Выявляемые причинно-следственные связи, касающиеся электрических явлений, представлялись как необходимые, неизбежно наступающие при соответствующих условиях. Как необходимую Араго, например, представил причинно-следственную связь между прохождением по проводнику электрического тока и возникновением вокруг него (проводника) магнитного поля; как необходимая была осознана связь магнитного поля с отклонением магнитной стрелки и т. д. Вслед за осознанием необходимого характера причинно-следственных связей начинают выявляться необходимые связи и отношения, которые не являются причинно-следственными. Так, Ампер в 1821 г., исследуя взаимодействие двух проводников с током, выявил ряд необходимых связей, не являющихся причинно-следственными. В частности, он установил, что: (1) два параллельных проводника, по которым проходит ток в одном и том же направлении, притягиваются; (2) два параллельных проводника, в которых ток имеет противоположные направления, отталкиваются; (3) два непараллельных проводника притягиваются, ес -
226
ли ток в них идет к месту их пересечения или в обратном направлении, и отталкиваются друг от друга, если в одном из них ток направлен к месту пересечения, а в другом — наоборот. В это же время Био, Савара и Лаплас открыли и такую необходимую сторону магнитного поля, как равенство его силы сумме сил, характерных для малых участков тока, и т. д.
Наиболее важные необходимые связи осмысливаются через категорию закона. Например, зависимость сопротивления проводника от состава проводника, его длины и площади поперечного сечения, выявленная Омом, в физике сформулирована в виде закона. Как законы вошли в физику выявленные в 1847 г. Кирхгофом такие необходимые отношения, как: (1) равенство в замкнутом контуре тока алгебраической сумме произведений величин токов на сопротивления отдельных участков цепи и (2) равенство в каждой данной точке проводника алгебраической суммы токов нулю. Законом была названа открытая Э. X. Ленцем и Д. Джоулем необходимая зависимость количества тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока по проводнику, от сопротивления проводника и времени. В виде закона было представлено установленное Био, Саваром и Лапласом необходимое отношение силы магнитного поля и сил, вызываемых отдельными малыми участками тока, а также силы взаимодействия каждого такого участка с магнитным полюсом и т. д. Рассмотренная здесь закономерность движения познания от одной ступени к другой характерна как для познания объекта в целом, так и для познания отдельных его сторон, отдельных связанных с ним явлений.
Например, не только познание электричества в целом началось со связей, движения и шло от единичного к общему, всеобщему и т. д., вплоть до выявления необходимого и открытия законов. Эти же ступени имели место и в развитии познания отдельных областей электричества, отдельных его свойств и явлений. В частности, они довольно четко различаются в исследованиях гальванического тока, электромагнетизма, термоэлектричества, электромагнитных волн, в открытии электрона, протона и т. п.
Для примера рассмотрим историю познания гальванического тока. Исследование гальванического тока началось с того, что итальянский ученый Гальвани в 1786 г. случайно заметил, что в момент прикосновения концом скальпеля к внутреннему бедренному нерву препариро -
227
ванной лягушки все мускулы этого сочленения сокращались, т. е. с выявления связи между двумя отдельными предметами, обусловливающей определенное изменение в последних. Данное явление Гальвани сначала воспринял как нечто необычное, ранее неизвестное, единичное. Потом, проводя целый ряд исследований, он выделил некоторые общие моменты указанного явления, в частности тот факт, что сокращение мускул происходило лишь тогда, когда нерва касались каким-либо проводником. Налицо движение познания от единичного к общему. В рамках этого движения имело место и движение от качества к количеству. В самом деле, проводя свои опыты с сокращением мускул лягушки при прикосновении к ее внутреннему бедренному нерву, Гальвани прежде всего ставил своей целью уяснить, что собой представляет это явление, т. е. стремился понять его качественную сторону. Рассматривая указанное явление с этой стороны, он, в частности, заключил, что оно представляет собой не что иное,, как своеобразный электрический разряд, который получается в тот момент, когда мускулы и нервы соединяются металлическим проводником. Составив себе представление о качестве наблюдаемого явления, Гальвани стал исследовать его количественную сторону. Он брал проводники из различных веществ и, прикасаясь ими к лягушке, заметил, что сила реакции была различна. В частности, он установил, что особенно сильными и энергичными сокращения мускул бывают тогда, когда прикосновение осуществляется проводником, составленным из двух различных металлов, например из железа и меди или из железа и серебра, когда проводник соединялся с землей.
