Ломоносовскую премию Академии наук.
В 1879 г. американский изобретатель Эдисон создал удачную конструкцию
лампы накаливания, и вскоре она получила распространение во всем мире.
Использование электричества для связи, в качестве движущей силы, для
освещения явилось стимулом создания электрических генераторов, изобретения
трансформаторов и т. д.
Появившаяся вместе с этим новая область техники - электротехника во
второй половине Х1Х в. приобрела важное практическое значение.
Начало развития физики поля
В 30-40-х годах XIX века большой вклад в развитие науки об
электричестве внес Майкл Фарадей – творец общего учения об электромагнитных
явлениях, в котором все электрические и магнитные явления рассматриваются с
единой точки зрения. С помощью опытов он доказал, что действия
электрических зарядов и токов не зависят от способа их получения (до
Фарадея различали "обыкновенное", полученное при электризации трением,
атмосферное, "гальваническое", магнитное, "животное" и др. виды
электричества).
Фарадей впервые ввел представление об электрическом и магнитном полях.
Он отрицал концепцию дальнодействия, по которой следовало, что тела
непосредственно (через пустоту) на расстоянии действуют друг на друга.
Согласно идеям Фарадея, взаимодействие между зарядами и токами
осуществляется посредством промежуточных агентов: заряды и токи создают в
окружающем пространстве электрические (или магнитные) поля, с помощью
которых взаимодействие передается от точки к точке (концепция
близкодействия). В основе его представлений об электрическом поле лежало
понятие силовых линий, которые он рассматривал как механические образования
в гипотетической среде – эфире, подобные растянутым упругим нитям или
шнурам.
Так пустое и неподвижное пространство Ньютона было "заполнено" полем,
распространяющимся от точки к точке с конечной скоростью.
В 1861-73 учение получило свое развитие и завершение в работах Джемса
Клерка Максвелла. Восхищенный новыми идеями Фарадея, Максвелл решил
перевести их на математический язык и тем самым попытаться свести все
законы электричества и магнетизма к системе уравнений, столь же общих, как
и уравнения механики. При этом он, подобно Фарадею рассматривал
электромагнитные явления как некую форму механических процессов в эфире.
Главное новое следствие, вытекающее из этих уравнений – существование
электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Уравнения
Максвелла легли в основу электромагнитной теории света. Они настолько
поразили его коллег, что один даже воскликнул: “Не боги ли начертали эти
уравнения, до чего красиво!”
В последней четверти XIX века начался новый этап в развитии
электромагнитной теории, связанный с созданием электронной теории Гендриком
Антоном Лоренцем (1853-!928). ). Эта теория установила атомистическую
структуру электричества, тем самым положив начало учению об электрическом
строении вещества. Уравнения Максвелла получаются из уравнений электронной
теории статистическим усреднением.
Попытки применения законов классической электродинамики к исследованию
электромагнитных процессов в движущихся средах натолкнулись на существенные
трудности. Стремясь разрешить их Альберт Эйнштейн пришел в 1905 году к
теории относительности.
Но это уже несколько другая история.
Ментальные модели электрических явлений современного человека
Здесь описывается, как квалифицированные рабочие во Французской
национальной Электрической компании воспринимают бытовые ситуации,
связанные с домашним электричеством. Данные собраны путем интервьюирования
по поводу функционирования различных известных электроприборов (лампы,
тестера, стиральной машины). Несмотря на то, что испытуемые изучали
электрические явления в школе или на фирме, они редко обращались к теории.
Умственные модели, которыми они пользовались, основывались на их
собственном опыте. Электричество часто рассматривается как субстанция или
жидкость, легко перемещаемая с одного места на другое. Концепция заземления
показывает, что земля воспринимается как огромный резервуар, куда
электричество стекает, после чего теряется.
Каждый включает и выключает лампы, использует бытовые электроприборы,
исправляет повреждения в них или получает удар тока, когда прикасается к
неизолированному проводу. Из этих различных впечатлений создается
представление о феномене электричества. Многие люди используют
электрические машины и аппаратуру в своей рабочей деятельности. Влияет ли
это использование на их понятие "электричество"? Отметим дополнительно, что
представления об электричестве выражаются в словах, которые многозначны,
например, термин "ток" может означать, что электричество связано с чем-то
жидким, текучим, подвижным; термин "разряд "означает, что электричество -
это субстанция, которая может быть переведена из одного места в другое.
Можно предположить, что понятие "жидкой субстанции" - это фундаментальная
основа, на которой строится функциональное понимание электрического
феномена в повседневной жизни и в работе.
