Реферат на тему электростатика

Обновлено: 07.07.2024

Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Понятия и Законы электростатики. Электризация – появление на теле электрического заря да, наступает, когда количество электрической жидкости в теле меньше или больше нормального. Электрический заряд – 1)Свойство тел а вступать во взаимодействия определённого рода. 2) мера (количественная характеристика) электрического взаимодействия. 3)тело, имеющее заряд. Закон Кулона- сила взаимодействия дв ух точечных зарядов пропорциональна зарядам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Закон сохранения электрического заряда – Замкнутая система тел алгебраическая сумма зарядов есть величин а постоянная. Замкнутая система – система тел, при котором они взаимодействуют только между собой. Электрические силы несравнимо больше гравитационны х. Электризация трения - возникновение на теле заряда при контакте с другим телом состоящего из другого веществ а. Электризация влияния – возникновен ие на теле электрического заряда при нахождении его в близи другого заря женного тела (в электрическом поле) Электростатика - раздел электродинамики, изучающий взаимодействие и электрическ ие поля покоящихся электрических зарядов. Электродинамика - классическая, теор ия электромагнитных процессов в различных средах и в вакууме. Охватывае т огромную совокупность явлений, в которых основную роль играют взаимод ействия между заряженными частицами, осуществляемые посредством элект ромагнитного поля. Законы постоянного тока. Напряжение – работа сил электрического поля по перемещению единичного заряда вдоль участка цепи. Сила тока – заряд, который проходит ч ерез сечение проводника за единицу времени. Проводимость – электрическая харак теристика проводника, которая определяется его физическими свойствами и геометрическими размерами. Сопротивление – величина обратная п роводимости. Проводники - вещества, хорошо проводящие эл ектрический ток благодаря наличию в них большого количества подвижных заряженных частиц. Делятся на электронные (металлы, полупроводники), ные (электролиты) и смешанные, где имеет место движение, как электронов, та к и ионов (напр., плазма) Закон Ома (для участка цепи) – Сила то ка на участке цепи пропорционально напряжению на концах участка и обрат нопропорциональна сопротивлению участка. Закон Ома (для полной цепи) – Сила ток а в цепи пропорциональна ЭДС и обратнопропорциональна полному сопроти влению. Источник тока характеризуется величиной, которая называется электро д вижущаяся сила ( ЭДС ) ЭДС – работа сторонних сил по перемещению единичного заряда проти в сил электрического поля. В электрической цепи напряжение мало отличается от величины ЭД С. Закон Джоуля – Ленца – Тепло, выделя емое в проводнике пропорционально квадрату силы тока, сопротивления пр оводника и времени прохождения тока. Перегрузка в цепи – увеличение силы тока в цепи ( потребляемой мощности) при возрастании числа потребителей. Краткое замыкание – резкое возраста ние силы тока в цепи при резком падении внешнего сопротивления. Термодинамика - раздел физики, изучаю щий наиболее общие свойства макроскопических систем, находящихся в сос тоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями. (Неравновесные процессы изучает термодинамика неравновес ных процессов.) Электролиз и газовые разряды. Электролиз – прохождение электриче ского тока через электролит, который сопровождается выделением вещест ва. Газы – это проводники 3-го рода они об ладают электронно ионной проводимостью. Законы электролиза: 1. Масса вещества выделавшегося п ри электролизе пропорциональна заряду, прошедшему через электролит. 2. Электрохимический электролит вещес тва пропорциональный его химическому эквиваленту.

ЭЛЕКТРОСТА́ТИКА, раздел теории электричества, в котором изучается взаимодействие неподвижных электрических зарядов. В основе электростатики, изучающей стационарное силовое взаимодействие между макроскопическими неподвижными заряженными телами, заложены три экспериментально установленных факта: наличие двух видов электрических зарядов, существование взаимодействия между ними, осуществляемое электрическим полем, и принцип суперпозиции, когда взаимодействие любых двух зарядов не зависит от присутствия других.

Работа содержит 1 файл

электростатика.docx

Министерство наук образования РФ.

Национальный Исследовательский

Иркутский Государственный Технический Университет

Кафедра физики.

