Материалы студенческой научно-исследовательской конференции «Актуальные проблемы развития И истории технических, естественных и гуманитарных наук в системе высшего образования» (стр. 17 )

,

где C определяется силой тока и количеством магнетизма. Лаплас показал, что

.

       Воспользовавшись этим выводом Лапласа, Био и Савар, экспериментируя с проволоками, изогнутыми под углом, пришли к заключению, что

.

Окончательный результат Био-Савара и расчетов Лапласа представляется формулой:

.

Далее оказалось, что C = kim, где i – сила тока в проводнике, m – масса магнитного полюса и в окончательной форме закон Био-Савара-Лапласа имеет вид:

.

       Итак, французские физики нашли количественные выражения электромагнитных элементарных сил как для случая взаимодействия токов так и для случая взаимодействия тока с магнитным полем.

       Наряду с этими результатами теоретического характера были получены и важные экспериментальные результаты. Сюда относятся, прежде всего, замечательные открытия Д. Араго Повторяя опыты Эрстеда, он заметил, что проволока, обтекаемая током, притягивает железные. При размыкании тока опилки отпадают.

Ампер указал Араго, что действия будут усилены, если проводу придать форму спирали. Ампер докладывал об этих опытах 25 сентября 1820 г. Здесь он высказывал важную глубокую идею об эквивалентности кругового тока тонкому плоскому магниту (магнитному листку). Эта идея легла в основу амперовой теории магнетизма, которая после открытия электронов в атоме легла в свою очередь, в основу электронной теории магнитных явлений. Способ возбуждения магнитного поля и намагничивания током, открытый Араго, был применен английским артиллеристом Уильямом Стердженом в изготовлении электромагнитов. В электромагнитах Стерджена еще не было изоляции, сердечник из мягкого железа покрывался изолирующим лаком, на который наматывалась голая проволока. Американский физик Генри применил для обмотки электромагнитов проволоку, изолированную шелком. Ему удалось изготовить сильные электромагниты с подъемной силой до 1 тонны. Он же изготовил первый электрический звонок, в котором роль ударника выполняла магнитная стрелка.

       Открытие электромагнетизма оказало мощное стимулирующее влияние на излучение электрического тока и его действий.

       В 1826 г. немецкий школьный учитель Георг Симон Ом (1787-1854) применил магнитное действие тока для исследования соотношений в цепи тока. С этой целью он сконструировал род крутильных весов, в которых роль коромысла играла магнитная стрелка. Расположив провод в направлении земного меридиана, он помещал свои весы над разными участками цепи и установил, что угол кручения, необходимый для удержания стрелки в неотклоненном положении, один и тот же во всех участках цепи. Таким образом, сила тока оказалась одинаковой во всех частях цепи. Ом исследовал зависимость ее от длины, поперечного сечения и материала проводника и нашел известный закон сопротивления. Термин «сопротивление» принадлежит также Ому.

       Далее Ом исследовал зависимость тока от электродвижущей силы. Он использовал не только гальванический источники, но и термоэлектродвижущие силы. В результате эти исследований у него сложилось отчетливое представление о токе как процессе, аналогичному движению воды по трубам или передаче теплоты посредством теплопроводности. Эти взгляды и количественный закон электрической цепи, носящие его имя, были изложены им в работе «Гальваническая цепь, разработанная математически доктором », вышедшей в 1827 г.

Французский математик и механик С. Пуассон (1781-1840) разрабатывал математические следствия из закона Кулона для электрических взаимодействий, исходя из гипотезы существования электрических флюидов. Рассматривая проводники как среду, в которой электрические флюиды могут свободно перемещаться, Пуассон доказал, что при равновесии внутри проводников не должны действовать электрические силы и электрический флюид распределяется на поверхности проводника. Он решил задачу о распределении электричества на поверхности эллипсоида и двух соприкасающихся проводящих сфер.

В 1821-1827 гг. Пуассон занимался разработкой математичкой теории магнитостатики. Он рассматривал намагниченное тело как совокупность «магнитных элементов», каждый из которых содержит в равном количестве разнородные магнитные флюиды. При намагничивании магнетиков жидкости смешиваются друг относительно друга, образуя то, что мы сейчас называем магнитным диполем.

Для установления условий равновесия магнитных жидкостей вводится некоторая математическая функция, для которой Пуассон установил дифференциальное уравнение в частных производных второго порядка, называемого нами уравнением Пуассона. Это уравнение, играющее фундаментальное роль в математической теории электростатики и магнитостатики, было получено им в 1813 г. В 1827 г Пуассон опубликовал второй доказательство этой важной теоремы, найденное им в 1823.

В 1928 г. русский математик (1801-1861) доказал математическую теорему о преобразовании объемного интеграла в поверхностный. Если применить эту теорему к теореме Пуассона, то будет ясна зависимость между поверхностным интегралом от электрической, магнитной или гравитационной сил и общим количеством электричества, магнетизма или гравитационных масс, содержащихся внутри данной замкнутой поверхности. Эта зависимость была найдена Гауссом в 1840 г. и по ее связи с теоремой Остроградского называется ныне теоремой Остроградского-Гаусса.

