Материалы студенческой научно-исследовательской конференции «Актуальные проблемы развития И истории технических, естественных и гуманитарных наук в системе высшего образования» (стр. 18 )

20 марта 1800г. Вольта изобретает первый в мире генератор электрического тока – вольтов столб, т. е. батарею электрических элементов. В развитии науки об электричестве наступила новая эра.

Уже в том же 1800г., вскоре после получения в Лондоне письма Вольта, английские химики Никольсон и Карлейль, построив вольтов столб из 17 элементов, осуществили электролиз воды. Опыт с разложением воды был повторен Дэви в Англии, в России, Риттером в Германии.

Дэви удалось с помощью сконструированного им вольтметра доказать, что объем выделенного водорода вдвое больше объема воды. Вольта, Риттер и другие заметили химические изменения в самом источнике - поляризацию элементов, а Риттер открыл вторичную электродвижущую силу на электродах, опущенных в воду, разлагаемую током. В связи с этим на очередь встал важный вопрос о связи химических элементов и электрических действий, и в частности вопрос о самом источнике электродвижущей силы гальванических элементов. Сам Вольта в этом вопросе занимал неправильную позицию, считая что электродвижущая сила возникает в результате простого контакта, без всякой затраты энергии. Эта ошибочная точка зрения долгое время господствовала в науке. Например, в тридцатых годах , совершенно правильно понимая необходимость энергетических ресурсов для паровых машин, думал, что электричество является в этом отношении исключением. Сторонники химической точки зрения считали, что электричество получается за счет химических реакций, в частности реакции окисления цинкового электрода, который растворяется в гальванической жидкости. в 1834 г. Полагал, что тот израсходованный цинк может быть без особых затрат выделен из раствора и пущен в дело и поэтому «гальванизм» может считаться неисчерпаемым источником «механической силы», т. е. энергии. Практика, однако, разбила эти иллюзии. Открытие гальванических источников тока выдвигало проблему превращения энергии, укрепляло мысль о превращении различных форм движения друг в друга, об их взаимосвязи, и, в конечном счете, подводило к открытию закона сохранения энергии.

Вскоре после открытия химических действий тока были открыты и его тепловые действия. Особенно эффектные действия были описаны Василием Владимировичем Петровым в его книге «Известие о гальвани-вольтовских опытах, которые производил профессор физики Василий Петров, посредством огромной наипаче батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков и находящейся при Санкт-Петербургской Медико-хирургической Академии».Книга эта вышла в 1803г. И содержала описание большой гальванической батареи, ее изготовления и ухода за нею, а также различные опыты по получению электрической дуги. Кроме открытия электрической дуги, принадлежат важные идеи о связи химических и гальванических процессов, о роли кислорода при горении веществ в вакууме, о люминесценции и т. д. Он впервые осуществил электронизацию металлов трением и тем самым опроверг укрепившиеся со времен Гильберта мнение, что тела бывают электрическими и неэлектрическими.

В одно время с вопросами гальванизма в Москве занимался профессор Московского университетам Петр Иванович Страхов. Он производил эксперименты по прохождению электрического тока через речную воду и влажную землю. Трудность опытов состояла в том, что в то время не знали иных указателей тока, кроме физиологических действий. Следует отметить, что в своем учебнике физики Страхов со всей определенностью проводил мысль о тождестве гальванических и электрических явлений, мысль, разделявшуюся тогда далеко не всеми.

В два-три года после открытия вольтова столба были открыты физиологические, химические, тепловые и световые действия электрического тока. Прежде чем естествоиспытатели успели сделать какие либо конкретные выводы о связи различных эффектов тока и выработать правильное представление о самом токе, спекулятивная немецкая философия Шеллинга и Гегеля, подойдя к этим явлениям с идеалистических позиций, высказала, правильную идею о всеобщей связи явлений, о борьбе противоречий, обуславливающей развитие природы. Борьбу противоположных начал – положительного и отрицательного электричества, северного и южного магнетизма, понимаемых не как пассивные флюиды, а как борющиеся силы, - Шеллинг считал подлинной сущностью явлений природы. Мир у Шеллинга и Гегеля был поставлен на голову, природа, по Гегелю, представляет собой порождение абсолютного духа. Идеи Шеллинга захватили многих естествоиспытателей: Эрстеда в Дании, Риттера в Германии, Павлова и Велланского в России. Именно под влиянием идеи всеобщей связи между явлениями Эрстед начал искать связь между электрическими и магнитными явлениями и в конце концов добился успеха.

Успеху Эрстеда способствовало то обстоятельство, что он был экспериментатором. Его философские воззрения толкали на поиски связи между явлениями, и, как физик с хорошей экспериментальной выучкой, он искал эту связь не в отвлеченных рассуждениях, как Шеллинг, а в действительных фактах.

Таким путем он пришел в 1820 г. К своему выдающемуся открытию, о котором сообщил в брошюре на латинском языке «Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на магнитную стрелку»,датированной 21 июля 1820г.