Реферат на тему:

Электростатика.

Выполнил: студент группы ГСХу 10-1

Рытиков Егор

Проверила: Шишелова Т. И.

Иркутск 2011

ЭЛЕКТРОСТАТИКА

1.Электростатическое поле.

Электрическое поле неподвижных и не меняющихся со временем электрических зарядов, осуществляющее взаимодействие между ними.
Электростатическое поле характеризуется напряженностью электрического поля Е, которая является его силовой характеристикой: Напряженность электростатического поля показывает, с какой силой электростатическое поле действует на единичный положительный электрический заряд, помещенный в данную точку поля. Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд, и противоположно направлению силы, действующий на отрицательный заряд.
Электростатическое поле является стационарным (постоянным), если его напряженность не изменяется с течением времени. Стационарные электростатические поля создаются неподвижными электрическими зарядами.
Электростатическое поле однородно, если вектор его напряженности одинаков во всех точках поля, если вектор напряженности в различных точках различается, поле неоднородно. Однородными электростатическими полями являются, например, электростатические поля равномерно заряженной конечной плоскости и плоского конденсатора вдали от краев его обкладок.
Одно из фундаментальных свойств электростатического поля заключается в том, что работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от траектории движения, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда. Следовательно, работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю. Силовые поля, обладающие этим свойством, называют потенциальными или консервативными. То есть электростатическое поле — это потенциальное поле, энергетической характеристикой которого является электростатический потенциал , связанным с вектором напряженности Е соотношением:
Е = -gradj.
Для графического изображения электростатического поля используют силовые линии (линии напряженности) — воображаемые линии, касательные к которым совпадают с направлением вектора напряженности в каждой точке поля.
Для электростатических полей соблюдается принцип суперпозиции. Каждый электрический заряд создает в пространстве электрическое поле независимо от наличия других электрических зарядов. Напряженность результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженности полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.
Всякий заряд в окружающем его пространстве создает электростатическое поле. Чтобы обнаружить поле в какой-либо точке, надо поместить в точку наблюдения точечный пробный заряд — заряд, который не искажает исследуемое поле (не вызывает перераспределения зарядов, создающих поле).
Поле, создаваемое уединенным точечным зарядом q, является сферически симметричным. Модуль напряженности уединенного точечного заряда в вакууме с помощью закона Кулона можно представить в виде:
Е = q/4pe_оr 2 .
Где e_о — электрическая постоянная, = 8,85 . 10 -12 Ф/м.
Закон Кулона, установленный при помощи созданных им крутильных весов — один из основных законов, описывающих электростатическое поле. Он устанавливает зависимость между силой взаимодействия зарядов и расстоянием между ними: сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Эту силу называют кулоновской, а поле — кулоновским. В кулоновском поле направление вектора зависит от знака заряда Q: если Q > 0, то вектор направлен по радиусу от заряда, если Q

2. Закон Кулона

основной закон электростатики, определяющий силу взаимодействия F двух неподвижных точечных электрических зарядов. Согласно закону Кулона, F прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Открыт Ш. Кулоном в 1785.