В 1928 г. английский математик Грин (1793-1841) опубликовал свою классическую работу «Исследования по математической теории электричества и магнетизма». В этом сочинении Грин оперирует с функций, которая была введена уже Пуассоном и которой Грин присвоил наименование «потенциальной функции». Грин установил важные математические соотношения для этой функции. В современной теоретической физике часто применятся введенная Грином функция Грина. Эта функция позволяет решить уравнение через поверхностный интеграл от заданных значений искомой функции на граничной поверхности и найти производную по нормали функции Грина. Функция Грина строится в зависимости от решаемой задачи. Таким образом, построение математической теории электричества и магнетизма способствовало развитию важного отдела  математики, получившего название «уравнение математической физики». Лаплас, Пуассон, Остроградский, Грин и позднее Гаусс и Ф. Нейман внесли существенный вклад в математическую физику.

       Подводя итоги, можно сказать, что в эпоху промышленного переворота в изучении электрических и магнитных явлений были достигнуты значительные успехи.

1. Заложены основы математической теории электростатики и магнитостатики на основе законов Кулона и гипотезы электрических и магнитных жидкостей.

2. Найден источник постоянного тока, открыты химические, тепловые и магнитные действия тока. Построены первые измерители тока и найден основной закон постоянного тока (закон Ома).

3. Найдены основные законы электромагнетизма, построена первая математическая теория электромагнетизма (теория Ампера), построены первые электромагниты и получено непрерывное вращение в магнитном поле.

Используемая литература:

, История физики и техники. М., 1965

РАЗВИТИЕ ФИЗИКИ В ЭПОХУ ПРОМЫШЛЕННОГО ПЕРЕВОРОТА

ЧАСТЬ 1: «ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ»

,

Поворотным пунктом в развитии физики было открытие длительного, более или менее постоянного электрического тока, сделанное случайно еще в конце 19в. и относящееся к физиологическому действию электричества

Случайные открытия в науке бывают и притом нередко очень важные. Но эти «случайности» вместе с тем вполне закономерны и подготовляются всем ходом предыдущего развития науки. Случайно то, в какой день и кем именно будет сделано открытие, но то, что на данном этапе развития науки оно рано или поздно будет сделано, является вполне закономерным. Изобретение электростатического генератора и лейденской банки привело к открытию физиологических действий электричества, и то, что у итальянского врача Луиджи Гальвани (1737-1798), занимавшего к тому же кафедру анатомии и медицины в Болонском университете, оказалась электрическая машина, было вполне естественным. Случайное наблюдение препарированной лапки лягушки (1786 г.) не могло не привлечь пристального внимания физиолога Гальвани, который начал систематические исследования этого эффекта и нашел что лапка лягушки, подвешенная на медном крючке, сокращается каждый раз,  когда крючок прикасается к железной пластинке. Особенно эффективными сокращения были, когда железная пластинка заменялась серебряной. Гальвани сделал из своих опытов вывод о существовании особого животного электричества, считая мышечные волокна своеобразной батареей лейденских банок, заряжаемых и разряжаемых через нервные волокна импульсами, исходящими из мозга.

Гениальная идея Гальвани о существовании биотоков в живом организме, об электрических импульсах мозга, получила полное и всестороннее подтверждение в современной науке. Но для развития этой идеи в эпоху Гальвани не было достаточно средств. Надо было, чтобы сама наука об электричестве вышла из того младенческого состояния, в котором она находилась в то время, чтобы можно было вновь вернуться к электрофизиологии, открытой Гальвани. В этом отношении его открытие сыграло очень важную, хотя и совершенно неожиданную для его автора, роль. В дело вмешались физики.

Итальянский физик Александро Вольта (1745-1827), известный своими изобретениями в области электричества (он в 1775г. изобрел электрофор, в 1781 г. – Чувствительный электроскоп с соломинками, а в 1782г снабдил этот электроскоп конденсатором, сделав его тем самым пригодным для измерения малых напряжений), заинтересовался животным электричеством Гальвани в 1792г. Вначале он разделял точку зрения Гальвани, но вскоре физик в нем взял верх и он обратился к глубокому анализу физических моментов явления. Он обратил внимание на то, что для успеха опыта Гальвани очень важно соприкосновение разнородных металлов. Его богатый опыт в электростатике подсказал ему, что именно этот контакт является причиной возбуждения разницы электрических состояний, заряжения контактирующих металлов противоположными зарядами, возникновения электрического напряжения. Лапка лягушки, по мнению Вольта, является чувствительным электрометром. Применив свой электроскоп с конденсатором, Вольта доказал наличие контактной разности потенциалов( пользуясь современной терминологией) у различных пар металлов, нашел ряд электрических напряжений, в который можно расположить металлы так что чем дальше в этом ряду стоят друг от друга металлы, тем больше напряжения между ними(закон Вольта), так что алгебраическая сумма напряжений в замкнутой цепи, составленной из одних металлов, равна нулю и электрический флюид(терминология Вольта) в такой цепи будет находиться в равновесии. Но если составить замкнутую цепь с жидкими или влажными проводниками(их Вольта называл проводниками второго рода)то равновесия не будет и в такой цепи возникает постоянный электрический ток того или иного направления, в зависимости от знака контактной разности потенциалов электродов.