Проследим, как устанавливались основные законы электричества. Проис-ходило это очень своеобразно, иногда по аналогии с другими явлениями, ино-гда умозрительно, усилиями мысли разных ученых в разных странах. Верные взгляды на природу электричества пробивали себе дорогу постепенно. Не дос-тигая полного понимания причин физических явлений, исследователи устанав-ливали закономерности, формулировали законы. Первый важный закон электричества был установлен французским физи-ком Шарлем Кулоном (1736-1806) в 1785 г., задолго до изобретения гальвани-ческих элементов. Формулировкой этот закон напоминает закон всемирного тя-готения – сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Притяжение или от-талкивание двух зарядов означало их различность или их идентичность. Школьный учитель физики Георг Ом (1787-1854) открыл закон, имеющий очень большое значение: сила тока на участке однородной электрической цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно про-порциональна электрическому сопротивлению этого участка. Следует отметить, что XIX в. воспринимает прекрасную традицию XVIII в. и оставляет память об удивительно разносторонних ученых. Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851) получил золотую медаль за литера-турное эссе «Границы поэзии и прозы» и одновременно представил работу по химическому исследованию свойств щелочей. Его докторская диссертация по-священа медицине и философии, он вел исследования в области фармацевтики. В 1813 г. Эрстед публикует работу о влиянии электричества на магнит, а в 1820 г. – работу о прямой связи магнитного эффекта и электрического тока в про-воднике – магнитный эффект возникает вокруг проводника, по которому проте-кает ток. Публикации Эрстеда побуждали других ученых, исследователей к но-вым открытиям. На заседании Французской Академии ученый секретарь Д.Ф. Араго (1786-1853) в 1820 г. докладывает об открытиях Эрстеда. У математика Андре Мари Ампера (1775- 1836), присутствующего на докладе Араго, рождается мысль о возможности взаимодействии двух провод-ников с током. Изготовив совместно с Араго из проводников соленоиды и про-пустив через них ток. Ампер находит, что они ведут себя подобно двум магни-там. Кроме того, он высказывает мысль (1822 г.), что магнит в свою очередь яв-ляет собой совокупность токов. Пройдет много лет и открытия этих ученых и их имена лягут в основу ме-тодов определения, превратятся в названия единиц: электрического тока (ам-пер, А), количества электрического заряда (кулон, Кл), напряжения (вольт, В), сопротивления (ом, Ом) и др. Создание магнитного поля электрическим током установили эксперимен-тально в 1820 году Ж. Био (1774-1862) и Ф. Савар (1791-1841), а математически это явление описал П. Лаплас (1749-1827). Майкл Фарадей (1791-1867), первоначально имел профессию переплет-чика. Он много читал статей в переплетаемых им журналах и очень заинтересо-вался описываемыми там свойствами электричества. Поставил множество опы-тов и впоследствии сделал целый ряд открытий в области электромагнетизма. Его открытия лежат в основе создания электродвигателей и электрогенерато-ров, трансформаторов, электролиза, оптических и других явлений. Фарадей су-мел далеко опередить свое время. Он доказал, что электричество и магнетизм неразрывно связаны. Обнаруженное им явление получило название электро-магнитной индукции; его описание было опубликовано в 1831 г. Фарадей первым из ученых ввел понятия электрического и магнитного полей, окружающих магниты и проводники с током. Эти поля представляют собой электромагнитные волны, распространяю-щиеся в пространстве. Открытие Фарадеем электромагнитной индукции относится к наиболее выдающимся событиям XIX в. Работа миллионов трансформаторов, электроге-нераторов и электродвигателей во всем мире основана на принципе электро-магнитной индукции. Открытия Фарадея основаны на исследованиях предыдущих ученых, а его исследования, в свою очередь, побудили к новым открытиям других уче-ных, инженеров, исследователей. Очень часто ученые открывают новое, огля-нувшись в прошлое. Современники М. Фарадея английский физик Д. Джоуль (1818-1889) и русский ученый Э.Х. Ленц (1804-1865) (рис. 25), одновременно и независимо друг от друга вывели закон, определяющий тепловое действие электрического тока – закон Джоуля-Ленца:
В 1832 г. Э.Х. Ленц установил закон о направлении индуцированного то-ка и сформулировал принцип обратимости генераторного и двигательного ре-жимов электрических машин. В 1845 г. он открыл и описал явление реакции якоря электрических машин. Ленц сформулировал важнейшее положение о по-стоянстве теплопроводности и электропроводности у металлов при одной и той же температуре. Открытие электромагнетизма привело П.Л. Шиллинга (1786-1837) (рис.26) к изобретению электромагнитного телеграфа в 1829 г. Электромагнитным телеграфом занимались: К. Гаусс (1777-1855), В. Ве-бер (1804-1891), Б.С. Якоби (1801-1874), С. Морзе (1791-1872). Г.Р. Кирхгоф (1824-1887) в 1845 г. написал работу о протекании электри-ческого тока через плоскую пластину и сформулировал в этой области два фун-даментальных закона. Несколько десятилетий спустя Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) (рис. 27), развил идею Фарадея, облек ее в ясную точную математическую форму. Дж.К. Максвелл создал математический фундамент теории электромагнитных взаимодействий – четыре уравнения, четыре аксиомы, которые вот уже более ста лет не подвергаются сомнению в ученом мире. Приведем ниже упрощенный вид этих уравнений: 1) Круговое изменение вектора напряженности магнитного поля поро-ждает электродвижущую силу – электрическую индукцию , а, следовательно, и определенную плотность тока j: (с – скорость света). 2) Круговое изменение вектора напряженности электрического поля порождает магнитную индукцию :
