не позволяли уверенно утверждать, что между электрическими и магнитными
явлениями существует связь.
Такую связь впервые обнаружил датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777
- 1851) в 1820 г. Он открыл действие электрического тока на магнитную
стрелку.
Интересна история этого открытия. Идею о связи между электрическими и
магнитными явлениями Эрстед высказал еще в первом десятилетии XIX в. Он
полагал, что в явлениях природы, несмотря на все их многообразие, имеется
единство, что все они связаны между собой. Эрстед собрал богатую статистику
случаев перемагничивания стрелки компаса вследствие удара молнии. "Значит,
электричество и магнетизм как-то связаны!"–решил он.
Руководствуясь этой идеей, Эрстед поставил перед собой задачу выяснить
на опыте, в чем эта связь проявляется.
Эрстед открыл, что если над проводником, направленным вдоль земного
меридиана, поместить магнитную стрелку, которая показывает на север, и по
проводнику пропустить электрический ток, то стрелка отклоняется на
некоторый угол.
После того как Эрстед опубликовал свое открытие, многие физики
занялись исследованием этого нового явления. Французские ученые Био и Савар
постарались установить закон действия тока на магнитную стрелку, т. е.
определить, как и от чего зависит сила, действующая на магнитную стрелку,
когда она помещена около электрического тока. Они установили, что сила,
действующая на магнитный полюс (на конец длинного магнита) со стороны
прямолинейного проводника с током, направлена перпендикулярно к кратчайшему
расстоянию от полюса до проводника и модуль ее обратно пропорционален этому
расстоянию.
Познакомившись с работой Био и Савара, Лаплас заметил, что для расчета
«магнитной» силы, т. е., говоря современным языком, напряженности
магнитного поля, полезно рассматривать действие очень малых отрезков
проводника с током на магнитный полюс. Из измерений Био и Савара следовало,
что если ввести понятие элемента проводника ?l, то сила ?F, действующая со
стороны этого элемента на полюс магнита, будет пропорциональна ?F ~
(?l/r2)sin? -, где ?l - элемент проводника, ? - угол, образованный этим
элементом и прямой, проведенной из элемента ?l в точку, в которой
определяется сила, а r - кратчайшее расстояние от магнитного полюса до
линии, являющейся продолжением элемента проводника.
После того как было введено понятие силы тока и напряженности
магнитного поля, этот закон стали записывать так:
где ?H - напряженность магнитного поля, I - сила тока, а k -
коэффициент, зависящий от выбора единиц, в которых измеряются эти величины.
В международной системе единиц СИ этот коэффициент равен 1/4?.
Новый важнейший шаг в исследовании электромагнетизма был сделан
французским ученым Андре Мари Ампером (1775 - 1836) в 1820г.
Раздумывая над открытием Эрстеда, Ампер пришел к совершенно новым
идеям. Он предположил, что магнитные явления вызываются взаимодействием
электрических токов. Каждый магнит представляет собой систему замкнутых
электрических токов, плоскости которых перпендикулярны оси магнита.
Взаимодействие магнитов, их притяжение и отталкивание объясняются
притяжением и отталкиванием, существующими между токами. 3емной магнетизм
также обусловлен электрическими токами, которые протекают в земном шаре.
Эта гипотеза требовала, конечно, опытного подтверждения. И Ампер
проделал целую серию опытов для ее обоснования.
Первые опыты Ампера заключались в обнаружении сил, действующих между
проводниками, по которым течет электрический ток. Опыты показали, что два
прямолинейных проводника с током, расположенные параллельно друг другу,
притягиваются, если токи в них имеют одинаковое направление, и
отталкиваются, если направление токов противоположно.
Ампер показал также, что виток с током и спиралевидный проводник с
током (соленоид) ведут себя как магниты. Два таких проводника притягиваются
и отталкиваются подобно двум магнитным стрелкам.
Свои первые сообщения о результатах опытов Ампер сделал на заседаниях
Парижской академии наук осенью 1820 г. После этого он занялся разработкой
теории взаимодействия проводников, по которым течет электрический ток.
Ампер решил в основу теории взаимодействия токов положить закон
взаимодействия между элементами токов. Нужно отметить, что Ампер говорил
уже не просто о взаимодействии элементов проводников, как Био и Савар, а о
взаимодействии элементов токов, так как к тому времени уже возникло понятие
силы тока. И это понятие ввел сам Ампер.
Следуя взглядам того времени о подобии элементарных сил силам
тяготения, Ампер предположил, что сила взаимодействии между элементами двух
токов будет зависеть от расстояния между ними и должна быть направлена по
прямой, соединяющей эти два элемента.