Один из основных законов электростатики, определяющий величину и направление силы взаимодействия между двумя неподвижными точечными электрическими зарядами. Установлен Ш. О. Кулоном в 1785 г.
В своих опытах Кулон измерял силы притяжения и отталкивания заряженных шариков с помощью крутильных весов (см. Кулона весы). В опытах Кулона измерялось взаимодействие между шариками, размеры которых много меньше расстояния между ними. Такие заряженные тела, размерами которых в условиях данной задачи можно пренебречь, принято называть точечными зарядами.
На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:
Сила взаимодействия неподвижных зарядов, находящихся в вакууме, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:
F=k . (Q1Q2/r 2 )
Сила F направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т. е. является центральной. Кулоновские силы могут быть как силами притяжения, так и силами отталкивания. Если F 0 для одноименных зарядов, то между зарядами действует сила отталкивания. Эта сила называется кулоновской силой.
Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбранной системы единиц; в СГС системе единиц k = 1; в Международной системе единиц (СИ) k = 1/4pe_o. Электрическая постоянная e_o = 8,85.10 -12 Ф/м , она является одной из фундаментальных постоянных.
Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел в вакууме, а так же для шаров, радиусы которых соизмеримы с расстояниями между их центрами (заряды распределены равномерно). Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.
В вакууме k=1/4pe_o. Для вакуума закон Кулона имеет вид:
F=(1/4pe_o) . (Q₁Q₂/r 2 )
(1/4pe_o)=9 . 10 9 м/Ф.
Если взаимодействующие заряды находятся в однородной и изотропной среде, то кулоновская сила:
F=(1/4pe_o) . (Q₁Q₂/r 2 ),
e — диэлектрическая проницаемость среды, безразмерная величина, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия между зарядами в данной среде меньше силы их взаимодействия в вакууме.
В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон ) (Кл).
Опыт показывает, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции.
Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.
Закон Кулона служит одним из экспериментальных оснований классической электродинамики; его обобщение приводит, в частности, к теореме Гаусса.
Законом Кулона называется также закон, определяющий силу взаимодействия двух магнитных полюсов:
F = fm₁m₂/(mr 2 ), где m₁ и m₂ — так называемые магнитные заряды, m — магнитная проницаемость среды, f — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.
Этот закон установлен Ш. О. Кулоном практически одновременно с законом взаимодействия электрических зарядов, но не имеет такого общего характера, как закон для электрических сил, так как носит условный характер в связи с тем, магнитные заряды в природе не существуют.

3. Принцип суперпозиции

1) в классической физике: допущение, согласно которому результирующий эффект от нескольких независимых воздействий представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдельности. Справедлив для систем или полей, описываемых линейными уравнениями; важен в механике, теории колебаний и волн, теории физических полей. 2) В квантовой механике принцип суперпозиции относится к волновым функциям: если физическая система может находиться в состояниях, описываемых двумя (или несколькими) волновыми функциями, то она может также находиться в состоянии, описываемом любой линейной комбинацией этих функций (принцип суперпозиции состояний).

1) в классической физике: результирующий эффект от нескольких независимых воздействий; представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдельности. Справедлив для систем или полей, описываемых линейными уравнениями; важен в механике, теории колебаний и волн, теории физических полей.
2) В квантовой механике принцип суперпозиции относится к волновым функциям: если физическая система может находиться в состояниях, описываемых двумя (или несколькими) волновыми функциями, то она может также находиться в состоянии, описываемом любой линейной комбинацией этих функций (принцип суперпозиции состояний).

основная теорема электростатики, устанавливающая связь между потоком напряжённости электрического поля через замкнутую поверхность и электрическим зарядом внутри этой поверхности.

Основная теорема электростатики, устанавливающая связь между потоком Ф_Е вектора напряженности электрического поля Е через замкнутую поверхность S с величиной электрического заряда q, находящегося внутри этой поверхности.
Ф_Е = qe_о.
e_о — электрическая постоянная, = 8,85 . 10 -12 Ф/м.
Поток Ф_Е вектора напряженности электрического поля Е через любую замкнутую поверхность пропорционален полному заряду q, находящемуся внутри этой поверхности.
Для электростатического поля в вакууме поток вектора напряженности сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов, деленной на e_о. Теорема Гаусса вытекает из закона Кулона — закона взаимодействия неподвижных точечных зарядов в вакууме и принципа суперпозиции.
Теорема Гаусса широко используется в электростатике. В некоторых случаях с ее помощью легко рассчитываются поля, создаваемые симметрично расположенными зарядами. Используя теорему Гаусса, можно в ряде случаев легко вычислить напряженность электрического поля вокруг заряженного тела, если заданное распределение зарядов обладает какой-либо симметрией и можно заранее предугадать общую структуру поля

5. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля

Если в пространство, окружающее электрический заряд, внести другой заряд, то на него будет действовать кулоновская сила; значит, в пространстве, окружающем электрические заряды, существует силовое поле. Согласно представлениям современной физики, поле реально существует и наряду с веществом является одной из форм существования материи, посредством которого осуществляются определенные взаимодействия между макроскопическими телами или частицами, входящими в состав вещества. В данном случае говорят об электрическом поле — поле, посредством которого взаимодействуют электрические заряды. Мы будем рассматривать электрические поля, которые создаются неподвижными электрическими зарядами и называются электростатическими.