Выяснив некоторые качественные и количественные характеристики гальванического тока, названного им «животным электричеством», Гальвани не смог определить причину его появления. Причину возникновения гальванического тока открыл, спустя некоторое время, Вольт. Он соединил металлической проволокой листочек фольги с серебряной монетой и, прикоснувшись ими к языку, ощутил кисловатый вкус. Ощущение продолжалось до тех пор, пока металлы были соединены между собой проволокой. После этого Вольт соединил между собой медную и цинковую пластинки, разделенные влажной бумагой, и опять заметил появление электрического тока. Электричество наблюдалось и при соединении про -
228
водником целого ряда других металлов, разделенных влажной прокладкой. Из этих своих опытов Вольт заключил, что источником электричества здесь и в случае прикосновения различными проводниками к препарированной лягушке является не животный организм, как думал Гальвани, а соприкосновение двух различных металлов. Он писал: «Когда соприкасаются два металла, то в месте соприкосновения возникает электродвижущая сила, которая перемещает электричество в пластинках так, что получается известная разность напряжений, зависящих от природы металлов»1.
Вскоре, однако, было обнаружено, что соединенные проводником различные металлы, изолированные один от другого влажной прокладкой, обусловливают электричество лишь до определенного времени, после чего оно исчезает. Необходимо было объяснить все это. Имеющиеся наблюдения и представления Вольта о причине появления гальванического тока не объясняли данного явления. Нужны были дополнительные исследования, новые данные о процессе возникновения гальванического электричества. Эти данные вскоре были получены. Так, Антони Карлейль и Вильям Никольсон, проводя опыты с вольтовым столбом, установили, что при соединении проводником различных металлов, разделенных прокладкой, смоченной водой, происходит разложение воды на ее составные части: водород и кислород. Заменив прокладку, разделяющую металлы, водой, они заметили, что при замыкании проводника происходит изменение не только воды (она разлагается на водород и кислород), но и металла, который окисляется. Французский физик Готро обратил внимание на то, что при соединении проводом в замкнутую цепь металлических пластинок, извлеченных из действующего вольтова столба (гальванического элемента), появляется электрический ток. Это же явление было замечено и Риттером. Он, в частности, определил, что подобное электричество наблюдается, когда пластинки (полюса) сделаны из золота, серебра, меди и висмута.
Обобщая эти новые наблюдения, Вольт раскрыл причину ослабления и исчезновения электрического напряжения по мере действия так называемого зарядного столба (гальванического элемента). Суть его объяснения данного явления заключается в следующем.
' П. Лакур и П. Аппель. Историческая физика. Одесса, 1908, стр.286.
229
Во время действия зарядного столба вода, находящаяся во влажных прокладках, разлагается на водород и кислород. Кислород идет к одному полюсу, водород—к другому. По мере накопления кислорода на одном полюсе, водорода — на другом между самими пластинками (полюсами) и жидкостью появляется электродвижущая сила, противоположная по направлению той, которая возникла вследствие соединения различных, разъединенных влажной прокладкой металлов. С возрастанием этой противоположной по направлению электродвижущей силы (названной впоследствии электродвижущей силой поляризации) действие зарядного столба ослабевает, а затем и прекращается полностью. И если теперь ликвидировать зарядный (вольтов) столб и соединить полюса (пластинки) проводом, то в цепи появится ток обратного направления, а водород и кислород, скопившиеся на пластинках (полюсах), будут перемещаться в обратном направлении и при столкновении друг с другом будут образовывать воду. Действие тока в данном случае будет наблюдаться до тех пор, пока кислород и водород не исчезнут с полюсов и не превратятся полностью в воду.
За открытиями Никольсона, Карлейля и Риттера, которые обобщил и объяснил Вольт, последовали новые открытия. В частности, было обнаружено (начало XIX в.), что растворы солей подобно воде разлагаются электрическим током. Причем на отрицательном полюсе выделяется металл, а на положительном полюсе— кислород. Впервые причину данного явления попытался выяснить Гроттгус. Ее исследованию также большое внимание уделили Дэви, Берцелиус и др. Однако решающий шаг в этом деле был сделан Клаузиусом. Согласно его теории, в растворе солей молекулы соли находятся в состоянии хаотичного движения. При взаимном столкновении они распадаются на ионы, которые при встрече снова соединяются в молекулы. Но когда через жидкость проходит ток, ионы начинают двигаться к полюсам: положительно заряженные—к катоду, отрицательно заряженные—к аноду, вследствие чего и собираются на погруженных в жидкость электродах. Точка зрения Клаузиуса получила некоторое дальнейшее развитие у Аррениуса и Оствальда.
По мере выявления отдельных причинно-следственных связей, касающихся гальванического тока, складывалось определенное представление о содержании дан -
230
ных процессов и о форме их протекания. Вместе с этим происходило отделение необходимого от случайного и формулирование на этой основе отдельных законов. Так, установив необходимую связь выделяющегося на электродах вещества с проходящим через раствор электричеством, Фарадей сформулировал закон, согласно которому масса вещества, выделенного на электроде, пропорциональна количеству электричества, прошедшего через электролит. Далее, заметив необходимое соотношение выделяющихся при прохождении тока через различные электроды веществ, он выразил это в законе, по которому вещества, выделяющиеся за определенный промежуток времени, пропорциональны грамм-эквивалентам этих веществ.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 |
Основные порталы (построено редакторами)