3) Электрическая индукция зависит от диэлектрической проницаемо-сти ε и вектора напряженности электрического поля: . 4) Магнитная индукция зависит от магнитной проницаемости и вектора напряженности магнитного поля Концепция электромагнитного поля заняла положенное ей по праву важ-нейшее место во всех разделах физики, электротехники, медицины. Еще в глубокой древности врачи иногда прописывали больным лечение “ударами” электрического ската в воде. Таким способом удавалось избавить больного от паралича. Вокруг возбужденного нерва возникало электромагнит-ное поле. Электрические "удары" электрического ската приводили возбужден-ный нерв в норму. Электрический скат и электрический угорь – живые фабрики электрического тока. В России А.Т. Болотов (1738-1833) (рис. 28) и И.П. Кулибин (1735-1818) создавали переносные емкостные электрические машины – «лейденские банки» для лечения больных и проведения психологических опытов. Много лет спустя были найдены электромагнитные поля у человека, возникающие в результате биоэлектрических сигналов. Ниже мы приведем некоторые сведения о замечательном русском челове-ке Андрее Тимофеевиче Болотове и других талантливых людях. Это мы делаем с целью осветить деятельность некоторых больших тружеников науки и прак-тики, внесших неоценимый вклад в движение прогресса. А.Т. Болотов так писал о своем жизненном кредо: «Работать, не думая о вознаграждении, делать добро, не ожидая благодарности». Перечислим только основные труды А.Т. Болотова: – он дал человечеству главный принцип науки о лесе и его использова-нии, который лежит в основе всего мирового лесоустроительства – рубить леса столько, сколько возможно его посадить; – опубликовал работу в 1766 г. о том, как сажать, выращивать и употреб-лять в пищу картофель (в то время о картофеле в России мало кто знал), мало того, он сам занялся выращиванием картофеля, чтобы накормить голодающий в то время в России народ, и получал урожай 900 центнеров с гектара. Француз-ский картофелевод лишь через 17 лет поставил свои опыты с картофелем, по-лучил урожай 400 центнеров с гектара, и за это только во Франции ему поста-вили четыре памятника, а о Болотове все забыли; – в 1770 г. А.Т. Болотов публикует статью «Об удобрении земель», где пишет: «Все растения состоят из веществ, кои принадлежат к царству минера-лов… надобно в земле сим вещам и в довольном количестве находиться». Только через 70 лет, в 1840 г. Либих, который считается отцом агрохимии, пуб-ликует свою книгу, где излагает основы минеральной теории питания растений; – Болотов – основоположник науки о яблоках – помологии; – Болотов был врачом, знатоком трав и фармацевтом – составлял лекар-ства и успешно ими лечил. Одним из первых среди лекарей он применял элек-трические устройства, созданные совместно с талантливым русским изобрета-телем Иваном Петровичем Кулибиным для лечения больных. – А.Т. Болотов был выдающимся журналистом. Его перу принадлежат многочисленные статьи по сельскому хозяйству, медицине. Он много писал для детей, им написана первая детская научно-популярная книга «Детская филосо-фия», в которой содержатся сведения по физике, минералогии, ботанике, ас-трономии, космогонии и др. Умение размышлять – важнейшее качество специалиста, инженера, уче-ного; отыскивать закономерность, уметь увидеть, четко сформулировать про-блему и стремиться найти ее решение – неотъемлемые черты работы исследо-вателя. Открытия, которые осуществляются людьми, не являются им свыше, они – плод тяжелого, упорного каждодневного труда. Приведем очень важное для каждого человека, особенно в наше время, высказывание А.Т. Болотова: «Быть счастливым – это великое умение! Это внутреннее состояние ду-ши. И ежели трудом и размышлением, умением радоваться каждой секунде бы-стротекущей жизни человек овладеет, а не истратит жизнь на поиски матери-альных благ или на поиски счастья вне себя, то он сумеет не только прожить достойно и радостно, но и окружающих сделает счастливыми». Все в мире взаимосвязано! Изучая неодушевленную материю, живые ор-ганизмы, устанавливая законы Природы, человек в то же время все глубже про-никает в самые сокровенные уголки самого себя. Иван Петрович Кулибин – главный механик Петербургской Академии наук, человек острого, ясного и технически изощренного ума. В 1773 году он создал знаменитый проект деревянного одноарочного моста через Неву (300 метров) из решетчатых ферм; первый выдвинул идею постройки мостов из же- лезных ферм; создал водоходное судно, самодвижущийся экипаж, оптический телеграф и множество других конструкций. Здесь необходимо сказать несколько слов о царе Петре I. Петр Алексеевич – Петр I (1671-1725) – государь Руси, удивительный по своим талантам человек. Государь-просветитель, строитель государства, прави-тель-«технарь», умевший охватить своим разумом множество разных сторон деятельности человека, его жизни. По указу Петра I в 1714 году были организованы цифирные ма-тематические школы в целом ряде городов России. Их закончили в свое время И.И. Ползунов, К.Д. Федотов и другие замечательные изобретатели. Создавая Академию Наук, государь заботился о том, чтобы в ней разви-вались технические науки; приглашал для обучения способной молодежи та-лантливых ученых из заграницы – братьев Бернулли, Эйлера и других; ратовал за распространение грамотности в народе, за развитие отечественной промыш-ленности и ремесел. Знание истории техники, энергетики, науки не только расширяет интел-лектуальный кругозор человека, но и имеет большое практическое значение, особенно для специалиста. Знакомство с многообразием научных и техниче-ских решений прошлого стимулирует творческую активность, экономит силы и время инженера, исследователя, студента. Дает возможность использовать пло-дотворно те изобретения и открытия, которые не нашли в свое время практиче-ского применения из-за отсутствия потребности в них.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Первые законы электротехники» з дисципліни «Історія розвитку галузі електроенергетики»