Для обнаружения и опытного исследования электростатического поля используется пробный точечный положительный заряд — такой заряд, который не искажает исследуемое поле (не вызывает перераспределения зарядов, создающих поле). Если в поле, создаваемое зарядом Q, поместить пробный заряд Q₀, то на него действует сила F, различная в разных точках поля, которая, согласно закону Кулона (78.2), пропорциональна пробному заряду Q₀. Поэтому отношение F/Q₀ не зависит от Q₀ и характеризует электростатическое поле в той точке, где пробный заряд находится. Эта величина называется напряженностью и является силовой характеристикой электростатического поля.

Напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на пробный единичный положительный заряд, помещенный в эту точку поля:

Как следует из формул (79.1) и (78.1), напряженность поля точечного заряда в вакууме

Направление вектора Е совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Если поле создается положительным зарядом, то вектор Е направлен вдоль радиуса-вектора от заряда во внешнее пространство (отталкивание пробного положительного заряда); если поле создается отрицательным зарядом, то вектор Е направлен к заряду (рис. 118).

Из формулы (79.1) следует, что единица напряженности электростатического поля — ньютон на кулон (Н/Кл): 1 Н/Кл — напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует с силой в 1 Н; 1 Н/Кл= 1 В/м, где В (вольт) — единица потенциала электростатического поля (см. § 84).

Электростатика – это учение о свойствах и взаимодействии электрических зарядов, неподвижных по отношению к избранной инерциальной системе отсчёта.

Закон сохранения электрического заряда. Проводники, диэлектрики, полупроводники.

Существуют два типа заряда: положительный и отрицательный. Опытным путём было установлено, что элементарный заряд дискретен, то есть заряд любого тела составляет целое, кратное от некоторого электрического заряда. Электрон и протон являются носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов. Из обобщённых опытных данных был установлен фундаментальный закон природы, впервые сформулированный английским физиком Фарадеем.

Закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остаётся неизменной, какие бы процессы не проходили внутри этой системы.

Система называется замкнутой, если она не обменивается электрическими зарядами с внешними телами.

Электрический заряд – величина релятивистская, инвариантная, то есть не зависит от выбранной системы отсчёта. А значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится.

Наличие носителя заряда (электронов и ионов) является условием того, что тело проводит электрический ток. В зависимости от способности проводить электрический ток, тела делятся на: проводники диэлектрики полупроводники.

Проводники – тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объёму. Проводники делятся на две группы:

проводники первого рода (металлы) – перенос в них электрических зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями;

проводники второго рода (расплавы солей, растворы солей и кислот и другие) – перенос в них зарядов (положительно и отрицательно заряженных ионов) ведёт к химическим изменениям.

Диэлектрики (стекло, пластмасса) – тела, которые не проводят электрический ток, если к этим телам не приложено сильное внешнее электрическое поле; в них практически отсутствуют свободные заряды.

Полупроводники (германий, кремний) – занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Их проводимость сильно зависит от внешних условий (температура, ионизирующее излучение и т.д.).

Единица электрического заряда – Кулон (Кл) – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при токе в 1 ампер за время 1 секунда.

Электрический заряд и его свойства. Электрическое поле и его характеристики. Закон Кулона. Электрическое поле точечного заряда. Принцип суперпозиции.

Электрическим зарядом называется величина, характеризующая взаимодействия между частицами и телами посредством электрических и магнитных полей (электромагнитное взаимодействие).

Особенностью электромагнитных взаимодействий является то, что они являются более интенсивными, чем гравитационные. Они занимают второе место (после ядерных сил) по взаимодействию.

1 – ядерные взаимодействия 1

2 – электромагнитные взаимодействия 0,1

3 – слабо ядерные взаимодействия

4 – гравитационные взаимодействия

Электрический заряд является неотъемлемым свойством элементарных частиц. Все элементарные частицы являются носителями положительного или отрицательного электрических зарядов. Кл. Заряд любого тела обусловлен суммой электрических зарядов, входящих в него.

