тяготения и электрическими силами.
Но аналогия не является доказательством. Вывод из аналогии всегда
требует проверки. Опираясь только на аналогию,. можно прийти и к неверным
результатам. Эпинус не проверил справедливость данной аналогии, и поэтому
его высказывание имело только предположительный характер.
Иначе поступил английский ученый Генри Кавендиш (1731 - 1810). Он
также исходил из аналогии между силами тяготения и силами электрического
взаимодействия. Но он пошел дальше, нежели Эпинус, и проверил на опыте
выводы, вытекающие из нее.
Кавендиш проделал такой опыт в 70-х гг. XVIII в.. Он взял заряженный
металлический шар и поместил его внутрь полого металлического шара,
образованного двумя полушариями. Внешний полый шар сначала был не заряжен.
3атем внутренний шар тонкой проволокой соединялся с внешним шаром, для
чего было сделано в последнем маленькое отверстие. Через некоторое время
полушария разъединяли и освобождали внутренний шар. После этого соединяли
его с электроскопом.
Что показывал электроскоп? Если правильно предположение, что силы
взаимодействия между зарядами (в данном случае силы отталкивания) обратно
пропорциональны квадрату расстояния между ними, то электроскоп покажет
отсутствие заряда.
Действительно, как только внутренний шар соединяли проволокой с
полушариями, так сейчас же электричество начинало перетекать с шара по
проволоке на полушария, равномерно распределяясь на них. Ведь между
зарядами, находящимися на таре, действовала сила отталкивания, но пока шар
изолирован, заряды не могли его покинуть. Попав же на внешний шар, заряды
равномерно распределялись на его поверхности, и их действие на заряд,
находящийся внутри шара, прекращалось.
Перетекание зарядов с внутреннего шара на внешний будет происходить до
тех пор, пока они все не покинут внутренний шар. Отсюда Кавендиш и сделал
вывод о том, что силы взаимодействия между электрическими зарядами обратно
пропорциональны квадрату расстояния между ними.
Таким образом, мы должны сказать, что Кавендиш первым экспериментально
установил закон взаимодействия электрических зарядов. Однако он не
обнародовал своего открытия. И эта работа оставалась при его жизни
неизвестной. О ней узнали гораздо позже, только в середине прошлого
столетия, после того как Максвелл опубликовал ее. Конечно, к этому времени
она имела уже чисто исторический интерес.
Не зная об исследованиях Кавендиша, французский ученый Шарль Кулон
(1736 - 1806) в 80-х гг. XVIII в. проделал ряд опытов и установил основной
закон электростатики, получивший его имя.
Кулон установил, во-первых, что сила взаимодействия между точечными
зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эта сила
будет силой отталкивания, если заряды одноименные, и силой притяжения, если
заряды разноименные.
Во-вторых, Кулон ввел понятие количества электричества и определил,
что сила взаимодействия между зарядами пропорциональна их величине.
Кулон также экспериментально исследовал силы взаимодействия между
магнитами. На основании данных эксперимента и полагая, что наряду с
электрическими существуют и магнитные заряды, Кулон пришел к заключению,
что силы взаимодействия между магнитными зарядами или магнитными массами
также обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними.
В последующем, уже в XIX в. выяснилось, что магнитных зарядов не
существует. Но законом Кулона для магнитов продолжали пользоваться, хотя
ему уже придавали иной смысл, нежели тот, который вкладывал в него Кулон.
XIX век
Важнейшим шагом вперед в развитии учения об электрических и магнитных
явлениях было изобретение первого источника постоянного тока -
гальванического элемента. История этого изобретения начинается с работ
итальянского врача Луиджи Гальвани (1737 - 1798), относящихся к концу XVIII
в.
Гальвани интересовался физиологическим действием электрического
разряда. Начиная с 80-х гг. XVIII столетия, он предпринял ряд опытов для
выяснения действия электрического разряда на мускулы препарированной
лягушки. Однажды он обнаружил, что при проскакивании искры в электрической
машине или при разряде лейденской банки мускулы лягушки сокращались, если к
ним в это время прикасались металлическим скальпелем. Однако, существует
мнение, что это открытие принадлежит не Гальвани, а его жене, которая была
его ассистентом при проведении опытов.
3аинтересовавшись наблюдаемым эффектом, Гальвани решил проверить, не
будет ли оказывать такое же действие на лапки лягушки атмосферное
электричество. Действительно, соединив один конец нерва лапки лягушки
проводником с изолированным шестом, выставленным на крыше, а другой конец
нерва с землей, он заметил, что во время грозы время от времени происходило
сокращение мускулов лягушки.
Гальвани решил, что открыл «животное электричество», т. е.
электричество, которое вырабатывается в организме лягушки. При замыкании
нерва лягушки посредством медного крюка и железной дощечки образуется
замкнутая цепь, по которой пробегает электрический заряд (электрическая
жидкость или материя), что и вызывает сокращение мускулов.