Таким образом, автор в этой брошюре фактически выразил действие электрического тока на магнитную стрелку языком первого уравнения Максвелла: «Электрический ток окружен магнитным полем». Магнитные силовые линии этого поля имеют форму окружностей, центры которых лежат на оси проволоки. Хотя Эрстед и не делал опытов с железными опилками, но он представлял себе картину сил. Уравнение Максвелла математически отражает эту картину.

Но это адекватное представлениям Эрстеда математическое описание открытия было сделано через сорок с лишним лет после опытов Эрстеда и вдобавок не сразу было принято физиками.

Андрэ Мари Ампер, французский ученый физик, на основе опытов Эрстеда дал описание процесса, происходящего в гальванической цепи, ввел термины «электрический ток», «электрическое напряжение», «сила тока», без которых сейчас невозможно представить себе учение об электрическом токе.

Ампер полагает, что внутри вольтова столба действует «электродвижущая сила»,перемещающая электрические жидкости так, что один полюс батареи заряжается положительно, а другой отрицательно, пока возникшая разность электрических напряжений, появляющаяся во взаимном притяжении разъединенных электричеств, не уравновесит электродвижущее действие. В случае же соединения полюсов проводником разность напряжений падает и электродвижущая сила продолжает переносить оба электричества в тех же направлениях. Так возникает двойной ток, один положительного другой отрицательного электричества, вытекающих в противоположных направлениях из точек, где существует электродвижущее действие, и воссоединяющихся в противоположной этим точкам части контура. Токи продолжают ускоряться, до тех пор, пока инерция электрических жидкостей и сопротивление, испытываемое ими вследствие несовершенства даже наилучших проводников, не уравновесят электродвижущую силу. после этого токи продолжаются неопределенно долго с постоянной скоростью, покуда электродвижущая сила сохраняет прежнюю интенсивность, но она всегда прекращается в тот момент, когда контур разрывается. Такое состояние электричества в цепи Ампер кратко называл «электрическим током».

В дальнейшем Ампер уславливается говорить только об одном направлении движения положительного электричества, которое он принимает за направление электрического тока. Представление Ампера об электрическом токе еще не далеко отошло от эрстедова «электрического конфликта». По его представлениям молекулы электрической жидкости, двигаясь в соединенных проводниках, непрерывно воссоединяются в нейтральную жидкость и вновь разъединяются, и из взаимодействия этих соединяющихся и разъединяющихся молекул электричества и рождаются открытые им электродинамические силы.

Однако современники Ампера, прежде всего Фарадей, усмотрели в представлениях Ампера совершенно другое. Различия электростатических и электродинамических сил, о котором говорит Ампер, Фарадей понимает совершенно ясно точно: «Электричество, накопляясь в каком-нибудь месте, проявляется в форме известных притяжений и отталкиваний, которые мы называем электрическими. Электричество же, находящееся в движении, проявляется в виде тех притяжений и отталкиваний, о которых идет сейчас речь». Собственные взгляды Ампера на ток фарадей считает неясными и неразработанными. Эта неясность усугублялась термином «сила тока». Существительное «сила» в этот период применялась в таких разнообразных сочетаниях, что оно не могло не приводить к путанице.

Используемая литература:

Электродинамика. АНСССР, 1954г. збранные работы по электричеству, ГОНТИ, 1939г. , История физики и техники, М.:1965г.

РАЗВИТИЕ ФИЗИКИ В ЭПОХУ ПРОМЫШЛЕННОГО ПЕРЕВОРОТА.

ХИМИЧЕСКАЯ АТОМИСТИКА, ФИЗИКА ГАЗОВ И ТЕРМОДИНАМИКА. ЧАСТЬ III

,

Химическая атомистика и физика газов

После того как Лавуазье (1775 г.) создал химическую теорию горения, рассматривая этот процесс как окисление, и установил вслед за Ломоносовым закон сохранения масс, наступила новая эпоха в развитии химии. Из химии стали изгоняться алхимические «элементы», и на смену им выступило представление о простых, не разложимых химическими средствами веществах – химических элементах. Лавуазье химическими средствами, Никольсон и Карлейль методом электролиза доказали, что вода является не элементом, а сложным веществом определенного химического состава. Французский химик Бертолле считал, что состав сложных веществ не является определенным, а может меняться непрерывно с изменением масс образующих его элементов. В противовес этому Пру высказал идею постоянства состава и, следовательно, скачкообразного изменения свойств сложных веществ. Эта идея получила подтверждение и развитие в работах английского химика и физика Дж. Дальтона (1766-1844). Дальтон укрепил понятие химического элемента и, следуя идее Ломоносова (но независимо от последнего), ввел атомную теорию в химию. Он считал атом мельчайшей частицей элемента, а мельчайшую частицу сложного вещества, образованную из атомов, молекулой. Шведский химик Берцелиус (1779-1848) поддержал атомистику Дальтона, установил с наибольшей для того точностью атомные веса элементов, ввел рациональную химическую символику и считал силы «химического сродства» электрическими.