Появление зарядов у тел происходит в результате взаимодействия тел между собой или со средой (передача электрических зарядов от заряженных тел – электризация; передача электрических зарядов между разнородными телами, при этом они заряжаются положительно или отрицательно; передача электрических зарядов на расстояние – электрическая индукция).

В замкнутой системе суммарный заряд не изменяется входе любых химических и физических процессов.

Электрический заряд – инвариантная физическая характеристика (не зависит от выбора системы отсчёта).

Взаимодействие электрических зарядов осуществляется посредством электромагнитных полей. Движущиеся электрические заряды создают в пространстве электрические и магнитные поля, что приводит к возникновению электрических и магнитных сил и взаимодействий (Кулоновские силы и силы Лоренца). Наиболее простое взаимодействие осуществляется для неподвижных по отношению друг к другу – статическое взаимодействие.

Поля, которые создают заряды – электростатические. Характеристиками электростатических полей являются напряжённость и потенциал.

Напряжённость электростатического поля – величина, равная отношению силы, действующей на пробный заряд, помещённый в другую точку поля к величине этого заряда.

, где - пробный заряд.

Потенциалом называется величина, равная отношению потенциальной энергии пробного заряда, помещённого в данную точку поля к величине этого заряда.

Электростатическое поле – потенциальное поле, а электростатическая сила – консервативная сила.

Модели заряженных тел.

1 – модель точечного заряда – любое заряженное физическое тело. Если поле определяется на расстоянии то оно больше, чем размеры тела.

2 – модели распределения зарядов:

- поверхностная плотность заряда.

- объёмная плотность распределения заряда.

Закон Кулона в поле точечного заряда.

Два тела взаимодействуют между собой с силами, пропорциональными произведению этих зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними.

Закон Кулона является экспериментальным законом и он также вытекает из другого закона.

Эксперименты Кулона проводились на специальных крутильных весах.

- векторная форма записи закона Кулона.

- напряжённость поля точечного заряда.

Если q > 0 (рисунок)

Для упрощения графического изображения векторного поля вводится параллельные линии вектора напряжённости (силовые линии). Линии напряжённости – линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с вектором напряжённости.

Число линий, которое используется для изображения этого поля, численно равно значению напряжённости в данной точке.

Роль вещества изолирующего слоя между двумя поверхностями конденсатора в величине электроёмкости конденсатора. Электрическое давление по направлению внешней нормали каждой единицей поверхности наэлектризованного проводника. Электростатика Максвелла.

Подобные документы

Проводники в электростатическом поле, характеристика видов конденсатора, их ёмкость. Электроёмкость проводника, плотность энергии электростатического поля. Энергия заряженного проводника, распределение электрического заряда по поверхности проводника.

презентация, добавлен 12.04.2018

Основные уравнения электростатики: физический смысл электростатического потенциала. Граничные условия на поверхности проводника для составляющих векторов. Энергия электростатического поля, ее анализ. Емкость уединенного проводника и ее характеристика.

лекция, добавлен 25.09.2017

Основы электростатики: электрическое поле заряда, принцип суперпозиции, силовые линии и эквипотенциальные поверхности, теорема Гаусса. Сущность и закономерности функционирования магнитного поля, закономерности движения в нем. Принципы электродинамики.

курс лекций, добавлен 17.10.2014

Теорема Гаусса для потока вектора напряженности. Работа сил при перемещении зарядов. Потенциальный характер электростатического поля. Потенциал и эквипотенциальные поверхности. Энергия и плотность энергии поля. Изучение основных задач электростатики.

методичка, добавлен 13.08.2015

Измерение напряженности электрического поля плоского конденсатора в зависимости от напряжения и расстояния между пластинами, определение электроемкости плоского конденсатора. Использование формулы погрешностей косвенных измерений и построение графика.

лабораторная работа, добавлен 23.03.2015

Ток в цепи и энергия электрического или магнитного поля, графики. Законы изменения переходных напряжений и тока при разряде конденсатора, его практическая длительность. Этапы построения графиков зарядного и разрядного напряжения и тока конденсатора.