Свои выводы Гальвани опубликовал в 1791 г. в «Трактате о силах
электричества при мышечном движении». Его теория такова: сокращение мышц
обусловлено возникновением в них электрического тока и в каждом животном
есть свое собственное электричество.
Подобные опыты повторяли во многих странах. Однажды английский врач из
Глазго приложил электроды к трупу повешенного! Когда «глаза мертвеца
открылись», многие из присутствующих даже лишились сознания!
Открытием Гальвани заинтересовались и физики и врачи. Среди физиков
был соотечественник Гальвани Алессандро Вольта. (1745 - 1827). Вольта
повторил опыты Гальвани, а затем решил проверить, как будут себя вести
мускулы лягушки, если через них пропустить не («животное электричество»), а
электричество, полученное каким-либо из известных способов. При этом он
обнаружил, что мускулы лягушки так же сокращались, как и в опыте Гальвани.
Проделав такого рода исследования, Вольта пришел к выводу, что лягушка
является только («прибором»), регистрирующим протекание электричества, что
никакого особого «животного электричества» не существует.
Почему же все-таки в опыте Гальвани мускулы лягушки регистрируют
протекание электрического разряда? Что является в данном случае источником
электричества? Вольта предположил, что причиной электричества является
контакт двух различных металлов.
Нужно отметить, что уже Гальвани заметил зависимость силы судорожного
сжатия мускулов лягушки от рода металлов, образующих цепь, по которой
протекает электричество. Однако Гальвани не обратил на это серьезного
внимания. Вольта же, наоборот, усмотрел в нем возможность построения новой
теории.
Не согласившись с теорией («животного электричества», Вольта выдвинул
теорию «металлического электричества». По этой теории причиной
гальванического электричества является соприкосновение различных металлов.
В каждом металле, считал Вольта, содержится электрическая жидкость
(флюид), которая, когда металл не заряжен, находится в покое и себя не
проявляет. Но если соединить два различных металла, то равновесие
электричества внутри них нарушится: электрическая жидкость придет в
движение. При этом электрический флюид в некотором количестве перейдет из
одного металла в другой, после чего равновесие вновь восстановится. Но в
результате этого металлы наэлектризуются: один - положительно, другой -
отрицательно.
Эти соображения Вольта подтвердил на опыте. Ему удалось показать, что
действительно при простом соприкосновении двух металлов один из них
приобретает положительный заряд, а другой отрицательный. Таким образом,
Вольта открыл так называемую контактную разность потенциалов. Вольта
проделывал следующий опыт. На медный диск, прикрепленный к обыкновенному
электроскопу вместо шарика, он помещал такой же диск, изготовленный из
другого металла и имеющий рукоятку. Диски при наложении в ряде мест
приходили в соприкосновение. В результате этого между дисками появлялась
контактная разность потенциалов (по терминологии Вольта, между дисками
возникала «разность напряжений»).
Для того чтобы обнаружить «разность напряжений», появляющуюся при
соприкосновении различных металлов, которая, вообще говоря, мала (порядка
1В), Вольта поднимал верхний диск и тогда листочки электроскопа заметно
расходились. Это вызывалось тем, что емкость конденсатора, образованного
дисками, уменьшалась, а разность потенциалов между ними во столько же раз
увеличивалась.
Но открытие контактной разности потенциалов между различными металлами
еще не могло объяснить опытов Гальвани с лягушками. Нужны были
дополнительные предположения.
Составим обычную замкнутую цепь проводников из разных металлов.
Несмотря на то что между этими металлами возникает разность потенциалов,
постоянного течения электричества по цени не получается. Это сразу понятно
для простейшего случая двух металлов. Возьмем, например, два куска медной и
цинковой проволоки и соединим их концы. Тогда одна из них (цинковая)
зарядится отрицательным электричеством, а медная - положительным. Если
теперь соединить и другие концы этих проволок, то и в этом случае второй
конец цинковой проволоки будет электризоваться отрицательно, а
соответствующий конец медной проволоки положительно. И постоянного течения
электричества в цепи не получится.
Но а опыте Гальвани соединялись не только металлы. В цепь включались и
мышцы лягушки, содержащие и себе жидкость. Вот в этом и заключается все
дело - решил Вольта.
Он предположил, что все проводники следует разбить на два класса:
проводники первого рода - металлы и некоторые другие твердые тела и
проводники второго рода - жидкости. При этом Вольта решил, что разность
потенциалов возникает только при соприкосновении проводников первого рода.
Такое предположение объясняло опыт Гальвани. В результате
соприкосновения двух различных металлов нарушается равновесие в них
электричества. Это равновесие восстанавливается в результате того, что
металлы соединяются через тело лягушки. Таким образом электрическое
равновесие все время нарушается и все время восстанавливается, значит,
электричество все время движется.
Такое объяснение опыта Гальвани неверно, но оно натолкнуло Вольта на
мысль о создании источника постоянного тока - гальванической батареи. И вот
в 1800 г. Вольта построил первую гальваническую батарею - Вольтов столб.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