Проведя большое число опытов по определению взаимодействия токов в
проводниках различной формы и по-разному расположенных друг относительно
друга, Ампер в конце концов определил искомую силу. Подобно силе тяготения
она оказалась обратно пропорциональной квадрату расстоянии между элементами
электрических токов. Но в отличие от силы тяготения ее значение зависело
еще и от относительной ориентации элементов токов.
Формулу, которую получил Ампер, мы приводить не будем. Она оказалась
неверной, потому что он заранее предположил, что сила взаимодействия между
элементами токов должна быть направлена по прямой, соединяющей эти
элементы. На самом же деле эта сила направлена под углом к этой прямой.
Однако вследствие того что Ампер проводил опыты с замкнутыми
постоянными токами, он получал при расчетах по своей формуле правильные
результаты. Оказывается, что для замкнутых проводников формула Ампера
приводит к тем же результатам, что и исправленная впоследствии формула,
выражающая силу взаимодействия между элементами токов, которая по-прежнему
носит название закона Ампера.
Т.о. согласно Амперу, все магнитные явления сводятся к взаимодействиям
токов, магнитных же зарядов не существует. Со времени открытий Эрстеда и
Ампера учение о магнетизме сделалось составной частью учения о
электричестве.
Начало развития электротехники
Со 2-й четверти XIX века началось быстрое проникновение электричества
в технику. В 20-х года появились первые электромагниты. Прежде всего
возникает электрический телеграф. Первый электромагнитный телеграф был
изобретен русским изобретателем П. Л. Шиллингом в 1832 г.
Телеграф Шиллинга употреблялся для практических целей. С его помощью
осуществлялась связь между Зимним дворцом и зданием министерства путей
сообщения в Петербурге.
Вскоре появились и другие телеграфные аппараты, отличающиеся от
аппарата Шинлинга. В 1837 г. американец Морзе сконструировал более удобный
телеграфный аппарат.
В телеграфе Морзе при замыкании ключа электрический ток поступал в
обмотку электромагнита, который притягивал висящий маятник с закрепленным
на конце карандашом, При этом конец карандаша касался бумажной ленты,
непрерывно передвигающейся с помощью специального механизма в
горизонтальном направлении перпендикулярно плоскости качания маятника.
3амыкание ключа на короткое время давало на бумажной ленте изображение
точки, а на более длительное - тире. С помощью комбинаций точек и тире
Морзе разработал специальный телеграфный код - азбуку Морзе.
В 1844 г. Морзе построил первую телеграфную линию в Америке между
Вашингтоном и Балтимором. С этого времени началось широкое применение
вершенной конструкции.
Вслед за применением электричества для связи изобретательская мысль
начинает работать над задачей использования его в качестве движущей силы.
Уже в 30-х гг. XIX в. появляются изобретения различных
электродвигателей. Первый электродвигатель, применяемый для практических
целей, был изобретен в 1834 г. петербургским академиком Б. С. Якоби (1801 -
1874). В 1838 г. этот двигатель был применен для приведения в движение
лодки, которая плавала по Неве со скоростью 2 км/ч.
3начительную роль в деле усовершенствования генераторов сыграло
применение электричества для освещения.
Начало применения электричества для освещения относится к 60-м гг.
прошлого столетия, когда дуговая лампа (т. е. электрическая дуга) была
установлена на маяках. Но применение этих ламп встречало большие трудности.
Дело в том, что дуговую лампу нужно было непрерывно регулировать, так как
концы угольных электродов сгорали, расстояние между ними увеличивалось, в
результате этого цепь разрывалась и дуга затухала.
Русский изобретатель Павел Николаевич Яблочков (1847 - 1894) много
думал над усовершенствованием таких дуговых ламп и пришел к новому и
оригинальному решению этой проблемы.
Вместо обычного расположения угольных электродов в дуговой лампе, при
котором расстояние между ними менялось по мере их сгорания, Яблочков
расположил их параллельно рядом, а между ними поместил изолирующую
прокладку, которая сгорала вместе с углем. Эта конструкция получила
название свечи Яблочкова. В 1876 г. Яблочков взял патент на свое
изобретение, и оно быстро получило распространение. «Русский свет» (так
называли изобретение Яблочкова) засиял на улицах, площадях, в помещениях
многих городов Европы, Америки и даже Азии. «Из Парижа, - писал Яблочков,-
электрическое освещение распространилось по всему миру, дойдя до дворца
шаха Персидского и до дворца короля Камбоджи»).
С начала 80-х гг. появилась лампа накаливания. Первым изобретателем
лампы накаливания был русский инженер А. Н. Лодыгин (1847 - 1923). Одна из
конструкций лампы Лодыгина представляла собой стеклянный баллон, внутри
которого в вакууме между двумя медными стержнями помещался угольный
стержень.
Уже в 1873 г. Лодыгин демонстрировал освещение своими лампами одной из
улиц Петербурга. В 1874 г. Лодыгин получил за свое изобретение
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