контрольная работа, добавлен 08.06.2014

Процесс возникновения на обкладках конденсатора электрических зарядов. Изучение изменений потенциальной энергии. Реакции заряженного конденсатора и электрического поля. Напряженность и электростатическое смещение. Изучение емкости плоского конденсатора.

лекция, добавлен 14.03.2014

Понятие электроемкости проводников. Сущность поляризации диэлектриков. Конструктивное устройство конденсатора, его виды и сфера применения. Расчет энергии конденсатора для потенциальной энергии заряда в однородном поле. Практическая значимость устройства.

презентация, добавлен 30.11.2013

Задачи автоматической системы регулирования уровня воды в конденсатосборнике конденсатора. Оценка динамических свойств конденсатора и конденсатосборника. Выбор регулятора. Построение переходных процессов с использованием расчетных параметров настройки.

курсовая работа, добавлен 24.02.2018

Равновесие зарядов на проводниках, напряженность электрического поля внутри и снаружи проводника. Электроемкость и единицы их измерения, емкость электролитического конденсатора. Энергия взаимодействия точечных зарядов, энергия заряженных проводников.

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

СОДЕРЖАНИЕ

Первые сведения об электричестве и магнетизме . 3
Первые успехи в исследовании магнитных явлений в средние века . 3
Развитие учения об электричестве в XVII и XVIII вв. до изобретения лейденской банки . 4
Изобретение лейденской банки и первые электрические приборы . 5
Первые шаги в практическом применении учения об электрических явлениях . 7
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . 9

Первые сведения об электричестве и магнетизме

Изучение электрических и магнитных явлений по-настоящему начинается только в XVIII в. Но первые сведения об этих явлениях были известны уже древним.

Древние не исследовали ни электрических, ни магнитных явлений. Однако они попытались дать объяснение этим явлениям.

При этом магнит представляли подобно живому существу. Живое существо, например собака, видит кусок мяса и стремится к нему приблизиться. Подобно этому магнит как бы видит железо и стремится к нему притянуться.

Это объяснение весьма примитивно с нашей точки зрения. Однако такого рода объяснения, когда предметы неживой природы одушевлялись, были характерными для древних, которые верили в существование целого ряда богов, духов и т. д.

Но в древности начала развиваться и материалистическая философия. Философы-материалисты Древней Греции отвергали существование духов и пытались объяснить все явления природы естественными законами.

Первые успехи в исследовании магнитных явлений в средние века

В средние века изучение магнитных явлений приобретает практическое значение. Это происходит в связи с изобретением компаса.

Уже в XII в. в Европе стал известен компас как прибор, с помощью которого можно определить направление на части света. О компасе европейцы узнали от арабов, которым было уже к этому времени известно свойство магнитной стрелки. Еще раньше, вероятно, такое свойство знали в Китае.

Начиная с XII в. компас все шире применялся в морских путешествиях для определения курса корабля в открытом море.

Практическое применение магнитных явлений приводило к необходимости их изучения. Постепенно выяснялся целый ряд свойств магнитов.

Еще раньше узнали, что магнит всегда имеет два полюса. Они были названы по имени частей света - северный полюс и южный полюс. В числе свойств магнита Гильберт указывал на то, что одинаковые полюсы отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Гильберт предполагал, что Земля представляет собой большой магнит. Чтобы подтвердить это предположение, Гильберт проделал специальный опыт. Он выточил из естественного магнита большой шар. Приближая к поверхности шара магнитную стрелку, он показал, что она всегда устанавливается в определенном положении, так же как стрелка компаса на 3емле.

Гильберт описал явление магнитной индукции, способы намагничивания железа и стали и т. д. Книга Гильберта явилась первым научным исследованием магнитных явлений.

Развитие учения об электричестве в XVII и XVIII вв.
до изобретения лейденской банки

В своей книге Гильберт коснулся и электрических явлений. Нужно отметить, что хотя в то время магнетизм и электричество рассматривались как явления разной природы, тем не менее очень давно ученые заметили в них много общего. Поэтому не случайно во многих работах исследовались одновременно и магнитные и электрические явления. В частности, изучение магнетизма вызвало интерес к исследованию электрических явлений.