Первая группа интервьюированных – 14 человек, были административными
служащими, участвовавшими в одногодичной программе по повышению
квалификации в этой компании. Закончив обучение по этой программе, они
получают право: 1) консультировать клиентов, желающих видоизменить
электрическую установку в квартире или провести электричество в новый дом;
2) руководить небольшой группой техников, которые выполняют эту работу.
Выбранные для исследования лица закончили среднюю школу и некоторые из них
учились в вузе. Все они когда-то изучали основы электричества, однако они
уже многое забыли из того, что знали. Ко времени интервью они еще не
начинали обучения по программе, если не считать двухнедельного курса по
основам электричества для начинающих. В этом курсе были представлены
некоторые понятия из основ по теме "электричество", такие как ток и
напряжение. Испытуемые практиковались в измерениях электрических цепей с
помощью амперметров и вольтметров. Программа по основам электричества
включала тему только постоянного тока. Ничего не было сказано о том, как
устроено электричество в домах. Спустя 18 месяцев после исследования,
проведенного с этими 14 рабочими, в него была включена вторая группа из 15
рабочих. Последние принадлежали к той же популяции, что и первая группа
(служащие государственной компании ЕОР). Они отличались от рабочих первой
группы тем, что уже прошли упомянутый двухнедельный курс по основам
электричества. После этого курса не предполагалось их дальнейшее обучение.
Для того чтобы выявить и интерпретировать представления взрослых об
электричестве, использовался метод клинического интервью, предложенный в
свое время Ж. Пиаже. Проведение такого интервью представляет собой нечто
среднее между свободной беседой и использованием опросника: список вопросов
был подготовлен заранее, однако они не задавались в фиксированном порядке и
в зависимости от ответов испытуемых некоторые из них пропускались. В начале
интервьюер задавал конкретный вопрос о некотором объекте, ситуации или
событии, имеющих отношение к феномену электричества. Следующий вопрос
зависел от типа полученного ответа.
После первого ответа испытуемого тактика, используемая интервьюером
для выбора следующего вопроса и его формулировки, заключалась в построении
гипотезы о характере субъективной репрезентации электрического феномена у
испытуемого. Следующий вопрос был направлен на проверку этой гипотезы и
получение более детального объяснения ситуации.
Для того чтобы сделать более ясным субъективное понимание ситуации,
использовалась, когда это было возможно, техника
"фальсификации/противоречия". Она заключается в постановке таких вопросов,
которые ведут испытуемого к утверждениям, фальсифицирующим гипотезу или не
согласующимся с предыдущим утверждением интервьюируемого. Например, один
субъект сказал: "Переменный ток? Это означает, что электричество идет
переменно к каждому из 2-х отверстий розетки". Такой ответ ведет к
гипотезе, что субъект предполагает функциональное равенство двух проводов,
связывающих лампу с розеткой. Следовательно следующий вопрос был:
"Существуют ли различия между двумя проводами (в розетке)". Испытуемый
ответил:" Разницы нет". Далее экспериментатор представляет опровержение:
"Знаете ли вы прибор для проверки электрической схемы?" Субъект отвечает:
"Да, он используется для выяснения, где главная линия; лампа загорается,
если вы помещаете штекер в главную линию" Затем интервьюер спрашивает:
"Почему лампа: не загорается в другом отверстии?" Субъект отвечает:
"Нейтральная и главная линия имеют неодинаковую функцию, электроны приходят
из главной линии". Интервьюер: "Вы сказали, что электричество идет
переменно к каждому из 2-х отверстий в розетке". Ответ субъекта был:
"Первоначально электроны приходят из главной линии, а так как вы сделали
связь между главной линией и нейтральной, электроны начинают идти вперед и
назад, вперед и назад по электрической цепи". Этот ответ выявляет
субъективную модель переменного тока: "переменный ток" означает, что ток
идет попеременно по нейтральной и главной линий, но источник тока - главная
линия.
На основании исследования была построена ментальная модель "Понятие
электрического тока".
В большинстве случаев испытуемые подводились к вопросам, связанным с
понятием переменного тока, через объяснение работы электрической лампы.
После упоминания субъектом термина "переменный ток" интервьюер задавал
вопросы типа: "Что такое переменный ток", "Какое различие между переменным
и постоянным током"...
Было обнаружено, что ментальная модель большинства испытуемых
относилась к постоянному току (20 человек из 29). Люди говорили, что
"переменный ток" означает существование двух проводов: главного и
нейтрального. По их мнению, при включении лампы электрический ток приходит
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
