мере уже является женщиной из общества. Фарадей – «…леди Дэви … любит показать свою власть …».

В 1821 впервые осуществил вращение магнита вокруг проводника с током и проводника с током вокруг магнита, создав тем самым лабораторную модель электродвигателя.

Под датой 17 октября (1831) лабораторный журнал рассказывает об одном из этих опытов. "Я взял цилиндрический магнитный брусок (3/4 дюйма в диаметре и 8,5 дюйма длиной) и ввел один его конец в просвет спирали из медной проволоки (220 футов длиной), соединенной с гальванометром. Потом я быстрым движением втолкнул магнит внутрь спирали на всю его длину, и стрелка гальванометра испытала толчок. Затем я также быстро вытащил магнит из спирали, и стрелка опять качнулась, но в противоположную сторону. Эти качания стрелки повторялись всякий раз, как магнит вталкивался или выталкивался.

Это значит, что электрическая волна возникает только при движении магнита, а не в силу свойств, присущих ему в покое".

В этих исторических опытах Фарадей впервые упоминает свои знаменитые "линии магнитных сил" и поясняет: "Линиями магнитных сил я называю те линии, которые становятся доступными нашему зрению, когда мы рассматриваем расположение железных опилок вокруг полюсов магнита".

В 1833 – открыл законы электролиза, которые стали весомым аргументом в пользу дискретного характера электричества. Ввел понятия: подвижность (1827); катод, анод, ионы, электролиз, электролиты, электроды (1834).

В 1845 открыл диамагнетизм, а в 1847 – парамагнетизм. В 1845 обнаружил явление вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея) и в этом же году употребил термин «магнитное поле».

По мнению А. Эйнштейна, идея поля была самой оригинальной идеей Фарадея, самым важным открытием со времен Ньютона. У Ньютона и других ученых пространство выступало как пассивное вместилище тел и электрических зарядов, у Фарадея же пространство участвует в явлениях. «Надо иметь могучий дар научного предвидения, - писал А. Эйнштейн, - чтобы распознать, что в описании электрических явлений не заряды и не частицы описывают суть явлений, а скорее пространство между зарядами и частицами».

В 1846 в мемуаре «Мысли о лучевых колебаниях» Фарадей высказал идею об электромагнитной природе света. Был популяризатором науки, в частности широко известна его книга «История свечи», переведенная почти на все языки мира.

Майклу Фарадею не было еще и 50 лет, он был полон энергии, но странный и неожиданный недуг поражает его, принося огромные душевные страдания - он теряет память. Он еще читает лекции и занимается в лабораториях, но... "Я шесть недель работал для того, - записывает он, чтобы получить какие-нибудь результаты... Самое скверное то, что, рассматривая свои старые заметки, я убедился, что все эти результаты получены мною еще восемь или девять месяцев назад, но я совершенно про них позабыл"

Дата добавления: 2015-08-09