Так было и у Гильберта. Изучая магнитные явления, что, как мы говорили, имело практический интерес, он уделил внимание и электричеству, хотя оно в то время в практике не использовалось.

Гильберт открыл, что наэлектризовать можно не только янтарь, но и алмаз, горный хрусталь и ряд других минералов. В отличие от магнита, который способен притягивать только железо (других магнитных материалов в то время не знали), наэлектризованное тело притягивает многие тела.

Несмотря на простоту прибора, Герике смог с его помощыо сделать некоторые открытия. Так, он обнаружил, что легкие тела могут не только притягиваться к наэлектризованному шару, но и отталкиваться от него.

В XVIII в. изучение электрических явлений пошло быстрее. В первой половине этого столетия были открыты новые факты.

В 1729 г. англичанин Грей открыл явление электропроводности. Он установил, что электричество способно передаваться от одних тел к другим по металлической проволоке. По шелковой нити электричество не распространялось. В связи с этим Грей разделил все тела на проводники и непроводники электричества.

3атем французский ученый Дюфе спустя пять лет выяснил, что существует два рода электричества. Один вид электричества получается при натирании стекла, горного хрусталя, шерсти и некоторых других тел. Это электричество Дюфе назвал стеклянным электричеством.

Второй вид электричества получается при натирании янтаря, шелка, бумаги и других веществ. Этот вид электричества Дюфе назвал смоляным. Ученый установил, что тела, наэлектризованные одним видом электричества, отталкиваются, а разными видами, - притягиваются.

Впоследствии стеклянное электричество было названо положительным, а смоляное - отрицательным. Это название предложил американский ученый и общественный деятель Франклин. При этом он исходил из своих взглядов на природу электричества.

Изобретение лейденской банки и первые электрические приборы

Очень важным шагом в развитии учения об электричестве было изобретение лейденской банки, т. е. электрического конденсатора.

Лейденская банка была изобретена почти одновременно немецким физиком Клейстом и голландским физиком Мушенбруком в 1745 - 1746 гг. Свое название она получила по имени города Лейдена, где Мушенбрук впервые проделал с ней опыты по изучению электрических явлений.

Мушенбрук так описывал свое изобретение в письме к французскому ученому Реомюру: «Хочу сообщить Вам новый, но ужасный опыт, который не советую повторять. Я занимался изучением электрической сичы. Для этого я подвесил на двух шелковых голубых нитях железный ствол, получающий электричество от стеклянного шара, который быстро вращался вокруг оси и натирался руками. На другом конце висела медная проволока, конец которой был погружен в стеклянный круглый сосуд, заполненный наполовину водой, который я держал в правой руке; левой же рукой я пытался извлекать из электрического ствола искру. Вдруг моя правая рука была поражена ударом с такой силой, что все тело содрогнулось, как от удара молнии.

Вскоре лейденская банка была усовершенствована: внешнюю и внутреннюю поверхность стеклянного сосуда стали обклеивать металлической фольгой. В крышку банки вставляли металлический стержень, который сверху заканчивался металлическим шариком, а нижний конец стержня при помощи металлической цепочки соединялся с внутренней обкладкой.

Лейденская банка является обычным конденсатором. Когда внешнюю обкладку ее заземляют, а металлический шарик соединяют с источником электричества, то на обкладках банки скапливается значительный электрический заряд и при ее разряде может протекать значительный ток. Получение больших зарядов с помощь лейденской банки значительно способствовало развитию учения об электричестве.

Прежде всего усовершенствовалась аппаратура для исследования электрических явлений, в частности электрические маслины. Это были, как и первая машина Герике, такие устройства, в которых электрический заряд получался в результате натирания стеклянного или эбонитового диска кожей или другими подобными материалами.

3атем появился первый электроизмерительный прибор - электрометр. Его история начинается с электрического указателя, созданного Рихманом вскоре после изобретения лейденской банки. Этот прибор состоял из металлического прута, к верхнему концу которого подвешивалась льняная нить определенной длины и веса. При электризации прута нить отклонилась. Угол отклонения нити измерялся с помощью шкалы, прикрепленной к стержню и разделенной на градусы.

Первые шаги в практическом применении учения
об электрических явлениях

Хотя учение об электрических явлениях начало играть существенную роль в практической жизни лишь начиная с середины XIX в., тем не менее первые попытки практического применения злектричества относятся уже к середине XVIII в.

После изобретения лейденской банки, когда ученые смогли наблюдать сравнительно большие искры при электрическом разряде, возникла мысль об электрической природе молнии.

Известный американский ученый и общественный деятель Бенджамин Франклин (1706 - 1790) высказал эту идею в письме в Лондонское королевское общество в 1750 г.

В этом письме он объяснял также, как можно проверить высказанное предположение. Он предлагал поставить на башню будку, на крышу которой вывести железный шест. Помещенный внутри будки человек в случае грозы мог бы извлекать из шеста электрические искры.

Содержание письма Франклина стало известно во Франции. О нем узнал француз Далибар, который в мае 1752 г. проделал опыт, о котором писал Франклин.

У себя в саду, возле Парижа, Далибар установил высокий железный шест, изолировав его от земли. В то время когда собиралась гро:за, он попробовал извлечь электрические искры из шеста. Опыт удался. Действительно, Далибару удалось получить электрические искры.

В том же году, летом, Франклин в Америке проделал похожий опыт. Вместе со своим сыном он запустил змей во время грозы. Когда нить, которой был привязан змей, намокла, то из нее можно было извлекать электрические искры. Франклину даже удалось зарядить при этом лейденскую банку.

После того как об опытах Франклина стало известно в Петербурге, подобными же опытами занялись русские академики Рихман и Ломоносов. Они устроили более удобную установку для изучения атмосферного электричества, названную громовой машиной.

Громовая машина представляла собой заостренный железный шест, установленный на крыше дома. От железного шеста в дом шла проволока. Конец этой проволоки был соединен с электрцческим указателем, т.е. с простейшим электрометром, изобретенным Рихманом.

С громовой машиной и Рихман и Ломоносов проделали много опытов. Ломоносов открыл, что электрические заряды в атмосфере появляются не только во время грозы, но и без нее. На основе своих опытов Ломоносов создал первую научную теорию образования электричества в атмосфере.

Летом 1753 г. случилось несчастье. Собиралась гроза, и Рихман пришел к своей громовой машине, чтобы наблюдать электри ческие разряды. Вдруг в комнате появилась шаровая молния произошел электрический разряд - и ученый был убит.

Впечатлением от трагической смерти Рихмана немедленно воспользовалось духовенство в целях борьбы с безбожием. Попы и монахи стали распространять мысль о том, что Рихман был наказан богом за дерзкие опыты.

После того как была выяснена электрическая природа грозы возникла идея устройства громоотвода для предохранения зданий от пожаров в результате попадания в них молнии.

Громоотводы быстро вошли в практику. Это было первое практическое применение учения об электрических явлениях. Оно способствовало развитию научных исследований по электричеству вообще.

Следует отметить, что духовенство и позже враждебно относилось к исследованиям атмосферного электричества и к использованию громоотводов, полагая, что защита от ударов молний - безбожное занятие.

Второй попыткой использования электричества для практических целей было применение его для лечения болезней.

Как мы видели выше, уже Мушенбрук, описывая изобретение лейденской банки, обратил внимание на сильное и необычное действие электрического разряда на человека.

Вскоре этим действием заинтересовались врачи. Возникла мысль о том, что в живом организме существуют электрические токи, которые играют в нем какую-то важную роль. Вместе с этим пришло убеждение о возможности применения электричества для лечения болезней.

История применения электрических явлений в медицине очень интересна тем, что она показывает, как новые открытия в области физических наук бывают вызваны задачами других наук (в данном случае медицины).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ :

1. Спасский Б.И. "Физика в ее развитии", пособие для учащихся. - М. Просвещение, 1999г;

2. Дягилев Ф.М. "Из истории физики и жизни ее творцов", М. Просвещение,1996г;

Читайте также: